Đồ án khóa cửa bằng rfid

Cũng như hệ thống thẻthông minh, dữ liệu được lưu trữ trên thiết bị mang dữ liệu điện tử là bộ phát đáp.Tuy nhiên, không giống như thẻ thông minh, năng lượng cung cấp cho thiết bịmang dữ

KHOA KH& KT MÁY TÍNH

ĐỒ ÁN NGÀNH

KỸ THUẬT MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI: KHÓA CỬA BẰNG RFID

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

PHAN ĐÌNH THẾ DUY

VÕ TẤN PHƯƠNG

THÀNH VIÊN NHÓM:

LÊ THÀNH NHÂN MSSV: 51102359TRẦN NGUYỄN THANH LÂN MSSV: 51101798HOÀNG PHÚC ĐIỀN MSSV: 51100799

Contents 2

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 5

1.1 Sơ lược về các hệ thống nhận dạng tự động 5

1.1.1 Hệ thống mã vạch ( Barcode system) 5

1.1.2 Nhận dạng kí tự quang học (Optical Character recognition-OCR) 5

1.1.3 Phương thức sinh trắc học (Biometric procedures) 6

1.1.4 Thẻ thông minh (Smart card) 6

1.1.5 Hệ thống RFID 7

1.2 Giới thiệu chung về nhận dạng vô tuyến RFID 8

1.2.1 Lịch sử phát triển 8

1.2.2 Khái niệm 10

1.2.3 So sánh các loại RFID 11

1.3 Các thành phần của hệ thống RFID 11

1.3.1 Thẻ RFID 12

1.3.2 Reader 16

1.3.3 Database 21

1.4 Giao thức thẻ RFID 21

1.4.1 Thuật ngữ và khái niệm 21

1.4.2 Phương thức lưu trữ dữ lệu trên thẻ 22

1.4.3 Thủ tục SINGULATION và ANTI-COLLISION 23

1.5 Tần số hoạt động của RFID 25

1.6 Các ứng dụng RFID 26

1.6.1 RFID trong xử phạt 27

1.6.2 RFID trong an ninh quốc gia 27

1.6.3 Trong hệ thống viễn thông 27

1.6.4 Ứng dụng trong quản lý thư viện 28

1.6.5 Ứng dụng trong quản lý bán hàng 28

1.6.6 Nhận dạng động vật 29

1.7 Ưu và nhược điểm của RFID 29

1.7.1 Ưu điểm 29

1.7.2 Nhược điểm 30

1.8 Phương thức làm việc của RFID 30

Chương 2: CÁC HỆ THỐNG RFID CƠ BẢN 33

2.1 Hệ thống 1 bit 33

2.1.1 Tần số vô tuyến 34

2.1.2 Sóng viba 35

2.1.3 Bộ chia tần số 36

2.1.4 Transponder trường điện từ 37

2.2 Hệ thống half-duplex and full-duplex 38

2.2.1 Ghép cảm ứng 39

2.2.2 Ghép điện từ tán xạ lùi 42

2.2.3 Ghép gần 43

2.2.4 Ghép điện 44

2.2.5 Truyền dữ liệu từ reader đến transponder 45

2.3 Hệ thống tuần tự 45

2.3.1 Ghép cảm ứng 45

Chương 3: CẤU TRÚC CỦA THIẾT BỊ MANG DỮ LIỆU 47

3.1 Transponder có nhớ 47

3.1.1 Giao tiếp HF 48

3.1.2 Address and security logic 48

3.1.3 Cấu trúc bộ nhớ 49

3.2 Bộ vi xử lý 53

3.2.1 Thẻ có hai giao tiếp 54

3.3 Bộ nhớ 55

3.4 Đo lường các biến vật lý 55

3.4.1 Transponder có cảm biến 55

Chương 4: CẤU TRÚC CỦA READER 56

4.1 Luồng dữ liệu trong ứng dụng 56

4.2 Các thành phần của reader 57

4.2.1 Mạch HF 58

4.2.2 Đơn vị điều khiển 60

4.3 Kết nối antenna trong hệ thống liên kết cảm ứng 61

4.3.1 Kết nối sử dụng dòng điện phối hợp 61

4.3.2 Cung cấp thông qua cáp 62

4.3.3 Ảnh hưởng của hệ số Q 62

Chương 5: MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ DỮ LIỆU 63

5.1 Các loại mã biểu diễn tín hiệu nhị phân 63

5.2 Các kỹ thuật điều chế số 65

5.2.1 Điều chế ASK 65

5.2.2 Điều chế 2FSK 65

5.2.3 Điều chế PSK 65

5.2.4 Điều chế với sóng mang phụ 66

Chương 6: SỰ CHÍNH XÁC CỦA DỮ LIỆU 67

6.1 Phương pháp kiểm tra lỗi 67

6.1.1 Kiểm tra chẵn lẻ 67

6.1.2 Phương pháp LRC 67

6.1.3 Phương pháp CRC 68

6.2 Đa truy cập, chống xung đột dữ liệu 69

6.2.1 SDMA 70

6.2.2 FDMA 70

6.2.3 TDMA 71

CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT 75

7.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 75

7.2 KHÓ KHĂN VÀ HẠN CHẾ 75

7.3 MỤC TIÊU 75

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID

ra giá tiền đúng với mã đó

1.1.2 Nhận dạng kí tự quang học (Optical Character OCR)

recognition-Nhận dạng ký tự quang học là sự cảm nhận bằng máy các chữ in và chữđánh máy Bằng phần mềm OCR, các máy quét có thể quét trên một trang chữ in,

và các ký tự sẽ được biến thành các văn bản theo qui cách tài liệu của chươngtrình xử lý từ

Hình 1.1: Mã vạch

1.1.3 Phương thức sinh trắc học (Biometric procedures)

 Nhận dạng giọng nói (Voice identi fication)

Là phương thức được thực hiện bằng cách kiểm tra các đặc trưng củagiọng nói của người nói với một mẫu tham khảo có trước, nếu tương ứng thì đápứng sẽ thực hiện theo yêu cầu của người nói

 Nhận dạng dấu vân tay (Fingerprinting procedures (dactyloscopy))

Tiến trình này dựa trên sự so sánh mẫu nhú và lớp da trên đầu ngón tay

Hệ thống sẽ phân tích dữ liệu từ các mẫu nó đọc được và đem so sánh với mẫutham khảo đã đươc lưu trữ

1.1.4 Thẻ thông minh (Smart card)

Thẻ thông minh là một hệ thống lưu trữ dữ liệu điện tử Nó có kích thướckhoảng bằng thẻ tín dụng có thể chứa thông tin và trong hầu hết các trường hợpthì nó chứa cả một bộ vi xử lý điều khiển nhiều chức năng đáp ứng nhu cầu người

sử dụng Không giống như thẻ từ có những sọc từ ngoài mặt thẻ, thẻ thông minhgiữ thông tin bên trong nó mà vì thế an toàn hơn nhiều Thẻ thông minh thườngđược dùng cho những thiết bị cần xác minh chủ quyền của người sử dụng, và nótạo ra những mã truy cập cho hệ thống bảo an Thẻ thông minh đầu tiên là thẻthông minh điện thoại trả trước được đưa vào sử dụng năm 1984

Có 2 loại thẻ thông minh cơ bản khác nhau dựa vào tính năng bên trongcủa nó: thẻ nhớ và thẻ vi xử lý

 Thẻ nhớ (Memory cards)

Trong thẻ nhớ, bộ nhớ - thường là EEPROM được truy cập sử dụng hệthống logic tuần tự, nó cũng có thể được kết hợp với giải thuật bảo mật đơn giảnbằng cách sử dụng hệ thống này Các chức năng của thẻ nhớ thường được tối

ưu hóa cho một ứng dụng cụ thể Tính linh hoạt của nó bị giới hạn, tuy nhiên vềmặt tích cực thẻ bộ nhớ có ưu thế về giá cả Chính vì lý do đó mà thẻ bộ nhớđược dùng rộng rãi

Hình 1.3 Kiến trúc tiêu biểu của thẻ bộ nhớ có logic bảo

mật

 Thẻ vi xử lý (Microprocessor cards)

Thẻ vi xử lý chứa một bộ vi xử lý được nối tới các ô bộ nhớ (RAM, ROM

và EEPROM) Thẻ vi xử lý rất linh hoạt Trong hệ thống thẻ thông minh hiện đại,

nó cũng có thể tích hợp các ứng dụng khác nhau trong một thẻ (đa ứng dụng)

ROM được lập trình mặt nạ tạo kết hợp thành hệ thống hoạt động (mã lậptrình cao hơn) cho bộ vi xử lý và được chèn vào trong quá trình sản xuất chip Nộidung của nó được xác lập trong quá trình sản xuất, tương tự cho tất cả các chipkhác trong cùng đợt sản phẩm, và chúng không thể lập trình lại được

EEPROM của chip chứa dữ liệu ứng dụng và các mã chương trình liênquan tới ứng dụng Việc đọc hay ghi dữ liệu được điều khiển bởi hệ điều hành

RAM là bộ nhớ làm việc tạm thời của bộ vi xử lý Dữ liệu của nó có thể bịmất khi mất điện

Các loại thẻ vi xử lý được dùng trong các ứng dụng có độ bảo mật Cácloại thẻ thông minh được dùng trong các hệ thống điện thoại di động GSM Tuỳchọn của việc lập trình thẻ vi xử lý cũng thuận tiện cho việc tạo ra các ứng dụngmới

1.1.5 Hệ thống RFID

Hệ thống RFID liện hệ rất gần với thẻ thông minh Cũng như hệ thống thẻthông minh, dữ liệu được lưu trữ trên thiết bị mang dữ liệu điện tử là bộ phát đáp.Tuy nhiên, không giống như thẻ thông minh, năng lượng cung cấp cho thiết bịmang dữ liệu và cho việc trao đổi dữ liệu giữa nó và đầu đọc/phát tín hiệu khôngdựa trên sự tiếp xúc điện mà thay và đó là sử dụng từ tính và trường điện từ

Hình 1.5 Hệ thống RFIDHình 1.4 Kiến trúc cơ bản của một thẻ vi xử lý

1.2 Giới thiệu chung về nhận dạng vô tuyến RFID

1.2.1 Lịch sử phát triển

Các công nghệ ngày nay luôn hướng tới sự đơn giản, tiện lợi và đặc trưngluôn được ưu tiên hàng đầu là khả năng không dây (wireless) Thiết bị không dâycàng ngày càng phát triển rộng rãi làm cho con người được giải phóng, tự do vàthoải mái hơn

Công nghệ RFID ra đời đã tạo ra cuộc cách mạng trong môi trường tươngtác hiện nay.RFID là một trong những kỹ thuật được đánh giá cao và phát triểnnhanh chóng trong khoảng thời gian ngắn Lần đầu tiên một công nghệ tương tự đó

là bộ tách sóng IFF (Identification Friend or Foe) được phát minh năm 1937 bởingười Anh và được quân đồng minh sử dụng trong Thế Chiến lần thứ II để nhậndạng máy bay ta và địch

Kỹ thuật này trở thành nền tảng cho hệ thống kiểm soát không lưu thế giớivào thập niên 50 Nhưng trong khoảng thời gian này do chi phí quá cao và kíchthước quá lớn của hệ thống nên chúng chỉ được sử dụng trong quân đội, phòngnghiên cứu và những trung tâm thương mại lớn

Hình 1.6 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1880-1960

Hình 1.7 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1960-1990

Cuối thập niên 60 và đầu thập niên 70, bắt đầu xuất hiện những công tygiới thiệu những ứng dụng mới cho RFID mà không quá phức tạp và đắt tiền Banđầu phát triển những thiết bị giám sát điện tử (Electronic Article Surveillance - EAS)

để kiểm soát hàng hóa chẳng hạn như quần áo hay sách trong thư viện

Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiều người biết đến trong những thập niên

60 và 70, bắt đầu xuất hiện nhiều hơn ứng dụng của kỹ thuật này trong nhiều mặtcủa cuộc sống Kỹ thuật này càng được hoàn thiện, từ nhận biết trở thành nhậndạng

Đến năm 1973, Mario Cardullo (USA) chính thức trở thành người đầu tiênhoàn thiện công nghệ RFID Việc khảo sát tỉ mỉ kỹ thuật radio được đem nghiên cứu

và phát triển trong các hoạt động thương mại cho đến thập niên 1960 và tiến triển rõvào những năm 1970 bởi các công ty, học viện và chính phủ Mỹ Chẳng hạn, Bộnăng lượng Los Alamos Nation Laboratory đã phát triển hệ thống theo dõi nguyênliệu hạt nhân bằng cách đặt thẻ vào xe tải và đặt các reader tại các cổng của bộphận bảo vệ Đây là hệ thống được sử dụng ngày nay trong các hệ thống trả tiền lệphí tự động Kỹ thuật này cải tiến so với các kỹ thuật trước như các mã vạch trênhàng hóa và các thẻ card viền có tính từ RFID tiên tiến vào đầu những năm 80, cónhững ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát xe tại Mỹ hay đánh dấu đàn gia súctại Châu Âu Hệ thống RFID cũng được ứng dụng trong việc nghiên cứu đời sốnghoang dã, các thẻ RFID được gắn vào trong những con vật, nhờ đó có thể lần theodấu vết của chúng trong môi trường hoang dã

Đến thập niên 90, khi mà tần số UHF được sử dụng và thể hiện đượcnhững ưu điểm của mình về khoảng cách và tốc độ truyền dữ liệu thì công nghệRFID đã đạt được những thành tựu rực rỡ

Hình 1.8 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1990-2009Mặc dù những nguyên lý cơ bản của kỹ thuật RFID đã tồn tại từ thờiMarconi nhưng chúng ta chỉ mới bắt đầu bàn đến những tiềm năng to lớn của nó từcuối thế kỷ 20 Những năm đầu của thế kỷ 21 đã đánh dấu những điểm mốc chuyểnbiến quan trọng của RFID Kỹ thuật RFID hiện nay đang được sử dụng trong cả khuvực kinh tế tư nhân và nhà nước, từ việc theo dõi sách trong thư viện đến việc xácnhận một chiếc chìa khóa khởi động xe Các nhà bán lẽ tầm cỡ đang yêu cầu cácnhà cung cấp lớn sử dụng thẻ RFID, cùng với những tiến bộ kỹ thuật và giảm giá cả

đã thúc đẩy sự phát triển của RFID

Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu sử dụng RFID ngày càng nhiều và mở ramột thị trường vô cùng tiềm năng cho các nhà nghiên cứu, sinh viên và các nhà sảnxuất Tuy nhiên để có thể vận dụng và phát triển một hệ thống, chúng ra cũng cầnphải có sự hiểu biết nhất định về chúng.

1.2.2 Khái niệm

Là công nghệ xác nhận dữ liệu đối tượng bằng sóng vô tuyến để nhậndạng, theo dõi và lưu thông tin trong một thẻ (Tag) Reader quét dữ liệu thẻ và gửithông tin đến cơ sở dữ liệu lưu trữ dữ liệu của thẻ Kỹ thuật RFID có liên quan đến

hệ thống không dây cho phép một thiết bị đọc thông tin được chứa trong một chipkhông tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, mà không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật

lý nào hoặc yêu cầu một sự nhìn thấy giữa hai cái Nó cho ta phương pháp truyền

và nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác

Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay hệ thống RFID bị động làmviệc như sau: một RFID reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ quaantenna của nó đến một con chip không tiếp xúc Reader nhận thông tin trở lại từchip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin tìm được từ conchip Các con chip không tiếp xúc, không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sửdụng năng lượng chúng nhận từ tín hiệu được gửi bởi một reader

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến

để truyền dữ liệu từ các thẻ đến các reader Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắnvào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc pallet

Sai hoàntoàn

Không ảnhhưởngTác động theo

bình

Rất cao Thấp Trung bình

thấpChi phí hoạt

liệu ≈ 4 giây ≈ 3 giây > 5 giây ≈ 4 giây Rất nhanh ≈0,5 giâyKhoảng cách tối

đa giữa đầu đọc

- Các reader (đầu đọc) hoặc sensor (cái cảm biến) để truy vấn các thẻ

- Antenna thu, phát sóng vô tuyến

- Host computer - server, nơi mà máy chủ và hệ thống phần mềm giao diệnvới hệ thống được tải Nó cũng có thể phân phối phần mềm trong các reader và cảmbiến Cơ sở hạ tầng truyền thông: là thành phần bắt buộc, nó là một tập gồm cả haimạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để kết nối các thành phần

đã liệt kê ở trên với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả

Hình 1.9 Hệ thống RFID toàn diện

1.3.1 Thẻ RFID

Thẻ RFID (bộ phát đáp), thiết bị lưu trữ dữ liệu thực tế của một hệ thốngRFID, thường bao gồm một phần tử kết nối (Coupling element) và một vi chíp điệntử

Hình 1.10 Layout của thiết bị mang dữ liệu, transponder Hình bên trái transponderghép cảm ứng với antenna cuộn dây, hình bên phải transponder viba với antenna

dipoleThẻ gồm có 2 phần chính:

- Chip: lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ:read-only, read-write, hoặc write-once-read-many

- Antenna được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến reader Antennacàng lớn cho biết phạm vi đọc càng lớn Các thẻ RFID được phân loại dựa trên việcthẻ có chứa một cung cấp nguồn gắn bên trong hay là được cung cấp bởi thiết bịchuyên dụng:

- Thụ động (Passive)

- Tích cực (Active)

- Bán tích cực (Semi-active, còn gọi bán thụ động - semi-passive)

 Thẻ thụ động

Hình 1.11.Cấu trúc của một thẻ thụ động

Loại thẻ này không có nguồn bên trong (on-board), sử dụng nguồn nhậnđược từ reader để tự tiếp sinh lực hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nócho reader

Thẻ thụ động có cấu trúc đơn giản và không có các thành phần động Thẻnhư thế có một thời gian sống dài và thường có sức chịu đựng với điều kiện môitrường khắc nghiệt

Đối với loại thẻ này, khi thẻ và reader truyền thông với nhau thìreader luôn truyền trước rồi mới đến thẻ Cho nên bắt buộc phải có reader để thẻ

có thể truyền dữ liệu của nó

Thẻ thụ động được đọc ở khoảng cách từ 11cm ở trường gần (ISO 14443),đến 10m ở trường xa (ISO 18000-6), và có thể lên đến 183m khi kết hợp với ma trận.Thẻ thụ động nhỏ hơn và cũng rẻ hơn thẻ tích cực hoặc bán tích cực Các thẻ thụđộng có thể thực thi ở tần số low, high, ultrahigh, hoặc microwave

- Máy tách xung (Clock extractor): rút tín hiệu xung từ tín hiệu antenna củareader

- Bộ điều chế (Modulator): điều chỉnh tín hiệu nhận được từ reader Đáp ứngcủa thẻ được gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó được truyền trở lại reader

- Đơn vị luận lý (Logic unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức truyền giữathẻ và reader

- Bộ nhớ vi mạch (memory): được dùng lưu trữ dữ liệu Bộ nhớ này thườngđược phân đoạn (gồm vài block hoặc field) Addressability có nghĩa là có khả năngphân tích (đọc hoặc ghi) vào bộ nhớ riêng của một vi mạch của thẻ Một block nhớcủa thẻ có thể giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau, ví dụ như một phần của dữ liệunhận dạng đối tượng được gắn thẻ, các bit checksum (chẳng hạn kiểm tra lỗi CRC)kiểm tra độ chính xác của dữ liệu được truyền v.v… Sự tiến bộ của kỹ thuật chophép kích thước của vi mạch nhỏ đến mức nhỏ hơn hạt cát Tuy nhiên, kích cỡ củathẻ không được xác định bởi kích thước vi mạch của nó mà bởi chiều dài antennacủa nó.

 Antenna

Antenna của thẻ được dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của reader đểlàm tăng sinh lực cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu từ reader Antenna nàyđược gắn vào vi mạch, antenna là trung tâm đối với hoạt động của thẻ

Có thể có nhiều dạng antenna, nhất là UHF, chiều dài antenna tương ứngvới bước sóng hoạt động của thẻ Một antenna lưỡng cực bao gồm một dây dẫnđiện (chẳng hạn đồng) mà nó bị ngắt ở trung tâm Chiều dài tổng cộng của mộtantenna lưỡng cực bằng nửa bước sóng tần số được dùng nhằm tối ưu nănglượng truyền từ tín hiệu antenna của reader đến thẻ Reader có thể đọc thẻ này ởnhiều hướng khác nhau

Chiều dài antenna của thẻ thường lớn hơn nhiều so với vi mạch của thẻ

vì vậy nó quyết định kích cỡ vật lý của thẻ Một antenna có thể được thiết kế dựatrên một số nhân tố sau đây:

- Khoảng cách đọc của thẻ với reader

- Hướng cố định của thẻ đối với reader

- Hướng tùy ý của thẻ đối với reader

- Loại sản phẩm riêng biệt

- Vận tốc của đối tượng được gắn thẻ

- Độ phân cực antenna của reader

Những điểm kết nối giữa vi mạch của thẻ và antenna là những kết nối yếunhất của thẻ Nếu có bất kỳ điểm kết nối nào bị hỏng thì xem như thẻ không làm việcđược hoặc có thể hiệu suất làm việc giảm đáng kể

Hiện tại, antenna của thẻ được xây dựng bằng một mảnh kim loại mỏng(chẳng hạn đồng, bạc hoặc nhôm) Tuy nhiên, trong tương lai có thể sẽ in trực tiếpantenna lên nhãn thẻ, hộp và sản phẩm đóng gói bằng cách sử dụng một loại mựcdẫn có chứa đồng, cacbon và niken

 Thẻ tích cực

Hình 1.12 Một số loại thẻ tích cực

Thẻ tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn một bộ pin,hoặc có thể là những nguồn năng lượng khác như sử dụng nguồn năng lượng mặttrời) và điện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng Thẻ tích cực sử dụngnguồn năng lượng bên trong để truyền dữ liệu cho reader Nó không cần nguồnnăng lượng từ reader để truyền dữ liệu Điện tử học bên trong gồm bộ vi mạch, cảmbiến và các cổng vào/ra được cấp nguồn bởi nguồn năng lượng bên trong nó.

Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader, thẻ luôntruyền trước, rồi mới đến reader Vì sự hiện diện của reader không cần thiết choviệc truyền dữ liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lâncận nó thậm chí trong cả trường hợp reader không có ở nơi đó

Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) hoặc hơnnữa khi máy phát tích cực của loại thẻ này được dùng đến

- Cung cấp nguồn bên trong

- Điện tử học bên trong

Hai thành phần đầu tiên (vi mạch, antenna) đã được mô tả trong phầntrước Sau đây, hai thành phần sau sẽ được được trình bày:

 Nguồn năng lượng bên trong

Tất cả các thẻ tích cực đều mang một nguồn năng lượng bên trong đểcung cấp nguồn cho điện tử học bên trong và truyền dữ liệu Nếu sử dụng bộ pin thìthẻ tích cực thường kéo dài tuổi thọ từ 2 đến 7 năm tùy thuộc vào thời gian sốngcủa bộ pin Một trong những nhân tố quyết định thời gian sống của bộ pin là tốc độtruyền dữ liệu của thẻ Nếu khoảng cách đó càng rộng thì bộ pin càng tồn tại lâu và

vì thế thời gian sống của thẻ cũng dài hơn

 Điện tử học bên trong

Điện tử học bên trong cho phép thẻ hoạt động như một máy phát và chophép nó thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng như tính toán, hiển thị giá trị cáctham số động nào đó, hoặc hoạt động như một cảm biến, v.v… Thành phần nàycũng có thể cho phép chọn lựa kết nối với các cảm biến bên ngoài Vì vậy thẻ có thểthực thi nhiều nhiệm vụ thông minh, tùy thuộc vào loại cảm biến được gắn vào

Thẻ bán tích cực (bán thụ động)

Thẻ bán tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn là bộ pin)

và điện tử học bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng Nguồn bên trongcung cấp sinh lực cho thẻ hoạt động Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ liệu, thẻbán tích cực sử dụng nguồn từ reader Thẻ bán tích cực được gọi là thẻ có hỗ trợpin (batteryassisted tag)

Hình 1.13 Cấu trúc của một thẻ bán tích cực

Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader thì readerluôn truyền trước rồi đến thẻ Tại sao sử dụng thẻ bán tích cực mà không sử dụngthẻ thụ động? Bởi vì thẻ bán tích cực không sử dụng tín hiệu của reader như thẻ thụđộng, nó tự kích động, nó có thể đọc ở khoảng cách xa hơn thẻ thụ động Bởi vìkhông cần thời gian tiếp sinh lực cho thẻ bán tích cực, thẻ có thể nằm trong phạm viđọc của reader ít hơn thời gian đọc quy định (không giống như thẻ thụ động) Vì vậynếu đối tượng được gắn thẻ đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu thẻ có thể vẫnđược đọc nếu sử dụng thẻ bán tích cực Thẻ bán tích cực cũng cho phép đọc tốthơn ngay cả khi gắn thẻ bằng những vật liệu chắn tần số vô tuyến (RF-opaque vàRF-absorbent) Sự có mặt của những vật liệu này có thể ngăn không cho thẻ thụđộng hoạt động đúng dẫn đến việc truyền dữ liệu không thành công Tuy nhiên, đâykhông phải là vấn đề khó khăn đối với thẻ bán tích cực.

Phạm vi đọc của thẻ bán tích cực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30.5 m)với điều kiện lý tưởng

1.3.2 Reader

Một reader điển hình chứa một Module tần số vô tuyến (máy phát và máythu) là một đơn vị điều khiển và là phần tử kết nối đến bộ phát đáp Ngoài ra cácreader còn được gắn với 1 một giao diện bổ sung (RS232, RS485…) để chúng cóthể chuyển tiếp dữ liệu đọc được đến một hệ thống khác (PC, hệ thống điều khiểnrobot…)

Reader RFID được gọi là vật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị đọc và ghi

dữ liệu các thẻ RFID tương thích Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ bằng reader đượcgọi là tạo thẻ Quá trình tạo thẻ và kết hợp thẻ với một đối tượng được gọi là đưathẻ vào hoạt động (commissioning the tag)

Reader là hệ thần kinh trung ương của toàn hệ thống, phần cứng RFIDthiết lập việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhấtcủa bất kỳ thực thể nào muốn liên kết với thực thể phần cứng này

Một reader có cấu trúc layout như Hình 1.14 dưới đây:

Hình 1.14 Cấu trúc layout cơ bản của một reader

Các thành phần chính của reader bao gồm:

- Mạch điều khiển (có thể nó được đặt ở bên ngoài)

 Máy thu

Máy thu nhận tín hiệu tương tự từ thẻ qua antenna của reader Sau đó nógởi những tín hiệu này cho vi mạch của reader, tại nơi này nó được chuyển thànhtín hiệu số tương đương (có nghĩa là dữ liệu mà thẻ đã truyền cho reader được biểudiễn ở dạng số)

 Vi mạch

Thành phần này chịu trách nhiệm cung cấp giao thức cho reader để nótruyền thông với thẻ tương thích với nó Nó thực hiện việc giải mã và kiểm tra lỗi tínhiệu tương tự nhận từ máy thu

 Bộ nhớ

Bộ nhớ dùng lưu trữ dữ liệu như các tham số cấu hình reader và một bản

kê khai các lần đọc thẻ Vì vậy nếu việc kết nối giữa reader và hệ thống mạch điềukhiển/phần mềm bị hỏng thì tất cả dữ liệu thẻ đã được đọc không bị mất

 Các kênh nhập/xuất của các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ và bảng tín hiệu điện báo bên ngoài

Các reader không cần bật suốt Các thẻ có thể chỉ xuất hiện lúc nào đó vàrời khỏi reader mãi cho nên việc bật reader suốt sẽ gây lãng phí năng lượng Thêmnữa là giới hạn vừa đề cập ở trên cũng ảnh hưởng đến chu kỳ làm việc của reader.Thành phần này cung cấp một cơ chế bật và tắt reader tùy thuộc vào các sự kiệnbên ngoài

Có một số loại cảm biến như cảm biến về ánh sáng hoặc sự chuyển động

để phát hiện các đối tượng được gắn thẻ trong phạm vi đọc của reader Cảmbiến này cho phép reader bật lên để đọc thẻ Thành phần này cũng cho phépreader cung cấp xuất cục bộ tùy thuộc vào một số điều kiện qua một bảng tín hiệuđiện báo (chẳng hạn, báo bằng âm thanh) hoặc cơ cấu truyền động đầu từ (chẳnghạn, mở hoặc đóng van an toàn, di chuyển một cánh tay robot, v.v…)

 Mạch điều khiển

Mạch điều khiển là một thực thể cho phép thực thể bên ngoài là con ngườihoặc chương trình máy tính giao tiếp, điều khiển các chức năng của reader, điềukhiển bảng tín hiệu điện báo và cơ cấu truyền động đầu từ kết hợp với reader này.Thường thì các nhà sản xuất hợp nhất thành phần này vào reader (như phần mềm

hệ thống (firmware) chẳng hạn)

 Giao diện truyền thông

Thành phần giao diện truyền thông cung cấp các lệnh truyền đến reader,

nó cho phép tương tác với các thực thể bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền

dữ liệu của nó, nhận lệnh và gửi lại đáp ứng Thành phần giao diện này cũng có thểxem là một phần của mạch điều khiển hoặc là phương tiện truyền giữa mạch điềukhiển và các thực thể bên ngoài Thực thể này có những đặc điểm quan trọng cầnxem nó như một thành phần độc lập Reader có thể có một giao diện tuần tự Giaodiện tuần tự là loại giao diện phổ biến nhất nhưng các reader thế hệ sau sẽ đượcphát triển giao diện mạng thành một tính năng chuẩn Các reader phức tạp có cáctính năng như tự phát hiện bằng chương trình ứng dụng, có gắn các Web servercho phép reader nhận lệnh và trình bày kết quả dùng một trình duyệt Web chuẩn

 Nguồn năng lượng

Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần củareader Nguồn năng lượng được cung cấp cho các thành phần này qua một dây dẫnđiện được kết nối với một ngõ ra bên ngoài thích hợp

 Phân loại reader

Reader được phân loại chủ yếu theo tiêu chuẩn là giao diện mà readercung cấp cho việc truyền thông Trong tiêu chuẩn này, reader có thể được phân loại

Ưu điểm của serial reader là có độ tin cậy cao hơn network reader Vì vậy

sử dụng reader loại này được khuyến khích nhằm làm tối thiểu sự phụ thuộc vàomột kênh truyền

Nhược điểm của serial reader là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sửdụng để kết nối một reader với một máy tính Thêm nữa, thường thì trên một máychủ thì số cổng serial bị hạn chế Tốc độ truyền dữ liệu serial thường thấp hơn tốc

độ truyền dữ liệu mạng Những nhân tố này dẫn đến chi phí bảo dưỡng cao hơn vàthời gian chết đáng kể

Nhược điểm của network reader là việc truyền không đáng tin cậy bằngserial reader

 Cơ chế truyền cơ bản giữa thẻ và reader

Tùy thuộc vào loại thẻ, việc truyền giữa reader và thẻ có thể theo mộttrong những cách sau đây:

- Modulated backscatter

- Kiểu máy phát (transmitter type)

Trước khi nghiên cứu sâu vào loại truyền thông, ta phải hiểu được kháiniệm near field và far field

Phạm vi giữa antenna của reader và một bước sóng của sóng RF đượcphát bởi antenna được gọi là near field Phạm vi ngoài bước sóng của sóng RF đãphát từ antenna của reader được gọi là far field Các hệ thống RFID thụ động hoạtđộng ở băng tần LF và HF sử dụng việc truyền thông near field trong khi trong băngtần UHF và sóng vi ba sử dụng far field Cường độ tín hiệu trong truyền thông nearfield yếu đi lập phương khoảng cách từ antenna của reader Trong far field, nó giảm

đi bình phương khoảng cách từ antenna của reader Cho nên truyền thông far fieldđược kết hợp với phạm vi đọc dài hơn truyền thông near field

Hình 1.15 Cơ chế truyền ở trường gần, trường xa giữa thẻ và reader

Tiếp theo so sánh việc đọc thẻ và ghi thẻ Việc ghi thẻ mất nhiều thời gianhơn việc đọc thẻ trong cùng điều kiện vì hoạt động ghi gồm nhiều bước, bao gồmviệc xác minh ban đầu, xóa dữ liệu còn tồn tại trên thẻ, ghi dữ liệu mới lên thẻ, vàgiai đoạn xác minh lần cuối Thêm nữa là dữ liệu được ghi trên thẻ theo khối bằngnhiều bước Vì vậy việc ghi thẻ có thể mất cả trăm giây mới hoàn thành cùng vớiviệc tăng kích thước dữ liệu Ngược lại, có một số thẻ có thể được đọc trong khoảngthời gian này với cùng reader Việc ghi thẻ là một quá trình dễ bị ảnh hưởng cần đặtthẻ gần antenna của reader hơn khoảng cách đọc tương ứng Việc đặt gần nhằmcho phép antenna của thẻ có thể nhận được đủ năng lượng từ tín hiệu antenna củareader để cấp nguồn cho vi mạch của nó giúp nó có thể thực thi các lệnh ghi Nhucầu năng lượng đối với quá trình ghi thường cao hơn quá trình đọc

 Modulated backscatter

Việc truyền modulated backscatter áp dụng cho cả thẻ thụ động và bán tíchcực Trong kiểu truyền thông này, reader gửi đi tín hiệu RF sóng liên tục (continuoswaveCW) gồm có nguồn AC và tín hiệu xung cho thẻ cùng tần số mang (carrierfrequencytần số mà reader hoạt động) Nhờ việc kết nối (nghĩa là cơ chế truyềnnăng lượng giữa reader và thẻ) mà antenna của thẻ cung cấp nguồn điện cho vimạch Từ kích thích thường ám chỉ việc vi mạch của thẻ thụ động nhận năng lượng

từ tín hiệu của reader để hoạt động Vi mạch cần khoảng 1.2V từ tín hiệu của reader

để tiếp sinh lực đối với việc đọc Còn đối với việc ghi thì vi mạch thường cầnkhoảng 2.2V từ tín hiệu của reader Hiện nay vi mạch điều chỉnh, thay đổi tín hiệunhập thành một chuỗi mô hình mở, tắt trình bày dữ liệu của nó và truyền nó trở lại.Khi reader nhận tín hiệu đã điều chế, nó giải mã mô hình và thu được dữ liệu thẻ.

Vì vậy trong mô hình truyền modulated backscatter, reader luôn “talks”trước sau đó mới tới thẻ Thẻ sử dụng mô hình này không thể truyền khi không cómặt reader vì nó phụ thuộc hoàn toàn vào năng lượng của reader để truyền dữ liệucủa nó

Hình 1.16 Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ thụ động

Hình 1.17 Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ bán thụ động

 Kiểu máy phát

Kiểu truyền này chỉ áp dụng cho thẻ tích cực Trong kiểu truyền này, thẻphát tán thông điệp xung quanh môi trường với khoảng cách theo qui định, bất kểreader có hay không có mặt ở đó Vì vậy, trong kiểu truyền này, thẻ luôn luôn “talks”trước reader

Hình 1.18 Cơ chế truyền kiểu máy phát của thẻ tích cực

1.4 Giao thức thẻ RFID

Để có thể hiểu được cơ chế truyền và các kỹ thuật liên quan đến côngnghệ RFID chúng ta sẽ đi tìm hiểu những thuật ngữ và khái niệm ban đầu cũng nhưcách lưu dữ liệu trên thẻ và hai thủ tục rất quan trọng là Singulation và Anti_Collision

1.4.1 Thuật ngữ và khái niệm

Trong phần này, ta sẽ nghiên cứu các giao thức mà reader và thẻ sử dụng

để trao đổi thông điệp thông qua giao diện không gian (air interface) cũng như xemxét chi tiết thông tin được lưu trữ trên thẻ

Giao thức: Một tập các quy tắc chính thức mô tả cách truyền dữ liệu, đặcbiệt là qua một mạng Các giao thức cấp thấp xác định các tiêu chuẩn về điện, vềvật lý được tiến hành theo kiểu bit và kiểu byte, việc truyền, việc phát hiện lỗi và hiệuchỉnh chuỗi bit Các giao thức cấp cao đề cập đến định dạng dữ liệu bao gồm cúpháp của thông điệp, đoạn đối thoại giữa đầu cuối tới máy tính, các bộ ký tự, sự sắpxếp thứ tự của thông điệp, v.v…?

Với định nghĩa này, các giao diện không gian sẽ là các giao thức cấp thấp,còn các giao thức được mô tả dưới đây là các giao thức cấp cao Nó xác định cúpháp của thông điệp và cấu trúc của đoạn đối thoại giữa reader và thẻ Phần đầuxoay quanh một số thuật ngữ và khái niệm quan trọng để hiểu được giao thức thẻ

và giải thích nhiều hơn về mối quan hệ giữa các chuẩn mã vạch và mã hóa thẻ, nó

sẽ hữu ích cho người phát triển xây dựng các ứng dụng EPC (Electronic ProductCode) Sau đây ta thảo luận một số loại thủ tục chống đụng độ và singulation đểminh họa cách reader nhận dạng thẻ Phần này gần giống phần chức năng security

& privacy và một số mẹo gỡ rối trong việc truyền của thẻ

Ban đầu giao thức singulation dường như chỉ những người quan tâm mớibiết nhưng chúng đã được tập trung tranh luận sôi nổi trong suốt thời gian gần đây

và là nguyên nhân gây ra những quyết định then chốt trong thời gian thông qua kỹthuật RFID trong nhiều ngành công nghiệp

Thuật ngữ kỹ thuật phát triển khi có bất kỳ một kỹ thuật nào mới ra đờikhông ngoại trừ RFID Một số thuật ngữ này khá hữu ích để mô tả các khái niệmkhác sẽ xuất hiện trong phần này Các thuật ngữ này là:

 Singulation

Thuật ngữ này mô tả một thủ tục giảm một nhóm (group) thành một luồng(stream) để quản lý kế tiếp nhau được Chẳng hạn một cửa xe điện ngầm là mộtthiết bị để giảm một nhóm người thành một luồng người mà hệ thống có thể đếm vàyêu cầu xuất trình thẻ Singulation cũng tương tự khi có sự truyền thông với các thẻ

RFID, vì không có cơ chế nào cho phép thẻ reply tách biệt, nhiều thẻ sẽ đáp ứngmột reader đồng thời và có thể phá vỡ việc truyền thông này Singulation cũng cóhàm ý rằng reader học các ID của mỗi thẻ để nó kiểm kê.

 Anti-collision

Thuật ngữ này mô tả một tập thủ tục ngăn chặn các thẻ ngắt mỗi thẻ khác

và không cho phép có thay đổi Singulation nhận dạng các thẻ riêng biệt, ngược lạianticollision điều chỉnh thời gian đáp ứng và tìm các phương thức sắp xếp ngẫunhiên những đáp ứng này để reader có thể hiểu từng thẻ trong tình trạng quá tải này

Identity là một cái tên, một số hoặc địa chỉ mà nó chỉ duy nhất một vật hoặcmột nơi nào đó "Nguyễn Đình Chiểu” là một identity chỉ một con người cụ thể

"259/11/13 Kinh Dương Vương, Phường An Lạc, Quận Bình Tân” là identity chỉ mộtnơi cụ thể

1.4.2 Phương thức lưu trữ dữ lệu trên thẻ

Giao thức truyền thông thẻ cấp cao hiểu được các loại ID và phương thứclưu trữ liệu trên thẻ Tuy nhiên vì một reader chỉ liên lạc với một thẻ nên layout vềmặt vật lý thực tế của bộ nhớ trên thẻ tùy thuộc vào nhà sản xuất Layout có cấutrúc logic như hình vẽ:

Hình 1.19 Layout bộ nhớ của một thẻ minh họaTrong đó:

- CRC là một checksum (xem chi tiết trong "CCITT-CRC”)

- EPC là ID của thẻ

- Password là một "mã chết” để làm mất khả năng hoạt động của thẻ

 CCITT-CRC:

CRC (Cyclic Redundancy Check) là một phương pháp xác minh một khối

dữ liệu không thích hợp do đã bị sửa đổi Người gửi khối dữ liệu này sẽ tính một giátrị bằng cách xử lý toàn khối thành một số lớn và chia nó bởi một số được gọi là đathức CRC Số dư của phép toán này là CRC Người gửi sẽ gửi CRC này cùng với

dữ liệu và người nhận dùng phương pháp tương tự để tính CRC qua khối dữ liệu để

so sánh Nếu CRC từ người gửi không thỏa với CRC đã được tính bởi người nhậnthì người nhận yêu cầu dữ liệu được gửi lại Để phát sinh CRC, các giao thức EPC

sử dụng đa thức CCITT-CRC Giao thức này dùng chuỗi 16 bit CRC sử dụng đathức x16+x12+x5+1 Nó có thể bắt được 99.998% lỗi

Thuật toán tính CRC: Đầu tiên tính giá trị hex cho đa thức Thực hiệnbằng cách tính từ 15 xuống (vì đây là chuỗi CRC 16 bit) và đánh dấu 1 cho mỗi lũythừa xuất hiện trong đa thức Đối với mỗi lũy thừa không có trong đa thức ta đánhdấu 0 Điều này có nghĩa số đó là số 0001000000100001 hoặc số hex 1021(số này

là CCITT) Lấy đa thức khối dữ liệu chia cho đa thức này, số dư là CRC

1.4.3 Thủ tục SINGULATION và ANTI-COLLISION

Vấn đề kế tiếp liên quan tới phương thức mà một reader và một thẻ sửdụng giao diện không gian (air interface) Có nhiều phương thức khác nhau cho cácreader và thẻ liên lạc với nhau nhưng tất cả có thể được phân loại thành Tag TalksFirst (TTF) hoặc Reader Talks First (RTF) Trong phần này, ta sẽ nghiên cứu cácgiao thức phổ biến nhất cho RFID: Slotted Aloha, Adaptive Binary Tree, SlottedTerminal Adaptive Collection và đặc tả EPC Gen2 mới

 Slotted Aloha

Slotted Aloha xuất phát từ một thủ tục đơn giản "Aloha” và được phát triểntrong những năm 1970 bởi Norman Abramson của Aloha Network tại Hawaii trongtruyền vô tuyến gói Aloha đã là nguồn cảm hứng cho giao thức Ethernet và sự biếnđổi của thủ tục này vẫn được dùng trong thông tin vệ tinh cũng như cho các thẻRFID ISO 18000-6 Type B và EPC Gen2

Đối với thủ tục này, các thẻ bắt đầu broadcast ID của chúng ngay khireader nạp năng lượng cho chúng Mỗi thẻ gửi ID của nó và chờ một khoảng thờigian random trước khi broadcast lại Reader nhận các ID, mỗi thẻ sẽ broadcasttrong khoảng thời gian các thẻ khác im lặng Dẫu sao thì reader cũng không trả lờicác thẻ Ưu điểm của thủ tục này là tốc độ và tính đơn giản Luận lý của thẻ rất nhỏ

và với giao thức yếu như thế này thì tốc độ đọc chỉ đạt cao nhất khi chỉ có một vàithẻ hiện diện

Tuy nhiên, các thẻ thêm vào làm giảm cơ hội truyền Có nghĩa là chờ cácthẻ truyền lại đến khi truyền hết, nó phụ thuộc vào khoảng cách truyền, và khôngthể thực thi theo dõi item được khoảng 8 đến 12 thẻ Cũng may là Slotted Aloha cảitiến giao thức bằng cách thêm vào khái niệm singulation và yêu cầu các thẻ chỉbroadcast vào lúc bắt đầu một khe thời gian nào đó vì thế nó làm giảm đụng độ mộtcách đáng kể Và có khả năng đọc gần 1.000 thẻ trong một giây

Slotted Aloha sử dụng 3 lệnh chọn thẻ: REQUEST, SELECT và READ.Lệnh đầu tiên là REQUEST cung cấp một đánh dấu thời gian cho bất kỳ thẻ nào cótrong dãy Lệnh REQUEST cũng cho biết phương thức các thẻ sử dụng các khe cósẵn Mỗi thẻ chọn một trong những khe đó, nó dựa vào tổng số tùy chọn của reader,chúng chọn ngẫu nhiên khoảng thời gian chờ trước khi trả lời lệnh REQUEST Sau

đó các thẻ broadcast ID ở những khe đã chọn Khi nhận ID, reader phát lệnhSELECT chứa ID đó Chỉ thẻ nào có ID này mới trả lời Sau đó reader phát lệnhREAD Sau đó reader phát lại lệnh REQUEST

Càng ít khe thì việc đọc càng nhanh, càng nhiều khe thì đụng độ càng ít.Reader có thể tăng tổng số khe nếu REQUEST bị đụng độ và tiếp tục tăng lệnhREQUEST cho đến khi việc truyền ID không còn đụng độ nữa Reader cũng có thể

sử dụng một lệnh BREAK cho biết các thẻ chờ đợi Trong một số trường hợp, thẻ

sẽ vào trạng thái SLEEP khi đọc thành công, vì vậy cho phép các thẻ còn lại cónhiều cơ hội được chọn hơn

Ví dụ: Có 1 đầu đọc A và 3 thẻ B1, B2, B3 và các khe thời gian t+10, t+20,t+30, t+40, t+50 3 thẻ sẽ chọn ngẫu nhiên 1 khe thời gian Ví dụ B3 chọn khe thờigian t+10, B1 chọn khe thời gian t+50, B2 chọn khe thời gian t+30 Và đầu đọc Aquét theo thời gian tuần tự từ t đến t+10, gặp thẻ B3, nó sẽ hỏi B3 có dữ liệu chia sẻkhông, B3 trả lời với chuỗi hex FFF1305000181CB50C8000001070 Thẻ A ghi nhận

và B3 rơi vào trạng thái SLEEP, tương tự cho B2 và B1 Giao thức chống đụng độ

sử dụng các tín hiệu này được gọi là các giao thức Slot Marker Slot Marker củagiao thức Slotted Aloha cũng làm việc như đã mô tả ở trên, ngoại trừ kết thúc củamột khe được cho biết bởi một tín hiệu chứ không phải bởi sự kết thúc của một thờigian thiết lập Điều này cho phép một số khe dài hơn các khe khác và như thế cónhiều cơ hội đọc mỗi khe hơn

 Cây nhị phân thích ứng(Adaptive Binary Tree)

Các thẻ UHF EPC lớp 0 và lớp 1 phiên bản 1.0 (Generation 1) sử dụngmột cách tiếp cận phức tạp hơn cho singulation và chống đụng độ là thủ tụcAdaptive Binary Tree Thủ tục này sử dụng tìm kiếm nhị phân để tìm một thẻ trongnhiều thẻ Ta đã quen thuộc với cây nhị phân nhưng để hiểu rõ ta sẽ xem lại nhữngkhái niệm cơ bản Sau đó ta sẽ giải thích một số sắc thái tìm kiếm nhị phân sử dụngcách tiếp cận query/response tương tự như phần Slotted Aloha Không giống vớiSlotted Aloha, các thẻ sử dụng giao thức này sẽ trả lời ngay tức thì Đặc tả EPC đốivới giao diện không gian của các thẻ UHF sẽ sử dụng 2 subcarrier riêng cho bit 1 vàbit 0 trong đáp ứng thẻ Bởi vì giao thức này không chú ý đến phương thức đáp ứngnhiều thẻ với bit 1 hoặc bit 0 mà chỉ chú ý đến một thẻ được đáp ứng hoặc hơn nữa

Một phương thức dễ dàng là đoán từng số Khi ta bắt đầu ta không cóthông tin, vì thế ta hỏi "Số đầu tiên là 1 phải không?” Nếu trả lời "vâng” thì ta có thểthêm 1 vào chuỗi số và hỏi "Số kế tiếp là 1 phải không?” Nếu trả lời "không” thì ta

có thể thêm 0 vào chuỗi số Câu hỏi và câu trả lời lặp lại cho từng số cho đến khi tabiết hết toàn bộ số Các mũi tên trình bày các số chính xác ở mỗi bước

Hình 1.20 Sơ đồ cây nhị phân

Bây giờ áp dụng chiến lược này để tìm một thẻ trong nhiều thẻ bằngnhững bit trong ID của thẻ Như đã nói là ta bắt đầu không có thông tin Reader gửimột câu truy vấn "Có thẻ nào có bit đầu (MSB) là 1 không?” Tất cả trả lời "không”thì dừng đáp ứng, còn những thẻ trả lời "có” thì được hỏi câu hỏi tương tự cho bit kếtiếp Với cách này, các thẻ tiếp tục bị thu hẹp dần cho đến khi chỉ còn một thẻ trả lời.Bằng phương thức này reader có thể thu hẹp về một thẻ mà không đi hết toàn ID,

mặc dù trong trường hợp xấu nhất thì có thể tìm kiếm ID tuần tự sẽ cần đi đến bitcuối cùng (LSB).

 Slotted Terminal Adaptive Collection (STAC)

Giao thức STAC tương tự về nhiều mặt với Slotted Aloha, nhưng có một

số đặc điểm làm cho nó phức tạp hơn và phải có cách giải quyết riêng STAC đượcxác định là một thành phần của đặc tả EPC đối với các thẻ HF Bởi vì nó xác địnhđến 512 khe có chiều dài khác nhau, đặc biệt là nó phù hợp với singulation với mật

độ thẻ dày đặc

Giao thức này cũng cho phép chọn các nhóm thẻ dựa trên chiều dài của

mã EPC bắt đầu bằng MSB Bởi vì mã EPC được tổ chức bởi Header, DomainManager Number, Object Class và Serial Number từ MSB đến LSB, cơ chế này cóthể dễ dàng chọn những thẻ chỉ thuộc về một Domain Manager hoặc Object Classnào đó Vì các thẻ HF thường được dùng xác thực item riêng lẻ nên điều này rấthữu dụng chẳng hạn như nếu ứng dụng muốn biết có bao nhiêu item trên một pallethỗn hợp là những thùng giấy A4

Cũng như Slotted Aloha, STAC cũng sử dụng các khe Số khe chính xácđược reader chọn và được điều chỉnh liên tục để cân bằng giữa nhu cầu đọc nhanh

và một vài sự đụng độ Càng ít khe hơn thì việc đọc nhanh hơn nhưng nhiều khehơn thì sẽ làm cho đụng độ ít hơn

STAC chỉ định nghĩa một tập nhỏ các trạng thái và các lệnh

 EPC UHF lớp 1 Gen 2

Việc nghiên cứu mới đây về giao diện trung gian EPC UHF lớp 1 được gọi

là "Giao thức Gen2” Gen2 phân tích một số giới hạn của giao thức UHF đầu tiênbằng cách định nghĩa các sự biến đổi giao thức mà nó có thể làm việc theo quy tắc

RF của Châu Âu (CEPT) và Bắc Mỹ (FCC)

Giao thức EPC Gen 2 hỗ trợ singulation thẻ nhanh hơn giao thức trước,tốc độ đọc là 1.600 thẻ trên giây ở Bắc Mỹ và 600 thẻ trên giây ở Châu Âu Điềuthen chốt của Gen2 là các tín hiệu reader phát ra được một khoảng cách xa Nếu 2reader cách nhau 1km thì vẫn xem chúng ở cùng môi trường hoạt động

Giao thức mô tả 3 thủ tục truyền giữa reader với thẻ Reader chọn các thẻbằng cách so sánh thẻ với một bitmask, hoặc kiểm thẻ bằng cách singulate thẻ,hoặc truy cập thẻ để đọc thông tin, ghi thông tin, làm mất khả năng hoạt động hoặccài đặt trạng thái khóa bằng memory bank number

 Cách khắc phục sự cố communication thẻ

Trong trường hợp reader mất liên lạc với thẻ ta có thể hỏi "Đó là do readerhay thẻ” Thử thẻ với reader đó, nếu thẻ mới làm việc được thì thẻ kia đã hỏng, nếuthẻ mới không làm việc được thì reader hỏng (hoặc trong trường hợp hai thẻ đềuhỏng thì tốt nhất là thử vài thẻ cho chắc) R eader dùng một antenna hoặc nhiều hơnnữa để liên lạc với thẻ Ta có thể đổi antenna với reader khác không? Ta nên cẩnthận, chỉ đổi antenna từ những reader y như nhau Hầu hết reader hỗ trợ nhiều loạithẻ: thẻ ISO, thẻ EPC, HF hay UHF Còn thẻ thì có thể làm việc với hộp kim loại hay

vỏ cao su

Bí quyết đơn giản để kiểm tra là di chuyển thẻ xung quanh và xem ánhsáng đọc sáng hay tắt Để dấu thẻ thì ta chỉ việc đặt mình giữa thẻ và reader

1.5 Tần số hoạt động của RFID

Việc chọn tần số radio là đặc điểm hoạt động chính của hệ thống RFID.Tần số xác định tốc độ truyền thông và khoảng cách đọc thẻ Nói chung, tần số caohơn cho biết phạm vi đọc dài hơn Mỗi ứng dụng phù hợp với một kiểu tần số cụ thể

do ở mỗi tần số thì sóng radio có đặc điểm khác nhau Chẳng hạn sóng có tần số

thấp (lowfrequency) có thể xuyên qua tường tốt hơn sóng có tần số cao hơn nó,nhưng tần số cao có tốc độ đọc nhanh.

Có 4 tần số chính được sử dụng cho hệ thống RFID: low, high, ultrahigh,microwave

- Low-frequency: băng tần từ 125KHz - 134KHz Băng tần này phù hợp vớiphạm vi ngắn như hệ thống chống trộm, nhận dạng động vật và hệ thống khóa tựđộng

- High-frequency: băng tần 13,56MHz Tần số cao cho phép độ chính xáccao hơn với phạm vi 3foot (3*0,3048m xấp xỉ 1m), vì thế giảm rủi ro đọc sai thẻ Vìvậy nó thích hợp với việc đọc item Các thẻ thụ động 13,56 MHz được đọc ở tốc độ

10 đến 100 thẻ trên giây và ở phạm vi 3feet Các thẻ high-frequency được dùngtrong việc theo dõi vật liệu trong các thư viện và kiểm soát hiệu sách, theo dõi pallet,truy cập, theo dõi hành lý vận chuyển bằng máy bay và theo dõi item đồ trang sức

- Ultrahigh-frequency: các thẻ hoạt động ở 900MHz và có thể được đọc ởkhoảng cách dài hơn các thẻ high-frequency, phạm vi từ 3 đến 15feet Tuy nhiêncác thẻ này dễ bị ảnh hưởng bởi các nhân tố môi trường hơn các thẻ hoạt động ởcác tần số khác Băng tần 900MHz thực sự phù hợp cho các ứng dụng dây chuyềncung cấp vì tốc độ và phạm vi của nó Các thẻ thụ động ultrahigh-frequency có thểđược đọc ở tốc độ 100 đến 1000 thẻ trên giây Các thẻ này thường được sử dụngtrong việc kiểm tra pallet và container, xe chở hàng và toa trong vận chuyển tàu biển

- Microwave frequency: băng tần 2,45GHz và 5,8GHz, có nhiều sóng radiobức xạ từ các vật thể ở gần có thể cản trở khả năng truyền thông giữa reader và thẻtag Các thẻ microwave RFID thường được dùng trong quản lý dây chuyền cung cấp

Bảng 1.2: Tần số hoạt động của RFID

lẻ khác thực hiện kế họach tương tự Với sự phát triển của Wal-Mart, nhiệm vụRFID là đưa công nghệ này thành xu thế chủ đạo và làm cho nó sinh lợi nhiều hơn.

1.6.1 RFID trong xử phạt

Cũng cùng những khả năng làm cho ý tưởng RFID quản lý dây chuyền cóthế mạnh trong việc phạt, an ninh quốc gia, và luật pháp Các ứng dụng gồm đặctính kiểm tra (chẳng hạn súng cầm tay, thiết bị liên lạc, máy tính), kiểm tra bằngchứng, passport và kiểm tra visa, kiểm tra cán bộ trong các tiện nghi và xâm nhập

hệ thống điều khiển trong các tòa nhà hoặc các phòng (chẳng hạn như các thiết bị

ra vào không khóa) Công nghệ RFID được xây dựng trong việc xử phạt và an ninhquốc gia rộng hơn trong luật pháp

Công nghệ RFID tạo điều kiện xử phạt dễ dàng, thay đổi các nhiệm vụthường lệ mà nó đòi hỏi nhiều thời gian thành các nhiệm vụ điện tử được thực thi tựđộng với chi phí thấp Thêm nữa là thúc đẩy hoạt động lưu, tạo hệ thống hoàn chỉnh,hiệu quả hơn Việc sử dụng hệ thống RFID làm tăng an ninh, giảm bạo lực, tạo ramôi trường an toàn cho bộ phận nhân viên

1.6.2 RFID trong an ninh quốc gia

Hội an ninh quốc gia Mỹ (DHS) đã nắm bắt RFID như một công nghệ đượcchọn cho việc cải tiến an ninh ở biên giới Mỹ và cửa khẩu Công nghệ RFID là ýtưởng xác định vị trí, theo dõi và xác thực sự đi lại của mọi người và các đối tượng

mà họ vào ra Mỹ Nó dùng kỹ thuật sinh trắc học để xác minh nhận dạng của cáckhách nước ngoài ở sân bay và cảng Một ngón tay trỏ của khách được scan để lấydấu tay và một ảnh số được chụp Dấu tay và ảnh được dùng để xác thực tài liệuthông hành của khách, được ghi lại và được kiểm tra đối chiếu với các danh sáchphần tử khủng bố Các du khách thẻ có một số ID duy nhất mà nó liên kết với dấutay số của họ, hình ảnh và thông tin cá nhân khác trong cơ sở dữ liệu an ninh quốcgia Ý tưởng này là sẽ sử dụng các thẻ chỉ đọc thụ động không thể thay đổi gì đượctrên nó Thông tin cá nhân sẽ không được lưu trên thẻ Công nghệ RFID cải tiến khảnăng của hải quan Mỹ và nhân viên bảo vệ biên giới để so khớp sự vào ra ở biêngiới lãnh thổ nhanh chóng, chính xác và đáng tin cậy Thẻ sẽ cho phép tự động ghiviệc ra vào của du khách trong khách bộ hành, xe cộ và có thể cho nhân viên biêngiới kiểm tra nhanh lượng thời gian hành khách ở lại Mỹ và họ có ở quá mức visahay không

1.6.3 Trong hệ thống viễn thông

Ngày nay, các hoạt động bưu chính đã triển khai RFID trên hệ thống khépkín khác nhau để đo kiểm, giám sát và nâng cao hoạt động bưu chính Ví dụ, RFIDđược sử dụng để giám sát dịch vụ bưu phẩm quốc tế giữa các trung tâm bưu chínhlớn Cứ bưu phẩm nào có gắn nhãn được đưa vào khay chia chọn, thời gian chuyểnphát có thể được tính toán Điều này cho phép các vấn đề dịch vụ được xác định vàđược giải quyết tin cậy và tiết kiệm

Các hoạt động bưu chính khác là theo dõi container bưu phẩm để đánh giáviệc sử dụng người theo dõi và để theo dõi các vị trí container Các hệ thống theodõi container bằng tay có xu hướng ít dần khi khối lượng tăng và có thời hạn chót đểđáp ứng các thời điểm khởi hành Bằng cách cho phép thông tin được lưu tự động,RFID đảm bảo và thậm chí hoạt động trong những điều kiện căng thẳng Các giámđốc bưu chính có thể dựa trên thông tin để quyết định nâng các chi phí vận tải vàxác định lại các container khi cần

Các túi bưu phẩm được theo dõi bằng RFID sẽ thông báo tình trạng phát

đã được dành cho các dịch vụ bưu phẩm ưu tiên Các túi bưu phẩm được gắn thẻ

sẽ tự động được đọc ở một số điểm cụ thể trên mạng để cung cấp khả năng định vị

và theo dõi được tự động hóa

1.6.4 Ứng dụng trong quản lý thư viện

Tất cả các sách báo trong thư viện sẽ được gắn chip RFID lên từng cuốn.Tại khu vực kiểm soát cho mượn và trả sách (check in/out) đều được gắn đầu đọcthẻ để nhân viên dễ dàng nạp thẻ cho sách báo và kiểm tra tình trạng của sách báocho mượn

Ngoài ra, còn có một thiết bị đọc thẻ cầm tay để có thể tìm kiếm và kiểm trathông tin về sách báo trong thư viện Điều này đã làm giảm chi phí về mặt quản lýnhân sự cũng như tạo ra sự thuân tiện trong việc quản lý và tìm kiếm sách báo

Hình 1.21 Ứng dụng công nghệ RFID vào thư viện

1.6.5 Ứng dụng trong quản lý bán hàng

Hướng sát nhập công nghệ RFID thành dây chuyền được thúc đẩy bởi sự

có lợi mà dễ thấy trong bản kiểm kê: tăng lượt vận chuyển, nhận, cung cấp có năngsuất, giảm giá cho việc lao động chân tay, xếp hàng và sự thất thoát kiểm kê Cácreader được cài lúc chất hàng ở các cửa bến tàu có thể phát hiện thẻ trên hàng hóahoặc các pallet qua các cửa Đầu đọc gửi một lệnh đến thẻ để phát các nhận dạngcủa chúng, thu thập thông tin này và chuyển tiếp đến máy tính Và máy tính ghi cơ

sở dữ liệu kiểm kê dựa vào hàng hóa đó là nhập hay xuất Nếu hệ thống sử dụngcác thẻ thông minh, thì máy tính có thể ghi ngày giao/nhận và thời gian trên thẻ

Thẻ RFID là sự phát triển hữu ích và là công nghệ hấp dẫn, giúp cho cácđơn vị bán lẻ đơn giản hóa việc kiểm kê hàng hóa và hạn chế việc mất mát trongquá trình bán hàng Với việc thẻ RFID đem lại hiệu quả kinh tế cho các doanhnghiệp, người tiêu dùng sẽ có thêm nhiều sự lựa chọn và giá cả thấp hơn Bên cạnh

đó, việc thanh toán khi đi mua sắm sẽ thuận lợi hơn vì được thanh toán tự động nhờvào thẻ thanh toán có sử dụng RFID Khách hàng không còn phải xếp hàng để đợinhân viên kiểm tra, tính giá cho từng mặt hàng đã mua Thẻ RFID đã thay thế hệthống thẻ dữ liệu Nhà cung cấp đã từng ghi thông tin về tên, nội dung của mặt hàng,cũng như thông tin về khoảng thời gian món hàng được trưng bày trong thẻ dữ liệu,

và đặt thẻ này theo cùng với mặt hàng

Tuy nhiên, các thẻ này thường xuyên bị mất hoặc hư hỏng Các dữ liệutương tự giờ đây được ghi vào thẻ RFID trên sản phẩm, và được đọc ghi bằng tần

số radio (khoảng 13 MHz) Các thẻ RFID không dễ dàng bị phá hủy do dịch chuyển,thời tiết hay các tác nhân khác, dữ liệu được đảm bảo an toàn cho đến khi được ghilại bằng các thiết bị chuyên dụng

Hình 1.22 Ứng dụng công nghệ RFID trong siêu thị

1.6.6 Nhận dạng động vật

Các thẻ RFID được cấy ghép cho động vật để giúp trong việc nhận dạngchúng RFID đang được ứng dụng trong nền công nghiệp chăn nuôi gia súc với hyvọng có thể giúp phát hiện ra được các mầm mống của bệnh tật, chẳng hạng nhưbệnh bò điên Việc cấy các thẻ có chứa thông tin về tiền sử bệnh tật của gia súckhông chỉ giúp chúng được chăm sóc khỏe mạnh mà còn là cần thiết trong việc tựđộng hóa quản lý trong chăn nuôi

1.7 Ưu và nhược điểm của RFID

1.7.1 Ưu điểm

Sự nhận dạng mà không cần sự nhìn thấy cho phép nhiều thiết bị đượcđọc cùng một lúc Vì vậy cũng cho phép các thiết bị được đặt ở những nơi mà đầuđọc không cần quan tâm là có nhìn thấy được thiết bị hay không

Đọc thiết bị mà không cần phân tích thiết bị sẽ làm cho tiến trình nhanhhơn và cũng có thể xác định những thiết bị đặc biệt và bảo vệ chúng tránh khỏinhiều nguồn phân tích có thể gây hư hỏng

Tiết kiệm thời gian xử lý, làm tăng tuổi thọ của thiết bị

Bộ nhớ và lưu trữ dữ liệu, một thẻ RFID có thể lưu trữ từ 96 bits đến 64Kbytes bộ nhớ, có thể mở rộng ứng dụng và cũng có thể làm một cở sở dữ liệu diđộng

Tính linh hoạt và tính đồng bộ cho khả năng quản lý chi phí trong nhiềunăm và cũng cho khả năng thêm nhiều tính năng và sản phẩm mới

Thẻ RFID bền hơn mã vạch Chúng có được chế tạo từ các hợp chất đặcbiệt để chống lại sự phá hủy của hóa chất và nhiệt độ.

Thẻ RFID không những có thể đọc mà còn có thể ghi thông tin Mã vạchchỉ chứa thông tin cố định, không thay đổi được

Giá thành: ban đầu kỹ thuật RFID có giá thành rất cao với đầu đọc và bộcảm ứng được dùng để đọc thông tin có giá ngoài 2000$ đến 3500$ mỗi cái, và cácthẻ trị giá 40$ đến 75$ mỗi cái Nhưng đến thời điểm hiện tại nhờ công nghệ ngàycàng hoàn thiện, sản xuất hàng loạt được cung cấp bởi rất nhiều nhà sản xuất trênthế giới nên giá thành của reader cũng như thẻ giảm còn 1/10 so với lúc ban đầu

1.7.2 Nhược điểm

Dễ bị ảnh hưởng gây tổn thương: có thể làm tổn hại một hệ thống RFIDbởi việc phủ vật liệu bảo vệ từ 2 đến 3 lớp kim loại thông thường để ngăn chặn tínhiệu radio

Cũng có thể tổn hại hệ thống RFID bởi việc đặt hai item đối ngược với cáikhác để một thẻ che cái khác Điều đó có thể hủy các tín hiệu Điều này đòi hỏi kiếnthức về kỹ thuật và sự canh thẳng hàng cẩn thận

Việc thủ tiêu các thẻ phô ra: các thẻ RFID được dán bên trong bao bì vàđược phô ra dễ thủ tiêu Điều này có nghĩa là sẽ có nhiều vấn đề khi người sử dụngbiết rõ hơn về vai trò của thẻ Ví dụ: Ấn Độ đã triển khai công nghệ RFID vào thưviện nhưng vấn đề giữ cho các thẻ tránh bị tiếp xúc là một thách thức lớn

Những liên quan riêng tư của người sử dụng

Đụng độ đầu đọc: tín hiệu từ một đầu đọc có thể giao tiếp với tín hiệu từnơi khác mà nơi đó tin tức chồng chéo nhau Điều này được gọi là đụng độ đầu đọc

Một phương pháp tránh vấn đề trên thường được sử dụng là kỹ thuậtđược gọi là phân chia thời gian đa truy cập

1.8 Phương thức làm việc của RFID

Một hệ thống RFID đơn giản nhất có ba thành phần cơ bản: thẻ, đầu đọc,

và một máy chủ Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và antenna được thu nhỏ trongmột số hình thức đóng gói Mỗi thẻ được lập trình với một nhận dạng duy nhất chophép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn thẻ đó Bởi vì các chipđược sử dụng trong thẻ RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thểchứa thông tin như chuỗi số, thời dấu, hướng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổsách y học, và lịch trình

Hình 1.24 Quá trình làm việc của thẻ và reader

Các thẻ có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong thẻ (các thẻtích cực) hoặc bởi reader mà nó "wake up” thẻ để yêu cầu trả lời khi thẻ đang trongphạm vi (thẻ passive)

Thẻ tích cực đọc xa 100 feet tính từ reader và có thể là thẻ "thông minh”(với bộ nhớ được viết lên và xóa như một ổ cứng máy tính) hoặc là thẻ RO Thẻ thụđộng có thể được đọc xa reader 20 feet và có bộ nhớ RO Kích thước thẻ và giá cả,dải đọc, độ chính xác đọc/ghi, tốc độ dữ liệu và chức năng hệ thống thay đổi theođặc điểm nêu ra trong thiết kế và dải tần hệ thống RFID sử dụng Thẻ nhận sóngtruyền từ reader và nhờ bộ chuyển đổi sang DC và nhờ bộ điều chế để nhận chuỗibit từ reader truyền tới

Tiếp đến thẻ gửi sóng mang chứa dữ liệu phát đến reader Sau đó đượcđiều chế (giă sử dùng QAM) là một số phức và được xếp vào biểu đồ chòm saotheo quy luật mã Gray trên 2 trục Re (thực) và Im (ảo) Vị trí của mỗi điểm tín hiệu(số phức) trên biểu đồ chòm sao phản ánh thông tin về biên độ và pha của các sóngmang Quá trình biến đổi IFFT sẽ biến đổi các số phức biễu diễn các sóng mangtrong miền tần số thành các số phức biểu diễn các sóng mang trong miền thời gianrời rạc Trong thực tế các thành phần Re và Im được biểu diễn bằng chuỗi nhị phânđược bộ điều chế IQ sử dụng để điều chế sóng mang cũng được biểu diễn bằngmột chuỗi nhị phân Chuỗi nhị phân sau điều chế IQ được biến đổi DA để nhậnđược tín hiệu trong băng tần cơ bản Quá trình xử lý ở phía thẻ sẽ thực hiện biểnđổi FFT để tạo các điểm điều chế phức của từng sóng mang phụ trong symbolOFDM (bản chất của quá trình tạo tín hiệu OFDM là phân tích chuỗi bit đầu vàothành các sóng mang đã được điều chế theo một kiểu nào đó trong miền thời gianliên tục), sau khi giải định vị (Demapping) xác định biểu đồ bit tương ứng các tổ hợpbit được cộng lại để khôi phục dòng dữ liệu đã truyền

Hình 1.25 Quá trình truyền nhận dữ liệu giữa thẻ và readerReader gồm một antenna liên lạc với thẻ và một đơn vị đo điện tử học đãđược nối mạng với máy chủ Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy chủ và tất cả các thẻtrong phạm vi đọc của antenna, cho phép một đầu đọc liên lạc với hàng trăm thẻđồng thời Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xácthực người dùng.

Reader có thể phát hiện thẻ ngay cả khi không nhìn thấy chúng Hầu hếtcác mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi mộtmáy tính trung tâm, hầu như thường là một trạm làm việc gọn để bàn Máy chủ xử

lý dữ liệu mà các reader thu thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng RFID và các hệthống công nghệ thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữliệu quản lý có thể thực thi "Middleware” phần mềm nối hệ thống RFID với một hệthống quản lý luồng dữ liệu

Chương 2: CÁC HỆ THỐNG RFID CƠ BẢN

Trong phần này nhóm em sẽ giới thiệu các hệ thống RFID cơ bản, cáchthức hoạt động cũng như mối liên hệ giữa transponder và reader Chúng ta quantâm đến 2 vấn đề chính: năng lượng cung cấp cho transponder và phương thứctruyền dữ liệu giữa transponder và reader Trong thực tế hệ thống RFID có thể chialàm 3 loại cơ bản đó là: hệ thống 1 bit, hệ thống song công và bán song công và hệthống tuần tự

Một hệ thống EAS được làm bởi các linh kiện sau: antenna của reader hay

bộ dò hỏi, phần tử bảo mật hay thẻ bảo mật và một thiết bị vô hiệu hoá hệ thống saukhi kết thúc giao dịch Trong các hệ thống hiện đại, việc vô hiệu hoá được thực hiệnkhi mã của món hàng được đăng kí tại quầy tính tiền Một vài hệ thống cũng đặtthêm bộ kích hoạt để kích hoạt lại phần tử bảo mật sau khi vô hiệu hoá hệ thống

Một đặc điểm quan trọng của hệ thống là tốc độ phát hiện phụ thuộc vào

độ rộng của cổng (khoảng cách lớn nhất giữa transponder và antenna của reader).Transponder 1 bit gồm 5 thành phần:

Reader phát ra một trường từ với fg± 10% trong dải tần số vô tuyến Nếumạch LC đi vào vùng lân cận của trường từ, năng lượng của trường từ này sẽ cảmứng vào mạch cộng hưởng thông qua cuộn dây (Định luật Faraday) Nếu tần số fgcủa trường bằng với tần số cộng hưởng fr thì mạch LC sẽ sinh ra một dao độngcộng hưởng Dòng điện cảm ứng được sinh ra trong mạch cộng hưởng chống lại sựbiến thiên của trường từ đã sinh ra nó, do đó gây ra một sụt áp trong cuộn phát, dẫnđến làm suy yếu trường từ Sự thay đổi của điện áp cảm ứng được nhận biết nhờvào một cuộn dây cảm biến Vì vậy mà reader phát hiện có một mạch cộng hưởng đivào từ trường của nó

Hình 2.2 Giới thiệu hoạt động của hệ thống EAS tần số vô tuyến

Sự thay đổi điện áp ở phía phát và các cuộn dây cảm ứng nói chung là rấtthấp nên rất khó nhận biết Tuy nhiên, sự thay đổi nhỏ này cũng đủ để cho reader

có thể nhận dạng transponder một cách tin cậy Điều này đạt được bằng cách sửdụng: tần số của trường từ được phát ra không phải là hằng số mà nó là tần số

"quét” Điều này có nghĩa là tần số của bộ phát liên tục thay đổi từ min tới max.Khoảng tần số này thường là 8,2MHz ± 10%

Bất cứ khi nào tần số "quét” bằng đúng tần số cộng hưởng của mạch cộnghưởng trên transponder Transponder bắt đầu dao động, từ đó sinh ra một sụt áp ở

phía phát và cuộn dây cảm biến Dung sai tần số của transponder phụ thuộc vàodung sai của nhà sản xuất và sự thay đổi của môi trường kim loại, không đóng vaitrò như là kết quả của quá trình quét toàn bộ khoảng tần số.

Bởi vì transponder không được phép di chuyển qua quầy tính tiền cho nênchúng cần phải bị vô hiệu hoá để không kích hoạt hệ thống chống trộm Việc nàyđược thực hiện như sau: thiết bị vô hiệu hoá đặt tại quầy thu ngân sẽ phát ra mộttrường từ đủ mạnh để điện áp cảm ứng đánh thủng tụ điện của transponder Tụ điệnđược thiết kế sao cho việc đánh thủng không thể thay đổi ngược lại và làm chomạch cộng hưởng không thể hoạt động được dưới tác động của tín hiệu quét

Các antenna khung diện tích lớn dùng để phát ra trường từ cần thiết trongvùng truy vấn Antenna khung được tích hợp vào cột và được nối với cổng Nếucổng có bề rộng dưới 2m thì ta có thể sử dụng hệ thống RFID tần số vô tuyến

Hình 2.3 Antenna khung của hệ thống RF (cao 1,2 - 1,6 m) và transponder

Hệ số phẩm chất Q của phần tử bảo mật > 60 - 80

Cường độ trường vô hiệu hóa cực tiểu HD 1,5 (A/m)

Cường độ trường cực đại trong tầm vô hiệu hóa 0,9 (A/m)

của antenna phát, dòng điện trong diode sẽ tạo ra hài của sóng mang, đặc biệt làcác hài bậc 2 hay bậc 3, tuỳ thuộc vào loại diode được chọn.

Hình 2.4 Mạch cơ bản và hình dạng cụ thể của transponder viba

Hình 2.5 biểu diển transponder được đặt trong tầm của antenna phát hoạtđộng ở tần số 2,45GHz Hài bậc 2 của sóng mang có tần số 4,9GHz được phát lại

và được tách bởi bộ thu Sự xuất hiện hài bậc 2 của tín hiệu có thể kích hoạt hệthống báo động

Hình 2.5 Transponder viba nằm trong vùng truy vấn của detector

Nếu sóng mang được điều chế ASK hay FSK thì tất cả các hài cũng sẽ cócùng một dạng điều chế như vậy Điều này giúp cho hệ thống phân biệt tín hiệunhiễu và tín hiệu có ích, ngăn chặn báo động sai do các tín hiệu bên ngoài tác độngvào

Ở ví dụ trên, sóng mang được điều chế ASK với tín hiệu 1kHz tín hiệunhận được ở bộ thu được giải điều chế rồi đưa đến bộ tách sóng 1kHz Tín hiệunhiễu xuất hiện ở tần số 4,9GHz không thể kích hoạt báo động sai vì chúng thườngkhông được điều chế và nếu có thì chúng sẽ có một cách điều chế khác

2.1.3 Bộ chia tần số

Hệ thống này hoạt động với bước sóng dài từ 100-135,5kHz Transpondergồm có một vi mạch và một cuộn dây cộng hưởng bằng đồng tráng men Mạch cộnghưởng được hàn với tụ để cộng hưởng tại tần số hoạt động của hệ thống Nhữngtransponder này có thể làm bằng plastic và có thể lấy đi khi hàng hóa được mua

Hình 2.6 Sơ đồ mạch điện và hoạt động của EAS sử dụng bộ chia tần số

Vi mạch trong transponder nhận năng lượng từ trường từ của thiết bị anninh (Security device) Tần số ở cuộn tự cảm được chia 2 bằng vi mạch và được gửingược trở lại thiết bị an ninh Tín hiệu này hồi tiếp về bằng một dây rẽ nhánh đếncuộn dây

Bảng 2.3: Các thông số cơ bản của hệ thốngTrường từ của transponder xung ở một tần số thấp (điều chế ASK) để cảithiện tốc độ nhận dạng Tương tự như nhận dạng bằng các hài, việc điều chế sóngmang (ASK hay FSK) được duy trì ở phân nửa tần số phát (subharmics) Nó đượcdùng để phân biệt giữa nhiễu và tín hiệu có ích Antenna khung được dùng làmantenna cảm biến

2.1.4 Transponder trường điện từ

Transponder trường điện từ sử dụng từ trường mạch trong khoảng NF từ10Hz đến 20Hz Transponder chứa một dải kim loại từ tính dễ biến dạng dưới tácđộng của ngoại lực Sự từ hoá của những dải kim loại này thường được lặp lại theochu kỳ và chúng sẽ bị bảo hoà của trường từ nhờ vào một từ trường mạnh Mốiquan hệ không tuyến tính của cường độ trường H và thông lượng cảm ứng từ B gầnbảo hoà cộng với sự thay đổi của cảm ứng từ B ở lân cận của điểm zero của cường

độ trường từ H, phát sinh ra các hài ở tần số cơ bản của transponder Những hàinày có thể được nhận và được ước luợng bởi transponder

Transponder trường điện từ được tối ưu hoá bằng cách thên vào nhữngthành phần tín hiệu có tần số cao hơn tín hiệu chính Ngoài những hài của tần sốchính, còn có thêm các tần số tổng hay hiệu của các tín hiệu đã cung cấp Giả sử tínhiệu chính có tần số fS= 20Hz và các tín hiệu thêm vào f1= 3,5kHz và f2= 5,3kHz thìnhững tín hiệu sau đây được phát ra:

f1+ f2= f1+2= 8,8kHz

f1- f2= f1-2 = 1,8kHz

fS+ f1= fS+1= 3,52kHz