CÔNG NGHỆ RFID và ỨNG DỤNG TRONG GIAO THÔNG

i Cao Văn Đức – KTVT –K 52 LỜI NÓI ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài: Cuộc sống càng hiện đại thì nhu cầu đi lại của con ngƣời càng đƣợc quan tâm. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong quản lý, giám sát mạng lƣới giao thông tại các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, châu Âu và Nhật Bản đã rất phổ biến để tránh ùn tắc, rút ngắn thời gian di chuyển, cảnh báo va chạm, giảm tai nạn giao thông và ô nhiễm môi trƣờng. Một trong những công nghệ đƣợc đánh giá cao và ngày càng phổ biến đó là RFID. RFID là phƣơng pháp nhận dạng tự động dựa trên khả năng lƣu trữ và nhận dữ liệu từ xa thông qua phƣơng thức vô tuyến, sử dụng thiết bị thẻ RFID và một đầu đọc RFID. Thẻ RFID có kích thƣớc nhỏ và có thể gắn vào sản phẩm, gắn trên ngƣời, động vật. Thẻ RFID chứa các chip silicon và các anten cho phép nhận lệnh và đáp ứng lại bằng tần số vô tuyến RF từ một RFID phát đáp. Việt Nam là một nƣớc đang phát triển, việc xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông là một chiến lƣợc quan trọng. Do đó, nghiên cứu đề tài “Công nghệ định danh sóng vô tuyến RFID và ứng dụng trong giám sát giao thông” là rất cần thiết. II. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:  Công nghệ RFID  Ứng dụng RFID trong hệ thống quản lý, giám sát giao thông. III. Phƣơng pháp nghiên cứu:  Tập hợp lý thuyết: - Từ các tài liệu đã đƣợc công bố của các nƣớc đã triển khai công nghệ RFID ii Cao Văn Đức – KTVT –K 52 - Từ các tài liệu của các hãng sản xuất - Từ các tài liệu của các tổ chức tiêu chuẩn  Đánh giá khả năng ứng dụng và đề xuất áp dụng IV. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài  Hiểu đƣợc hệ thống  Đánh giá khả năng ứng dụng trong quản lý, giám sát giao thông  Kiến nghị ứng dụng trong quản lý giao thông tại Việt Nam V. Kết cấu của đề tài Gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1. “Tổng quan về công nghệ RFID” sẽ giới thiệu tổng quan về lịch sử phát triển, cấu trúc hệ thống, các đặc điểm cơ bản của hệ thống RFID so với những công nghệ nhận dạng đã có và những dụng thực tế của RFID. Chƣơng 2. “Công nghệ RFID” sẽ trình bày cụ thể về các thành phần cơ bản của hệ thống RFID, các phƣơng pháp mã hóa để bảo vệ quyền sở hữu, các kỹ thuật chống xung đột thẻ và đầu đọc. Chƣơng này cũng giới thiệu về một số tiêu chuẩn đƣợc áp dụng cho hệ thống RFID. Chƣơng 3. “Ứng dụng trong hệ thống quản lý, giám sát giao thông”. Chƣơng này giới thiệu về một số ứng dụng cụ thể của công nghệ RFID trong quản lý và giám sát giao thông ở các nƣớc trên thế giới, đồng thời đánh giá khả năng áp dụng của RFID ở Việt Nam. Hà Nội, Ngày 27 tháng 04 năm 2015 iii Cao Văn Đức – KTVT –K 52 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC iii DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC HÌNH VẼ x DANH MỤC BẢNG BIỂU xii CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1 1.1. Khái niệm RFID 1 1.2. Lịch sử phát triển của RFID 2 Hình 1.1. Những mốc quan trọng trong giai đoạn đầu của RFID 3 Hình 1.2. Những mốc quan trọng trong giai đoạn 1960 – 1990. 5 Hình 1.3. Những mốc quan trọng từ năm 1990 đến nay. 7 1.3. Các hệ thống nhận dạng 7 1.3.1. Hệ thống mã vạch 7 Hình 1.4. Mã vạch. 8 1.3.2. Hệ thống nhận dạng bằng ký tự quang học OCR 8 1.3.3. Hệ thống nhận dạng bằng tiếng nói 8 1.3.4. Hệ thống nhận dạng bằng đặc điểm sinh học 9 1.3.5. Hệ thống thẻ thông minh 10 1.3.6. Hệ thống nhận dạng RFID 10 Bảng 1.1. So sánh các công nghệ nhận dạng theo các tham số hệ thống. 11 1.4. Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID 12 Hình 1.5. Hệ thống RFID 12 Hình 1.6. Nguyên lý làm việc của thẻ và reader. 13 1.5. Tần số hoạt động 14 Bảng 1.2. Khoảng tần số RFID. 14 Bảng 1.3. Khoảng cách đọc của tần số. 14 iv Cao Văn Đức – KTVT –K 52 1.6. Ứng dụng của RFID 15 1.6.3. RFID trong hệ thống bƣu chính viễn thông 16 1.6.4. RFID trong quản lý thƣ viện 17 1.6.5. RFID trong quản lý bán hàng 18 1.6.6. RFID trong nhận dạng động vật 18 1.6.7. RFID cấy ghép vào cơ thể ngƣời 18 1.6.8. RFID trong giao thông 19 1.7. Ƣu, nhƣợc điểm của hệ thống RFID 20 1.7.1. Ƣu điểm 20 1.7.2. Nhƣợc điểm 21 1.8. Kết luận chƣơng 22 CHƢƠNG 2. CÔNG NGHỆ RFID 23 2.1. Thẻ RFID 23 Hình 2.1. Các kiểu hình dạng và kích thƣớc của thẻ RFID. 24 2.1.1. Thẻ thụ động 25 Hình 2.2. Các thành phần của thẻ thụ động. 26 Hình 2.3. Các thành phần cơ bản của một vi mạch. 26 Hình 2.4. Thẻ thụ động 2.45 GHz của hãng Alien Technology. 29 2.1.2. Thẻ tích cực 29 Hình 2.5. Thẻ tích cực UHF 303.8 MHz với máy dò chuyển động đƣợc cài đặt sẵn của hãng RFCode, Inc. 31 2.1.3. Thẻ bán tích cực 31 Hình 2.6. Các thẻ bán tích cực 925 MHz/2.45 GHz của 32 hãng TransCore. 32 2.1.4. Thẻ RO 33 2.1.5. Thẻ WORM 33 2.1.6. Thẻ RW 33 2.2. Reader (đầu đọc) 34 v Cao Văn Đức – KTVT –K 52 2.2.1. Các thành phần vật lý của một reader RFID 34 Hình 2.7. Các thành phần của một reader. 35 2.2.2. Các thành phần logic của reader RFID 38 Hình 2.8. Các thành phần logic của một reader. 38 2.2.3. Phân loại reader 39 Hình 2.9. Reader cố định UHF của hãng Alien Technology. 42 Hình 2.10. Reader mạng có dây/không dây (802.11b) UHF thấp 42 của RFCode, Inc. 42 Hình 2.11. RFID smart label của Inotec. 43 Hình 2.12. Máy in RFID của Zebra Technologies. 43 Hình 2.13. Reader cầm tay UHF của Intermec Corporation. 44 2.3. Middleware 44 2.4. Kỹ thuật mã hóa/giải mã RFID để bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ 45 Hình 2.14. Khung làm việc giải mã và mã hóa RFID để bảo vệ 45 quyền sở hữu trí tuệ. 45 Hình 2.15. Các cách có thể để bảo vệ nội dung số. 48 2.5. Kỹ thuật chống xung đột trong hệ thống RFID 51 Hình 2.16 . Quan hệ giữa vùng truy vấn và vùng phủ của đầu đọc. 52 Bảng 2.1. Các giao thức chống xung đột trong hệ thống RFID. 53 2.5.1. Các giao thức chống xung đột đầu đọc 54 Hình 2.17. Cấu trúc điều khiển phân lớp của giao thức. 56 2.5.2. Các giao thức chống xung đột thẻ 59 Bảng 2.2. Ví dụ về giao thức Frame Slotted ALOHA. 61 Bảng 2.3. Các bƣớc trong quy trình xác nhận của giao thức RFID. 65 Bảng 2.4. Quy trình xác nhận của giao thức EPCglobal Class 0. 67 Bảng 2.5. Quy trình nhận dạng của giao thức ISO/IEC 18000-6B. 72 2.6. Tiêu chuẩn hóa 76 2.7. Kết luận chƣơng 77 vi Cao Văn Đức – KTVT –K 52 CHƢƠNG 3. ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG QUẢN LÝ, GIÁM SÁT GIAO THÔNG 78 3.1. Hệ thống thu phí điện tử ETC 78 3.1.1. Hệ thống ETC ở Canada 79 Hình 3.1. Tuyến đƣờng ETR 407 ở Canada. 80 3.1.2. Hệ thống ETC ở Ba Lan 80 Hình 3.2. Hệ thống ETC ở Ba Lan. 81 3.1.3. Hệ thống ETC ở Philippines 81 3.2. Hệ thống quản lý phƣơng tiện giao thông 82 3.2.1. Thử nghiệm RFID trong hệ thống ITS ở Mashhad 82 Hình 3.3. Thẻ Mashhad “My Card”. 83 Hình 3.4. Kiến trúc ứng dụng cho hệ thống Mashhad “My Card”. 84 Hình 3.5. Kiến trúc hệ thống quản lý Mashhad Bus. 84 Hình 3.6. Kiến trúc hệ thống quản lý xe taxi thanh toán bằng 86 “My Card”. 86 Hình 3.7. Thẻ, đầu đọc và các điểm truy cập đƣợc sử dụng trong 87 hệ thống quản lý xe taxi ở Mashhad. 87 3.2.1. RFID trong vận tải đƣờng sắt 88 Hình 3.8. Thiết bị đọc RFID đặt gần đƣờng ray ở Mỹ. 89 Hình 3.9. Đầu đọc đƣợc lắp đặt trên tà vẹt của đƣờng ray. 93 Hình 3.10 . Công nhân của VR Group đang xử lý với đầu đọc cầm tay. 94 3.3. Đánh giá khả năng ứng dụng ở Việt Nam 95 3.4. Kết luận chƣơng 96 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 vii Cao Văn Đức – KTVT –K 52 viii Cao Văn Đức – KTVT –K 52 DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ Tiếng Việt AAR Association of America Railroads Hiệp hội đƣờng sắt Mỹ ABS Adaptive Binary Splitting Tách nhị phân thích ứng API Application Program Interface Giao diện chƣơng trình ứng dụng ASIC Application-Specific Integrated Circuit Mạch tích hợp chuyên dụng AVI Automatic Vehicle Identification Nhận dạng phƣơng tiện tự động CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm ứng sóng mang DCS Distributed Color Selection Lựa chọn màu sắc đƣợc phân bổ DoD United States Department of Defense Bộ Quốc phòng Mỹ E/DonRFID Encryption/Decryption on RFID Mã hóa/Giải mã trên RFID EAS Electronic Article Surveillance Giám sát vật phẩm điện tử EPC Electronic Product Code Mã sản phẩm điện tử ERP Effective Radiation Power Công suất bức xạ tƣơng đƣơng ETC Electronic Toll Collection Thu phí điện tử HiQ Hierarchical Q-learning algorithm Thuật toán IFF Identification Friend or Foe Xác định địch - ta ITS Intelligent Transportation Hệ thống giao thông ix Cao Văn Đức – KTVT –K 52 Systems thông minh LBT Listen Before Talk Nghe trƣớc khi nói NATCS National Automatic Tolls Collecttion System Hệ thống thu phí tự động quốc gia OCR Optical Character Recognition Nhận dạng ký tự quang học PnP Plug-and-Play PSC Progressed Slot Counter Bộ đếm tăng khe thời gian QT Query Tree protocol Giao thức cây truy vấn RF Radio Frequency Sóng vô tuyến RFID Radio Frequancy Identification Định danh bằng sóng vô tuyến RO Read Only Chỉ đọc RTLS Real Time Location System Hệ thống định vị thời gian thực RW Read Write Đọc, ghi SAW Surface Acoustic Wave Sóng âm bề mặt TSA Tree Slotted Aloha UHF Ultra High Frequency Tần số cực cao UID Unique Identification Số định danh duy nhất VDCS Variable-Maximum Distributed Color Selection Lựa chọn màu sắc đƣợc phân bổ khác nhau tối đa WORM Write Once, Read Many Ghi một lần, đọc nhiều lần x Cao Văn Đức – KTVT –K 52 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Những mốc quan trọng trong giai đoạn đầu của RFID. [10] 3 Hình 1.2. Những mốc quan trọng trong giai đoạn 1960 – 1990. [10] 5 Hình 1.3. Những mốc quan trọng từ năm 1990 đến nay. [10] 7 Hình 1.4. Mã vạch. 8 Hình 1.5. Hệ thống RFID. [7] 12 Hình 1.6. Nguyên lý làm việc của thẻ và reader. [7] 13 Hình 2.1. Các kiểu hình dạng và kích thƣớc của thẻ RFID. 24 Hình 2.2. Các thành phần của thẻ thụ động. 26 Hình 2.3. Các thành phần cơ bản của một vi mạch. 26 Hình 2.4. Thẻ thụ động 2.45 GHz của hãng Alien Technology. 29 Hình 2.5. Thẻ tích cực UHF 303.8 MHz với máy dò chuyển động đƣợc cài đặt sẵn của hãng RFCode, Inc. 31 Hình 2.6. Các thẻ bán tích cực 925 MHz/2.45 GHz của 32 hãng TransCore. 32 Hình 2.7. Các thành phần của một reader. 35 Hình 2.8. Các thành phần logic của một reader. 38 Hình 2.9. Reader cố định UHF của hãng Alien Technology. 42 Hình 2.10. Reader mạng có dây/không dây (802.11b) UHF thấp 42 của RFCode, Inc. 42 Hình 2.11. RFID smart label của Inotec. 43 Hình 2.12. Máy in RFID của Zebra Technologies. 43 Hình 2.13. Reader cầm tay UHF của Intermec Corporation. 44 Hình 2.14. Khung làm việc giải mã và mã hóa RFID để bảo vệ 45 quyền sở hữu trí tuệ. [6] 45 Hình 2.15. Các cách có thể để bảo vệ nội dung số. [6] 48 [...]... VỀ CÔNG NGHỆ RFID Công nghệ RFID có nguồn gốc từ năm 1897 khi Guglielmo Marconi phát hiện ra sóng radio Từ đó đến này, công nghệ này đã đƣợc nghiên cứu phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của quân đội cũng nhƣ trong đời sống Chƣơng này sẽ đƣa ra khái niệm tổng quát nhất về công nghệ RFID, cấu trúc hệ thống RFID và so sánh những ƣu điểm vƣợt trội của công nghệ này với một số công nghệ. .. này sử dụng chíp đó để thanh toán hóa đơn trong nhà hàng Một số văn phòng làm việc đã cấy chíp RFID vào nhân viên của mình để giám sát việc truy nhập cơ sở dữ liệu mật 1.6.8 RFID trong giao thông Ở Anh, các hệ thống trả trƣớc cho các dịch vụ giao thông công cộng ra đời nhờ sử dụng công nghệ RFID Thiết kế này đƣợc nhúng trong một thẻ tín dụng (giấy thông hành) và khi đƣợc quét nó sẽ cho biết việc thông. .. về hệ thống RFID Để thấy đƣợc những thành phần cũng nhƣ các kỹ thuật đƣợc sử dụng trong công nghệ RFID thì ta sẽ đi tìm hiểu ở chƣơng sau Cao Văn Đức – KTVT –K 52 23 CHƢƠNG 2 CÔNG NGHỆ RFID Từ cái nhìn tổng quan về hệ thống RFID giới thiệu ở chƣơng 1, chƣơng này sẽ trình bày cụ thể về các thành phần cơ bản của hệ thống RFID và các kỹ thuật đƣợc sử dụng trong công nghệ RFID 2.1 Thẻ RFID Thẻ RFID mang... 9m >10 m Các ứng dụng Xác định động vật và hàng hóa đọc ở khoảng cách gần Cửa vào các tòa nhà Hộp hoặc kệ Phân loại ô tô 15 Các thẻ LF và HF đƣợc sử dụng nhiều hơn cả Các ứng dụng của thẻ UHF đƣợc tăng lên nhờ việc giảm giá bán thẻ, tuy nhiên nó không đƣợc dùng thay thế cho các thẻ LF cấy mô hoặc thẻ vi sóng trong các ứng dụng ở khoảng cách lớn 1.6 Ứng dụng của RFID RFID có nhiều ứng dụng trong các lĩnh... tay để có thể tìm kiếm và kiểm tra thông tin về sách báo trong thƣ viện Việc ứng dụng công nghệ RFID đã làm giảm chi phí về mặt quản lý nhân sự cũng nhƣ tạo sự thuận tiện trong việc quản lý và tìm kiếm sách báo Cao Văn Đức – KTVT –K 52 18 1.6.5 RFID trong quản lý bán hàng Các dây chuyền đƣợc ứng dụng công nghệ RFID, giúp tăng lƣợt vận chuyển, giảm bớt việc lao động chân tay và sự thất thoát hàng hóa... 10m và tốc độ đọc ổn định đã đƣợc áp dụng cho tự động hóa bƣu chính Hiện nay, công nghệ RFID đã đƣợc ứng dụng khá rộng rãi trong sản xuất bƣu chính, cụ thể là trong các lĩnh vực: - Thu nhận thông tin bƣu phẩm cá nhân trong các hệ thống chia chọn; - Các cổng giám sát RFID ghi lại thông tin bƣu gửi do các con chip RFID truyền về; - Định vị RFID sử dụng kỹ thuật định vị chủ động RTLS; - Thu nhận thông. .. niệm RFID RFID là phƣơng pháp nhận dạng tự động dựa trên khả năng lƣu trữ và nhận dữ liệu từ xa thông qua phƣơng thức vô tuyến, sử dụng thẻ RFID và một đầu đọc RFID Thẻ RFID có kích thƣớc nhỏ và có thể gắn vào sản phẩm, gắn trên ngƣời, động vật Thẻ RFID chứa các chip silicon và các anten cho phép nhận lệnh và phát đáp lại bằng tần số vô tuyến RF từ một RFID phát đáp [12] Các thiết bị RFID sử dụng năng... nhờ những công nghệ tiên tiến Những công nghệ mới giúp những sản phẩm này gọn hơn và rẻ hơn, nhƣ: công nghệ tích hợp trong IC, chip nhớ lập trình đƣợc, vi xử lý, những phần mềm ứng dụng hiện đại ngày nay và những ngôn ngữ lập trình làm cho công nghệ RFID đang có xu hƣớng chuyển sang lĩnh vực thƣơng mại rộng lớn 1922: Xuất hiện những ý tƣởng giám sát tiến bộ bằng hệ thống Radar xung quanh công nghệ 1880s:... nhanh hơn và khoảng cách đọc xa hơn  Đầu thập niên 80: công nghệ RFID phức tạp đƣợc áp dụng trong nhiều ứng dụng Hệ thống RFID đặt tại đƣờng ray ở Mỹ, đánh dấu động vật trên nông trại ở châu Âu và còn dùng trong nghiên cứu động vật hoang dã, đánh dấu các loài thú quý và nguy hiểm,…  Những năm 90: RFID đƣợc ứng dụng ở nhiều nƣớc, đặc biệt là trong hệ thống thu phí điện tử ETC Hệ thống thu phí điện... thiết bị đọc sử dụng quy trình truyền dữ liệu ở tần số cao RFID là công nghệ hiện đại và đƣợc ứng dụng rất rộng rãi hiện nay trong nhiều lĩnh vực thƣơng mại, vận tải, quản lý kho hàng và đặc biệt trong ngành Cao Văn Đức – KTVT –K 52 2 giao thông vận tải ở các nƣớc phát triển Công nghệ này giúp con ngƣời có thể quản lý, giám sát các đối tƣợng dễ dàng hơn, ít mắc lỗi, tốn ít thời gian và giảm nhân lực . cứu đề tài Công nghệ định danh sóng vô tuyến RFID và ứng dụng trong giám sát giao thông là rất cần thiết. II. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:  Công nghệ RFID  Ứng dụng RFID trong hệ thống. năng ứng dụng và đề xuất áp dụng IV. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài  Hiểu đƣợc hệ thống  Đánh giá khả năng ứng dụng trong quản lý, giám sát giao thông  Kiến nghị ứng dụng trong quản lý giao. –K 52 1.6. Ứng dụng của RFID 15 1.6.3. RFID trong hệ thống bƣu chính viễn thông 16 1.6.4. RFID trong quản lý thƣ viện 17 1.6.5. RFID trong quản lý bán hàng 18 1.6.6. RFID trong nhận dạng