ملخص البحث
في السنوات الأخيرة
أصبحت وسائل التعريف الآلية منتشرة في العديد من التطبيقات العملية
لتأمين معلومات كافية عن الناس أو السيارات أو المنتجات الصناعية
وهي في حالة حركة عادية دون إيقافها. في هذا البحث يتم اقتراح نظام
جديد للتعرف على الحجاج باستخدام أنظمة
RFID بحيث يتم
وضع شريحة الكترونية ضمن ساعة يد عادية. وتبلغ سعة الشريحة
حتى 64 كيلو
بايت مما يمكن من تخزين جميع المعلومات المتعلقة بالحاج مثل
معلومات جواز السفر ورخصة الحج وعنوان المطوف وأرقام الهاتف
بالإضافة إلى معلومات طبية هامة في حالات الإسعاف ضمن الشريحة. إن
تطبيق هذا النظام يعفي الحاج من حمل وثائق هامة قابلة للضياع
وخصوصا وهو بلباس الإحرام في الأماكن المقدسة. أما إذا ضاع الحاج
نفسه فيمكن مساعدته عن طريق قراءة المعلومات الموجودة في الشريحة
دون الحاجة للكلام معه مما يزيل حواجز اللغات المختلفة والعديدة
للحجاج. ويتم قراءة الشريحة بواسطة قارئات خفيفة ومحمولة يدوياً
بواسطة رجال أمن الحجاج أو الإسعاف بشكل آلي وسريع وآمن. ومن
الممكن تشفير المعلومات المخزنة بحيث يمكن قراءتها من قبل الأشخاص
المخولين بذلك فقط ويجعل إمكانية تزوير أو تغيير المعلومات
مستحيلاُ. ويتم تثبيت الساعة، التي تحتوي على الشريحة، على اليد
بشكل دائم لضمان عدم إضاعتها أو نسيانها ويتم قطعها لدى مغادرة
الحاج للمناطق المقدسة ليتم إعادة برمجتها للاستخدام مع حجاج آخرين
في أعوام قادمة.
1.
مقدمة:
منذ مدة بدأت ثورة في
أنظمة التعريف الآلية باستخدام الترميز بالأعمدة
(barcode
) حيث انه تم استخدامها بشكل كبير في كافة الأنظمة الصناعية
والاستهلاكية وذلك لتأمينها قراءة آلية ورخص تكلفتها المتناهي.
ولكن مؤخراً بدأ يظهر عجز هذه التقنية في بعض التطبيقات للأسباب
التالية:
·
قلة
المعلومات الممكن تخزينها
·
عدم قابلية
إعادة البرمجة
·
ضرورة
مواجهة اللاصقة إلى الماسح
·
عدم إمكانية
قراءة أكثر من لاصقة في نفس الوقت
·
القراءة
ممكنة فقط لمسافات قصيرة جداً.
·
عدم إمكانية
إعطاء رقم مستقل لكل وحدة وإنما يعطى رمز واحد لكل وحدات النوع
نفسه.
ومع التقدم التقني
الكبير في مجال الشرائح الالكترونية وانخفاض ثمنها في السنوات
الأخيرة أصبحت الرقاقات الالكترونية البديل الأمثل في نظم التعريف
الآلية. وأكثر أنواع نظم التعريف الآلية المستخدمة اليوم هي
البطاقات الذكية التي تعتمد على التلامس مع القارئ للتواصل،
مثل بطاقات الهاتف والبطاقات البنكية. ولكن الاتصال الميكانيكي بين
القارئ والبطاقة غير مناسب من الناحية العملية.
إن التواصل دون التلامس مع القارئ يؤمن مرونة عالية في الكثير من
التطبيقات. والوضع المثالي في هذه الحالة هو أن تتم تغذية الرقاقة
بالإضافة إلى التواصل دون ضرورة اللمس المباشر. ولهذا السبب يطلق
على هذه التقنية "التعريف بترددات الراديو" (Radio
Frequency Identification)
RFID.
وفي السنوات الأخيرة ازداد انتشار تطبيقات أنظمة
RFID بشكل
واسع
حيث من المتوقع أن
تبلغ مبيعاتها بحدود 3 مليارات دولار أمريكي هذه السنة
[1].
2. التطبيق
المقترح:
يجتمع
في موسم الحج المبارك أعداد غفيرة من الحجاج في أماكن محددة، وأيام
معدودة، من بلاد شتى، ويتحدثون لغات مختلفة. وفي هذه الظروف التي
لا يكاد يوجد لها مثيل في تجمعات البشر تكثر حالات الإصابات
بالأمراض، وفقدان الأموال والأوراق الثبوتية الهامة، والتيه، خاصة
وأن كثير من الحجاج مسنون، ومنهم أصحاب أمراض تتطلب عناية خاصة
وعاجلة، كمرضى السكري مثلاً.
لأجل هذا وغيره، يمثل
موسم الحج تحدياً حقيقياً أمام جميع الوزارات والهيئات القائمة على
خدمة الحجيج، وتنظيم شئونهم، وتسهيل أدائهم لمناسكهم، مع الحفاظ
التام على أمنهم وراحتهم.
وهنا تقدم الرقاقة
الذكية – واحدة من التقنيات الحديثة – بتطبيقاتها المتنوعة حلاً
مثالياً لكثير من شؤون الحج. إذ يعطى كل حاج رقاقة مخزن فيها
المعلومات الخاصة به مثل أسمه وجنسيته وعمره والحالات المرضية
الخاصة، ورقم الهاتف، واسم المطوف، ومدة الزيارة في المشاعر
المقدسة. ومن جهة أخرى تعطى الجهات القائمة على خدمة الحجيج وتنظيم
شؤونهم قارئات لاستخراج المعلومات من البطاقات. ومن تطبيقات هذا
النظام مايلي:
تطبيقات
أمنية: إذ
يمكن اعتبار الرقاقة بمثابة رخصة حج ويمكن لقارئ الرقاقة التأكد من
الرخصة بشكل آلي وفي جزء من الثانية، كما يمكن قراءة المئات من
الرقاقات في وقت واحد دون تداخل بينها، مما يتضمن عدم خلق نقاط
اختناق عند الحواجز الأمنية، ويسهل حركة دخول الحجاج إلى المشاعر
دون ساعات الانتظار الطويلة كما يمكن بجمع هذه المعلومات تحليل
حركة الحجاج وتنقلهم بين المشاعر للتوصل إلى حلول للتحكم بالازدحام
وإزالة الاختناقات.
تطبيقات إحصائية:
إذ يمكن باستخدام قارئات عند مدخل الحرم، إحصاء الحجاج الداخلين
والخارجين بشكل آلي وهم في حركة عادية دون شعور منهم، ويمكن تحليل
هذه البيانات فيما بعد للحصول على معلومات إحصائية وأمنية مفيدة.
تطبيقات طبية:
يمكن للمؤسسات الطبية قراءة معلومات الحاج ذات الصلة من الرقاقة،
وهذا يوفر الجهد والوقت، مما
يساعد على تقديم العناية الصحية المناسبة لوضعه ويتخطى حاجز اللغة
في التفاهم.
تطبيقات مالية:
بعد اختبار النظام لسنوات، يمكن تطويره بإدخال نظام المحفظة
الإلكترونية في الرقاقة، بحيث يتمكن الحاج من "شحن" الرقاقة بمبالغ
معينة سلفاً، ثم يستهلكها في شراء حاجياته، دون ضرورة حمل نقود،
وتعرضه لضياعها أو سرقتها.
ومن مزايا استخدام
الرقائق الذكية تجنب استخدام شبكات الاتصالات في نقل المعلومات إذ
جميع المعلومات المطلوبة تخزن في الرقاقة. وتتضح قيمة هذه المزية
إذا ما استحضرنا مقدار الضغط والزحام الذي تعاني منه شبكات الاتصال
في موسم الحج. كما تعمل هذه الرقاقات بشكل فعال تحت درجات حرارة
ورطوبة عالية، كما تتحمل صدمات قوية ولا تتأثر بالماء.
ويمكن صياغة الرقاقة
على شكل ساعة يد ذات حزام بلاستيكي كما هو مبين في الشكل 1. بقفل
خاص بحيث لايمكن نزع الرقاقة بعد تثبيتها إلا بقطع الحزام، وذلك
يضمن عدم استبدالها أو ضياعها. تصرف الرقاقة لحجاج الداخل عند
تقديهم لرخصة الحج، وتصرف لحجاج الخارج عند المداخل الحدودية بعد
تخزينها بالمعلومات. وبالنظر إلى زهد كلفة الرقاقة ( لا يتوقع أن
تزيد عن ريالين ) فيمكن للحاج الاحتفاظ بها أو التخلص منها بعد
موسم الحج، إذ أن برمجتها تكون لاغية بعد انتهائه.
الشكل 1. رقاقة على
شكل ساعة يد
3. تطبيقات أنظمة
RFID
للتعريف
إن هناك العديد من
التطبيقات الصناعية والتجارية لأنظمة RFID
التي أثبتت نجاحها وأوضح دليل على ذلك أن اكبر مؤسسة تجارية في
العالم (Wal-Mart)
قد بدأت اعتباراً من بداية هذا العام الميلادي بإجبار جميع الشركات
الموردة لها باستخدام أنظمة RFID
من أجل التعريف الآلي بالمنتجات التي ترسلها للمؤسسة. وهناك خطة
طموحة للمستقبل من اجل استخدام أنظمة RFID
على جميع مبيعات المؤسسة بحيث أن العميل يمر بعربة مشترياته أمام
القارئ الذي يقرأ جميع المحتويات ويجمع ثمنها ومن ثم يحملها لبطاقة
الائتمان التي بحوزته بشكل آلي دون الحاجة لوجود موظف ودون الحاجة
للانتظار في الصف. كما أن إدارة الأغذية والأدوية الأمريكية أوصت
باستخدام أنظمة RFID
في جميع الأدوية اعتباراً من العام 2007من أجل مكافحة التقليد.
والعديد من شركات الطيران سوف تستخدم هذه الأنظمة من أجل التعريف
بعفش المسافرين بشكل آلي. وقد بدأ مؤخرا انتشار التطبيقات على
الإنسان وبعض هذه التطبيقات:
·
قررت إدارة
إحدى مدارس مدينة اوساكا اليابانية استخدام هذه التقنية في عام
2004 حيث يوضع قارئ على بوابة المدرسة ومواقع مهمة أخرى من أجل
متابعة حركة التلاميذ في المدرسة لتأمين الحماية الكاملة لهم
[2].
·
قررت ادارة مدينة
العاب (Legoland)
الدانماركية استخدام هذه التقنية بدءاً من عام 2004 لمتابعة حركة
الأطفال ضمن المدينة من اجل سهولة إيجادهم إذا فقدوا من قبل آبائهم
[3].
ويمكن أيضا استخدام هذه التقنية من أجل معرفة كيفية إمضاء العملاء
وقتهم ضمن مدينة الألعاب وذلك لتقديم خدمات أفضل.
·
وافقت إدارة
الأغذية والأدوية الأمريكية
على زراعة
رقاقة VeriChip
ذات الابعاد 12x1.2
مم تحت جلد الإنسان كما هو مبين بالشكل 2. بحيث تحتوي على رقم
تعريف خاص يمكن بواسطته الحصول على وثائق طبية خاصة بحامل الرقاقة
محفوظة في خادم الشركة المنفذة [4].
كما أن هناك
إمكانية استخدامها للتحكم بمداخل المحطات النووية والمراكز الحساسة
الأخرى. وقد تم مؤخرا زرعها تحت جلد رواد احد النوادي في مدينة
برشلونة الأسبانية من اجل الدخول إلى النادي ودفع كلفة المأكولات
حيث يكفي تلويح اليد أمام القارئ الالكتروني لإتمام العملية. وقد
تم زرع هذه الرقاقة في رسغ وزير العدل المكسيكي و 160 من موظفيه من
اجل الدخول إلى بعض الغرف في الوزارة لضمان أعلى مستوى من الأمن
والسرية. و سيزرع العديد من رجال الشرطة هذه الرقاقة في أجسادهم
للتمكن من تتبعهم إذا تعرضوا للخطف.
الشكل 2. زرع رقاقة
VeriChip
تحت جلد الانسان
·
المؤسسات
الإصلاحية في كل من الولايات الأمريكية أوهايو وميتشيغان
وكاليفورنيا وإلينوي تستخدم تقنية
RFID
من أجل رصد حركة النزلاء وإذا حاول احد النزلاء نزع الرقاقة فانه
يتم إرسال رسالة تحذير إلى الجهات المسؤولة بشكل آلي
[5].
4. أنوع الرقاقات:
الرقاقات السلبية:
لا تحتوي على بطاريات خاصة وإنما يتم تغذيتها عن طريق مجال القارئ
الكهرومغناطيسي. وتتناقص القدرة المتوفرة من مجال القارئ بسرعة مع
ازدياد المسافة مما يحدد مجال قراءتها إلى مسافة 4-5 متر باستخدام
الترددات العالية جداً 860-930
MHz.
الرقاقات الفعالة:
تحتوي على بطاريات خاصة مما يؤدي إلى زيادة المسافة حتى 100 متر
كما أن هناك بعض الرقاقات الفعالة متكاملة مع وحدة إرسال مما
يجعلها مستقلة تماماً عن حقل القارئ وبالتالي يمكنها التواصل حتى
مسافة عدة كيلومترات بإتباع مبدأ الرادارات
[1]
.
ويتم صنع الرقاقات
بأشكال مختلفة لتتناسب مع التطبيقات والعوامل المحيطة وذلك حسب
التسلسل التالي للرقاقات الأساسية:
o
وضع صفيحة
ورقية أو بلاستيكية من الأسفل
o
تثبيت هوائي
مصنوع من مادة ناقلة مثل النحاس أو الألمنيوم
o
توصيل
الشريحة الالكترونية إلى الهوائي
o
تغطية
الرقاقة بصفيحة بلاستيكية أو ورقية لاصقة
والشكل رقم 3. يوضح
هذه العملية [5]
الشكل
رقم 3. تجميع الرقاقة الأساسية
وتتخذ الرقاقة
أشكالاً مختلفة مثل
:
1.
رقاقات بحجم
البطاقة البنكية مع خلفية لاصقة
2.
أقراص
بلاستيكية
3.
رقاقات ضمن
ساعة يد
4.
علاقات
مفاتيح
5.
رقاقات
ورقية
6.
وغيرها حسب
طلب المستخدم كما هو موضح بالشكل رقم 4.
[3]
الشكل
رقم 4. الأشكال المختلفة للرقاقات
أما عن مركبات الشريحة
ضمن الرقاقة فإنها تتألف من وحدة طاقة ومعدل ومنسق أوامر ومحولات
إلى قيم رقمية كما هو مبين بالشكل 5[5]
.
الشكل 5. البنية
الأساسية لشريحة الرقاقة الالكترونية
وقد تم التوصل إلى
صناعة شريحة الكترونية باستخدام تقنيات متطورة ومعقدة بحيث انه لا
تتجاوز أبعادها 0.30.3 مم2
وتقوم بتنفيذ برمجيات محددة ضمن متطلبات عالية مثل الاستهلاك
المتدني للطاقة ومعالجة إشارات غير صافية بسبب التداخلات. ومعظم
الشرائح تحتوي على ذاكرة EEPROM
لحفظ
المعلومات حتى عندما لا تكون موصلة لأي مصدر طاقة. وسعة هذه
الذاكرة من 96 بت الى 64 كيلو بت وزيادة السعة تؤدي إلى زيادة
مساحة الشريحة وسعرها. وتخفيض مساحة الشريحة أدى إلى إمكانية تخفيض
كلفة الرقاقة إلى حدود 75 هللة. وقد تم مؤخراً تطوير رقاقات بحيث
أن الهوائي يركب على سطح الشريحة مباشرة
[6]
بحيث يكون سطح
الرقاقة صغير جداً ويمكن إخفاؤها ضمن أوراق نقدية جديدة كما هو
مبين بالشكل 6.
الشكل 6. شريحة
RFID
حيث الهوائي يركب على سطح الرقاقة وسماكة الملف
14 مايكرون والفاصل 4 مايكرون (Maxell
)
وهناك أنظمة متعددة
للتواصل مع القارئ وذلك حسب الترددات المستخدمة. وفي التطبيق
المقترح في هذه الورقة يتم تغذية الرقاقة ونقل المعلومات من والى
القارئ عن طريق التحريض المتبادل
بين ملفات
الرقاقة وملفات القارئ كما هو مبين بالشكل 7.
شكل 7. التحريض
المتبادل بين الرقاقة والقارئ
والملفات في الرقاقة
والقارئ عبارة عن دوائر طنينية مؤلفة من وشائع تحريض ومكثفات وفي
الترددات الطنينية فان الطاقة المنقولة للرقاقة تبلغ كميتها
العظمى. وكلما ازدادت الترددات كلما قل عدد لفات الهوائي. وعادة
يكتفى بعدد لفات من 3 – 5 عند تردد 13.56
MHz. ويتم
إرسال المعلومات من القارئ إلى الرقاقة عن طريق تقنية تغيير السعة
Amplitude Modulation.
وتستطيع وحدة الاستقبال في الرقاقة التقاط المجالات المعدلة
واستخراج المعلومات المرسلة [5].
من ناحية أخرى فان الرقاقة ترسل المعلومات بطريقة مشابهة للمحولات
الكهربائية حيث انه عندما تتغير الحمولة على ملفات الطرف الثانوي
(هوائي الرقاقة) فان تأثير ذلك ينتقل إلى الطرف الرئيسي (هوائي
القارئ). ويتم تغيير الحمولة عن طريق تغيير ممانعة الهوائي
باستخدام دوائر داخلية خاصة.
أما عن القارئ فمن
الممكن ان يكون محمولا بحيث لا يتجاوز وزنه الكيلوغرام ومزود
بذاكرة أكثر من 128 ميغابايت ومن الممكن تواصله مع الحاسب لاسلكياً
[7].
الشكل 6.
RFID
قارئ محمول
5. الخاتمة:
تعتبر الرقاقات الذكية
من أوسع طرق التعريف الآلي انتشاراً وقد شملت تطبيقاتها جميع
المجالات الحيوية والأنشطة البشرية مثل الأمن والصحة والتعليم
والترفيه بالإضافة إلى الأنشطة التجارية والصناعية. وقد قدم هذا
البحث مقترحا لتطبيق الرقاقات الذكية على حجاج بيت الله الحرام
بهدف تسهيل تأديتهم لمناسك الحج والتحكم بالزحام وتجميع إحصائيات
بشكل آلي من أجل التحليل والوصول لحلول مثلى لراحة الحجاج وأمنهم.
ولا توجد تقنيات أخرى تنافس تقنية RFID
في هذا التطبيق من ناحية الكلفة والأداء. وقد اكتسب فريق البطاقة
الذكية في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن خبرات متميزة في هذا
المجال من خلال تنفيذ مشروع الجامعة للبطاقة الذكية المتعددة
التطبيقات. كما تم اقتراح هذه التقنية للتحكم في حركة المركبات
داخل منطقة المشاعر في موسم الحج بالتعاون مع معهد خادم الحرمين
الشريفين لأبحاث الحج. وتحرص الجامعة على توطين هذه التقنية بتوظيف
خبراتها في مشاريع حيوية مماثلة.
6.
الفهرس
[1] Klaus
Finkenzeller, RFID Handbook, Radio-Frequency Identification
Fundamentals and Applications, Wiley, 1999.
[2]
http://www.rfidgazette.org/2004/07/japanese_childr.html
[3]
http://www.rfidgazette.org/2004/04/denmarks_legola.html
[4]
http://www.adsx.com/index.html
[5] Steve Lewis: A basic introduction to RFID Technology
and its use in the supply chain, White paper, LARAN RFID, 2004.
[6] Dargan, Johnson, Penchalingam, and Stratis, The use
of Radio Frequency Identification as a replacement for
traditional barcoding, Report, Strategic Uses of Information
Technology, 2004.
[7]
http://www.psionteklogix.com
يتقدم
الباحثون بالشكر والتقدير لجامعة الملك فهد للبترول والمعادن للدعم
المقدم لهذا البحث
