Tìm hiểu phương pháp thiết kế mạng rfid dựa trên thuật toán tôi ưu bầy đàn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYÊN ĐĂNG KHOA

TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠNG RFID DỰA TRÊN THUẬT TOÁN

TỐI ƯU BẦY ĐÀN

CHUYEN NGANH: KHOA HOC MAY TINH

MA SO: 8.48.01.01

LUAN VAN THAC SI KHOA HOC DINH HUONG UNG DUNG

NGUOI HUONG DAN KHOA HOC PGS.TS VO VIET MINH NHAT

Thừa Thiên Huế, 2020

Trang 2

> Mục tiêu nghiên cứu

e Tìm hiểu hệ thống tích hợp công nghệ RFID với mạng cảm biến không dây

(mang RFID)

e Tìm hiểu phương pháp thiết kế mạng RFID và hướng tiếp cận ứng dụng thuật toán tối ưu bầy đàn vào thiết ké mang RFID

e Cài đặt mô phỏng thuật toán tối ưu bầy đàn đối với bài toán thiết kế mạng

RFID, với một số ràng buộc được xem xét

> Cấu trúc của luận văn

Cấu trúc của luận văn bao gồm phần mở đầu, nội dung, kết luận, hướng phát

triển, tài liệu tham khảo

Mở đầu: Lý do chọn dé tài, mục tiêu của luận văn và cấu trúc của luận văn

Chương 1: Giới thiệu tổng quan vẻ hệ thống RFID, hoạt động của hệ thống RFID va tich hop RFID với mạng cảm biến không dây

Chương 2: Giới thiệu về thuật toán tối ưu bầy đàn, phương pháp thiết kế hình

trạng mạng dựa trên thuật toán tối ưu bầy đàn

Trang 3

các chức năng của đầu đọc, điều khiển bảng tín hiệu điện báo, cơ cầu chấp hành kết

hợp với đầu đọc này

Cảm biến (sensor), bộ điều tiết (actuator) và bảng tín hiệu điện báo

(annuneciafor): những thành phần này hỗ trợ nhập và xuất của hệ thống

Tần số: Hệ thống RFID cé thé st dụng nhiều băng tầng khác nhau để liên lạc như: Day tan sé thap: LF (Low frequency) 125 — 134 Khz; HF (High frequency) 13.56 Mhz Day tan sé cao: UHF (Ultra-high frenquence) 860 — 960 Mhz; Microwave tir 2.5 Ghz trở lên

Trước đây các hệ thống RFID đầu tiên sử dụng băng tần HF và LF với các thẻ

thụ động Dãy tần số cao có pham vi quét lớn, ít bi nhiễu và có tốc độ truyền dữ liệu

cao, nhưng đo ảnh hưởng đến sức khỏe con người nên không được sử đụng Với sự phát triển của công nghệ ngày nay, việc sử dụng thẻ RFID chủ động và ăng-ten dãy tần số cao đang là xu hướng phát triển

Máy tính và hệ thống phần mềm trung gian: Hệ thống RFID gan như không có ý nghĩa nếu không có thành phần này Phần mềm trung gian trong hệ thống RFID có các chức năng:

Thu thập dữ liệu: trích xuất, tổng hợp, lọc dữ liệu từ nhiều dau doc RFID

thong qua mang RFID

Dinh tuyén dữ liệu: hướng dữ liệu thu thập được từ các đầu đọc đến các

chương trình quản lý phù hợp có sẵn trong doanh nghiệp Ví dụ: đữ liệu được đọc từ các đầu đọc được nhập vào hệ thống quản lý kho để theo déi hàng tồn kho, dữ liệu khác được chuyên đến ứng dụng khác

Quản lý quy trình: có thể được sử đụng trong quy trình bán hàng của doanh nghiệp Phần mềm trung gian xác định vị trí của món hàng trong kho (hoặc ở nơi xa) và ghi thông tin giao hàng vào thẻ RFID trên nó

Quản lý thiết bị: Các tô chức lớn có thể có hàng trăm nghìn đầu đọc RFID với nhãn hiệu khác nhau trải rộng trong hệ thống và phần mềm trung gian được sử đụng

dé theo dõi tình trạng và điều phối các đầu đọc

Trang 4

“Ae ae Thẻ tích hợp : : os nut WSN 1 oe 2 Đâu đọc hoặc tram cơ sử f a f os | * * o ` ` `

Hình 1.11 Tích hợp các thé RFID voi cac nit WSN

1.43 Tich hop dau doc RFID voi nit WSN

Loai tich hop nay la tồn tại của ba loại thiết bị: đầu đọc RFID tích hợp với nút cảm biến, thẻ RFID đơn giản và sink (hoặc trạm cơ sở) Mô hình này có thêm nhiều

chức năng hơn và cho phép nó được sử dụng trong các ứng dụng mới Bằng cách

tích hợp các đầu doc RFID với các nút cảm biến của WSN, đầu đọc có thể cảm

nhận được tình trạng của môi trường Các nút cảm biến có thê giao tiếp với nhau và chuyển tiếp thông tin như các nút của mạng WSN Các đầu đọc chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các thẻ RFID đơn giản trong phạm vi của chúng và nút cảm biến chịu trách nhiệm liên lạc với nhau thông qua giao tiếp không day dé chuyền tiếp dữ

liệu đền trạm cơ sở

Trang 5

CHUONG 2 THIET KE MANG RFID DUA TREN THUAT TOAN TOI UU BAY ĐÀN 00 22022 022112221 2122k 27 2.1 Giới thiệu về thuật toán tối ưu bầy đàn -22 222 22122212211222222 22 xe 27 2.2 Vấn đề thiết kế mạng RFID - 222 22222212221221121122112122222 re 29

2.3 Một số ứng dụng thuật toán PSO trong thiết kế mạng RFID 30

2.3.1 Thiết kế mạng RFID dựa trên PSO 22 222222225222522211212.21122-e 30 2.3.2 Thiết kế mạng RFID dựa trên một cải tiến cha PSO (DEEPSO) 33

2.3.3 Thiết kế hình trạng mạng RFID với tối thiểu số đầu đọc dư thừa 37

2.3.4 So sánh các bài toán thiết kế mạng RFID -2-©2222222222222222xce2 46 2.4 Tiểu kết Chương 2 -2- 222 2221221222121112112112112112112112222 re 47 CHƯƠNG 3 CÀI ĐẶT MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUÁ 48

3:1 Môi trường mô phỏnB szzzz:sezsssszrsorteesntiitidtoddtHUB0-S0TD0-GS0301036838i80830-nG8 48 322 ;Kichibän mô phốnkeesseecsesseersrioiinsssztirlinLEEE111trL2G13 01160014085 8000001 038001001861004 48

3.3 Kết quả mô phỏng . -222 222 221122122112212212112112211212212222 re 50 3.3.1 Số lượng thẻ được phủ thẻ của đầu đọc . -©2-222c2zzcszxcszes 50

3.3.2 Số đầu đọc sử dụng trong mạng ©222222221222122212221222222 2e 50 3.3.3 Tỷ lệ nhiễu trong mạng 2: 2 222221221221211221122121121211211 212 cye 51 3.3.4 Téng cong suat truyén trong mang cece cece cecc cece cece tess esse eeseteteteseeeeee 31 3.3.5 Nhận xét chung - S1 t1 11121 x1 H1 TH HH HH Hà Hệ 52

3.4 Tiểu kết Churong 3 ecco ccee eee eeeeeeeeeetvteteteeteetettenteeteteetseeeeeeees 56 KET LUAN VA HƯỚNG PHÁT TRIỂN ©-22222212221222122122222 2x0 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 2222: 2222222221122221122212221122211222 xe 58 PHỤ LỤC 2 2222222221222221122211221112211122211222122221212222 re 59

Trang 6

Bang 1.1 Bang 1.2 Bang 2.1 Bang 2.2 Bang 2.3 Bang 3.1 Bang 3.2 Bang 3.3 Bang 3.4 Bang 3.5 Bang 3.6 Bang 3.7 DANH MUC BANG BIEU Trang

Bang so sánh sự khác nhau của các loại thẻ - ác stress 10

Sư khác:nhau:gifa WSN-vä.RElJsisssesssesssesetisbieDitoltlsosjssgeaissstae 19 Cc lwchiệu:và hat Da O ees cene ree nane esi meena meen enone nronsemerenerornnmrereenmes 34 Cac ký hiệu sử dụng trong bài toa eeceeeeceeeeeeeeeeneenteneeeeeeens 38 So sánh các bài toán thiết kế hình trạng mạng RFID được trình bày trong các Mục 2.3.7, 2.3.2, 2 Ÿ HH ghe 47 Các trường hợp thực hiện mô phỏng c5: 2:22 ‡sxstsvrsrrrxsrrses 50

So sánh số thẻ được bao phủ thẻ của 3 thuật toán . ‹- 50 So sánh số đầu đọc sử dụng của 3 thuật toán .ccc c2 51

So sánh tỷ lệ nhiễu (chồng lấn cùng đọc) của 3 thuật toán 51 So sánh tổng công suất truyền của 3 thudt foam ccc 52

Trang 7

Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Mô hình công nghệ RFÏD -.- c2 2 t2 2112112121121 tre tre 3

Thiết bị IFF (bên trái) và thiết bị REID (tích cực) hiện đại ngày nay 5

Dạng của một số loại thẻ tiêu biểu 2 2 2 212211151121211111111x5E 2xx 9

iều tlneJTIIDbnnseemoenrosohintrttohitn90990D010078000949/089919900000818H20/000870080.001019401 11

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống RFID -2-©222222222222z22zcc2 13 Mơ hình của mạng cảm biến không dây 2222222221222 14

Cầu tạo của một nút cảm Ứng - - c c1 vn nghe 15

Kiến trúc mạng WSN 22222 22222212221221122222222ee 16

Các loại tích hợp REID với WSN che 20

Tích hợp thẻ RFID với cảm biến 522222 22122212221222122122.2 e6 21

Tích hợp các thẻ RFID với các nút WSN à si nrerree 22

Tích hợp các đầu đọc RFID với các nút W§N s 2s n2scnsrsse2 23

Mơ hình tích hợp các thành phần RFID với các nút WSN 24

Mã giả thuật toán PSO truyền thống 5222222 222222122212222 e6 29 Vi dụ kiểm tra (nguồn từ [6]) -©22-222222222122212211221221.2 xe 31

Lưu đỗ thuật toán ¿co c2 1 reo 32

Vi du vùng thử nghiệm (nguồn từ [8]) -©22222222222221222122 z2 37

Cấu trúc liên kết các cá thể (nguồn từ [§]) -22 222222.22xee 41

Mã giả thuật toán loại bỏ đầu đọc dự kiến TRE -scc2E22s2E x2 44

Mã giả xóa đầu đọc - 5 S22 221222122112211222222222 are 45

Mã giả khôi phục đầu đọc bị XÓa 2 ST 1n 21 1122122 re 46

Vùng thử nghiệm với 50mx50m với 50 thẻ .s.5 2:5 cccssxscsse2 49 Vùng thử nghiệm 50mx50m với 100 thẻ ccccccscscccsrrsxesreee 49 Mô phỏng GPSO bao phú 50 thẻ với 6 đầu đọc qua 1.000 và 10.000

"1 m 53

Mô phỏng GPSO bao phú 100 thẻ với 6 đầu đọc qua 1.000 và 10.000

THỂ HẰNïonrunuhtigtrostigiSEHIDEERDNHGHHNHSESIGIEDESIGHHDSSGSIHUESNGG3000.0g:00380QngẺ 54

Trang 9

fprintf(readerDistribution,"\n"); printf("Yod\t%od\t\tYod\t\t%od\t\tof\t%f\n" "run, readerNum, particle[bestpar].pbestval.uncover, particle[bestpar].pbestval.unuplink, particle[bestpar].pbestval.infere,particle[bestpar ].pbestval.powersum); fprintf(finalResult, "Od \tYod\t\t%d \t\tMod \t\t%of\tYof\n" run, readerNum, particle[bestpar].pbestval.uncover, particle[bestpar].pbestval.unuplink, particle[bestpar].pbestval.infere, particle[bestpar].pbestval.powersum); particle[bestpar].pbestval.readers=readerNum; avg readerNum+=readerNum; avg_unCoverage+=particle[bestpar].pbestval.uncover; avg _unUplink+=particle[bestpar].pbestval.unuplink; avg _Inference+=particle[bestpar].pbestval.infere; avg_powSum+=particle[bestpar].pbestval.powersum; if(dominate(particle[bestpar].pbestval,bestSolu)) bestS olu=particle[bestpar].pbestval; } avg readerNum/=(double)RUNTIME; avg_unCoverage/=(double)RUNTIME; avg_unUplink/=(double)RUNTIME; avg_Inference/=(double)RUNTIME; avg_powSum/=(double)RUNTIME;

Trang 10

MỞ ĐẦU

> Lý do chọn đề tài

Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến (Radio Frequency

Identification - RFID) \a một công nghệ nhận dạng và thu thập dữ liệu tự động

(Automatic Identification and Data Capture - AIDC) da va dang thu hut nhiéu sy quan tâm trong những năm gần đây [3] Công nghệ RFID đã được áp dụng trong

nhiều lĩnh vực như: sản xuất, hậu cần, quản lý chuỗi cung ứng, bán lẻ [4] Sự tăng

trưởng nhanh chóng về nhu cầu sử dụng cho thấy tính ưu việt của công nghệ RFID Hệ thống RFID cơ bản gồm ba thành phần chính: hệ thống máy tính, đầu đọc

RFID và thẻ RFID Công nghệ RFID khi triển khai đúng cách sẽ đem lại nhiễu lợi

ích hơn so với công nghệ AIDC thông thường (chẳng hạn mã vạch), như theo dõi thời gian thực các đối tượng vật lý và giảm thời gian xử lý, nhân công và số lượng giấy tờ cần thiết trong các hoạt động hàng ngày [5]

Có nhiều vấn để cần được quan tâm khi thực hiện thiết kế mạng RFID dé hd

trợ các hoạt động trên quy mô lớn (như nhà kho, xưởng sản xuất lớn), trong đó quan

trọng nhất là vị trí thích hợp nhất để đặt các đầu đọc RFID Với mục tiêu sử dụng số lượng đầu đọc RFID it, dat duoc pham vi bao phu tốt, tỷ lệ vùng chồng lấn của các đầu đọc thấp; việc định vị các dau doc RFID trong một khu vực làm việc (ví dụ

trong nhà kho lớn) được xem là bài toán thiết kế mạng RFID (RFID network

planning - RNP) [6-8] Thực tế, việc định vị trí của đầu đọc RFID thường được thực

hiện trên cơ sở thử và lỗi (trial and error), cách làm này thường mất nhiều thời gian

và khó đạt được một vùng phủ sóng tối ưu đối với một khu vực làm việc được cho

Trang 11

> Mục tiêu nghiên cứu

e Tìm hiểu hệ thống tích hợp công nghệ RFID với mạng cảm biến không dây

(mang RFID)

e Tìm hiểu phương pháp thiết kế mạng RFID và hướng tiếp cận ứng dụng thuật toán tối ưu bầy đàn vào thiết ké mang RFID

e Cài đặt mô phỏng thuật toán tối ưu bầy đàn đối với bài toán thiết kế mạng

RFID, với một số ràng buộc được xem xét

> Cấu trúc của luận văn

Cấu trúc của luận văn bao gồm phần mở đầu, nội dung, kết luận, hướng phát

triển, tài liệu tham khảo

Mở đầu: Lý do chọn dé tài, mục tiêu của luận văn và cấu trúc của luận văn

Chương 1: Giới thiệu tổng quan vẻ hệ thống RFID, hoạt động của hệ thống RFID va tich hop RFID với mạng cảm biến không dây

Chương 2: Giới thiệu về thuật toán tối ưu bầy đàn, phương pháp thiết kế hình

trạng mạng dựa trên thuật toán tối ưu bầy đàn

Trang 12

CHUONG 1 TONG QUAN VE HE THONG RFID

RFID (Radio Frequency Identification) la céng nghệ thu thập dữ liệu không dây tự động đang phát triển nhanh chóng Một số ứng dụng thực tế của RFID như:

kiểm soát vào ra, thu phí sử dụng đường bộ tự động, vận chuyển, kiểm soát hàng hóa tại các kho hàng hoặc siêu thị, theo dõi vật nuôi,

Một hệ thống RFID bao gồm 3 thanh phan chinh: thé RFID (tag), dau doc

RFID (reader) va bộ diéu khién Thé RFID (transponders) gồm mạch điện, một mã định danh (1d) và một ăng-ten để gửi và nhận thông tin tử đầu doc RFID Bé do tin hiéu hay dau doc RFID gồm một mô-đun sóng vô tuyến điện, bộ điều khiển và một

ăng-ten để giao tiếp với các thẻ RFID qua tín hiệu sóng vô tuyến Bộ điều khiển

RFID là bộ não của hệ thống RFID, dugc su dung để kết nối nhiều đầu doc RFID

với nhau vả xử lý thông tin tập trung Bộ điều khiến thường là một máy tính với phần mềm tng dung ding dé lưu trữ và quản lý đữ liệu

Dé co thé triển khai ứng dụng công nghệ RFID vào các mô hình quản lý có phạm vi rộng và quy mô lớn, đòi hỏi số lượng lớn đầu đọc RFID và khả năng bao

phủ rộng Tuy nhiên, việc kết nối các đầu doc RFID đến máy tính cần một lượng lớn

các dây kết nối Nên một hệ thống RFID kết hợp với một mạng cảm biến không dây (wireless sensor network), trong dé méi nut cua mạng cảm biến không dây được kết hợp với một đầu đọc RFID để kết nối trực tiếp đến máy chủ Mô hình tích hợp này đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như quốc phòng, an ninh, y học, công

nghiệp, du lịch, giải trí, thương mại,

Máy tính Đầu đọc Thẻ

dữ liệu RFID RFID

Trang 13

Nội dung chương này sẽ giới thiệu tông quát về công nghệ RFID và mạng cảm biến không dây (WSN), cấu tạo và phương thức hoạt động của công nghệ RFID và WSN nêu những lợi ích khi tích hợp RFID với mạng cảm biến không đây

1.1 Giới thiệu về công nghệ RFID

Thẻ và đầu đọc RFID liên lạc thông tin với nhau thông qua sóng radio Khi

một đối tượng được gắn thẻ vào phạm vI của đầu đọc, đầu đọc nhận ra thẻ và thẻ truyền dữ liệu được lưu trữ của nó Thẻ có thể chứa nhiều loại thông tin về các đối

tượng mà chúng được gắn vào, bao gồm số sê-ri, tem thời gian, hướng dẫn cấu hình

và nhiều thông tin khác Khi đầu đọc đã nhận được dữ liệu, thông tin đó được

chuyên trở lại bộ điều khiển thông qua mạng, chẳng hạn như mạng LAN hoặc qua

internet Bộ điều khiến sau đó có thể sử dụng thông tin đó cho nhiều mục đích khác nhau Ví dụ, bộ điều khiển có thể sử dụng dữ liệu để kiểm kê đối tượng trong cơ sở

dữ liệu hoặc có thể sử dụng thông tin để chuyển hướng đối tượng trên hệ thống băng chuyên, hệ thống thu phí đường bộ có thể nhanh chóng nhận đạng được xe và

tự động thu tiền

Một hệ thống RFID có thể bao gồm nhiều đầu đọc RFID trải khắp một nhà kho hoặc dọc theo dây chuyển lắp ráp Tất cả đầu đọc này được nối với một bộ điều

khiển đuy nhất Tương tự, một đầu đọc có thể giao tiếp với nhiều hơn một thẻ cùng

một lúc, hiện nay các đầu đọc có thể giao tiếp đồng thời với tốc độ 1.000 thẻ mỗi giây, với độ chính xác vượt quá 98% Thẻ RFID có thể được gắn vào hầu như mọi thứ, từ pallet, trẻ sơ sinh, đến chiếc hộp trên kệ ở cửa hàng

1.1.1 Lịch sử và quá trình phát triển của hệ thông RFID

Năm 1896: Guglielmo Marconi thực hiện truyền phát sóng vô tuyến thành công đầu tiên

Năm 1948, Harry Stockman đã xuất bản một bài báo có tựa để

“Communications by Means of Reflected Power”, với những miêu tả kỹ thuật gần sát với công nghệ RFID ngày nay

Trang 14

phép xác định những đối tượng thuộc về quân ta với quân địch RFID cũng được các phòng LAB nghiên cứu, các doanh nghiệp lớn và những thiết bị này có giá rất

cao và kích thước lớn

Hình 1.2 Thiết bị IFF (bên trái) và thiết bị RFID (tích cực) hiện đại ngày nay

Cuối thập ki 60 đầu thập kỉ 70: những sản phâm RFID mới ít phức tạp hơn và có thể ứng dụng rộng rãi hơn do công nghệ được tích hợp trong IC, thẻ nhớ lập trình

được RFID bắt đầu được áp dụng vào lĩnh vực thương mại, như Ứng dụng chống

trộm và an ninh của công ty Sensormatie and Checkpoint Systems (Ví dụ cổng

chống trộm được đặt ở lối ra các của hàng bách hóa, siêu thị) Hệ thống RFID

thương mai ban dau nay la hé théng thé 1 bit đơn giản, chỉ có thê phát hiện sự có mặt của thẻ RFID mà không nhận dạng được thẻ gắn cho đối tượng nào Thẻ không đòi hỏi nguôn pin (thẻ thụ động) dễ dàng đặt vào sản phẩm và thiết kể để cảnh báo

Khi tag đến gần bộ đọc, thường đặt tại lối ra vào đề phát hiện sự có mặt của thẻ

Suốt thập ki 70: nghiên cứu và phát triển những dự án để tìm cách đùng IC dựa trên hệ thống RFID Có nhiều ứng dụng trong công nghiệp tự động, xác định

thú vật, theo dõi lưu thông Thẻ có đặc điểm: bộ nhớ ghi được, tốc độ đọc nhanh

hơn và khoảng cách đọc xa hơn

Đầu thập niên 80: được thương mại hóa trong nhiễu lĩnh vực: quản lý vật nuôi,

Trang 15

Đầu năm 1990: RFID bất đầu trở thành đòng sản phẩm công nghệ được thương mại hóa Nhiều hệ thống thu phí RFID có thể hoạt động khi xe đang di chuyển được áp dụng và liên thông với nhau Những tiến bộ trong công nghệ vật liệu cũng giúp giảm giá thiết bị Các tổ chức như Hội nghị Quản lý Bưu chính và

Viễn thông châu Âu (CEPT) và Tổ chức Tiêu chuân Quốc tế (ISO), Trung tâm

Auto-ID của M.I.T bắt đầu tiến hành chuẩn hóa công nghệ RFID

Đầu những năm 2000: phát triển nhanh trên phạm vi toàn cầu Các tập đoàn bán lẻ toàn cầu như Wal-Mart và các nhà nhà sản xuất bắt đầu áp đụng công nghệ RFID Mỹ: tạo ra hệ thống xác nhận và đăng kí Texas instrument (TIRIS) Châu Âu: phát minh công nghệ liên quan đến việc xác định thẻ thông minh

Năm 2003: tổ chức EPCglobal được thành lập, các tiêu chuẩn về RFEID do

EPC phát triển được tổ chức ISO thông qua năm 2006 và được xem là tài liệu hướng dẫn duy nhất cho RFID Từ đó đến nay, rất nhiều ứng dụng dựa trên RFID

đã xuất hiện

1.12 Ứng dụng của hệ thống RFID a Trong công nghiệp và sản xuất

Thẻ và đầu đọc RFID gắn trên các linh kiện và trong dây chuyên lắp ráp có thé giúp xác định quá trình sản xuất sản phẩm hoàn chỉnh Do các thẻ RFID có thê sử dụng trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, kế cả môi trường khắc nghiệt, nên có thê dùng đề định danh các vật chứa có tính lâu dài như thùng chứa hóa chất nguy hiểm, container hàng hóa, xe cộ v.v Ngoài ra, các sản phẩm có giá trị cũng có thê được xác định thông qua RFID nhằm kiểm soát quá trình lắp ráp Mặt khác, các thẻ RFID cho phép xác định sản phẩm mà nó được gắn vào (Ví dụ: loại sản phẩm, số seri, ngày sản xuất, hướng dẫn lắp ráp xử lý sản phẩm)

b Trong vận chuyến, phân phối và lưu thông

Trang 16

Các container tại cảng biển gắn thẻ RFID nhằm nhận dang va dinh vi container,

ngoài ra còn có “kẹp chì RFID” để ngăn ngừa hành vi tráo đổi hàng hoặc lấy cắp

hàng, cảnh báo nhân viên về việc xâm phạm container khi bị gỡ niêm chì

c Trong kinh doanh bán lẻ

Ứng dụng RFID trong kinh doanh siêu thị đã có từ lâu Đối với các mặt hàng

có giá trị cao nhưng kích thước nhỏ, thẻ RFID dạng mỏng được dán (hoặc dạng nút

gắn) lên sản phẩm Nếu mặt hàng chưa qua thanh toán (chưa được tháo thẻ RFID),

khi đi ngang qua đầu doc RFID gan ở cửa ra siêu thị, đầu đọc sẽ phát hiện và hệ

thống cảnh báo sẽ bật Ngoài ra, việc kiểm tra hàng hóa trong kho hàng cũng rất đơn giản với hệ thống RFID Người kiểm kho chỉ cần mang theo đầu đọc RFID quét lên các mặt hàng trong kho được gắn thẻ RFID mà không cần xem chỉ tiết từng

mặt hàng, từ đó cho biết chính xác số lượng mặt hàng còn trong kho Mặt khác, thẻ

RFID giúp xác định nguồn gốc xuất xứ của sản phẩm d Trong lĩnh vực an ninh

Công nghệ RFID có thể được ứng đụng lĩnh vực an ninh như: quản lý nhập cảnh, quản lý contaner tai cảng biển, kiểm soát vào ra, quản lý tội phạm, chống làm giả Ví dụ, trong tòa nhà chung cư, người ở trong chung cư chi can mét thé RFID la có thể ra vào chung cư, đầu đọc RFID gắn tại các công có thê nhận biết người mang thẻ RFID là ai, sống ở tầng nào Việc sử dụng các hệ thống tiện ích trong chung cư như thang máy, nhà xe cũng sẽ trở nên dễ dàng với cư dân khi sử dụng thẻ RFID Việc gắn thẻ RFID vào container hàng hóa tại cảng biển giúp xác định đơn vị nhập hàng chứa trong container, từ đó có thé phát hiện sớm các container có nguy cơ cao

e Trong công tác quản lý, bảo quản sản phẩm

Công nghệ RFID giúp việc quản lý sách tại thư viện đễ dàng hơn Mỗi quyền sách được dán thẻ RFID ghi thông tin của sách Khi cần kiểm kê hay phân loại sách

chỉ cần đưa đầu đọc REID đến kệ sách cần kiểm là có thể biết chính xác số lượng và chúng loại sách trên từng kệ Bạn đọc khi mượn sách có thể thực hiện với máy mượn trả sách tự động Ngoài ra, việc thống kê sách đã cho mượn cuối mỗi ngày

trở nên đơn giản Công nghệ RFID còn có thể ứng dụng trong bảo quản các loại hạt

giống có giá trị, quản lý, nhận diện các loại động vật nuôi trong trang trại, động vật

Trang 17

f Trong quản lý nhân sự và chấm công

Việc quản lý nhân viên vào, ra và chấm công tại công ty, nhà máy, xí nghiệp có thể được thực hiện với công nghệ RFID Tại cổng vào, ra của công ty có gắn đầu

đọc RFID, nhân viên đưa thẻ nhân viên tích hợp thẻ RFID chứa định danh cá nhân đến gần đầu đọc tại công sẽ được nhận dạng và ghi nhận thời gian vào, ra và thực

hiện lưu trữ thông tin để chấm công Nếu nhân viên nghỉ việc, thẻ nhân viên sẽ

được thu hỏi, ghi thông tin mới và sử dụng lại cho nhân viên khác Do thẻ RFID

không chạm trực tiếp vào đầu đọc nên có ưu điểm không bị trầy xước hay bị mòn khi sử dụng

ø Trong y tế, giáo dục, vui chơi giải trí

Một số bệnh viện đang sử dụng vòng đeo tay hoặc dán thẻ RFID cho trẻ mới sinh và bệnh nhân cao tuổi để nhận đạng Tổ chức FDA của Mỹ phê duyệt kế hoạch

đưa ra thị trường một vi mạch RFID cấy ghép đưới đa Thiết bị này được thiết kế dé

cho phép các bác sĩ truy cập hồ sơ bệnh án của bệnh nhân để đảm bảo nhận dạng,

điều trị và dùng thuốc đúng cách Các trường học tích hợp thẻ RFID lên thẻ học sinh đùng để điểm danh và kiểm soát học sinh ra vào trường Các công viên giải trí ở Mỹ bán ra vé RFID sẽ bật - nháy báo cho khách biết đến lượt mình vào chơi

1.13 Các thành phần của hệ thống RFID

Một hệ thống RFID bao gồm các bộ phận:

Thẻ REID (Transponder/Tag): Chức năng cơ bản cua thé RFID là lưu trữ dữ

liệu và truyền dữ liệu đến bộ đầu đọc

Vé co ban, thé RFID bao gồm một chip điện tử và một ăn ten dùng kết nối

với đầu đọc được đóng gói để tạo thành thẻ Dữ liệu trong chip mang thông tin

về một vật, một sản phẩm mà nó được gắn lên Dữ liệu trong chip được đọc, ghi

bởi một đầu đọc REID bằng sóng vô tuyến và phải nằm trong phạm vi phủ sóng

Trang 18

Hình 1.3 Dạng của một số loại thẻ tiêu biểu

Tùy thuộc vào chức năng và các chuân ma thé RFID được phân loại thành

nhiều loại khác nhau:

Thẻ thụ động (Passive fag): không có nguồn điện bên trong Hệ thống mạch điện trong thẻ sẽ lấy nguồn điện nhỏ từ sóng vô tuyến phát ra từ đầu đọc, nguồn

điện này đủ để kích hoạt giúp nó gửi lại tín hiệu cho đầu đọc Tín hiệu hồi đáp là truyền thông tin nhận dạng, lưu trữ một số thông tin về đối tượng được nhận dạng

Thiết kế của thẻ thụ động ngày nay có kích thước rất nhỏ, mỏng hơn một tờ giấy bình thường nên có thể được cấy vào dưới da Tuổi thọ của thẻ rất cao vì không dùng pm

Do không có nguồn điện bên trong nên phạm vi hoạt động của thẻ thụ động

nhỏ (từ 10 cm đến vài mét), đồng thời đòi hỏi tín hiệu của đầu đọc mạnh Thẻ có

dung lượng bộ nhớ ít (khoãng vai kilobyte)

Thé tich cuc (Active tag): được tích hợp nguồn điện bên trong Khi thẻ cần truyền đữ liệu đến đầu đọc, nó sử dụng nguôồn điện có sẵn này đề làm nguồn cho việc truyền Do đó, các thẻ tích cực này có thể giao tiếp với đầu đọc ở xa, cho phép

nó hoạt động có hiệu quả hơn trong môi trường nước hay kim loại (xe cộ, container) Thẻ tích cực có bộ nhớ lớn, lên đến 128KB Tuy nhiên, loại thẻ này có

kích thước lớn và phức tạp hơn thẻ thụ động và chi phí sản xuất cũng cao hơn

Một số thẻ còn được tích hợp các bộ cảm biến để đo điều kiện môi trường như: ánh sáng, nhiệt độ, độ Am,

Tudi tho của pin lên đến 10 năm

Tầm hoạt động: hàng trăm mét, tùy theo tần số sử dụng

Thẻ bán thụ động (Semi-Pasive fag): hoạt động tương tự thẻ thụ động nhưng

Trang 19

không dùng cho việc hỗ trợ truyền sóng vô tuyến mà dùng để cấp nguồn cho các

thiết bị điện tử khác bên trong thẻ Thẻ bán thụ động được gọi là thẻ có hỗ trợ pm

(battery-assisted tags) Vi du: kiện hàng thực phâm sử dụng thẻ RFID có gắn cảm

biến nhiệt độ để kiểm tra nhiệt độ của kiện hàng trong quá trình vận chuyển và bảo

quản Nguồn điện cảm biến nhiệt độ sử dụng lấy từ pin tích hợp trên thẻ bán thụ động này

Bang I.l so sánh sự khác nhau cơ bản của các loại thẻ bên trên Người sử

dụng có thể lựa chọn loại thẻ phù hợp với mục đích sử dụng của mình dựa vào sự khác biệt giữa chúng Bảng 1.1 Bảng so sánh sự khác nhau của các loại thẻ = ak Thé Thẻ Thẻ bán Dac diem tích cực | thụ động thụ động Năng lượng riêng để truyền đữ liệu Có Không Không Năng lượng riêng cho chip Có Không Có Pham vi doc Xa Ngắn Trung bình Chi phi the Cao Thap Trung binh

Phân loại theo khả năng ghư đọc dữ hiệu:

e Thẻ chỉ đọc (Read Only), tương tự mã vạch Dữ liệu được ghi vào bộ

nhớ của thẻ một lần và không thê thay đổi Thường dùng dé lưu thông tin cố định như số serial (của sản phẩm) hay part numbers (số hiệu của linh kiện, phụ tùng)

e Thẻ ghi — doc (Write - Read): thuong duoc gọi là thẻ thông minh Thông tin ghi trong thẻ có thể xóa và ghi lại nhiều lần Có bộ nhớ lớn, ghi và xóa được nhiều

thông tin, nên bản thân thẻ là một loại cơ sở dữ liệu thu nhỏ có tính di động (thông tin

nằm ngay trong thẻ mà không cân tra tại bộ điều khiên tập trung đữ liệu) nên loại thẻ đọc ghi được này rất được ưa chuộng trong các hệ thống ứng dụng RFID

e Thẻ ghi một lần, đọc nhiều lần (Write once Read many, WORM): thẻ

không được ghi trước thông tin bởi nhà sản xuất Người chủ thẻ sẽ ghi thông tin nhận dạng vào thẻ Thẻ chỉ được ghi thông tin một lần và sau đó chỉ cho phép đọc thông tin

Trang 20

e Ngoai ra, con có thẻ chứa cả bộ nhớ RO và RW Ví du, thé RFID duoc

gắn vào pallet có thể được đánh dấu bằng số sê-ri của pallet trong phần RO, sẽ ghi thông tin cố định của pallet Phần RW được sử dụng đề ghi thông tin hàng hóa chứa

trên pallet tại thời điểm bất kỳ Khi hàng trên pallet bị thay đổi, phần RW của có thé được viết lại để ghi sự thay đổi

Hình dáng của thẻ RFID: tùy theo đối tượng gắn thẻ mà hình dang thé RFID

sẽ khác nhau Đa số thẻ được được bọc trong các vật liệu bảo vệ để chịu được nhiệt độ cao, độ âm, hóa chất

Đầu đọc (Reader): là bộ phận không thê thiếu trong hệ thống RFID Đầu đọc RFID là cầu nối giữa thẻ và bộ điều khiển với một vài chức năng:

e Cấp nguôn cho thẻ

e Đọc nội dung dữ liệu của thẻ RFID

e Ghi dữ liệu vào thẻ (đối với thẻ thong minh)

e Chuyển tiếp đữ liệu từ bộ điều khiến đến thẻ và ngược lại

Thẻ thụ động được cấp nguồn năng lượng bằng quá trình truyền sóng radio và bộ phận thu sẽ lắng nghe quá trình truyền này Các thẻ tích cực cũng cần có giao tiếp với bộ phận thu được gắn vào hệ thống May tinh chạy Nhận Truyền Hình 1.4 Đầu đọc RFID

Dau doc RFID bao gém 3 phan:

May thu, phát: chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của đầu đọc đến môi trường xung

quanh và nhận lại hồi đáp của tag qua ăng-ten của đầu đọc Hầu hết các bộ đọc hiện

nay đều được tích hợp sẵn ăng-ten

Mach diéu khién (Controller): được gắn liền trong các đầu đọc Cho phép các thành phần bên ngoài là con người hoặc chương trình máy tính giao tiếp, điều khiển

Trang 21