Ace630 RFID

Công nghệ RFID ứng dụng Trang Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1.1 Sơ lược hệ thống nhận dạng tự động 1.1.1 Hệ thống mã vạch (Barcode system) Mã vạch hình gồm nhiêu sợ đứng, rộng hẹp in để đại diện cho mã số dạng máy đọc Các mã sọc phù hợp với tiêu chuẩn Universal Product Code (UPC) in hầu hết sản phẩm hang hóa bày bán siêu thị Khi hình mã sọc kéo lướt qua dụng cụ quét quang học quầy kiểm tra thu tiên, máy tính đối chiếu số hiệu sản phẩm với sở liệu in giá tiền với mã Hình 1.1 Mã vạch 1.1.2 Nhận dạng ký tự quang học (Optical character recognition – OCR) Nhận dạng ký tự quang học cảm nhận máy chữ in chữ đánh máy Bằng phần mềm OCR, máy quét quét trang chữ in, ký tự biến thành văn theo qui cách tài liệu chương trình xử lý từ 1.1.3 Phương thức sinh trắc học (Biometric procedures) 1.1.3.1 Nhận dạng giọng nói (Voice identification) Là phương thức thực cách kiểm tra đặc trưng giọng nói người nói với mẫu tham khảo có trước, tương ứng đáp ứng thực theo yêu cầu người nói 1.1.3.2 Nhận dạng dấu vân tay ( Fingerprinting procedures) Tiến trình dựa so sánh mẫu nhú lớp da đầu ngón tay Hệ thống phân tích liệu từ mẫu đọc đem so sánh với mẫu tham khảo lưu trữ Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 1.1.4 Thẻ thông minh (Smart Cards) Thẻ thông minh hệ thống lưu trữ liệu điện tử Nó có kích thước khoảng thẻ tín dụng chứa thơng tin hầu hết trường hợp chứa vi xử lý điều khiển nhiều chức đáp ứng nhu cầu người sử dụng Khơng giống thẻ từ có sọc từ ngồi mặt thẻ, thẻ thông minh giữ thông tin bên mà an tồn nhiều Thẻ thơng minh thường dùng cho thiết bị cần xác minh chủ quyền người sử dụng, tạo mã truy cập cho hệ thống bảo an Thẻ thông minh thẻ thông minh điện thoại trả trước đưa vào sử dụng năm 1984 Có loại thẻ thơng minh khác dựa vào tính bên nó: thẻ nhớ thẻ vi xử lý 1.1.4.1 Thẻ nhớ (Memory cards) Trong thẻ nhớ, nhớ - thường EEPROM truy cập sử dụng hệ thống logic tuần tự, kết hợp với giải thuật bảo mật đơn giản cách sử dụng hệ thống Các chức thẻ nhớ thường tối ưu hóa cho ứng dụng cụ thể Tính linh hoạt bị giới hạn, nhiên mặt tích cực thẻ nhớ có ưu giá Chính lý mà thẻ nhớ dùng rộng rãi Hình 1.2 Kiến trúc thẻ nhớ có logic bảo mật 1.1.4.2 Thẻ vi xử lý (Microprocessor cards) Thẻ vi xử lý chứa vi xử lý nối tới ô nhớ (RAM, ROM EEPROM) Thẻ vi xử lý linh hoạt Trong hệ thống thẻ thơng minh đại, tích hợp ứng dụng khác thẻ (đa ứng dụng) Chương Tổng quang công nghệ RFID Cơng nghệ RFID ứng dụng Trang Hình 1.3 Kiến trúc thẻ vi xử lý ROM lập trình mặt nạ tạo kết hợp thành hệ thống hoạt động (mã lập trình cao hơn) cho vi xử lý chèn vào q trình sản xuất chip Nội dung xác lập trình sản xuất, tương tự cho tất chip khác đợt sản phẩm, chúng khơng thể lập trình lại EEPROM chip chứa liệu ứng dụng mã chương trình liên quan tới ứng dụng Việc đọc hay ghi liệu điều khiển hệ điều hành RAM nhớ làm việc tạm thời vi xử lý Dữ liệu bị mất điện Các loại thẻ vi xử lý dùng ứng dụng có độ bảo mật Các loại thẻ thông minh dùng hệ thống điện thoại di động GSM Tuỳ chọn việc lập trình thẻ vi xử lý thuận tiện cho việc tạo ứng dụng 1.1.5 Hệ thống RFID (RFID System) Hệ thống RFID liện hệ gần với thẻ thông minh Cũng hệ thống thẻ thông minh, liệu lưu trữ thiết bị mang liệu điện tử phát đáp Tuy nhiên, không giống thẻ thông minh, lượng cung cấp cho thiết bị mang liệu cho việc trao đổi liệu đầu đọc/phát tín hiệu khơng dựa tiếp xúc điện mà thay sử dụng từ tính trường điện từ Hình 1.4 Hệ thống RFID Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 1.2 Giới thiệu chung nhận dạng vô tuyến RFID 1.2.1 Lịch sử phát triển hệ thống RFID Các công nghệ ngày hướng tới đơn giản, tiện lợi đặc trưng ưu tiên hàng đầu khả không dây (wireless) Thiết bị không dây ngày phát triển rộng rãi làm cho người giải phóng, tự thoải mái Công nghệ RFID đời tạo cách mạng môi trường tương tác RFID kỹ thuật đánh giá cao phát triển nhanh chóng khoảng thời gian ngắn Lần cơng nghệ tương tự tách sóng IFF (Identification Friend or Foe) phát minh năm 1937 người Anh quân đồng minh sử dụng Thế Chiến lần thứ II để nhận dạng máy bay ta địch Kỹ thuật trở thành tảng cho hệ thống kiểm soát không lưu giới vào thập niên 50 Nhưng khoảng thời gian chi phí cao kích thước lớn hệ thống nên chúng sử dụng quân đội, phòng nghiên cứu trung tâm thương mại lớn Hình 1.5 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1880-1960 Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang Hình 1.6 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1960-1990 Cuối thập niên 60 đầu thập niên 70, bắt đầu xuất công ty giới thiệu ứng dụng cho RFID mà không phức tạp đắt tiền Ban đầu phát triển thiết bị giám sát điện tử (Electronic Article Surveillance - EAS) để kiểm sốt hàng hóa chẳng hạn quần áo hay sách thư viện Kỹ thuật RFID ngày nhiều người biết đến thập niên 60 70, bắt đầu xuất nhiều ứng dụng kỹ thuật nhiều mặt sống Kỹ thuật hoàn thiện, từ nhận biết trở thành nhận dạng Đến năm 1973, Mario Cardullo (USA) thức trở thành người hồn thiện cơng nghệ RFID Việc khảo sát tỉ mỉ kỹ thuật radio đem nghiên cứu phát triển hoạt động thương mại thập niên 1960 tiến triển rõ vào năm 1970 công ty, học viện phủ Mỹ Chẳng hạn, Bộ lượng Los Alamos Nation Laboratory phát triển hệ thống theo dõi nguyên liệu hạt nhân cách đặt thẻ vào xe tải đặt reader cổng phận bảo vệ Đây hệ thống sử dụng ngày hệ thống trả tiền lệ phí tự động Kỹ thuật cải tiến so với kỹ thuật trước mã vạch hàng hóa thẻ card viền có tính từ RFID tiên tiến vào đầu năm 80, có ứng dụng rộng rãi việc kiểm soát xe Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc Châu Âu Hệ thống RFID ứng dụng việc nghiên cứu đời sống hoang dã, thẻ RFID gắn vào vật, nhờ lần theo dấu vết chúng môi trường hoang dã Đến thập niên 90, mà tần số UHF sử dụng thể ưu điểm khoảng cách tốc độ truyền liệu cơng nghệ RFID đạt thành tựu rực rỡ Chương Tổng quang công nghệ RFID Cơng nghệ RFID ứng dụng Trang Hình 1.7 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1990-2009 Mặc dù nguyên lý kỹ thuật RFID tồn từ thời Marconi bắt đầu bàn đến tiềm to lớn từ cuối kỷ 20 Những năm đầu kỷ 21 đánh dấu điểm mốc chuyển biến quan trọng RFID Kỹ thuật RFID sử dụng khu vực kinh tế tư nhân nhà nước, từ việc theo dõi sách thư viện đến việc xác nhận chìa khóa khởi động xe Các nhà bán lẽ tầm cỡ yêu cầu nhà cung cấp lớn sử dụng thẻ RFID, với tiến kỹ thuật giảm giá thúc đẩy phát triển RFID Tại Việt Nam nay, nhu cầu sử dụng RFID ngày nhiều mở thị trường vô tiềm cho nhà nghiên cứu, sinh viên nhà sản xuất Tuy nhiên để vận dụng phát triển hệ thống, chúng cần phải có hiểu biết định chúng 1.2.2 Khái niệm RFID Là công nghệ xác nhận liệu đối tượng sóng vơ tuyến để nhận dạng, theo dõi lưu thông tin thẻ (Tag) Reader quét liệu thẻ gửi thông tin đến sở liệu lưu trữ liệu thẻ Kỹ thuật RFID có liên quan đến hệ thống không dây cho phép thiết bị đọc thông tin chứa chip không tiếp xúc trực tiếp khoảng cách xa, mà không thực giao tiếp vật lý yêu cầu nhìn thấy hai Nó cho ta phương pháp truyền nhận liệu từ điểm đến điểm khác Dạng đơn giản sử dụng hệ thống RFID bị động làm việc sau: RFID reader truyền tín hiệu tần số vơ tuyến điện từ qua antenna đến chip không tiếp xúc Reader nhận thông tin trở lại từ chip gửi đến máy tính điều khiển đầu đọc xử lý thơng tin tìm từ chip Các chip khơng tiếp xúc, khơng tích điện, chúng hoạt động cách sử dụng lượng chúng nhận từ tín hiệu gửi reader Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thơng khơng dây dải tần sóng vơ tuyến để truyền liệu từ thẻ đến reader Thẻ đính kèm gắn vào đối tượng nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp 1.2.3 So sánh hệ thông ID khác Từ cách phân tích hệ thơng nhận dạng mơ tả cho ta thấy ưu điểm nhược điểm RFID với hệ thông khác (Bảng 1.1) Bảng 1.1 So sánh số hệ thống nhận dạng 1.3 Các thành phần hệ thống RFID Các thành phần hệ thống RFID thẻ, reader sở liệu Một hệ thống RFID toàn diện bao gồm bốm thành phần: Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang  Thẻ RFID (RFID Tag, Transponder - phát đáp) lập trình điện tử với thơng tin  Các reader (đầu đọc) sensor (cái cảm biến) để truy vấn thẻ  Antenna thu, phát sóng vơ tuyến  Host computer - server, nơi mà máy chủ hệ thống phần mềm giao diện với hệ thống tải Nó phân phối phần mềm reader cảm biến Cơ sở hạ tầng truyền thơng: thành phần bắt buộc, tập gồm hai mạng có dây không dây phận kết nối để kết nối thành phần liệt kê với để chúng truyền với hiệu Hình 1.8 Hệ thống RFID 1.3.1 Thẻ RFID Thẻ RFID (bộ phát đáp), thiết bị lưu trữ liệu thực tế hệ thống RFID, thường bao gồm phần tử kết nối (Coupling element) vi chíp điện tử Chương Tổng quang công nghệ RFID Cơng nghệ RFID ứng dụng Trang Hình 1.9 Layout thiết bị mang liệu, transpnder Hình bên trái transponder ghép cảm ứng với anten cuộn dây, hình bên phải transponder viba với anten dipole Thẻ gồm có thành phần : - Chip: lưu trữ số thứ tự thông tin khác dựa loại thẻ: read-only, read-write, write-once-read-many - Antenna gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến reader Antenna lớn cho biết phạm vi đọc lớn Các thẻ RFID phân loại dựa việc thẻ có chứa cung cấp nguồn gắn bên cung cấp thiết bị chuyên dụng: - Thụ động (Passive) Tích cực (Active) Bán tích cực (Semi-active, gọi bán thụ động - semi-passive) Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 10 1.3.1.1 Thẻ thụ động Hình 1.10 Cấu trúc thẻ thụ động Loại thẻ nguồn bên (on-board), sử dụng nguồn nhận từ reader để tự tiếp sinh lực hoạt động truyền liệu lưu trữ cho reader Thẻ thụ động có cấu trúc đơn giản khơng có thành phần động Thẻ có thời gian sống dài thường có sức chịu đựng với điều kiện môi trường khắc nghiệt Đối với loại thẻ này, thẻ reader truyền thông với reader ln truyền trước đến thẻ Cho nên bắt buộc phải có reader để thẻ truyền liệu Thẻ thụ động đọc khoảng cách từ 11cm trường gần (ISO 14443), đến 10m trường xa (ISO 18000-6), lên đến 183m kết hợp với ma trận Thẻ thụ động nhỏ rẻ thẻ tích cực bán tích cực Các thẻ thụ động thực thi tần số low, high, ultrahigh, microwave Thẻ thụ động bao gồm thành phần sau: - Vi mạch (microchip) Antenna 1.3.1.1.1 Vi mạch (microchip) Vi mạch thơng thường gồm có: - Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC từ tín hiệu antenna reader thành nguồn DC Nó cung cấp nguồn đến thành phần khác vi mạch - Máy tách xung (Clock extractor): rút tín hiệu xung từ tín hiệu antenna reader Chương Tổng quang công nghệ RFID Cơng nghệ RFID ứng dụng Trang 16 Hình 1.13 cấu trúc reader Các thành phần reader bao gồm: - Máy phát (Transmitter) - Máy thu (Receiver) - Vi mạch (Microprocessor) - Bộ nhớ - Kênh vào/ra cảm biến, cấu truyền động đầu từ, bảng tín hiệu điện báo bên ngồi (mặc dù nói thành phần khơng bắt buộc, chúng cung cấp với reader thương mại) - Mạch điều khiển (có thể đặt bên ngồi) - Mạch truyền thơng - Nguồn lượng 1.3.2.1 Máy phát Máy phát reader truyền nguồn AC chu kỳ xung đồng hồ qua antenna đến thẻ phạm vi đọc cho phép, chịu trách nhiệm gửi tín hiệu reader đến môi trường xung quanh nhận lại đáp ứng thẻ qua antenna reader Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 17 1.3.2.2 Máy thu Máy thu nhận tín hiệu tương tự từ thẻ qua antenna reader Sau gởi tín hiệu cho vi mạch reader, nơi chuyển thành tín hiệu số tương đương (có nghĩa liệu mà thẻ truyền cho reader biểu diễn dạng số) 1.3.2.3 Vi mạch Thành phần chịu trách nhiệm cung cấp giao thức cho reader để truyền thơng với thẻ tương thích với Nó thực việc giải mã kiểm tra lỗi tín hiệu tương tự nhận từ máy thu 1.3.2.4 Bộ nhớ Bộ nhớ dùng lưu trữ liệu tham số cấu hình reader kê khai lần đọc thẻ Vì việc kết nối reader hệ thống mạch điều khiển/phần mềm bị hỏng tất liệu thẻ đọc không bị 1.3.2.5 Các kênh xuất nhâp cảm biến, cấu truyền động đầu từ bảng tín hiệu điện báo bên ngồi Các reader khơng cần bật suốt Các thẻ xuất lúc rời khỏi reader việc bật reader suốt gây lãng phí lượng Thêm giới hạn vừa đề cập ảnh hưởng đến chu kỳ làm việc reader Thành phần cung cấp chế bật tắt reader tùy thuộc vào kiện bên ngồi Có số loại cảm biến cảm biến ánh sáng chuyển động để phát đối tượng gắn thẻ phạm vi đọc reader Cảm biến cho phép reader bật lên để đọc thẻ Thành phần cho phép reader cung cấp xuất cục tùy thuộc vào số điều kiện qua bảng tín hiệu điện báo (chẳng hạn, báo âm thanh) cấu truyền động đầu từ (chẳng hạn, mở đóng van an toàn, di chuyển cánh tay robot, v.v…) 1.3.2.6 Mạch điều khiển Mạch điều khiển thực thể cho phép thực thể bên người chương trình máy tính giao tiếp, điều khiển chức reader, điều khiển bảng tín hiệu điện báo cấu truyền động đầu từ kết hợp với reader Thường nhà sản xuất hợp thành phần vào reader (như phần mềm hệ thống (firmware) chẳng hạn) 1.3.2.7 Giao thức truyền thông Thành phần giao diện truyền thông cung cấp lệnh truyền đến reader, cho phép tương tác với thực thể bên qua mạch điều khiển, để truyền liệu Chương Tổng quang công nghệ RFID Cơng nghệ RFID ứng dụng Trang 18 nó, nhận lệnh gửi lại đáp ứng Thành phần giao diện xem phần mạch điều khiển phương tiện truyền mạch điều khiển thực thể bên Thực thể có đặc điểm quan trọng cần xem thành phần độc lập Reader có giao diện Giao diện loại giao diện phổ biến reader hệ sau phát triển giao diện mạng thành tính chuẩn Các reader phức tạp có tính tự phát chương trình ứng dụng, có gắn Web server cho phép reader nhận lệnh trình bày kết dùng trình duyệt Web chuẩn 1.3.2.8 Nguồn lượng Thành phần cung cấp nguồn lượng cho thành phần reader Nguồn lượng cung cấp cho thành phần qua dây dẫn điện kết nối với ngõ bên ngồi thích hợp 1.3.2.9 Cơ chế truyền thẻ reader Tùy thuộc vào loại thẻ, việc truyền reader thẻ theo cách sau đây: - Modulated backscatter - Kiểu máy phát (transmitter type) Trước nghiên cứu sâu vào loại truyền thông, ta phải hiểu khái niệm near field far field Phạm vi antenna reader bước sóng sóng RF phát antenna gọi near field Phạm vi bước sóng sóng RF phát từ antenna reader gọi far field Các hệ thống RFID thụ động hoạt động băng tần LF HF sử dụng việc truyền thông near field trong băng tần UHF sóng vi ba sử dụng far field Cường độ tín hiệu truyền thơng near field yếu lập phương khoảng cách từ antenna reader Trong far field, giảm bình phương khoảng cách từ antenna reader Cho nên truyền thông far field kết hợp với phạm vi đọc dài truyền thông near field Chương Tổng quang công nghệ RFID Cơng nghệ RFID ứng dụng Trang 19 Hình 1.14 Cơ chế truyền trường gần, trường xa thẻ reader Tiếp theo so sánh việc đọc thẻ ghi thẻ Việc ghi thẻ nhiều thời gian việc đọc thẻ điều kiện hoạt động ghi gồm nhiều bước, bao gồm việc xác minh ban đầu, xóa liệu cịn tồn thẻ, ghi liệu lên thẻ, giai đoạn xác minh lần cuối Thêm liệu ghi thẻ theo khối nhiều bước Vì việc ghi thẻ trăm giây hồn thành với việc tăng kích thước liệu Ngược lại, có số thẻ đọc khoảng thời gian với reader Việc ghi thẻ trình dễ bị ảnh hưởng cần đặt thẻ gần antenna reader khoảng cách đọc tương ứng Việc đặt gần nhằm cho phép antenna thẻ nhận đủ lượng từ tín hiệu antenna reader để cấp nguồn cho vi mạch giúp thực thi lệnh ghi Nhu cầu lượng trình ghi thường cao trình đọc 1.3.2.9.1 Modulated backscatter Việc truyền modulated backscatter áp dụng cho thẻ thụ động bán tích cực Trong kiểu truyền thơng này, reader gửi tín hiệu RF sóng liên tục (continuos waveCW) gồm có nguồn AC tín hiệu xung cho thẻ tần số mang (carrier frequencytần số mà reader hoạt động) Nhờ việc kết nối (nghĩa chế truyền lượng reader thẻ) mà antenna thẻ cung cấp nguồn điện cho vi mạch Từ kích thích thường ám việc vi mạch thẻ thụ động nhận lượng từ tín hiệu reader để tự tiếp sinh lực Vi mạch cần khoảng 1.2V từ tín hiệu reader để tiếp sinh lực việc đọc Cịn việc ghi vi mạch thường cần khoảng 2.2V từ tín hiệu reader Hiện vi mạch điều chỉnh, thay đổi tín hiệu nhập thành chuỗi mơ hình mở, tắt trình bày liệu truyền trở lại Khi reader nhận tín hiệu điều chế, giải mã mơ hình thu liệu thẻ Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 20 Vì mơ hình truyền modulated backscatter, reader ln “talks” trước sau tới thẻ Thẻ sử dụng mơ hình khơng thể truyền khơng có mặt reader phụ thuộc hồn tồn vào lượng reader để truyền liệu Hình 1.15 Cở chế truyền modulated backscatter thẻ thụ động Hình 1.16 Cơ chế truyền modulated backscatter thẻ bán thụ động 1.3.2.9.2 Kiểu máy phát Kiểu truyền áp dụng cho thẻ tích cực Trong kiểu truyền này, thẻ phát tán thông điệp xung quanh môi trường với khoảng cách theo qui định, reader có hay khơng có mặt Vì vậy, kiểu truyền này, thẻ luôn “talks” trước reader Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 21 Hình 1.17 Cơ chế truyền kiểu máy phát thẻ tích cực 1.3.3 Cở sở liệu(database) Database hệ thống thông tin phụ trợ để theo dõi chứa thơng tin item có đính thẻ Thông tin lưu database bao gồm định danh item, phần mô tả, nhà sản xuất, hoạt động item, vị trí Kiểu thơng tin chứa database biến đổi tùy theo ứng dụng Chẳng hạn liệu lưu trữ hệ thống thu lệ phí đường khác với liệu lưu trữ cho dây chuyền cung cấp khác với quản lý nhân viên cơng ty Các database kết nối đến mạng khác mạng LAN để kết nối database qua Internet Việc kết nối cho phép liệu chia sẻ với database cục mà thông tin thu thập trước tiên từ 1.4 Giao thức thẻ RFID Để hiểu chế truyền kỹ thuật liên quan đến cơng nghệ RFID tìm hiểu thuật ngữ khái niệm ban đầu cách lưu liệu thẻ hai thủ tục quan trọng Singulation Anti_Collision 1.4.1 Thuật ngữ khái niệm Trong phần này, ta nghiên cứu giao thức mà reader thẻ sử dụng để trao đổi thông điệp thông qua giao diện không gian (air interface) xem xét chi tiết thông tin lưu trữ thẻ Giao thức: “Một tập quy tắc thức mơ tả cách truyền liệu, đặc biệt qua mạng Các giao thức cấp thấp xác định tiêu chuẩn điện, vật lý tiến hành theo kiểu bit kiểu byte, việc truyền, việc phát lỗi hiệu chỉnh chuỗi bit Các giao thức cấp cao đề cập đến định dạng liệu bao gồm cú pháp thông điệp, đoạn đối thoại đầu cuối tới máy tính, ký tự, xếp thứ tự thông điệp, v.v…” Với định nghĩa này, giao diện khơng gian giao thức cấp thấp, cịn giao thức mô tả giao thức cấp cao Nó xác định cú pháp thông điệp cấu trúc đoạn đối thoại reader thẻ Phần đầu xoay quanh số thuật ngữ khái niệm quan trọng để hiểu giao thức thẻ giải thích nhiều mối quan hệ chuẩn mã vạch mã hóa thẻ, hữu ích cho người phát triển xây dựng ứng dụng EPC (Electronic Product Code) Sau ta thảo luận số loại thủ tục chống đụng độ singulation để minh họa cách reader nhận dạng thẻ Phần gần giống phần chức security & privacy số mẹo gỡ rối việc truyền thẻ Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 22 Ban đầu giao thức singulation dường người quan tâm biết chúng tập trung tranh luận sôi suốt thời gian gần nguyên nhân gây định then chốt thời gian thông qua kỹ thuật RFID nhiều ngành công nghiệp Thuật ngữ kỹ thuật phát triển có kỹ thuật đời không ngoại trừ RFID Một số thuật ngữ hữu ích để mô tả khái niệm khác xuất phần Các thuật ngữ là: -Singulation Thuật ngữ mơ tả thủ tục giảm nhóm (group) thành luồng (stream) để quản lý Chẳng hạn cửa xe điện ngầm thiết bị để giảm nhóm người thành luồng người mà hệ thống đếm yêu cầu xuất trình thẻ Singulation tương tự có truyền thơng với thẻ RFID, khơng có chế cho phép thẻ reply tách biệt, nhiều thẻ đáp ứng reader đồng thời phá vỡ việc truyền thơng Singulation có hàm ý reader học ID thẻ để kiểm kê -Anti-collision Thuật ngữ mơ tả tập thủ tục ngăn chặn thẻ ngắt thẻ khác khơng cho phép có thay đổi Singulation nhận dạng thẻ riêng biệt, ngược lại anticollision điều chỉnh thời gian đáp ứng tìm phương thức xếp ngẫu nhiên đáp ứng để reader hiểu thẻ tình trạng q tải 1.4.3 Thủ tục SINGULATION ANTI-COLLISION Vấn đề liên quan tới phương thức mà reader thẻ sử dụng giao diện không gian (air interface) Có nhiều phương thức khác cho reader thẻ liên lạc với tất phân loại thành Tag Talks First (TTF) Reader Talks First (RTF) Trong phần này, ta nghiên cứu giao thức phổ biến cho RFID: Slotted Aloha, Adaptive Binary Tree, Slotted Terminal Adaptive Collection đặc tả EPC Gen2 1.4.3.1 Slotted Aloha Slotted Aloha xuất phát từ thủ tục đơn giản “Aloha” phát triển năm 1970 Norman Abramson Aloha Network Hawaii truyền vơ tuyến gói Aloha nguồn cảm hứng cho giao thức Ethernet biến đổi thủ tục dùng thông tin vệ tinh cho thẻ RFID ISO 18000-6 Type B EPC Gen2 Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 23 Đối với thủ tục này, thẻ bắt đầu broadcast ID chúng reader nạp lượng cho chúng Mỗi thẻ gửi ID chờ khoảng thời gian random trước broadcast lại Reader nhận ID, thẻ broadcast khoảng thời gian thẻ khác im lặng Dẫu reader khơng trả lời thẻ Ưu điểm thủ tục tốc độ tính đơn giản Luận lý thẻ nhỏ với giao thức yếu tốc độ đọc đạt cao có vài thẻ diện Tuy nhiên, thẻ thêm vào làm giảm hội truyền Có nghĩa chờ thẻ truyền lại đến truyền hết, phụ thuộc vào khoảng cách truyền, thực thi theo dõi item khoảng đến 12 thẻ Cũng may Slotted Aloha cải tiến giao thức cách thêm vào khái niệm singulation yêu cầu thẻ broadcast vào lúc bắt đầu khe thời gian làm giảm đụng độ cách đáng kể Và có khả đọc gần 1.000 thẻ giây Slotted Aloha sử dụng lệnh chọn thẻ: REQUEST, SELECT READ Lệnh REQUEST cung cấp đánh dấu thời gian cho thẻ có dãy Lệnh REQUEST cho biết phương thức thẻ sử dụng khe có sẵn Mỗi thẻ chọn khe đó, dựa vào tổng số tùy chọn reader, chúng chọn ngẫu nhiên khoảng thời gian chờ trước trả lời lệnh REQUEST Sau thẻ broadcast ID khe chọn Khi nhận ID, reader phát lệnh SELECT chứa ID Chỉ thẻ có ID trả lời Sau reader phát lệnh READ Sau reader phát lại lệnh REQUEST Càng khe việc đọc nhanh, nhiều khe đụng độ Reader tăng tổng số khe REQUEST bị đụng độ tiếp tục tăng lệnh REQUEST việc truyền ID khơng cịn đụng độ Reader sử dụng lệnh BREAK cho biết thẻ chờ đợi Trong số trường hợp, thẻ vào trạng thái SLEEP đọc thành cơng, cho phép thẻ cịn lại có nhiều hội chọn 1.4.3.2 Cây nhị phân thích ứng (Adaptive binary Tree) Các thẻ UHF EPC lớp lớp phiên 1.0 (Generation 1) sử dụng cách tiếp cận phức tạp cho singulation chống đụng độ thủ tục Adaptive Binary Tree Thủ tục sử dụng tìm kiếm nhị phân để tìm thẻ nhiều thẻ Ta quen thuộc với nhị phân để hiểu rõ ta xem lại khái niệm Sau ta giải thích số sắc thái tìm kiếm nhị phân sử dụng cách tiếp cận query/response tương tự phần Slotted Aloha Không giống với Slotted Aloha, thẻ sử dụng giao thức trả lời tức Đặc tả EPC giao diện không gian thẻ UHF sử dụng subcarrier riêng cho bit bit đáp ứng thẻ Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 24 Bởi giao thức khơng ý đến phương thức đáp ứng nhiều thẻ với bit bit mà ý đến thẻ đáp ứng Một phương thức dễ dàng đốn số Khi ta bắt đầu ta khơng có thơng tin, ta hỏi “Số phải khơng?” Nếu trả lời “vâng” ta thêm vào chuỗi số hỏi “Số phải không?” Nếu trả lời “không” ta thêm vào chuỗi số Câu hỏi câu trả lời lặp lại cho số ta biết hết toàn số Các mũi tên trình bày số xác bước Hình 1.19 Sơ đồ nhị phân Bây áp dụng chiến lược để tìm thẻ nhiều thẻ bit ID thẻ Như nói ta bắt đầu khơng có thơng tin Reader gửi câu truy vấn “Có thẻ có bit đầu (MSB) không?” Tất trả lời “khơng” dừng đáp ứng, cịn thẻ trả lời “có” hỏi câu hỏi tương tự cho bit Với cách này, thẻ tiếp tục bị thu hẹp dần thẻ trả lời Bằng phương thức reader thu hẹp thẻ mà khơng hết tồn ID, trường hợp xấu tìm kiếm ID cần đến bit cuối (LSB) 1.4.3.3 Slotted Terminal Adaptive Collection (STAC) Giao thức STAC tương tự nhiều mặt với Slotted Aloha, có số đặc điểm làm cho phức tạp phải có cách giải riêng STAC xác định thành phần đặc tả EPC thẻ HF Bởi xác định đến 512 khe có chiều dài khác nhau, đặc biệt phù hợp với singulation với mật độ thẻ dày đặc Giao thức cho phép chọn nhóm thẻ dựa chiều dài mã EPC bắt đầu MSB Bởi mã EPC tổ chức Header, Domain Manager Number, Object Class Serial Number từ MSB đến LSB, chế dễ dàng chọn thẻ thuộc Domain Manager Object Class Vì thẻ HF thường dùng xác thực item riêng lẻ nên điều hữu dụng chẳng hạn ứng dụng muốn biết có item pallet hỗn hợp thùng giấy A4 Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 25 Cũng Slotted Aloha, STAC sử dụng khe Số khe xác reader chọn điều chỉnh liên tục để cân nhu cầu đọc nhanh vài đụng độ Càng khe việc đọc nhanh nhiều khe làm cho đụng độ STAC định nghĩa tập nhỏ trạng thái lệnh 1.5 Điều lệ chuẩn hóa Khơng có tổ chức tồn cầu quản lý tần số sử dụng cho RFID Về nguyên tắc, quốc gia thiết lập qui định cho riêng Các tổ chức quản lý cấp phát tần số cho RFID là: - Mỹ: FCC (Federal Communications Commision) - Ủy ban viễn thông liên bang - Canada: DOC (Department of Communication): Bộ viễn thông - Châu Âu: ERO, CEPT, ETSI, uỷ ban quốc gia (các uỷ ban quốc gia phải phê chuẩn tần số xác định để sử dụng trước sử dụng quốc gia này) - Nhật: MPHPT (Ministry of Public Management, Home Affair, Post and Telecommunication) - Bộ quản lý vấn chung nước cộng động bưu viễn thơng) - Trung Quốc: Bộ cơng nghệ thông tin - Úc: Uỷ ban truyền thông đa phương tiện Uc - NewZealand: Bộ phát triển kinh tế Các thẻ RFID tần số thấp (LF: 125kHz -134,2kHz and 140kHz - 148,5kHz) tần số cao (HF: 13,56MHz) sử dụng tồn cầu mà khơng cần cấp phép Các tần số UHF (UHF: 868MHz - 928MHz) không sử dụng tồn cầu khơng có chuẩn tồn cầu riêng 1.6 Một số tiêu chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID ISO 11784 & 11785: chuẩn qui định nhận dạng tần số vô tuyến cho động vật đưa khái niệm kỹ thuật cấu trúc mã ISO 14223/1: nhận dạng tần số vô tuyến với động vật, thu phát cao cấp - giao diện vơ tuyến ISO 10536: quy định tần số sóng mang phụ trình điều chế… ISO 14443 Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 26 ISO 15693 ISO 18000 EPC global: tảng chuẩn gần chuẩn hóa quốc tế theo qui tắc ISO 1.7 Tần số vô tuyến hoạt động RFID Việc chọn tần số radio đặc điểm hoạt động hệ thống RFID Tần số xác định tốc độ truyền thơng khoảng cách đọc thẻ Nói chung, tần số cao cho biết phạm vi đọc dài Mỗi ứng dụng phù hợp với kiểu tần số cụ thể tần số sóng radio có đặc điểm khác Chẳng hạn sóng có tần số thấp (lowfrequency) xuyên qua tường tốt sóng có tần số cao nó, tần số cao có tốc độ đọc nhanh Có tần số sử dụng cho hệ thống RFID: low, high, ultrahigh, microwave - Low-frequency: băng tần từ 125KHz - 134KHz Băng tần phù hợp với phạm vi ngắn hệ thống chống trộm, nhận dạng động vật hệ thống khóa tự động - High-frequency: băng tần 13,56MHz Tần số cao cho phép độ xác cao với phạm vi 3foot (3*0,3048m xấp xỉ 1m), giảm rủi ro đọc sai thẻ Vì thích hợp với việc đọc item Các thẻ thụ động 13,56 MHz đọc tốc độ 10 đến 100 thẻ giây phạm vi 3feet Các thẻ high-frequency dùng việc theo dõi vật liệu thư viện kiểm soát hiệu sách, theo dõi pallet, truy cập, theo dõi hành lý vận chuyển máy bay theo dõi item đồ trang sức - Ultrahigh-frequency: cácthẻ hoạt động 900MHz đọc khoảng cách dài thẻ high-frequency, phạm vi từ đến 15feet Tuy nhiên thẻ dễ bị ảnh hưởng nhân tố môi trường thẻ hoạt động tần số khác Băng tần 900MHz thực phù hợp cho ứng dụng dây chuyền cung cấp tốc độ phạm vi Các thẻ thụ động ultrahigh-frequency đọc tốc độ 100 đến 1000 thẻ giây Các thẻ thường sử dụng việc kiểm tra pallet container, xe chở hàng toa vận chuyển tàu biển - Microwave frequency: băng tần 2,45GHz 5,8GHz, có nhiều sóng radio xạ từ vật thể gần cản trở khả truyền thơng reader thẻ tag Các thẻ microwave RFID thường dùng quản lý dây chuyền cung cấp Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 27 Bảng 1.2: Tần số hoạt động RFID 1.8 Ưu, nhược điểm hệ thống RFID 1.8.1 Ưu điểm Sự nhận dạng mà không cần nhìn thấy cho phép nhiều thiết bị đọc lúc Vì cho phép thiết bị đặt nơi mà đầu đọc không cần quan tâm có nhìn thấy thiết bị hay khơng Đọc thiết bị mà khơng cần phân tích thiết bị làm cho tiến trình nhanh xác định thiết bị đặc biệt bảo vệ chúng tránh khỏi nhiều nguồn phân tích gây hư hỏng Tiết kiệm thời gian xử lý, làm tăng tuổi thọ thiết bị Bộ nhớ lưu trữ liệu, thẻ RFID lưu trữ từ 96 bits đến 64 Kbytes nhớ, mở rộng ứng dụng làm cở sở liệu di động Tính linh hoạt tính đồng cho khả quản lý chi phí nhiều năm cho khả thêm nhiều tính sản phẩm Thẻ RFID bền mã vạch Chúng có chế tạo từ hợp chất đặc biệt để chống lại phá hủy hóa chất nhiệt độ Thẻ RFID khơng đọc mà cịn ghi thơng tin Mã vạch chứa thông tin cố định, không thay đổi Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 28 Giá thành: ban đầu kỹ thuật RFID có giá thành cao với đầu đọc cảm ứng dùng để đọc thơng tin có giá ngồi 2000$ đến 3500$ cái, thẻ trị giá 40$ đến 75$ Nhưng đến thời điểm nhờ công nghệ ngày hoàn thiện, sản xuất hàng loạt cung cấp nhiều nhà sản xuất giới nên giá thành reader thẻ giảm 1/10 so với lúc ban đầu 1.8.2 Nhược điểm Dễ bị ảnh hưởng gây tổn thương: làm tổn hại hệ thống RFID việc phủ vật liệu bảo vệ từ đến lớp kim loại thơng thường để ngăn chặn tín hiệu radio Cũng tổn hại hệ thống RFID việc đặt hai item đối ngược với khác để thẻ che khác Điều hủy tín hiệu Điều đòi hỏi kiến thức kỹ thuật canh thẳng hàng cẩn thận Việc thủ tiêu thẻ phô ra: thẻ RFID dán bên bao bì phơ dễ thủ tiêu Điều có nghĩa có nhiều vấn đề người sử dụng biết rõ vai trò thẻ Ví dụ: Ấn Độ triển khai cơng nghệ RFID vào thư viện vấn đề giữ cho thẻ tránh bị tiếp xúc thách thức lớn Những liên quan riêng tư người sử dụng Đụng độ đầu đọc: tín hiệu từ đầu đọc giao tiếp với tín hiệu từ nơi khác mà nơi tin tức chồng chéo Điều gọi đụng độ đầu đọc Một phương pháp tránh vấn đề thường sử dụng kỹ thuật gọi phân chia thời gian đa truy cập Đụng độ thẻ Chuẩn cơng nghệ chưa có: quy định quốc tế tiêu chuẩn cho công nghệ RFID cịn sơ khai Tuy nhiên, cơng ty Auto-ID, liên doanh Ủy Ban Mã Thống Nhất Hiệp Hội Các Nhà Bán Lẻ Sản Xuất 12 nước châu Âu phát triển chuẩn EPC lưu trữ liệu thẻ Microsoft gia nhập liên doanh Tổ chức Tiêu Chuẩn Quốc Tế ISO vừa phối hợp Ủy Ban Kỹ Thuật Điện Tử Quốc Tế thành lập Hội Đồng Kỹ Thuật Chung nhằm xây dựng tiêu chuẩn liên quan đến RFID 1.9 Phương thức làm việc RFID Một hệ thống RFID đơn giản có ba thành phần bản: thẻ, đầu đọc, máy chủ Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ antenna thu nhỏ số hình thức đóng gói Mỗi thẻ lập trình với nhận dạng cho phép theo dõi không dây đối tượng người gắn thẻ Bởi chip sử dụng Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 29 thẻ RFID giữ số lượng lớn liệu, chúng chứa thông tin chuỗi số, thời dấu, hướng dẫn cấu hình, liệu kỹ thuật, sổ sách y học, lịch trình Hình 1.20 Quá trình làm việc thẻ reader Các thẻ cấp nguồn pin thu nhỏ thẻ (các thẻ tích cực) reader mà “wake up” thẻ để yêu cầu trả lời thẻ phạm vi (thẻ passive) Thẻ tích cực đọc xa 100 feet tính từ reader thẻ “thơng minh” (với nhớ viết lên xóa ổ cứng máy tính) thẻ RO Thẻ thụ động đọc xa reader 20 feet có nhớ RO Kích thước thẻ giá cả, dải đọc, độ xác đọc/ghi, tốc độ liệu chức hệ thống thay đổi theo đặc điểm nêu thiết kế dải tần hệ thống RFID sử dụng Thẻ nhận sóng truyền từ reader nhờ chuyển đổi sang DC nhờ điều chế để nhận chuỗi bit từ reader truyền tới Tiếp đến thẻ gửi sóng mang chứa liệu phát đến reader Sau điều chế (giă sử dùng QAM) số phức xếp vào biểu đồ chòm theo quy luật mã Gray trục Re (thực) Im(ảo) Vị trí điểm tín hiệu (số phức) biểu đồ chịm phản ánh thơng tin biên độ pha sóng mang Quá trình biến đổi IFFT biến đổi số phức biễu diễn sóng mang miền tần số thành số phức biểu diễn sóng mang miền thời gian rời rạc Trong thực tế thành phần Re Im biểu diễn chuỗi nhị phân điều chế IQ sử dụng để điều chế sóng mang biểu diễn chuỗi nhị phân Chuỗi nhị phân Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 30 sau điều chế IQ biến đổi DA để nhận tín hiệu băng tần Quá trình xử lý phía thẻ thực biển đổi FFT để tạo điểm điều chế phức sóng mang phụ symbol OFDM (bản chất q trình tạo tín hiệu OFDM phân tích chuỗi bit đầu vào thành sóng mang điều chế theo kiểu miền thời gian liên tục), sau giải định vị (Demapping) xác định biểu đồ bit tương ứng tổ hợp bit cộng lại để khơi phục dịng liệu truyền Hình 1.21 Quá trình truyền nhận liệu thẻ reader Reader gồm antenna liên lạc với thẻ đơn vị đo điện tử học nối mạng với máy chủ Đơn vị đo tiếp sóng máy chủ tất thẻ phạm vi đọc antenna, cho phép đầu đọc liên lạc với hàng trăm thẻ đồng thời Nó thực thi chức bảo mật mã hóa/ giải mã xác thực người dùng Reader phát thẻ khơng nhìn thấy chúng Hầu hết mạng RFID gồm nhiều thẻ nhiều đầu đọc nối mạng với máy tính trung tâm, thường trạm làm việc gọn để bàn Máy chủ xử lý liệu mà reader thu thập từ thẻ dịch mạng RFID hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn, mà nơi quản lý dây chuyền sở liệu quản lý thực thi “Middleware” phần mềm nối hệ thống RFID với hệ thống quản lý luồng liệu Chương Tổng quang công nghệ RFID ... từ Hình 1.4 Hệ thống RFID Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang 1.2 Giới thiệu chung nhận dạng vô tuyến RFID 1.2.1 Lịch sử phát triển hệ thống RFID Các công nghệ ngày... liệu công nghệ RFID đạt thành tựu rực rỡ Chương Tổng quang công nghệ RFID Công nghệ RFID ứng dụng Trang Hình 1.7 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1990-2009 Mặc dù nguyên lý kỹ thuật RFID tồn từ... thống RFID 1.3.1 Thẻ RFID Thẻ RFID (bộ phát đáp), thiết bị lưu trữ liệu thực tế hệ thống RFID, thường bao gồm phần tử kết nối (Coupling element) vi chíp điện tử Chương Tổng quang công nghệ RFID