Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF và LF

Trong đó ứng dụng đóng thường được dùng trong công nghiệp hay trong các hệ thống bảo mật còn ứng dụng mở thường được dùng trong các hệ thống phục vụ nhu cầu xã hội như quản lý thư viện h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thế Dũng Số hiệu sinh viên: 20040577 Trần Anh Dũng Số hiệu sinh viên: 20040615 Khoá: K49 Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: Viễn Thông 1 Đầu đề đồ án: ………Kỹ thuật RFID và ứng dụng dải tần HF ……….

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……… ……… …… ……….

……….…

………

……….

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Phần thuyết minh bao gồm 3 phần Phần 1 : Kỹ thuật RFID………

Phần 2 : Các chuẩn RFID ứng dụng trong các dải tần ………

Phần 3 : Xây dựng hệ thống RFID hoàn chỉnh………

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……… ….

……… ……….

………

…………

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……TS Nguyễn Hữu Trung……… ………

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………

7 Ngày hoàn thành đồ án: ……… ………

Ngày tháng năm

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày … tháng … năm …

Cán bộ phản biện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thế Dũng Số hiệu sinh viên: 20040577 Trần Anh Dũng Số hiệu sinh viên: 20040615 Ngành: Viễn thông Khoá: K49 Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

Lời nói đầu

Được sự quan tâm ủng hộ của thầy giáo TS Nguyễn Hữu Trung, ngay từ năm học

thứ tư (2008) chúng em đã được tham gia nghiên cứu và tìm hiểu sâu về các hệ thống

xử lý tín hiệu số cùng những ứng dụng thực tiễn đi kèm như hệ thống định vị GPS, hệ thống đèn giao thông thông minh Trong hơn một năm qua, chúng em đã được tiếp xúc với nhiều công nghệ mới và những kiến thức chuyên ngành bổ ích Sau quá trình nghiên cứu, nhận thấy được sự tiến bộ cũng như tiềm năng của công nghệ nhận dạng RFID (Radio Frequency Identification), được sự khích lệ động viên của thầy Nguyễn Hữu Trung, chúng em đã mạnh dạn chọn đề tài “Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF và LF“ làm đồ án tốt nghiệp của mình

Qua đây, chúng em xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc trước sự hướng dẫn tận tình của thầy

giáo TS.Nguyễn Hữu Trung và cô giáo TS.Nguyễn Thúy Anh trong suốt thời gian

thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp này Đồng thời, chúng em cũng xin gửi lời chân thành cảm ơn tới các anh khóa K47 trong nhóm phát triển công nghệ đã giúp đỡ chúng

em các kiến thức thực tiễn để hoàn thành tốt đề tài khóa luận tốt nghiệp này

Có được những kinh nghiệm và kiến thức quý báu để thực hiện đề tài cũng như để chuẩn bị hành trang bước vào cuộc sống, chúng em luôn ghi nhớ và cảm ơn về sự giảng

dạy tần tình, sự ân cần quan tâm của các thầy cô giáo trong Khoa Điện Tử Viễn Thông

- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong suốt thời gian vừa qua.

Chúng em cũng xin gừi lời cảm ơn tới bạn bè, người thân đã giúp đỡ động viên chúng em trong quá trình hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình

Hà Nội, ngày… tháng… năm …

TÓM TẮT NỘI DUNG

Công nghệ RFID là một công nghệ khá mới, đặc biệt là ở Việt Nam Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng: những ứng dụng mà nó mang lại giúp ích rất nhiều trong đời sống

và cho sự phát triển của khoa học kỹ thuật Hiện nay, kỹ thuật RFID được ứng dụng trên thế giới có thể được chia làm hai: một là ứng dụng đóng (close application) và ứng dụng mở (open application) Trong đó ứng dụng đóng thường được dùng trong công nghiệp hay trong các hệ thống bảo mật còn ứng dụng mở thường được dùng trong các

hệ thống phục vụ nhu cầu xã hội như quản lý thư viện hay hàng húa… Khóa luận có cấu trúc gồm bốn chương giúp cho người đọc có một cái nhìn tổng quan về công nghệ

và đồng thời đi sâu vào phân tích thiết kế hệ thống quản lý truy nhập sử dụng công nghệ RFID ở dải tần HF và LF

Kỹ thuật RFID là kỹ thuật sử dụng sóng radio để trao đổi thông tin giữa hai bộ phát

và thu Trong đó cấu trúc thẻ gồm ba lớp được thiết kế đặc biệt có cấu trúc như một bộ phỏt siờu mỏng để giao tiếp với đầu đọc (reader) Dải tần số RFID dùng khá rộng bao gồm các dải tần LF, HF và UHF Tùy tứng mục đích cụ thể mà các nhà nghiên cứu lựa chọn dải tần thích hợp cho ứng dụng của mình Trong những ứng dụng quản lý con người hay tài sản, ứng dụng phổ biến là việc quản lý truy nhập trong các hệ thống vào

ra hay bảo mật Nhận biết được nhu cầu đó, bài khóa luận tập trung vào nghiên cứu và xây dựng hệ thống truy nhập ứng dụng công nghệ RFID ở dải tần LF ( tần số 125Khz )

và dải tần HF (tần số 13,56Mhz) Tại tấn số 125Khz, hệ thống sử dụng chip reader EM4095 (IC đọc tín hiệu) với phạm vi từ 5cm - 10cm Tại tần số 13,56Mhz là IC TRF7960 của hãng TI phạm vi trong vòng 5m -10m

Bài khóa luận cũng mô tả hệ thống mô hình ứng dụng RFID ở dải tần 125Khz kết nối với máy tính kèm theo hệ thống cửa tự động, phần mềm cơ sở dữ liệu quản lý nhân sự

và khối hiển thị LCD Vi điểu khiến giao tiếp với chip đọc reader là PIC với ngôn ngữ

C, phần mềm cơ sở dữ liệu được viết bằng ngôn ngữ C# (sử dụng VS2005) Phần cuối của khóa luận nêu ra các kết quả thực nghiệm và đánh giá kết quả thu được

ABSTRACT RFID really is a new techonogy, specially in Vietnam There are many applications with RFID used in the worl Nowadays, RFID is divided to 2 applycations : the close application and the open application The close

application is used in Industry or the secret system and the open application is used in demand of society such as library.

These are the major contents of the project:

Chapter 1 : RFID techology and system

This chapter help us to see a basic of RFID techonogy

Chapter 2 : Standards in RFID and applycations

There are many standards about RFID in the word So, this chapter held for us to understand the most popular standards.

Chapter 3 : constructing RFID system in RF and HF

Chapter 4 : Summing up

MỤC LỤC Lời nói đầu 3

ABSTRACT 4

1.1.1Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode): 16

1.3 Nguyên lý kỹ thuật RFID 18

Tín hiệu được ghi vào một con chíp nhỏ nằm trong tấm thẻ rất mỏng Dữ liệu được đọc ghi thông qua một thiết bị đọc ghi thẻ mà không phụ thuộc vào hướng hay phải sắp thẳng hàng, chỉ cần tấm thẻ đó nằm trong vùng phủ sóng của thiết bị là được 18

Hình 1.3 : Cấu trúc thẻ tag RFID 18

Hình 1.4 Quá trình quản lý thẻ qua ănten 19

1.4 Cơ chế trao đổi năng lượng và dữ liệu 19

Cơ chế trao đổi năng lượng: 19

1.5 Hệ thổng RFID 24

1.5.1 Cấu trúc hệ thống 24

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống RFID đơn giản 25

1.5.2.1 Thẻ thụ động: 27

Hình 1.13 Cấu trúc thẻ thụ động 27

1.5.2.2 Bán thụ động 28

1.5.2.3 Thẻ tích cực 29

Hình 1.14 Nguyên lý thẻ tích cực 29

1.5.3.1 Bộ đọc tuần tự 31

1.5.3.2 Bộ đọc mạng 31

1.5.3.3 Bộ đọc cố định 32

1.5.3.4 Bộ đọc cầm tay 34

1.5.5 Server 35

1.6 Những ưu điểm của hệ thống RFID 35

CHƯƠNG 2 37

CÁC CHUẨN RFID VÀ ỨNG DỤNG 37

2.1 Các chuẩn RFID 37

2.1.1 Điều lệ và chuẩn hoá 37

2.1.2 Một số tiêu chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID : 38

ISO 11784 & 11785 : Các chuẩn này qui định nhận dạng tần số vô tuyến cho động vật đưa ra khái niệm kỹ thuật và cấu trúc mã .38

Các chuẩn ISO 11784,11785 và 14223 :được đề cập đến với việc xác định thú vật sử dụng hệ thống RFID system 38

- ISO 11784 Code dành cho việc xác định động vật gồm 64bít 38

- ISO 14223/1 - Nhận dạng tần số vô tuyến với động vật, bộ thu phát cao cấp – giao diện vô tuyến .38

- ISO 11785 – Technical concept (khái niệm công nghệ ) : 38

2.2 Ứng dụng RFID vào thực tiễn 41

Hình 2.1 Dải tần ứng dụng 41

2.2.1 Trong hệ thống bưu chính viễn thông 42

Hình 2.2 Mô hình khai thác thông tin đối với thẻ RFID .46

2.2.2 Trong hệ thống giao thông 46

Hình 2.3 Cổng ra vào sử dụng công nghệ RFID 46

2.2.3 Trong kinh doanh 47

2.2.4 Trong hệ thống thư viện : 48

Hình 2.6 Ứng dụng RFID trong quản lý thư viện 48

2.2.5 Hệ thống theo dõi và quản lý động vật 49

3.1.2.1 Khối nguồn 54

Hình 3.3 Khối nguồn 55

3.1.2.2 Khối hiển thị 55

Hình 3.4 Khối hiển thị 56

3.1.2.3 Khối xử lý trung tâm: 56

Hình 3.5 Khối xử lý trung tâm 57

3.1.2.4 Khối giao tiếp máy tính: 58

3.1.2.5 Khối rơle 59

Hình 3.7 Khối rơle 59

3.1.4 Thẻ (Tag) RFID 61

3.1.5 IC RFID 65

Hình 3.20 Mạch dao động LC 72

3.2.2.1 Mô tả chức năng cỏc chõn của linh kiện 77

Hình 3.26 Sơ đồ chân của TRF796x 78

3.2.2.2 Cơ chế cấp nguồn 80

3.2.2.3 Các chế độ làm việc 81

3.2.2.4 Nhận tín hiệu 83

3.2.4 Kết luận 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động Error: Reference source

not found 5

Hình 1.2 Minh họa công nghệ RFID Error: Reference source not found 7 Hình 1.3 Cấu trúc thẻ tag RFID Error: Reference source not found 8 Hình 1.4 Quá trình quản lý thẻ qua ănten Error: Reference source not found 9

Hình 1.5 Từ trường dao động 20

Hình 1.6 Năng lượng sinh ra từ từ trường dao động phía đầu đọc 21

Hình 1.7 Tín hiệu điều biên ASK 23

Hình 1.8 Tín hiệu điều tần FSK 23

Hình 1.9 Tín hiệu điều pha PSK 24

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống RFID đơn giản 25

Hình 1.11 Các lớp thẻ RFID 26

Hình 1.12 Lớp mạch và anten 26

Hình 1.13 Cấu trúc thẻ thụ động 27

Hình 1.14 Nguyên lý thẻ tích cực 29

Hình 1.15 Trao đổi thông tin giữa reader và tag (bộ đọc và thẻ ) 30

Hình 1.16 Ăngten thu phát giao tiếp với thẻ RFID 34

Hình 2.1 Dải tần ứng dụng 41

Hình 2.2 Mô hình khai thác thông tin đối với thẻ RFID 46

Hình 2.3 Cổng ra vào sử dụng công nghệ RFID 46

Hình 2.4 Ứng dụng hệ thống RFID trong dây truyền sản xuất 47

Hình 2.5 Ứng dụng hệ thống RFID trong quản lý kho hàng ……… 48

Hình 2.6 Ứng dụng RFID trong quản lý thư viện 48

Hình 3.1 Tổng quan hệ thống 54

Hình 3 2 Sơ đồ khối hệ thống 54

Hình 3.3 Khối nguồn 55

Hình 3.4 Khối hiển thị 56

Hình 3.5 Khối xử lý trung tâm 57

Hình 3.6 Khối giao tiếp máy tính 59

Hình 3.7 Khối rơle 59

Hình 3.8 Sơ đồ thuật toán khối xử lý trung tâm 60

Hình 3.9 Sơ đồ thuật toán trên PC 61

Hình 3.10 Sơ đồ chip EM4102 63

Hình 3.11 Sơ đồ khối của IC EM4102 63

Hình 3.12 Phân chia 64 bits trong bộ nhớ của EM4102 64

Hình 3.13 Mã hóa dữ liệu dạng mã Manchester 65

Hình 3.14 Sơ đồ bố trí cỏc chõn của EM4095 66

Hình 3.15 Cấu hình EM4095 dùng trong chế độ Read Only 69

Hình 3.16 Cấu hình EM4095 dùng trong chế độ Read Write 70

Hình 3.17 Sơ đồ khối của EM4095 71

Hình 3.18 Chế độ hoạt động Read Only 71

Hình 3.19 Chế độ hoạt động Read Write 72

Hình 3.20 Mạch dao động LC 73

Hình 3.21 Mô hình tổng thể hệ thống 75

Hình 3.22 Giao diện hiển thị trên PC… ………76

Hình 3.23 Dải tần radio và ứng dụng RFID 77

Hình 3.24 Sơ đồ khối hệ thống RFID dải tần HF 7 7 Hình 3.25 Sơ đồ khối giao tiếp TRF7960 7 8 Hình 3.26 Sơ đồ chân của TRF796x 79

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

1 RFID Radio Frequency Identification (Nhận dạng bằng sóng radio)

2 ATM Automatic Teller Machine (Máy thông báo tự động)

7 WORM Write Once Read Many (Chế độ ghi một lần đọc nhiều lần)

10 CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor (Vi mạch tích hợp)

11 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

(Bộ nhớ vật lý ghép ngoài chỉ đọc)

12 ISO International Organization for Standardization

(Tiêu chuẩn của tổ chức quốc tế)

13 EPC Electrical Product Code (Mã điện tử của sản phẩm)

14 HDX Half Duplex (Phương thức truyền bán song công)

24 FCC Federal Communications Commision (Ủy ban viễn thông liên bang)

26 VICC Vicinity card (Họ thẻ, tập hợp các thẻ có cùng tính chất)

27 DST Digital Signature Transponder (Bộ phát đáp dấu hiệu số)

28 RSSI Received singal sthength indicator (Tín hiệu chỉ thị độ lớn tín hiệu thu)

29 SOF Start of frame (Bắt đầu một khung)

MỞ ĐẦU

Trong vài năm gần đây thủ tục nhận dạng tự động (Auto-ID) đã trở nên rất phổ biến trong nhiều dịch vụ công nghiệp, trong công việc liên quan tới thu thập và phân loại sản phẩm, trong công nghiệp, trong các công xưởng sản xuất và hệ thống phân phối sản phẩm Thủ tục nhận dạng tự động đó giỳp chúng ta thoát khỏi việc phải cung cấp thông tin và vất vả kiểm tra về con người, động vật, và các sản phẩm trong quá trình lưu chuyển Các biểu tượng mã vạch có ở khắp nơi làm nổ ra cuộc cách mạng trong việc xác định các hệ thống trong khoảng thời gian lớn, khiến cho không đáp ứng đủ nhu cầu khi số lượng gia tăng quá lớn của các mã vạch Mã vạch có thể thực sự rất rẻ, nhưng

điểm sai lầm là số lượng lưu trữ thấp và thực tế là chúng không thể lập trình lại hay sửa lại được Giải pháp tối ưu nhất là lưu trữ dữ liệu trong chip silicon Thông thường các thiết bị mang dữ liệu dưới dạng tín hiệu điện được sử dụng trong cuộc sống là các thẻ thông minh tích hợp cỏc vựng tiếp xúc (thẻ điện thoại đa năng, thẻ tài khoản ngân hàng,

…) Tuy nhiên, tiếp xúc cơ đơn thuần sử dụng trong thẻ thông minh thường không thực

tế, nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa thiết bị nhận và phát không cần tiếp xúc còn lớn hơn Trong chuỗi ý kiến đưa ra, yêu cầu đòi hỏi phải xây dưng một thiết bị mang dữ liệu tín hiệu điện có thể trao đổi với một bộ đọc sử dụng công nghệ không cần phải tiếp xúc Bởi vậy thủ tục sử dụng trong việc trao đổi dữ liệu, không cần tiếp xúc, hệ thống nhận dạng bằng sóng radio ra đời, được gọi là hệ thống RFID (Radio Frequency Identification)

Bài khóa luận với kết cấu logic sẽ giúp cho chúng ta tìm hiểu về công nghệ RFID đi

từ những kiến thức cơ bản cho tới việc thiết kế xây dựng một hệ thống RFID hoàn chỉnh

Chương 1 : Kỹ thuật và hệ thống RFID

Chương này giúp cho chúng ta có một cái nhìn tổng quan về kỹ thuật RFID từ nguyên lý hoạt động đến các cấu trúc thẻ tag ( thẻ thông minh ứng dụng trong kỹ thuật RFID)

Chương 2: Các chuẩn RFID và ứng dụng

Trên thế giới có rất nhiều các nhà nghiên cứu và các công ty phát triển công nghệ nhận dạng sử dụng RFID Chương II cho chúng ta thấy được cái nhìn về các chuẩn giao thức và các tiêu chuẩn đặt ra khi xây dựng công nghệ RFID

Chương 3: Xây dựng hệ thống RFID dải tần HF và LF

Trình bày một hệ thống RFID hoàn chỉnh với các công nghệ lựa chọn của hãng TI (Texas Intrusments) của Mỹ và hệ thống cơ sở dữ liệu Hai công nghệ được đưa ra với các dải tần khác nhau LF (125Khz ) và HF (13.56Mhz)

Các giải pháp và mô hình hoàn chỉnh đươc đưa ra với những đánh giá và nhận xét gắn với thực tiễn của nhóm sau thời gian nghiên cứu công nghệ RFID

Chương 4: Kết luận

CHƯƠNG 1

KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG RFID

Khi đề cập đến khái niệm RFID trong lĩnh vực kỹ thuật, đối với nhiều chuyên gia lâu năm thì có thể nghĩ ngay đến khái niệm xác định hay nhận dạng có liên quan đến sóng radio Tuy nhiên, RFID là một công nghệ khá mới đối với những ai ít chú ý đến lĩnh vực kỹ thuật, mặc dù nó đó được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khỏc nhau.Vỡ vậy, trong chương 1 này, các vấn đề được đưa ra tập trung vào giải thích khái niệm RFID và các thành phần của một hệ thống RFID thông thường Các khái niệm sẽ giúp cho chúng ta hiểu được tổng thể công nghệ và nguyên lý hoạt động của một hệ thổng RFID

1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID):

Mãvạch

Mãvạch

RFID

Thẻ thông minh

Thẻ thông minh

Giọngnói

Hệ thống nhận dạng

tự động

Hệ thống nhận dạng

tự động

Sinhhọc

Sinhhọc

Vân tayVân tay

Hình 1.1 : Mô hình cỏc hệ thống nhận dạng tự động

1.1.1 Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode):

Hệ thống nhận dạng tự động bằng mã vạch đã đạt được nhiều thành công và được ứng dụng, phát triển mạnh mẽ nhất Mã vạch là hệ thống mã nhị phân được tạo nên bởi các vạch và khoảng trống xắp xếp song song với nhau Chúng được xắp xếp theo một quy ước định trước, các phần của mã vạch đại diện cho dữ liệu cần mã hóa Mã vạch có thể được đọc bởi đầu đọc laser thông qua sự phản xạ khác nhau của dòng laser đối với các vạch đen và khoảng trống màu trắng

1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học:

Hệ thống nhận dạng sinh học thường dùng để nhận dạng các sinh vật sống trong đó nhận dạng con người là chủ yếu Trong hệ thống nhận dạng tự động, nhận dạng sinh học có độ chính xác khá cao qua việc so sánh các đặc điểm riêng của mỗi người Trong thực tế, có rất nhiều các hệ thống nhận dạng sinh học như: nhận dạng vân tay, nhận dạng giọng nói và nhận dạng võng mạc

1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh (smart card):

Thẻ thông minh là thiết bị lưu trữ dữ liệu điện tử, có loại cú thờm một chip để xử lý thông tin Chúng thường được thiết kế trong một thẻ nhựa có kích thước như thẻ điện thoại Để hoạt động, thẻ thông minh phải được đưa vào đầu đọc thẻ, thẻ được kết nối với đầu đọc thông qua các tiếp xúc điện Thẻ được cung cấp năng lượng và xung đồng

bộ bởi đầu đọc thông qua tiếp xúc điện đó Dữ liệu truyền giữa đầu đọc và thẻ được truyền theo dạng nối tiếp hai chiều

Qua đặc điểm của các hệ thống nhận dạng tự động trên, chúng ta có thể thấy rằng hầu hết các hệ thống nhận dạng tự động trên đều yêu cầu kết nối vật lý tiếp xúc với khoảng cách gần Điều này gây rất nhiều bất tiện cho người sử dụng trong sử dụng hoặc quản lý Với hệ thống RIFD, việc kết nối không dây giữa thiết bị mang thông tin

và thiết bị đọc sẽ đem lại nhiều ứng dụng và tiện lợi hơn Trong thực tế, chúng ta còn

có thể truyền năng lượng từ đầu đọc cho thiết bị di động thông qua việc sử dụng công nghệ không dây này

1.2 Kỹ thuật RFID

RFID (Radio Frequency Identification) là phương pháp nhận dạng tự động dựa trên khả năng lưu trữ và nhận dữ liệu từ xa bằng các thiết bị thẻ thông minh Thẻ RFID có kích thước nhỏ và có thể gắn vào sản phẩm, gắn trên người, 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 phỏt đỏp

Hình 1.2 : Minh họa công nghệ RFID.

1.3 Nguyên lý kỹ thuật RFID

Tín hiệu được ghi vào một con chíp nhỏ nằm trong tấm thẻ rất mỏng Dữ liệu được đọc ghi thông qua một thiết bị đọc ghi thẻ mà không phụ thuộc vào hướng hay phải sắp thẳng hàng, chỉ cần tấm thẻ đó nằm trong vùng phủ sóng của thiết bị là được

Hình 1.3 : Cấu trúc thẻ tag RFID.

Hỡnh trên là cấu tạo của một tấm thẻ RFID mã hiệu V720-D52P01 của hãng OMRON, ta có thể thấy là nó bao gồm một ăng ten là các đường mạch bằng đồng rất mảnh và một con chíp rất nhỏ Tất cả dữ liệu đều nằm trong con chíp này Quá trình trao đổi thông tin diễn ra như sau:

Khi một thẻ RFID tiến đến gần thiết bị đọc ghi thẻ, năng lượng của sóng điện từ đủ

để cung cấp cho chớp trờn thẻ và kể từ đó quá trình truyền thông bắt tay giữa thẻ và thiết bị đọc ghi bắt đầu Trong quá trình này, thiết bị có thể đọc ghi thông tin trên thẻ,

và sau khi đã hoàn tất việc trao đổi dữ liệu, chiếc thẻ đó sẽ được chỉ thị là không tiếp nhận thêm thông tin gì nữa cho tới khi được lọt vào vùng phủ sóng lần tiếp theo Hình dưới đây sẽ mô tả kỹ hơn về quá trình này

Hình 1.4 Quá trình quản lý thẻ qua ănten.

Khi có nhiều thẻ nằm trong vùng phủ súng thỡ bộ V720 của OMRON cũng cho phép người dùng thiết lập các lựa chọn về chế độ truyền thông mà ở đó thiết bị đọc ghi

có thể giao tiếp ngẫu nhiên với các thẻ RFID, hoặc có thể giao tiếp với một thẻ RFID được chỉ định rõ

1.4 Cơ chế trao đổi năng lượng và dữ liệu

Cơ chế trao đổi năng lượng:

Có nhiều cơ chế trao đổi năng lượng tùy thuộc vào nguyên tắc ghộp nối giữa đầu đọc và thẻ và dải tần số hoạt động Có thể chia ra làm 4 cơ chế như sau:

- Ghép nối cảm ứng (Inductive Coupling): thường dùng ở dải tần số thấp LF

(<135Khz) và tần số cao HF (13.56 MHz)

- Ghép nối tán xạ điện từ (Electromagnetic Backscatter Coupling): thường

dùng ở dải siêu cao tần UHF (868ữ915MHz) và sóng vi ba microwave (2.5 GHz)

- Ghép nối gần (Close Coupling): phạm vi đọc rất nhỏ (< 1 cm) thường dùng ở

dải tần 1ữ10MHz

- Ghép nối điện (Electrical Coupling).

Ở đây chúng ta chỉ tập trung nghiên cứu hệ thống ghép nối cảm ứng do dải tần hoạt động ở tần số thấp 125 KHz Hệ thống này thường áp dụng với thẻ thụ động luôn cần cấp năng lượng từ đầu đọc Ghép nối cảm ứng tức là cơ chế hoạt động dựa trên nguyên

lý cộng hưởng điện từ do mạch LC trên 2 thành phần thẻ và đầu đọc tạo ra Như đã trình bày ở phần thẻ RFID (1.1.1), thẻ thụ động là một thiết bị điện tử chứa dữ liệu gồm một vi mạch đơn và một cuộn dây lớn có chức năng như một anten Phía đầu đọc cũng

có một cuộn dây là anten, khi cấp nguồn cho đầu đọc thì sẽ có dòng điện đi qua cuộn

dây này tạo nên một trường điện từ dao động (Magnetic alternating field H) bao quanh

cuộn dây (vì trong trường hợp này thẻ luôn hoạt động thụ động cần đến năng lượng cấp

từ đầu đọc nên cuộn dây anten của đầu đọc phải tạo ra được trường điện từ ở tần số cao

và mạnh sao cho có thể xuyên qua cuộn dây và phủ kín không gian xung quanh cuộn dây điều này phụ thuộc vào thiết kế của anten phía đầu đọc – Hình 1.10) Do bước sóng của dải tần hoạt động lớn gấp nhiều lần so với khoảng cách giữa anten của đầu đọc và anten của thẻ nên trường điện từ có thể được hiểu đơn giản như một từ trường dao động liên quan đến khoảng cách giữa thẻ và đầu đọc

Hình 1.5 Từ trường dao động (magnetic alternating field) do cuộn dây anten

trên thẻ sinh ra.

Khi thẻ đi vào vùng từ trường của đầu đọc thì năng lượng từ từ trường dao động có thể cảm ứng sang mạch cộng hưởng qua các cuộn dây theo định luật Faraday Nếu tần

cộng hưởng LC thỡ trờn cuộn cảm phía thẻ sẽ xuất hiện một dòng điện cảm ứng Dòng

điện cảm ứng này gây ra một điện áp Ui giữa hai đầu cuộn dây trên thẻ Điện áp sau đó được chỉnh lưu và cung cấp năng lượng nuụi cỏc vi mạch và các khối chức năng khác bên trong thẻ

điện được lựa chọn sao cho nó cùng với điện cảm của cuộn dây tạo thành một mạch cộng hưởng song song với tần số cộng hưởng tương ứng với tần số truyền của đầu đọc

được cực đại phụ thuộc vào mức tăng cộng hưởng trên mạch cộng hưởng song song

Hình 1.6 Năng lượng sinh ra từ từ trường dao động phía đầu đọc cung cấp

năng lượng cho thẻ qua ghép nối cảm ứng.

Hiệu suất truyền năng lượng giữa hai cuộn dây anten phía đầu đọc và phía thẻ tỉ lệ

với tần số hoạt động f, số vòng dây cuốn n, góc đặt giữa hai cuộn dây và khoảng cách giữa chúng Khi tần số f tăng thì điện cảm của cuộn dây trên thẻ và số vòng dây quấn

giảm (<135 KHz: 100 ữ 1000 vòng, 13.56 KHz: 3 ữ10 vũng) Vỡ điện áp cảm ứng trên

cuộn dây phía thẻ cũng tỉ lệ với tần số f nên giảm số vòng dây cũng ít ảnh hưởng đến

hiệu suất truyền năng lượng ở các tần số cao hơn

Tag

Từ trường H Các mạch cộng hưởng song song

1.4.1 Truyền dữ liệu từ thẻ sang đầu đọc

Như đã miêu tả ở trên, hệ thống ghép nối cảm ứng hoạt động dựa trên nguyên tắc kiểu máy biến áp với cuộn sơ cấp phía đầu đọc và cuộn thứ cấp phía thẻ, khi khoảng cách giữa hai cuộn dây này không vượt quá 0,16λ (384m) thì thẻ sẽ nằm trong trường

gần (near field) của anten phát của đầu đọc Kết quả trả lời của thẻ trên anten đầu đọc

đổi điện áp trên cuộn dây anten đầu đọc Điều này dẫn đến việc điều chế biên độ điện

tải được điều khiển bởi dữ liệu thì dữ liệu có thể chuyển từ thẻ sang đầu đọc Dạng truyền dữ liệu như thế này gọi là điều biến tải Để phục hồi dữ liệu trên đầu đọc, điện áp trên anten đầu đọc được chỉnh lưu Điều này thể hiện việc giải điều chế một tín hiệu đã được điều biên

1.4.2 Cơ chế truyền dữ liệu từ đầu đọc sang thẻ

Tất cả các phương pháp điều biến số đều có thể sử dụng trong việc truyền dữ liệu từ

thẻ sang đầu đọc bằng cơ chế truyền song công (Full Duplex – FDX) và bán song công

(Half Duplex – HDX) hoặc truyền tuần sự (Sequential – SEQ), không phụ thuộc vào tần

số hoạt động hay nguyên tắc ghép nối

1.4.3 Các phương pháp điều chế thường dùng

- Điều chế dịch biên (Amplitude Shift Keying)

ASK là một dạng của điều chế tín hiệu số mà ở đó tín hiệu số được biểu diễn bằng

sự thay đổi biên độ của sóng mang Biên độ của tín hiệu mang thay đổi theo chuỗi bit 1

và 0 mà vẫn giữ nguyên tần số và pha Mức của biên độ biểu diễn cho bít logic 0 hay 1 Chúng ta có thể hiểu rằng tín hiệu mang như là một khóa đúng cắt Ở dạng tín hiệu điều chế, bit logic 0 được biểu diễn bởi sự vắng mặt của sóng mang, bit logic 1 được biểu diễn bởi sự có mặt của sóng mang và từ đó thông tin được truyền đi Cũng giống như

AM, ASK cũng nhạy với nhiễu, bị biến dạng trong khi truyền đi Sự điều chế và giải điều chế tương đối ít tốn kém Công nghệ ASK thường được dùng để truyền tín hiệu số trên cáp quang.

Hình 1.7 Tín hiệu điều biên ASK.

Do cách giải điều chế đơn giản nên hầu hết các hệ thống đều dùng phương pháp điều chế ASK

- Điều chế tần số (Frequency Shift Keying)

FSK là nguyên lý điều chế tần số mà ở đó thông tin số được truyền đi qua sự thay đổi rời rạc của tần số FSK đơn giản nhất là FSK nhị phân gọi là BFSK, sử dụng hai tần

số riêng biệt để truyền đi hai bit 0 và 1

Hình 1.8 Tín hiệu điều tần FSK.

- Điều chế pha tín hiệu (Phase Shift Keying):

Tín hiệu có dạng sóng dao động có tần số f (sóng mang), thay đổi pha để biểu diễn các giá trị của tín hiệu: mỗi bit đặc trưng bởi góc pha khác nhau của tín hiệu VD: pha =

Hình 1.9 Tín hiệu điều pha PSK.

1.5 Hệ thổng RFID

1.5.1 Cấu trúc hệ thống

Một hệ thống RFID có thể gồm một số phần tử: thẻ, bộ đọc thẻ, máy chủ, middleware và phần mềm ứng dụng Mục đích của một hệ thống RFID là cho phép dữ liệu được truyền bởi một thiết bị di động - thẻ đến được một bộ đọc RFID và bộ đọc xử

lý thông tin theo yêu cầu của ứng dụng cụ thể Dữ liệu truyền từ thẻ có thể chứa thông tin nhận dạng hoặc thông tin định vị hoặc những chi tiết về sản phẩm được đánh thẻ như giá, màu, ngày mua, RFID lần đầu xuất hiện trong các ứng dụng truy nhập và theo dõi những năm 1980 và nhanh chóng thu hút sự chú ý bởi khả năng theo dõi các đối tượng đang chuyển động Khi công nghệ được cải tiến, càng có nhiều ứng dụng sử dụng thẻ RFID

Trong một hệ thống RFID cụ thể, các đối tượng riêng lẻ được trang bị một thẻ nhỏ

có giá thành thấp Thẻ này chứa một bộ phỏt đỏp (transponder) với một chip nhớ có mã sản phẩm điện tử duy nhất Bộ tích hợp, anten được đóng gói với bộ phỏt đỏp và bộ giải

mã, phát ra tín hiệu kích hoạt thẻ RFID nhờ đó nó có thể đọc và ghi dữ liệu Khi một thẻ RFID đi vào vùng điện từ trường, nó sẽ phát hiện tín hiệu kích hoạt của thẻ đọc Bộ đọc giải mã dữ liệu được mó hoỏ từ mạch tích hợp (chip silicon) của thẻ và dữ liệu dược đưa vào một máy chủ Phần mềm ứng dụng trên máy chủ sẽ xử lý dữ liệu và thường sử dụng ngôn ngữ đánh dấu vật lý.

Lấy ví dụ về các quyển sách trong thư viện Các cổng an ninh có thể phát hiện ra khi nào có hoặc không có một quyển sách được kiểm tra trước khi ra khỏi thư viện Khi người sử dụng mang trở lại, bít bảo mật được reset và bản ghi trong hệ thống thư viện

sẽ tự động cập nhật Trong một số giải pháp RFID, một biên lai nhận lại sẽ được tạo ra

Ở điểm này, các vật liệu có thể được lưu trữ trong các hộp nhờ thiết bị trả lại Que dò trong kho sẽ xác định chi tiết vị trí lưu sách trong kho Công cụ này được dùng để cất sách theo đúng thứ tự

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống RFID đơn giản.

+ Mã hóa, giải mã thông tin.

+ Có tớnh năng bảo mật chống ghi chép

- 1 anten vòng quanh thẻ:

+ Thu tín hiệu từ trường điện từ mà đầu đọc phát

+ Gửi lại thông tin ID khách hàng cho Reader

- Dựa trên cấu trúc thẻ, chia làm 2 loại thẻ:

+ Active Tag: thẻ tự cấp nguồn thông qua pin gắn trên thẻ

+ Passive Tag: thẻ tự động được nạp năng lượng khi đưa vào trong trường của Reader

Tần số sử dụng:

- LF: 30 – 300KHz

cũng tạo cho thẻ có kích thước thay đổi từ kích thước con tem bưu điện đến kích thước của một thẻ bưu chính

Các thẻ thụ động có khoảng cách đọc thực tế khoảng 2 mm lên đến một vài mét tùy thuộc vào tần số vô tuyến lựa chọn và kích thước/ thiết kế của anten Nhờ sự đơn giản trong thiết kế mà các anten này cũng rất thích hợp để sản xuất Các thẻ thụ động RFID không yêu cầu nguồn và có thể nhỏ hơn nữa với thời gian tồn tại không giới hạn Các thẻ không phải là silicon được làm từ các chất bán dẫn polime đang được phát triển bởi một số công ty toàn cầu Năm 2005, PolyIC (Đức) và Philips (Hà Lan) đã hợp tác thử nghiệm in các thẻ polime hoạt động ở băng tần 13.56MHz Nếu thương mại hoá thành công, các thẻ polime sẽ trở nên dễ in, giống như một tờ tạp chí và có chi phí ít hơn các thẻ silicon

1.5.2.3 Thẻ tích cực

Hình 1.14 Nguyên lý thẻ tích cực.

Không như các thẻ thụ động, các thẻ RFID tích cực có nguồn cấp bên trong để cung cấp cho các IC tạo thành tín hiệu đầu ra Các thẻ tích cực thường ổn định hơn (ít lỗi hơn) các thẻ thụ động do khả năng kết nối "phiên" với đầu đọc Nhờ có nguồn cung cấp onboard nờn cỏc thẻ tích cực có thể phát công suất cao hơn các thẻ thụ động, cho phép chúng hoạt động hiệu quả hơn trong các môi trường có "tần số vô tuyến thay đổi" (người, gia xúc) như nước, kim loại nặng (xe tải, container) hoặc ở các khoảng cách xa hơn Nhiều thẻ tích cực có khoảng cách hoạt động vài trăm mét và thời gian pin lên tới

10 năm Một số thẻ tích cực còn bao gồm các bộ cảm biến (sensor) như cảm biến nhiệt

độ dùng để giám sát độ chín hoặc giám sát nhiệt độ của các sản phẩm dễ bị hỏng Các cảm biến khác cũng được gắn với thẻ RFID tích cực như: độ ẩm, va đập/biến động, ánh sáng, phóng xạ, nhiệt độ và không khí như etylen Các thẻ tích cực cũng thường có dải hoạt động dài hơn (xấp xỉ khoảng 300 feet) và bộ nhớ lớn hơn các thẻ thụ động và do

đó có thể lưu trữ thờm cỏc thông tin từ bộ phỏt đỏp Hiện tại, thẻ tích cực nhỏ nhất có kích thước tương đương một đồng xu và được bán với giá một vài đụla

1.5.3 Các reader :

Hình 1.15 Trao đổi thông tin giữa reader và tag (bộ đọc và thẻ ).

RFID reader gồm một anten liên lạc với thẻ RFID và một đơn vị đo điện tử học đã được nối mạng với host computer Đơn vị đo tiếp sóng giữa host computer và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc với hàng trăm thẻ đồng thời Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xác thực người dùng Đầu đọc RFID có thể phát hiện thẻ ngay cả khi không nhìn thấy chúng Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm, hầu như thường là một trạm làm việc gọn để bàn Host xử lý dữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thống kỹ thuật thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực thi “Middleware” phần mềm nối hệ thống RFID với một hệ thống IT (Information Technology) quản lý luồng dữ liệu

Những bộ đọc, giống như những thẻ, khác nhau trong nhiều cách, và không có một

bộ đọc nào hoàn hảo Những bộ đọc có nhiều hình dạng và kích thước, hỗ trợ những giao thức khác nhau, và thường phải phù hợp với những yêu cầu điều chỉnh, mà có nghĩa một bộ đọc đặc biệt có thể chấp nhận được cho một ứng dụng Một số loại bộ đọc tiêu biểu:

1.5.3.1 Bộ đọc tuần tự

Bộ đọc tuần tự sử dụng liên kết serial để truyền với một ứng dụng Bộ đọc kết nối đến cổng serial của máy tính dùng kết nối tuần tự RS-232 hoặc RS-485 Cả hai loại kết nối này đều có giới hạn trên về chiều dài cáp sử dụng kết nối bộ đọc với máy tính RS-

485 cho phộp cáp dài hơn RS-232

Ưu điểm của bộ đọc tuần tự là có độ tin cậy hơn bộ đọc mạng Vì vậy sử dụng bộ

đọc loại này được khuyến khích nhằm làm tối thiểu sự phụ thuộc vào một kênh truyền

Nhược điểm của bộ đọc tuần tự là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sử dụng

để kết nối một bộ đọc với một máy tính Thêm nữa là thường thỡ trờn một máy chủ thì

số cổng serial bị hạn chế, có thể phải cần nhiều máy chủ (nhiều hơn số máy chủ đối với các bộ đọc mạng) để kết nối tất cả các bộ đọc tuần tự Một vấn đề nữa là việc bảo dưỡng nếu phần mềm hệ thống cần được cập nhật chẳng hạn, nhân viên bảo dưỡng phải

xử lý mỗi bộ đọc 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 và thời gian chết đáng kể

1.5.3.2 Bộ đọc mạng

Bộ đọc mạng kết nối với máy tính sử dụng cả mạng có dây và không dây Thực tế,

bộ đọc hoạt động như thiết bị mạng Tuy nhiên, chức năng giám sát và quản lý chỉ sẵn

có đối với một vài loại bộ đọc mạng Vì vậy, đa số bộ đọc loại này không thể được giám sát như các thiết bị mạng chuẩn

Ưu điểm của bộ đọc mạng là không phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết nối

bộ đọc với máy tính Sử dụng ít máy chủ hơn so với bộ đọc tuần tự Thêm nữa là phần mềm hệ thống của bộ đọc có thể được cập nhật từ xa qua mạng Do đó có thể giảm nhẹ khâu bảo dưỡng và chi phí sở hữu hệ thống RFID loại này sẽ thấp hơn

Nhược điểm của bộ đọc mạng là việc truyền không đáng tin cậy bằng bộ đọc tuần

tự Khi việc truyền bị rớt, chương trình phụ trợ không thể được xử lý Vì vậy hệ thống RFID có thể ngừng lại hoàn toàn Nói chung, bộ đọc có bộ nhớ trong lưu trữ các lần đọc thẻ Chức năng này có thể làm cho việc chết mạng trong thời gian ngắn đỡ hơn một ít

1.5.3.3 Bộ đọc cố định

Loại này được lắp trên tường, trên cổng hoặc vài nơi thích hợp nằm trong phạm vi đọc Chẳng hạn, có một số bộ đọc cố định được gắn trên những thang máy, hoặc bên trong xe chở hàng hoặc trờn cỏc kệ sách Trái ngược với thẻ, bộ đọc không chịu được môi trường khắc nghiệt Vì vậy, nếu đặt bộ đọc ngoài cửa hoặc ở những đối tượng chuyển động, phải gắn đúng cách Bộ đọc cố định thường cần anten bên ngoài để đọc thẻ Bộ đọc có thể cung cấp đến 4 cổng anten bên ngoài

Chi phí cho bộ đọc cố định thường ít hơn bộ đọc cầm tay Bộ đọc cố định là loại phổ biến nhất hiện nay

Loại bộ đọc agile có thể hoạt động ở nhiều tần số khác nhau hoặc có thể sử dụng các giao thức truyền giữa thẻ với bộ đọc khác nhau Các bộ đọc agile ngày nay thường cố định

Loại bộ đọc cố định được gọi là máy in RFID có thể in một mã vạch và tạo (nghĩa là ghi) một thẻ RFID trên smart label trong quá trình hợp nhất Smart label bao gồm một nhãn mã vạch có một thẻ RFID được gắn vào nó Cỏc loại thông tin khác như địa chỉ người gửi, người nhận, thông tin sản phẩm và chữ cũng có thể được in lên trên nhãn Máy in RFID đọc thẻ smart label đã được ghi để xác nhận quá trình ghi là hợp lệ Nếu việc xác nhận này thất bại thì máy in loại bỏ smart label đã được in Thiết bị này tránh tình trạng tạo một thẻ RFID mà nơi đó mã vạch đang được sử dụng Ngày nay, một công ty đang sử dụng mã vạch có thể sử dụng máy in RFID như bước đầu chấp nhận kỹ thuật RFID Thông tin mã vạch cung cấp một nhận dạng human-readable về đối tượng

được gắn thẻ Các hệ thống hiện tại cũng có thể tiếp tục sử dụng dữ liệu mã vạch như thế với một số thay đổi hoặc không thay đổi Phạm vi của nhãn có thể cung cấp ID thẻ được gắn vào nó ở hình thức human-readable Thẻ RFID có thể cung cấp khả năng object-level Auto-ID và những lợi ích khác.

Bộ đọc cố định có thể hoạt động ở hai chế độ sau:

• Chế độ tự trị

Trong chế độ này, bộ đọc đọc thẻ trong phạm vi đọc của nó Mỗi lần thẻ được đọc,

nó lưu vào một danh sách thường gọi là danh sách thẻ Một item trên danh sách thẻ được liên kết với persist time (thời gian kiên trì) Nếu thẻ đã được liên kết không được đọc trong khoảng thời gian vượt quá persist time thỡ nó bị loại khỏi danh sách thẻ Ứng dụng chạy trên máy chủ có thể tự ghi nhận danh sách thẻ định kỳ Danh sách thẻ bao gồm các thông tin như sau:

• Nhận dạng thẻ duy nhất:

Thời gian đọc

Số lần thẻ được đọc từ khi nó được phát hiện (nghĩa là kể từ lần đầu bộ đọc đọc nó)

• ID của anten đã đọc thẻ riêng biệt

•Tờn bộ đọc

•Chế độ tương tác

Trong chế độ này, bộ đọc nhận và thực thi lệnh từ một ứng dụng chạy trên máy chủ hoặc từ người dùng sử dụng mỏy khỏch để truyền thông với bộ đọc Sau khi bộ đọc thực thi xong lệnh hiện hành, nó chờ lệnh tiếp theo Bộ đọc có thể thực thi một hàng lệnh từ việc gửi danh sách thẻ hiện hành đến người yêu cầu lệnh để đổi các tham số cấu hình của bộ đọc

1.5.3.4 Bộ đọc cầm tay

Bộ đọc cầm tay là dạng bộ đọc di động, thường có anten bên trong Mặc dù những

bộ đọc này đắt nhất (và ít có) nhưng những cải tiến hiện nay trong kỹ thuật bộ đọc cho phép các bộ đọc cầm tay phức tạp có giá thấp hơn

1.5.4 Anten

Hình 1.16 Ăngten thu phát giao tiếp với thẻ RFID.

Một số bộ đọc có một hay hai anten Hạn chế chớnh trờn số anten của một bộ đọc có thể điều khiển là sự mất mát tín hiệu trên cáp nối máy phát và thiết bị thu trong bộ đọc tới những anten

Một số bộ đọc sử dụng một anten để truyền và một để nhận Trong loại cấu hình này, hướng của sự chuyển động của thẻ xuyên qua bộ đọc đặc biệt quan trọng Nếu anten phát "ahead" anten thu, anten thu sẽ tốn thời gian hơn để nhận được những tín hiệu từ thẻ Nếu những anten được đảo ngược, thẻ sẽ tiêu phí ít thời gian hơn nhiều và vừa tầm của anten thu

Mũi tên chỉ báo hướng của sự chuyển động Thẻ trên mỗi cái hộp được cung cấp năng lượng khi nó đi qua anten TX và bắt đầu lan truyền một sự đáp lại Vỡ nó thỡ xuống băng tải xa hơn, anten RX có một thời kỳ dài để thu được sự đáp lại nếu hai anten được đảo ngược, có nghĩa rằng có một thay đổi tốt hơn khi đọc thẻ

1.5.5 Server

Server là nơi xử lý đồng thời lưu trữ thông tin để giao tiếp với các thẻ Phạm vi cũng như độ lớn của server phụ thuộc và ứng dụng của kỹ thuật RFID Đối với những ứng dụng có phạm vi nhỏ và dành cho những cơ quan hay doanh nghiệp vừa, server chỉ cần

có dung lượng thấp, thường là các máy tính ngay tại công ty Đối với những ứng dụng lớn hơn, thông tin và dữ liệu cần xử lý rất nhiều, yêu cầu một server lưu trữ với dung lượng phù hợp, server lúc này là các hệ thống máy tính lớn có khả năng xử lý thông tin nhanh nhạy Đặc biệt có những server yêu cầu khả năng di chuyển và thay đổi cao, thường ứng dụng trong theo dõi và kiểm tra động vật, và quản lý nhân sự trong các tập đoàn lớn

1.6 Những ưu điểm của hệ thống RFID

RFID không phải là phương pháp duy nhất giúp nhận dạng đối tượng Trước RFID người ta đã sử dụng rộng rãi một phương pháp khác, đó là mã vạch Ngày nay chúng ta

có thể thấy mã vạch trên hầu hết các sản phẩm thương mại, từ đồ điện tử, đồ điện gia dụng tới các thực phẩm đóng hộp Người ta sử dụng mã vạch trong các nhà máy, siêu thị để quản lý nguồn gốc, thông tin, giá thành sản phẩm Sở dĩ mã vạch được sử dụng rộng rãi như vậy là nhờ tính tiện lợi của nó Toàn bộ thông tin về một sản phẩm đều có thể thu được thông qua nội dung chứa trên mã vạch Việc đọc mã vạch được thực hiện

dễ dàng và nhanh chóng nhờ có thiết bị đọc mã vạch

Vậy tại sao người ta phải nghĩ đến việc sử dụng RFID thay thế cho mã vạch? Điểm khác nhau chính giữa hai phương pháp loại tín hiệu mà chúng sử dụng: tín hiệu radio đối với RFID, và tín hiệu quang học đối với mã vạch Để đọc mã vạch gắn trên một đối tượng, người thao tác phải cầm thiết bị đọc mã vạch trên tay, hướng đầu đọc vào mã vạch sao cho khoảng cách phải đủ gần và phải theo một hướng nhất định để thiết bị có thể nhận dạng được hình ảnh của mã vạch Đối với RFID, chỉ cần các thẻ nằm trong

tầm nhận biết của anten là anten có thể đọc được ngay nội dung của thẻ Do vậy bên cạnh những tính năng tương tự với mã vạch, RFID cũn cú một số lợi thế sau:

- Các thẻ có thể được đọc gần như đồng thời với khối lượng lớn Các đối tượng được gắn thẻ có thể nằm trong kho chứa hoặc thùng chứa hàng

- Thẻ RFID bền hơn mã vạch Chúng có được chế tạo từ các hợp chất đặc biệt

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 vạch chỉ chứa thông tin cố định, không thay đổi được

- Thẻ RFID có thể chứa được một lượng thông tin lớn hơn nhiều so với mã vạch

- Việc đọc mã vạch yêu cầu tác động của con người, thẻ RFID thỡ khụng

So với mã vạch, RFID có ưu thế vượt trội trong nhiều ứng dụng định vị, nhận dạng đối tượng và thu thập dữ liệu tự động Tuy nhiên, bên cạnh những ưu thế mà RFID mang lại, chúng ta phải chịu một chi phí cao hơn so với sử dụng mã vạch Do vậy khi ứng dụng RFID, cần cân nhắc giữa lợi ích thu được và chi phí đầu tư để có thể đem lại hiệu quả đầu tư tốt nhất

CHƯƠNG 2

CÁC CHUẨN RFID VÀ ỨNG DỤNG

RFID là một công nghệ mới phổ biến trong mười năm trở lại đây, tuy nhiên do có khá nhiều công ty và các nhà nghiên cứu tìm hiểu về vấn đề này và phát triển nó, nờn hiện nay chưa có một tổ chức nào đưa ra một quy định cụ thể về các chuẩn trong công nghệ RFID.Trờn thế giới hiện nay có khá nhiều các chuẩn quy định cho mỗi ứng dụng RFID khác nhau vì vậy ở chương này chỉ đưa ra nhưng chuẩn thông dụng và phổ biến nhất mà chúng ta thường gặp trong các hệ thống ứng dụng hiện hành

2.1 Các chuẩn RFID

2.1.1 Điều lệ và chuẩn hoá

Không có tổ chức toàn cầu nào quản lý tần số sử dụng cho RFID Về nguyên tắc, mọi quốc gia đều có thể thiết lập các qui định cho riêng mình Các tổ chức chính quản

lý cấp phát tần số cho RFID là:

• Mỹ: FCC (Federal Communications Commision) - Ủy ban viễn thông liên bang•

• Canada: DOC (Department of Communication): Bộ viễn thông

• Châu Âu: ERO, CEPT, ETSI, và các uỷ ban quốc gia (các uỷ ban quốc gia phải phê chuẩn một tần số xác định để sử dụng trước khi nó có thể sử dụng ở quốc gia này).• Nhật: MPHPT (Ministry of Public Management, Home Affair, Post and Telecommunication) - Bộ quản lý vấn đều chung trong nước và cộng động về bưu

• Nhật: MPHPT (Ministry of Public Management, Home Affair, Post and Telecommunication) - Bộ quản lý vấn đều chung trong nước và cộng động về bưu chính viễn thông)

• Trung Quốc: Bộ công nghệ thông tin

• Úc: Uỷ ban truyền thông đa phương tiện Úu

• NewZealand: Bộ phát triển kinh tế

Các thẻ RFID tần số thấp (LF: 125 - 134.2 kHz and 140 - 148.5 kHz) và tần số cao (HF: 13.56 MHz) có thể được sử dụng toàn cầu mà không cần cấp phộp Cỏc tần số UHF (UHF: 868 MHz-928 MHz) không được sử dụng toàn cầu do nó không có chuẩn toàn cầu riêng Ở Bắc Mỹ, UHF có thể được sử dụng không cần cấp phép băng tần từ

908 - 928 MHz nhưng bị hạn chế do công suất phát Ở châu Âu, UHF được cho phép trong khoảng 865.6 - 867.6 MH Nhưng chỉ sử dụng dải không cấp phép từ 869.40 - 869.65 MHz, nhưng bị hạn chế công suất phát Chuẩn UHF cho Bắc Mỹ không được chấp nhận ở Pháp do nó ảnh hưởng tới dải tần số của quốc phòng Đối với Trung Quốc

và Nhật, không có qui định nào cho UHF Mỗi ứng dụng cho UHF ở hai quốc gia này đều yêu cầu được cấp phát thông qua uỷ ban địa phương Còn đối với Úc và Newzealand, băng tần 918 - 926 MHz không cần xin cấp phép, nhưng bị hạn chế về công suất phỏt Cỏc tần số này được xem là băng ISM (Industrial Medical Scientific – Khoa học & Y học & Công nghiệp) Tín hiệu phản hồi của thẻ có thể làm nhiễu người dùng vô tuyến khác

2.1.2 Một số tiêu chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID :

ISO 11784 & 11785 : Các chuẩn này qui định nhận dạng tần số vô tuyến cho động vật đưa ra khái niệm kỹ thuật và cấu trúc mã

Các chuẩn ISO 11784,11785 và 14223 :được đề cập đến với việc xác định thú vật sử

dụng hệ thống RFID system.

- ISO 11784 Code dành cho việc xác định động vật gồm 64bít

- ISO 14223/1 - Nhận dạng tần số vô tuyến với động vật, bộ thu phát cao cấp – giao diện vô tuyến

- ISO 11785 – Technical concept (khái niệm công nghệ ) :

Chuẩn này chỉ ra phương pháp giao tiếp giữa các bộ phát và đầu đọc đặc biệt thông qua hoạt động của sóng mang Trung tâm tập trung vào phát triển các chuẩn này để

thuận tiện cho việc dũ tỡm cỏc bộ phát trong phạm vi công xưởng rộng lớn sử dụng các

hệ thống đọc thông thường.Bộ đọc cho viờch xác định động vật tuân theo một chuẩn nhận dạng khác và có sự khác biệt giữa các bộ phát được sử dụng trong các hệ thống song công hoặc bán song công và bộ phát được sử dụng trong trong các hệ thống số đếm ( theo dãy )

• ISO 15693 :

Chuẩn này cho phép các loại thẻ dữ liệu có cùng họ với nhau (vicinity card )với các hàm và tham số hoạt động tương tự nhau có thể sử dụng chung một hệ thống Thẻ với phạm vi sử dụng là 1m ,thích hợp sử dụng trong các hệ thống truy nhập vào ra Dữ liệu

sử dụng trong các theo chuẩn này chủ yếu là các modul nhỏ kèm theo là các thiết bị đơn giản

Năng lượng trong các thẻ VICC (vicinity card) được cung cấp thông qua miền giao tiếp với bộ đọc tại tần số phát 13.56 MHz Các thẻ vicinity được liên kết với vòng dây lớn của anten nhằm mục đích này , thông thường là 3-6 vòng (seeFigures2.11and2.12)

Từ trường phát ra từ bộ đọc phải nằm trong giới hạn giá trị từ 115mA/m <= H <= 7.5A/m Như vậy , bộ đọc có thể tự động dò những nguồn năng lượng từ Hmin của các thẻ mà Hmin <=115mA/m

Dữ liệu truyền từ bộ đọc tới thẻ sử dụng phương pháp điều chế ASK .Các thẻ thông minh phải tuân thủ theo các cấu trúc về cả điều biên và mã hóa Tuy nhiên , không phải hầu hết các sự kết hợp đều giống nhau Ví dụ , ASK 10% trong việc kết hợp với 1 trong 256 bit mã hóa thường được ưu tiên trong những mode khoảng cách dài Dải năng lượng thấp hơn của việc điều biên được so sánh với dải năng lượng của tần số tín hiệu mang 13.56 Mhz sau đó phát ra và cấp cho thẻ nằm trong phạm vi của bộ đọc

• EPCglobal : Đây là nền tảng chuẩn nó gần như được chuẩn hóa quốc tế theo qui tắc của ISO

Một vấn đề bảo mật chủ đạo xung quanh công nghệ RFID là sự theo dõi trái phép các thẻ RFID Các thẻ có thể đọc trên toàn cầu đem lại một rủi ro cho cả sự riêng tư của

cá nhân và cả sự bảo mật quân sự hay dân sự

Một lớp cấp 2 phòng thủ sử dụng mật mã để ngăn ngừa hệ vô tính gắn thẻ Một số thẻ sử dụng một dạng nguyên lý mã lăn trong đó thông tin nhận dạng thẻ thay đổi sau mỗi lần quét và do vậy giảm được những đáp ứng không cần thiết Các thiết bị phức tạp hơn tham gia vào các giao thức mệnh lệnh – đáp ứng ở đó thẻ sẽ tương tác với bộ đọc Trong những giao thức này, thông tin thẻ bí mật sẽ không bao giờ được gửi trờn cỏc kờnh trao đổi giữa thẻ và bộ đọc thẻ Hơn nữa, bộ đọc thẻ sẽ đưa ra một mệnh lệnh cho thẻ, cái sẽ cho ra một kết quả được tính toán nhờ sử dụng một mạch mật mã với một số giá trị mật khác

Những giao thức như vậy có thể dựa trên tính đối xứng hoặc mật mã khoá công khai Thẻ có mật mã thường có giá thành và công suất tiêu thụ cao hơn so với thiết bị tương đương nhưng đơn giản hơn, và hệ quả là việc phát triển các loại thẻ này càng bị hạn chế hơn Những hạn chế về giá cả và công suất đã dẫn đến một số nhà sản xuất triển khai các thẻ mật mã mà sử dụng các nguyên lý mó hoỏ yếu hơn và nó không cần thiết phải cản lại sự tấn công phức tạp Lấy ví dụ, Exxon-Mobil Speedpass sử dụng một thẻ được mật mã được sản xuất bởi Texas Instruments gọi là DST (Digital Signature Transponder - bộ phỏt đỏp dấu hiệu số) kết hợp với một nguyên lý mó hoỏ độc quyền yếu để thực hiện một giao thức mệnh lệnh – đáp ứng

Các giao thức mật mã khác vẫn cố gắng đạt được sự bí mật trước các bộ đọc trái phép mặc dù các giao thức này mới ở mức độ nghiên cứu Một khó khăn chính trong việc bảo mật các thẻ RFID chính là khả năng tính toán trong phạm vi thẻ còn thiếu Các

kỹ thuật mật mã chuẩn yêu cầu nhiều khả năng hơn những khả năng sẵn có trong hầu hết các thiết bị RFID giá thành thấp Bảo mật RSA đó cú bằng sáng chế một loại thiết

bị cho phép phá tín hiệu RFID cục bộ bằng cách ngắt giao thức hạn chế xung đột chuẩn,