Công nghệ định danh sóng vô tuyến RFID

Chương 1. Tổng quan về công nghệ RFID Khái niệm RFID Lịch sử phát triển RFID các hệ thống nhận dạng: hệ thống mã vạch, hệ thống nhận dạng bằng ký tự quang học, nhận dạng bằng tiếng nói, nhận dạng bằng ký thẻ thông minh, nhận dạng bằng đặc điểm sinh học, các thành phần cơ bản của hệ thồng RFID Tần số hoạt độngứng dụng của RFID thẻ RFID: thẻ thụ động, thẻ tích cức, thẻ bán tích cực (RO, WORM, RW), đầu đọc (reader), middleware kỹ thuật chống xung đột thẻ RFID kỹ thuật mã hóa giải mã RFID để bảo vệ quyền sở hữu trí tuệChương 3. Ứng dụng trong hệ thống quản lý, giám sát giao thông hệ thống thu phí điện tử ETC hệ thống quản lý phương tiện giao thông RFID trong vận tải đường sắt Khả năng ứng dụng RFID ở Việt Nam

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: CÔNG NGHỆ ĐỊNH DANH SÓNG VÔ TUYẾN RFID

VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIÁM SÁT GIAO THÔNG

Hà Nội - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án này hoàn toàn do tôi thực hiện dưới sự hướng

dẫn của Thầy …… Các số liệu và trích dẫn sử dụng trong đồ án đều được

dẫn nguồn và có độ chính xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết của tôi

Người cam đoan

LỜI NÓI ĐẦU

 

I Tính cấp thiết của đề tài:

Cuộc sống càng hiện đại thì nhu cầu đi lại của con người càng được quan tâm Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong quản lý, giám sát mạng lưới giao thông tại các nước phát triển như 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 trường Một trong những công nghệ được đánh giá cao và ngày càng phổ biến đó là RFID

RFID là phương pháp nhận dạng tự động dựa trên khả năng lưu trữ và nhận dữ liệu từ xathông qua phương thức vô tuyến, sử dụng thiết bị thẻ RFID

và một đầu đọc RFID 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 phát đáp

Việt Nam là một nước đang phát triển, việc xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông là một chiến lược 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 tượng và phạm vi nghiên cứu:

 Công nghệ RFID

 Ứng dụng RFID trong hệ thống quản lý, giám sát giao thông

III Phương pháp nghiên cứu:

 Đánh giá khả năng ứng dụng và đề xuất áp dụng

IV Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

 Hiểu được 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 chương:

Chương 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

Chương 2 “Công nghệ RFID” sẽ trình bày cụ thể về các thành phần cơ

bản của hệ thống RFID, các phương pháp mã hóa để bảo vệ quyền sở hữu, các kỹ thuật chống xung đột thẻ và đầu đọc Chương này cũng giới thiệu về

một số tiêu chuẩn được áp dụng cho hệ thống RFID

Chương 3 “Ứng dụng trong hệ thống quản lý, giám sát giao thông”

Chương này giới thiệu về một số ứng dụng cụ thể của công nghệ RFID trong quản lý và giám sát giao thông ở các nước trên thế giới, đồng thời đánh giá khả năng áp dụng của RFID ở Việt Nam

Hà Nội, Ngày tháng năm 2015

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

TỜ GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN i 

LỜI NÓI ĐẦU ii 

MỤC LỤC iv 

DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii 

DANH MỤC HÌNH VẼ x 

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi 

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1 

1.1.  Khái niệm RFID 1 

1.2.  Lịch sử phát triển của RFID 2 

1.3.  Các hệ thống nhận dạng 7 

1.3.1 Hệ thống mã vạch 7

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 9

1.3.6 Hệ thống nhận dạng RFID 10

1.4.  Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID 12 

1.5.  Tần số hoạt động 14 

1.6.  Ứng dụng của RFID 15 

1.6.1 RFID trong việc xử phạt 15

1.6.2 RFID trong an ninh quốc gia 15

1.6.3 RFID trong hệ thống bưu chính viễn thông 16

1.6.4 RFID trong quản lý thư viện 17

1.6.5 RFID trong quản lý bán hàng 17

1.6.6 RFID trong nhận dạng động vật 18

1.6.8 RFID trong giao thông 19

1.7.  Ưu, nhược điểm của hệ thống RFID 20 

1.7.1 Ưu điểm 20

1.7.2 Nhược điểm 21

1.8.  Kết luận chương 21 

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ RFID 22 

2.1 Thẻ RFID 22 

2.1.1 Thẻ thụ động 23

2.1.2 Thẻ tích cực 27

2.1.3 Thẻ bán tích cực 29

2.1.4 Thẻ RO 30

2.1.5 Thẻ WORM 30

2.1.6 Thẻ RW 30

2.2 Reader (đầu đọc) 31 

2.2.1 Các thành phần vật lý của một reader RFID 31

2.2.2 Các thành phần logic của reader RFID 35

2.2.3 Phân loại reader 36

2.3 Middleware 41 

2.4 Kỹ thuật mã hóa/giải mã RFID để bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ 41 

2.5 Kỹ thuật chống xung đột trong hệ thống RFID 47 

2.5.1 Các giao thức chống xung đột đầu đọc 49

2.5.2 Các giao thức chống xung đột thẻ 54

2.6 Tiêu chuẩn hóa 73 

2.7 Kết luận chương 74 

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG QUẢN LÝ, GIÁM SÁT GIAO THÔNG 75 

3.1 Các ứng dụng của RFID trong giao thông 75 

3.1.2 Điều khiển vào ra 76

3.1.3 Quản lý các đoàn xe 78

3.2 Hệ thống thu phí điện tử ETC 78 

3.2.1 Hệ thống ETC ở Canada 80

3.2.2 Hệ thống ETC ở Ba Lan 80

3.2.3 Hệ thống ETC ở Philippines 81

3.3 Hệ thống quản lý phương tiện giao thông 82 

3.3.1 Thử nghiệm RFID trong hệ thống ITS ở Mashhad 82

3.3.2 RFID trong vận tải đường sắt 87

3.4 Đánh giá khả năng ứng dụng ở Việt Nam 94 

3.5 Kết luận chương 95 

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 96 

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẤN 97 

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT 97 

LỜI CẢM ƠN 98 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 

DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AAR Association of America Railroads Hiệp hội đường sắt Mỹ ABS Adaptive Binary Splitting Tách nhị phân thích ứng

Recognition

Nhận dạng biển số xe tự động

API Application Program Interface Giao diện chương trình

ứng dụng AQS Adaptive Query Splitting Phân chia truy vấn thích

ứng ASIC Application-Specific Integrated

Circuit

Mạch tích hợp chuyên dụng

được phân bổ AVI Automatic Vehicle Identification Nhận dạng phương tiện

tự động BSCTTA Bi Slotted Collision Tracking

Tree Algorithm

Thuật toán cây phát hiện xung đột được chia khe nhị phân

BSQTA Bi Slotted Query Tree Algorithm Thuật toán cây truy vấn

được chia khe nhị phân CDL Commercial Driver License Giấy phép lái xe thương

mại CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm ứng

sóng mang DCS Distributed Color Selection Lựa chọn màu sắc được

phân bổ

E/DonRFID Encryption/Decryption on RFID Mã hóa/Giải mã trên

RFID EAS Electronic Article Surveillance Giám sát vật phẩm điện

tử

ERP Effective Radiation Power Công suất bức xạ tương

đương ETC Electronic Toll Collection Thu phí điện tử

HiQ Hierarchical Q-learning algorithm Thuật toán Q-learning

phân cấp IFF Identification Friend or Foe Xác định địch - ta

IMS Industrial, Scientific and Medical Băng tần dùng cho công

nghiệp, khoa học và y tế

IRIS Integrated Recognition and

Identification System

Hệ thống nhận dạng và xác nhận được tích hợp ITS Intelligent Transportation

Systems

Hệ thống giao thông thông minh

NATCS National Automatic Toll

Collecttion System

Hệ thống thu phí tự động quốc gia

OCR Optical Character Recognition Nhận dạng ký tự quang

học PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển logic lập

trình được

gian

RF Radio Frequency Sóng vô tuyến

RFID Radio Frequency Identification Định danh bằng sóng vô

tuyến

RTLS Real Time Location System Hệ thống định vị thời

gian thực

DANH MỤC HÌNH VẼ

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

Hình 1.4 Mã vạch 8

Hình 1.5 Hệ thống RFID 12

Hình 1.6 Nguyên lý làm việc của thẻ và reader 13

Hình 2.1 Các kiểu hình dạng và kích thước của thẻ RFID 22

Hình 2.2 Các thành phần của thẻ thụ động 24

Hình 2.3 Các thành phần cơ bản của một vi mạch 24

Hình 2.4 Thẻ thụ động 2,45 GHz của hãng Alien Technology 26

Hình 2.5 Thẻ tích cực UHF 303,8 MHz với máy dò chuyển động được cài

đặt sẵn của hãng RFCode, Inc 29

Hình 2.6 Các thẻ bán tích cực 925 MHz/2,45 GHz của 29

hãng TransCore 29

Hình 2.7 Các thành phần của một reader 32

Hình 2.8 Các thành phần logic của một reader 35

Hình 2.9 Reader cố định UHF của hãng Alien Technology 38

Hình 2.10 Reader mạng có dây/không dây (802.11b) UHF thấp 39

của RFCode, Inc 39

Hình 2.11 Nhãn thông minh RFID của Inotec 39

Hình 2.12 Máy in RFID của Zebra Technologies 40

Hình 2.13 Reader cầm tay UHF của Intermec Corporation 40

Hình 2.14 Khung làm việc giải mã và mã hóa RFID để bảo vệ 42

quyền sở hữu trí tuệ 42

Hình 2.15 Các cách có thể để bảo vệ nội dung số 44

Hình 2.17 Cấu trúc điều khiển phân lớp của giao thức HiQ 52

Hình 3.1 Tuyến đường ETR 407 ở Canada 80

Hình 3.2 Hệ thống ETC ở Ba Lan 81

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 được sử dụng trong 87

hệ thống quản lý xe taxi ở Mashhad 87

Hình 3.8 Thiết bị đọc RFID đặt gần đường ray ở Mỹ 88

Hình 3.9 Đầu đọc được lắp đặt trên tà vẹt của đường ray 93

Hình 3.10 Công nhân của VR Group đang xử lý với đầu đọc cầm tay 94

DANH MỤC BẢNG BIỂU  Bảng 1.1 So sánh các công nghệ nhận dạng theo các tham số hệ thống 11 

Bảng 1.2 Khoảng tần số RFID 14 

Bảng 1.3 Khoảng cách đọc của tần số 14 

Bảng 2.1 Các giao thức chống xung đột trong hệ thống RFID 49 

Bảng 2.2 Ví dụ về giao thức Frame Slotted ALOHA 57 

Bảng 2.3 Các bước trong quy trình xác nhận của giao thức QT 61 

Bảng 2.4 Quy trình xác nhận của giao thức EPCglobal Class 0 64 

Bảng 2.5 Quy trình nhận dạng của giao thức ISO/IEC 18000-6B 70

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 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 được nghiên cứu phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của quân đội cũng như trong đời sống Chương này sẽ đưa ra khái niệm tổng quát nhất về công nghệ RFID, cấu trúc hệ thống RFID và so sánh những ưu điểm vượt trội của công nghệ này với một số công nghệ nhận dạng khác

1.1 Khái niệm RFID

RFID là phương pháp nhận dạng tự động dựa trên khả năng lưu trữ và nhận dữ liệu từ xa thông qua phương thức vô tuyến, sử dụng thẻ RFID và một đầu đọc RFID 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 phát đáp lại bằng tần số vô tuyến RF từ một RFID phát đáp [13] Các thiết bị RFID sử dụng năng lượng điện từ để bắt đầu quá trình truyền dữ liệu giữa các hệ thống Một đầu đọc RFID có thể xác nhận tín hiệu

từ nhiều bộ phát đáp ở cùng một thời điểm Ưu điểm của các thẻ RFID là chúng không dựa trên khái niệm truyền thẳng và có thể sử dụng trong các điều kiện thời tiết xấu như tuyết, sương mù và băng

Một hệ thống RFID bao gồm ít nhất một thiết bị đọc và một đơn vị lưu trữ dữ liệu di động được sử dụng để đọc đối tượng mà không cần phải tiếp xúc vật lý bằng cách dùng một thiết bị đọc sử dụng quy trình truyền dữ liệu ở tần số cao

RFID là công nghệ hiện đại và được ứng dụng rất rộng rãi hiện nay trong nhiều lĩnh vực thương mại, vận tải, quản lý kho hàng và đặc biệt trong ngành

giao thông vận tải ở các nước phát triển Công nghệ này giúp con người có thể quản lý, giám sát các đối tượng dễ dàng hơn, ít mắc lỗi, tốn ít thời gian và giảm nhân lực quản lý

1.2 Lịch sử phát triển của RFID

 Năm 1897: Guglielmo Marconi phát hiện sóng vô tuyến làm nền tảng cho sự phát triển của RFID [10]

Lịch sử RFID đánh dấu từ những năm 1930 nhưng công nghệ RFID có nguồn gốc từ năm 1897 khi Guglielmo Marconi phát hiện ra sóng radio RFID

áp dụng các nguyên tắc vật lý cơ bản như truyền phát radio một dạng năng lượng điện từ truyền và nhận dạng dữ liệu khác nhau

 Năm 1937: phòng thử nghiệm nghiên cứu Naval U.S phát triển hệ thống IFF ứng dụng trong Chiến tranh thế giới lần 2 [10]

Vào những năm 1930, cả quân đội và hải quân đều gặp phải những thử thách khi xác định những mục tiêu trên mặt đất, trên biển và trên trời Vào năm 1937, phòng thử nghiệm nghiên cứu Naval U.S phát triển hệ thống xác định địch – ta (IFF) cho phép xác định những đối tượng thuộc về quân ta, ví

dụ máy bay Allied có thể phân biệt với máy bay địch Kỹ thuật này trở nên phổ biến trong hệ thống điều khiển không lưu bắt đầu vào cuối thập niên 50

 Những năm 50:

Những ứng dụng của sóng RF vào việc xác định vật thể trong suốt thập niên 50 giới hạn chủ yếu trong quân đội, phòng lab nghiên cứu và trong các doanh nghiệp lớn, vì những thiết bị này có giá rất cao và kích thước lớn

 Cuối những năm 60 đầu những năm 70: nhiều công ty đưa ra nhiều sản phẩm tốt hơn nhờ những công nghệ tiên tiến

Những công nghệ mới giúp những sản phẩm này gọn hơn và rẻ hơn, như: công nghệ tích hợp trong IC, chíp nhớ lập trình được, 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 hướng chuyển sang lĩnh vực thương mại rộng lớn [10]

Hình 1.1 Những mốc quan trọng trong giai đoạn đầu của RFID

Nhiều công ty như Sensormatic and Checkpoint Systems giới thiệu những sản phẩm mới ít phức tạp hơn và ứng dụng rộng rãi hơn Những công

ty này bắt đầu phát triển thiết bị giám sát điện tử để bảo vệ và kiểm kê sản phẩm như quần áo trong cửa hàng, sách trong thư viện Hệ thống RFID thương mại ban đầu này chỉ là hệ thống RFID thẻ một bit giá rẻ để xây dựng, thực hiện và bảo hành Thẻ không đòi hỏi nguồn pin (loại thụ động) dễ dàng đặt vào sản phẩm và thiết kế để khởi động chuông cảnh báo khi thẻ đến gần

bộ đọc, thường đặt tại lối ra vào, phát hiện sự có mặt của thẻ

 Suốt thập kỷ 70: ngành công nghiệp sản xuất, vận chuyển bắt đầu nghiên cứu và phát triển những dự án để tìm cách dùng IC dựa trên hệ thống RFID

1880s: Những hiểu biết cơ

bản về năng lượng điện từ

1897:

Guglielmo Marconi phát hiện

ra sóng điện từ

1922: Xuất hiện những ý tưởng giám sát tiến bộ bằng

hệ thống Radar xung quanh công nghệ RFID

1937: NRF phát triển hệ thống IFF

Đầu1950s: Công nghệ RFID được sử dụng trong các phòng lab nghiên cứu

Cuối 1950s: IFF trở thành cơ sở cho những

hệ thống điều khiển không lưu của thế giới

1958: Jack Kilby phátminh mạch tích ở Texas Instrument

Có nhiều ứng dụng trong công nghiệp tự động, xác định động vật, theo dõi lưu thông Trong giai đoạn này, thẻ có IC tiếp tục phát triển và có các đặc tính: bộ nhớ ghi được, tốc độ đọc nhanh hơn và khoảng cách đọc xa hơn

 Đầu thập niên 80: công nghệ RFID phức tạp được áp dụng trong nhiều ứng dụng

Hệ thống RFID đặt tại đường 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 được ứng dụng ở nhiều nước, đặc biệt là trong

hệ thống thu phí điện tử ETC [10]

Hệ thống thu phí điện tử trở nên phổ biến ở Thái Bình Dương: Ý, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha,… và ở Mỹ: Dallas, New York và New Jersey Những

hệ thống này cung cấp những dạng truy cập điều khiển phức tạp hơn bởi vì nó còn bao gồm cả máy trả tiền

Đầu năm 1990, nhiều hệ thống thu phí ở Bắc Mỹ tham gia một nhóm mang tên E-ZPass Interagency Group (IAG) cùng nhau phát triển những vùng

có hệ thống thu phí điện tử tương thích với nhau Đây là cột mốc quan trọng

để tạo ra những ứng dụng tiêu chuẩn Hầu hết những tiêu chuẩn tập trung các đặc tính kỹ thuật như tần số hoạt động và giao thức giao tiếp phần cứng

E-ZPass còn là một thẻ đơn tương ứng với một tài khoản trên một phương tiện Thẻ của xe sẽ truy cập vào đường cao tốc của hệ thống thu phí

mà không phải dừng lại E-ZPass giúp lưu thông dễ dàng hơn và giảm lực lượng lao động để kiểm soát vé và thu tiền

Cùng vào thời điểm này, thẻ khóa (card RFID) sử dụng phổ biến thay thế cho các thiết bị máy móc điều khiển truy nhập truyền thống như khóa kim loại và khóa số Những sản phẩm này còn gọi là thẻ thông minh không tiếp

xúc cung cấp thông tin về người dùng, trong khi giá thành thấp để sản xuất và lập trình

Điều khiển truy nhập RFID tiếp tục có những bước tiến mới Các nhà sản xuất xe hơi đã dùng thẻ RFID trong gần một thập kỷ qua cho hệ thống khởi động xe hơi và nó đã làm giảm khả năng trộm cắp xe

Hình 1.2 Những mốc quan trọng trong giai đoạn 1960 – 1990

 Cuối thế kỷ 20: RFID được phát triển trên phạm vi toàn cầu [10]

Dưới đây là một vài bước tiến quan trọng góp phần đẩy mạnh sự phát triển này:

- Texas Instrument đi tiên phong ở Mỹ

Vào những năm 1991, Texas Instrument đã đi tiên phong trong hệ thống RFID ở Mỹ, công ty đã tạo ra một hệ thống xác nhận và đăng ký Texas Instrument (TIRIS) Hệ thống TI-RFID đã trở thành nền tảng cho phát triển

và thực hiện những lớp mới của ứng dụng RFID

- Châu Âu đã bắt đầu công nghệ RFID từ rất sớm

Ngay cả trước khi Texas Instrument giới thiệu sản phẩm RFID, vào năm

1970 EM Microelectronic – Marin một công ty của The Swatch Group Ltd đã thiết kế mạch tích hợp năng lượng thấp cho những đồng hồ của Thụy Sỹ Năm 1982, Mikron Integrated Microelectronics phát minh ra công nghệ ASIC

1970s: Giants  RCA, Fairchild  and Raytheon  tích cực theo  đuổi công nghệ  RFID 

1970s và 1980s: những ứng dụng thưong mại của RFID  dưới dạng phát triển của việc đánh dấu động vật và tự  động hóa trong nhà máy 

1989: hệ  thống thu phí  điện tử qua  Dallas North  1987: Ứng dụng thương mại đầu tiên của hệ thống thu phí điện tử ở Norway 

và năm 1987 phát triển công nghệ đặc biệt liên quan đến việc xác định thẻ thông minh Ngày nay, EM Microelectronics và Philips Semiconductors là hai nhà sản xuất lớn ở châu Âu về lĩnh vực RFID

- Phát triển thẻ thụ động trong thập niên 90

Cách đây vài năm, các ứng dụng chủ yếu của thẻ RFID thụ động (như điều khiển truy nhập, giám sát điện tử, thanh toán tiền, đánh dấu tài liệu, xác định hàng hóa trên máy bay, chống trộm cho xe hơi, xác định động vật, định thời cho thể thao,…) mới được ứng dụng ở tần số thấp (LF) và tần số cao (HF) của phổ RF Cả LF và HF đều giới hạn khoảng cách và tốc độ truyền dữ liệu Việc giới hạn tốc độ ngăn cản việc đọc thẻ của ứng dụng khi hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn thẻ cùng có mặt trong vùng truy vấn của bộ đọc tại một thời điểm Cuối thập niên 90, thẻ thụ động cho tần số siêu cao (UHF) làm cho khoảng cách xa hơn, tốc độ cao hơn, giá cả rẻ hơn, thẻ thụ động này đã vượt qua những giới hạn của nó Với những thuộc tính thêm vào hệ thống RFID dựa trên tần số UHF được lựa chọn cho những ứng dụng dây chuyền cung cấp như quản lý nhà kho, kiểm kê sản phẩm

 Cuối những năm 1990 đầu năm 2000:

Các nhà phân phối như Wal – Mart, Target, Metro Group và các cơ quan chính phủ như Bộ Quốc phòng Mỹ bắt đầu phát triển và yêu cầu việc sử dụng RFID bởi nhà cung cấp Vào thời điểm này, EPCglobal được thành lập, EPCglobal đã hỗ trợ hệ thống mã sản phẩm điện tử EPC, hệ thống này đã trở thành tiêu chuẩn cho xác nhận sản phẩm tự động

Hình 1.3 Những mốc quan trọng từ năm 1990 đến nay

1.3 Các hệ thống nhận dạng

1.3.1 Hệ thống mã vạch

Mã vạch là một chuỗi mã nhị phân gồm có các vạch và các khoảng trống được sắp xếp song song Chúng được sắp xếp theo mẫu định trước và tương ứng với dữ liệu cơ sở

Dãy các chữ số tạo nên các mã vạch và các khoảng trống lớn nhỏ khác nhau Mã vạch được đọc bởi các thiết bị quang học dựa trên phản xạ của tia laze từ các vạch đen và các khoảng trắng Các mã vạch là tương tự nhau nhưng chúng lại khác nhau về cách sắp xếp và định nghĩa sẵn của người chế tạo [13]

Nội dung mã vạch là các thông tin về sản phẩm được mặc định sẵn như: tên nhà sản xuất, nước sản xuất, vị trí để, tiêu chuẩn, thông tin về kích thước sản phẩm, nơi kiểm tra…

Rfid) 

Cuối 1990s: các  thẻ UHF mở ra  những khả năng  mới trong việc  giải quyết quản 

lý dây chuyền  cung cấp 

2000s: Wal‐

Mart, Target 

và nhiều nhà  bán lẻ khác  yêu cầu sử  dụng RFID cho  các nhà cung  cấp của họ 

2003: công nghệ RFID  được bộ quốc phòng 

Mỹ sử dụng trong việc  kiểm soát quyền tự do  của Irac 

2003: EPCglobal được  thành lập từ MIT Auto‐ 

ID labs  

Hình 1.4 Mã vạch

1.3.2 Hệ thống nhận dạng bằng ký tự quang học OCR

Nhận dạng bằng ký tự quang học OCR là một phần mềm máy tính được tạo ra để chuyển các hình ảnh của chữ viết tay hoặc chữ đánh máy (thường được quét bằng máy scanner) thành các văn bản tài liệu [10]

Hệ thống nhận dạng cần được thực hành với các mẫu của các ký tự cụ thể trước khi đưa vào sử dụng Các hệ thống thông minh với độ chính xác cao đối với hầu hết các phông chữ hiện nay đã trở nên phổ biến, một số hệ thống

có khả năng tái tạo lại các định dạng của tài liệu như hình ảnh, các cột, bảng biểu…

so sánh dữ liệu tiếng nói cần nhận dạng với các mẫu đã được học và lưu trữ trong bộ nhớ

Khó khăn cơ bản của hệ thống này đó là tiếng nói luôn biến thiên theo thời gian và có sự khác biệt lớn giữa tiếng nói của những người khác nhau, tốc độ nói, ngữ cảnh và môi trường học âm khác nhau Xác định những thông tin biến thiên nào của tiếng nói là có ích và những thông tin nào là không có ích đối với hệ thống nhận dạng tiếng nói là rất quan trọng, đây là một nhiệm

vụ rất khó khăn [13]

1.3.4 Hệ thống nhận dạng bằng đặc điểm sinh học

Hệ thống nhận dạng sinh học để nhận dạng con người bằng cách so sánh các đặc điểm đặc trưng nhất của mỗi người, thường là dấu vân tay, giọng nói, khuôn mặt, hình dáng, võng mạc mắt,…

Ví dụ nhận dạng dấu vân tay:

Dấu vân tay là một dạng nhận dạng phổ biến nhất được sử dụng và áp dụng trong khoa học hình sự để tìm ra tội phạm thông qua dấu vân tay để lại hiện trường

Về mặt đời sống thì dấu vân tay được sử dụng để nhận dạng con người trong việc quản lý vào ra Nguyên lý của hệ thống là dùng các photodiode truyền các tia hồng ngoại tới các ngón tay đặt trên đầu đọc và chúng được hấp thụ bởi hồng cầu trong máu Vùng bị hấp thụ trở thành vùng tối trong ảnh và được chụp lại bằng camera, sau đó được quét lên máy tính và truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ để tìm được đối tượng cần tìm

1.3.5 Hệ thống thẻ thông minh

Thẻ thông minh là loại thẻ bỏ túi thường có kích thước của thẻ tín dụng, bên trong có chứa một mạch tích hợp có khả năng lưu trữ và xử lý thông tin Loại thẻ thông minh có tiếp xúc có một diện tích tiếp xúc, bao gồm một

số tiếp điểm mạ vàng và có diện tích tiếp xúc khoảng 1cm2 Khi được đưa vào

máy đọc, con chíp trên thẻ sẽ giao tiếp với các tiếp điểm điện tử và cho phép máy đọc thông tin từ chíp và viết thông tin lên nó [13]

Máy đọc thẻ đóng vai trò trung gian liên kết giữa thẻ thông minh với một máy chủ, chẳng hạn là một máy tính, một đầu cuối ở một điểm bán hàng hay một điện thoại di động

1.3.6 Hệ thống nhận dạng RFID

Thẻ RFID là những tấm thẻ plastic có gắn các microchip rất nhỏ Chúng bắt được các tín hiệu sóng vô tuyến và đáp ứng bằng cách phát ra mã số nhận dạng tương ứng

Đây là loại phương tiện để nhận dạng người hoặc vật qua việc truyền sóng vô tuyến Hệ thống thu dữ liệu nhận dạng tự động không dây này rất chú trọng đến việc đọc, ghi thông tin mà không cần tiếp xúc và là một loại công nghệ rất hiệu quả trong môi trường sản xuất và những môi trường mà mã vạch không phát huy được hiệu quả

Dưới đây là bảng 1.1 so sánh các công nghệ nhận dạng theo các tham số

hệ thống [13]

Bảng 1.1 So sánh các công nghệ nhận dạng theo các tham số hệ thống

Tham số hệ

thống

Mã vạch

Nhận dạng ORC

Nhận dạng tiếng nói

Nhận dạng bằng đặc điểm sinh học

Thẻ thông minh

Hệ thống RFID

Đơn giản

Đơn giản Khó khăn

Không thể

Không thể

Ảnh hưởng

của lớp vỏ bọc

Sai hoàn toàn

Sai hoàn toàn

Không Không thể

Không ảnh hưởng

Ảnh hưởng

của hướng và

vị trí

Bị giới hạn

Bị giới hạn

Bị giới hạn Bị giới hạn

Một hướng

Không ảnh hưởng

Giảm chất

lượng, hao

mòn

Bị giới hạn

Bị giới hạn

Không Không Mòn lớp tiếp xúc

Không ảnh hưởng

Chi phí mua

sắm thiết bị

Rất thấp

Trung bình Rất cao Rất cao Thấp

Trung bình

Chi phí vận

Trung bình

Trung bình

Xâm phạm

tính duy nhất

Không được coi trọng

Không được coi trọng

Có thể Không thể Không thể Không thể

Tiếp xúc trực tiếp 0-5m

1.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID

Hệ thống RFID gồm các thành phần chính là:

- Thẻ RFID được lập trình điện tử với mã nhận dạng duy nhất

- Reader hoặc sensor để truy vấn thông tin từ các thẻ

- Antenna thu, phát sóng vô tuyến

- Middleware

Tag

Tag Tag

Response Request

TDMA/FDMA

Printer Reader

Middleware

Wide area network

Database

Hình 1.5 Hệ thống RFID.

Các thẻ có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong thẻ (đối với thẻ tích cực) hoặc bởi các reader gửi các tín hiệu để yêu cầu thẻ trả lời khi đang trong phạm vi đọc (đối với thẻ thụ động) [7]

Thẻ tích cực đọc xa 100 feet (≈ 30m) 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 thụ động có thể được đọc ở khoảng cách 20 feet (≈ 6m) 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 theo đặc điểm nêu ra trong thiết kế và dải tần của hệ thống RFID sử dụng Dữ liệu được chứa trong thẻ, dữ liệu này được truyền giữa máy tính và bộ điều khiển logic thông qua các modul bao gồm: reader và

bộ chuyển đổi

Hình 1.6 Nguyên lý làm việc của thẻ và reader

Trong đó, reader cho phép trao đổi với chíp nhớ thông qua việc thu phát nhờ anten được tích hợp sẵn bên trong hoặc liên lạc với anten rời qua cáp Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/giải mã và xác thực người dùng Bộ chuyển đổi là modul trung gian có chức năng chuyển đổi, cho phép trao đổi thông tin giữa reader và PC

Reader 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 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 hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn, mà ở đó việc quản lý cơ sở dữ liệu

được thực thi Middleware là phần mềm nối hệ thống RFID với một hệ thống quản lý luồng dữ liệu

Các thẻ LF và HF được sử dụng nhiều hơn cả Các ứng dụng của thẻ UHF được tăng lên nhờ việc giảm giá bán thẻ, tuy nhiên nó không được 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 vực của đời sống, giúp cho việc giám sát, quản lý trở nên dễ dàng hơn

1.6.1 RFID trong việc xử phạt

Với thế mạnh trong việc quản lý dây chuyền, RFID được đưa vào sử dụng trong việc xử phạt và an ninh quốc gia Các ứng dụng bao gồm kiểm tra thiết bị, kiểm tra bằng chứng, hộ chiếu, visa, kiểm soát nhân viên trong các tòa nhà hay văn phòng

Công nghệ RFID tạo điều kiện xử phạt dễ dàng, thay thế các nhiệm vụ thường lệ đòi hỏi nhiều thời gian bằng các nhiệm vụ điện tử được thực thi tự động với chi phí thấp và đem lại nhiều hiệu quả hơn Việc sử dụng hệ thống RFID làm tăng an ninh, giảm áp lực và tạo ra môi trường an toàn cho bộ phận nhân viên [13]

1.6.2 RFID trong an ninh quốc gia

Bộ an ninh nội địa Hoa Kỳ sử dụng công nghệ RFID cho việc cải tiến an ninh ở vùng biên giới và cửa khẩu RFID dùng để xác định vị trí, theo dõi và xác thực việc đi lại của những người vào/ra biên giới nước Mỹ Nó dùng kỹ thuật nhận dạng bằng đặc điểm sinh học để xác minh, nhận dạng khách nước ngoài ở các cảng và sân bay, một ngón tay trỏ của khách được quét để lấy dấu vân tay và một ảnh kỹ thuật số được chụp Các hình ảnh thu được dùng để xác

thực tài liệu thông hành của khách, được lưu lại và đối chiếu với danh sách các phần tử khủng bố Mỗi du khách có một thẻ với số ID duy nhất và nó được liên kết với dấu vân tay của họ, hình ảnh số và các thông tin cá nhân khác được lưu trong cơ sở dữ liệu an ninh quốc gia Các thẻ thụ động RO sẽ được sử dụng để không thể thay đổi thông tin đã ghi trên nó, thông tin cá nhân không được lưu trên thẻ [10]

Công nghệ RFID giúp cải thiện khả năng của hải quan Mỹ và nhân viên bảo vệ biên giới để quản lý sự vào/ra ở biên giới một cách nhanh chóng, chính xác và đáng tin cậy Thẻ cho phép tự động ghi lại việc vào/ra của khách, xe cộ

và có thể giúp nhân viên biên giới kiểm tra nhanh lượng thời gian khách được

ở lại Mỹ và visa của họ có quá thời hạn hay không

1.6.3 RFID trong hệ thống bưu chính viễn thông

Xét về số lượng hàng hoá, bưu phẩm, bưu kiện được vận chuyển cũng như được thu gom, chia chọn và lưu chuyển giữa các trung tâm chia chọn rồi phát đến người nhận thì dịch vụ bưu chính là một trong những dịch vụ logistics lớn nhất thế giới Các quá trình này cần được thực hiện với tốc độ nhanh, có chất lượng cao, giá cả hợp lý, vì thế đòi hỏi kỹ thuật tự động hóa tối

ưu Ngoài bưu gửi, các thùng hàng (container) cũng là đối tượng quản lý của logistics bưu chính Việc nhận dạng tự động các đối tượng này có ý nghĩa quan trọng cho quá trình nâng cao chất lượng [2], [10]

Công nghệ RFID được đưa vào công tác quản lý, theo dõi việc lưu chuyển các thùng hàng, kiểm tra tính toàn vẹn cũng như địa chỉ chính xác của hàng gửi, theo dõi các xe tải chở hàng tại các nhà xưởng sản xuất của đơn vị

Do chi phí đắt đỏ của các con chíp, ứng dụng RFID mới chỉ tập trung vào bưu kiện và xe tải Với ứng dụng này, các con chíp được sử dụng nhiều

lần Công nghệ UHF với các con chíp thụ động có phạm vi đọc đến 10m và tốc độ đọc ổn định đã được áp dụng cho tự động hóa bưu chính

Hiện nay, công nghệ RFID đã được ứng dụng khá rộng rãi trong sản xuất bưu chính, cụ thể là trong các lĩnh vực:

- Thu nhận thông tin bưu phẩm cá nhân trong các hệ thống chia chọn;

- Các cổng giám sát RFID ghi lại thông tin bưu gửi do các con chíp RFID truyền về;

- Theo dõi các bưu phẩm;

1.6.4 RFID trong quản lý thư viện

Tất cả các sách báo trong thư viện sẽ được gắn chíp RFID cho từng quyển Tại khu vực làm thủ tục mượn/trả sách đều được gắn đầu đọc thẻ để nhân viên dễ dàng ghi lại thông tin vào thẻ cho sách báo và kiểm tra tình trạng mượn của chúng Ngoài ra còn có một thiết bị đọc thẻ cầm tay để có thể tìm kiếm và kiểm tra thông tin về sách báo trong thư viện

Việc ứng dụng công nghệ RFID đã làm giảm chi phí về mặt quản lý nhân sự cũng như tạo sự thuận tiện trong việc quản lý và tìm kiếm sách báo

1.6.5 RFID trong quản lý bán hàng

Các dây chuyền được ứng dụng công nghệ RFID, giúp tăng lượt vận chuyển, giảm bớt việc lao động chân tay và sự thất thoát hàng hóa Các reader được đặt lúc chất hàng ở cửa bến tàu để phát hiện thẻ trên hàng hóa Đầu đọc

gửi một lệnh đến thẻ để thẻ phát các số ID nhận dạng của mình, reader thu thập thông tin này và chuyển đến máy tính [10]

Công nghệ RFID giúp các nhà bán lẻ đơn giản hóa việc kiểm kê hàng hóa và hạn chế việc mất mát trong quá trình bán hàng Nó không chỉ đem lại hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp, mà người tiêu dùng sẽ có thêm nhiều

sự lựa chọn và giá cả thấp hơn, việc thanh toán khi mua sắm cũng được thuận lợi hơn

Các thông tin về sản phẩm như tên, kích thước, màu sắc… được nhà cung cấp ghi trên thẻ RFID và đặt cùng sản phẩm Các thẻ RFID ít bị hỏng do

di chuyển, thời tiết hay các tác nhân khác, dữ liệu được bảo đảm an toàn cho đến khi được ghi lại bằng các thiết bị chuyên dụng

1.6.6 RFID trong nhận dạng động vật

Các chíp RFID được cấy ghép cho động vật để giúp nhận dạng chúng RFID đang được ứng dụng trong nền công nghiệp chăn nuôi gia súc với hy vọng có thể giúp phát hiện ra các mầm mống bệnh tật, ví dụ như bệnh bò điên Việc cấy các chíp RFID có chứa thông tin về tiền sử bệnh tật của gia súc không chỉ giúp chúng được chăm sóc khỏe mạnh mà còn cần thiết trong việc

tự động hóa quản lý trong chăn nuôi [10]

1.6.7 RFID cấy ghép vào cơ thể người

Các chíp RFID cấy vào mô được thiết kế để quản lý động vật hiện đang được sử dụng cho con người Ở Tây Ban Nha và Hà Lan, người ta sử dụng một con chíp cấy mô để nhận dạng khách hàng VIP, những vị khách 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 [7]

1.6.8 RFID trong giao thông

Ở Anh, các hệ thống trả trước cho các dịch vụ giao thông công cộng ra đời nhờ sử dụng công nghệ RFID Thiết kế này được nhúng trong một thẻ tín dụng (giấy thông hành) và khi được quét nó sẽ cho biết việc thông hành có hợp lệ hay không và thời gian thông hành còn lại bao lâu

Thẻ RFID được sử dụng trong thu phí giao thông điện tử theo mô hình dừng hoặc không dừng Phương tiện đi qua trạm thu phí được xác định số ID của thẻ RFID để tính phí Tại dự án đường cao tốc Cầu Giẽ – Ninh Bình, công nghệ thẻ RFID với tiêu chuẩn ISO 18000-6C đã được áp dụng triển khai cho

hệ thống thu phí điện tử Ưu điểm của công nghệ này là có giá thành thiết bị (thẻ) rẻ và dễ dàng triển khai trên số lượng lớn phương tiện [2]

Quản lý giám sát hành trình vận chuyển của các toa xe hoặc container có gắn thẻ RFID Hiện tại, hệ thống quản lý toa xe đang được triển khai áp dụng thử nghiệm tại Tổng Công ty Đường sắt Việt Nam đem lại các lợi ích:

 Tự động nhận biết số hiệu toa xe tại các điểm kiểm tra trên mạng đường sắt Việt Nam khi đoàn tàu chạy qua;

 Quản lý được các thông tin về sự điều chuyển của từng toa xe, nơi đi, nơi đến, thời gian đi qua… Nếu tại điểm kiểm tra số hiệu toa xe được gắn kết hợp với các thiết bị cân, xác định nhiệt độ trục xe thì các thông tin này cũng được cập nhật cùng với số hiệu toa xe;

 Truyền các thông tin trên trong thời gian thực về máy chủ cơ sở dữ liệu của Tổng Công ty Đường sắt Việt Nam và cung cấp cho các đơn

vị quản lý khai thác thông tin nhằm nhiệm vụ quản lý và theo dõi điều hành chạy tàu;

 Tiết kiệm hàng tỷ đồng mỗi năm riêng tiền phạt lưu xe quá cảnh quá hạn

Quản lý vào/ra bến của các phương tiện vận tải được gắn thẻ RFID Tại

Hà Nội đang triển khai dự án thí điểm kiểm soát xe buýt vào/ra các bến bằng thẻ RFID Cụ thể, tại điểm trung chuyển Long Biên gồm 2 tuyến bến cho các

xe đi về 2 hướng của đường Yên Phụ, sẽ lắp đặt 2 điểm chốt trên 2 điểm đầu mái nhà chờ để đọc các xe đi vào bến xe buýt Các sự kiện đọc thẻ khi xe qua chốt được ghi vào hộp đen và gửi về trung tâm điều hành để giám sát [2]

1.7 Ưu, nhược điểm của hệ thống RFID

1.7.1 Ưu điểm

Hệ thống RFID mang lại những tiện ích như sau:

- Không phụ thuộc vào con người, các hoạt động đều được tự động;

- Phạm vi hoạt động lớn, có thể đến vài chục mét;

- Vật có thể chuyển động nhưng vẫn có thể xác định được vật và thực hiện đọc/ghi lên thẻ nếu nó mang thẻ RFID;

- Có thể đọc/ghi không cần tiếp xúc, trong hộp kín (trừ kim loại) và cho

cả vật thể đang chuyển động với vận tốc hàng trăm km/h;

- Có thể chèn thêm hoặc xóa thông tin và ghi thông tin mới;

- Có thể sử dụng ở nhiều vị trí và môi trường khác nhau;

- Thẻ được nhận dạng không cần trong tầm nhìn thẳng, không cần định hướng tia chiếu;

- Có thể chống làm giả, chịu được bụi bẩn và sử dụng trong môi trường

- Dễ bị ảnh hưởng bởi các vật chắn bằng kim loại;

- Đụng độ thẻ, đụng độ đầu đọc;

- Chưa có chuẩn RFID thống nhất;

- Vấn đề bảo vệ thông tin cá nhân và bảo mật khó đảm bảo

1.8 Kết luận chương

Chương này đã cho ta cái nhìn tổng quan nhất về lịch sử hình thành và khái niệm cơ bản về công nghệ RFID, thấy được những ưu điểm vượt trội của RFID so với các công nghệ nhận dạng khác Đồng thời, với việc đưa ra cấu trúc của một hệ thống RFID điển hình trong chương này đã cho ta cái nhìn tổng quan về hệ thống RFID

Để thấy được những thành phần cũng như các kỹ thuật được sử dụng

trong công nghệ RFID thì ta sẽ đi tìm hiểu ở chương sau

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ RFID

Từ cái nhìn tổng quan về hệ thống RFID giới thiệu ở chương 1, chương này sẽ trình bày cụ thể về các thành phần cơ bản của hệ thống RFID và các kỹ thuật được sử dụng trong công nghệ RFID

2.1 Thẻ RFID

Thẻ RFID mang dữ liệu gắn lên sản phẩm có hình dạng và kích thước khác nhau được đặt trong môi trường làm việc khác nhau [4] Thẻ RFID có những hình dạng như sau:

- Thẻ hình cúc áo hoặc đĩa làm bằng PVC, nhựa và thường có một lỗ ở giữa để móc, thẻ này bền và có thể sử dụng lại;

- Thẻ RFID có hình dạng như thẻ tín dụng, còn được gọi là thẻ thông minh không tiếp xúc;

- Thẻ nhỏ gắn vào các sản phẩm như quần áo, đồng hồ, đồ trang sức… những thẻ này có hình dạng chìa khóa và chuỗi khóa;

- Thẻ trong hộp thủy tinh có thể hoạt động trong các môi trường ăn mòn hoặc trong chất lỏng

Hình 2.1 Các kiểu hình dạng và kích thước của thẻ RFID

Các thẻ RFID có thể được phân loại theo 2 phương pháp:

- Dựa vào phương thức cấp nguồn cho thẻ:

Đối với loại thẻ này, khi thẻ và reader truyền thông với nhau thì reader luôn truyền trước rồi mới đến thẻ Nên bắt buộc phải có reader thì thẻ mới có thể truyền dữ liệu cho nó

Thẻ thụ động nhỏ hơn thẻ tích cực và bán tích cực Nó có thể được đọc

dữ liệu trong khoảng vài mét

Thẻ thụ động cũng rẻ hơn thẻ tích cực và bán tích cực Thẻ thông minh

là một loại thẻ RFID thụ động, nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực

khác nhau, dữ liệu trên thẻ được đọc khi nó ở gần reader Thẻ này không cần tiếp xúc trực tiếp với reader trong quá trình đọc

Antenna Connection

Hình 2.3 Các thành phần cơ bản của một vi mạch

Trong đó:

Bộ chỉnh lưu (Power Control/Rectifier): chuyển nguồn AC từ tín hiệu

anten của reader thành nguồn DC Nó cung cấp nguồn đến các thành phần khác của vi mạch

Bộ tách xung (Clock Extractor): tách tín hiệu xung từ tín hiệu anten

của reader

Bộ điều chế (Modulator): điều chỉnh tín hiệu nhận được từ reader

Thông tin trả lời của thẻ được gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó được truyền trở lại reader

Khối logic (Logic Unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức truyền

giữa thẻ và reader

Bộ nhớ (Memory): được dùng để lưu trữ dữ liệu Bộ nhớ này thường

được phân đoạn Bộ nhớ của thẻ có thể được lưu giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau như dữ liệu nhận dạng đối tượng được gắn thẻ, các bit kiểm tra độ chính xác của dữ liệu được truyền… Sự tiến bộ của kỹ thuật cho phép chế tạo ra các loại vi mạch có kích thước cực nhỏ Tuy nhiên, kích thước của thẻ không được xác định bởi kích thước của vi mạch gắn vào nó mà bởi chiều dài anten của nó

b) Anten

Anten của thẻ được dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của reader để cung cấp nguồn cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu từ reader Anten này được gắn vào vi mạch

Có nhiều loại anten và việc thiết kế anten cho một thẻ là việc rất quan trọng, vì nó là trung tâm đối với hoạt động của thẻ Thiết kế của một anten phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Khoảng cách đọc của thẻ đến reader

- Hướng cố định của thẻ với reader

- Hướng tùy chỉnh của thẻ đối với reader

- Loại sản phẩm

- Vận tốc chuyển động của đối tượng được gắn thẻ

- Độ phân cực anten của reader

Có nhiều loại anten khác nhau dùng cho thẻ RFID:

- Anten lưỡng cực: Cấu tạo gồm một dây dẫn điện (thường là đồng) bị ngắt ở chính giữa Chiều dài anten lưỡng cực bằng một nửa bước sóng của tần số được dùng nhằm tối ưu năng lượng truyền từ tín hiệu của anten reader đến thẻ

- Anten lưỡng cực kép: Gồm 2 anten lưỡng cực Điều này có thể làm giảm độ nhạy của thẻ, nhưng bù lại thẻ có thể được đọc ở nhiều hướng khác nhau

- Anten cực xếp: Bao gồm 2 hoặc nhiều dây dẫn điện được nối song song nhau và mỗi dây bằng nửa chiều dài bước sóng của tần số được dùng

Hình 2.4 Thẻ thụ động 2,45 GHz của hãng Alien Technology

Những điểm nối giữa vi mạch và anten là những điểm kết nối yếu nhất của thẻ Nếu có bất kỳ điểm nối nào bị hỏng thì thẻ có thể không làm việc

được hoặc hiệu suất của nó giảm đáng kể Anten được thiết kế cho một nhiệm

vụ riêng biệt như gắn thẻ vào một hộp có thể hoạt động kém hơn khi thực hiện một nhiệm vụ khác như gắn thẻ vào một sản phẩm riêng lẻ trong hộp [5]

2.1.2 Thẻ tích cực

Thẻ tích cực luôn có một nguồn năng lượng trong (như một bộ pin hoặc

có thể là những nguồn năng lượng khác như năng lượng mặt trời) và điện tử học để thực hiện những nhiệm vụ chuyên dụng Thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng bên trong để truyền dữ liệu cho reader mà không cần nguồn năng lượng từ reader [5]

Thành phần bên trong của thẻ tích cực gồm bộ vi mạch, cảm biến và các cổng vào/ra được cấp năng lượng bởi bộ nguồn bên trong nó Thẻ tích cực có thể đo được nhiệt độ môi trường xung quanh, xác định hạn sử dụng của sản phẩm được gắn thẻ và truyền các thông tin này đến reader thông qua ID định danh duy nhất của nó

Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền dữ liệu giữa thẻ và reader thì thẻ luôn truyền trước Vì sự có mặt của reader là không cần thiết trong việc truyền dữ liệu của thẻ tích cực, nên nó có thể phát dữ liệu cho các vùng lân cận kể cả khi không có reader trong khu vực đó Loại thẻ này cũng được gọi

là máy phát

Một loại thẻ tích cực khác luôn ở trạng thái ngủ hoặc nguồn yếu khi không có reader Reader đánh thức các thẻ này bằng việc phát một lệnh thích hợp, trạng thái này tiết kiệm năng lượng, loại thẻ này có tuổi thọ lâu hơn loại thẻ phát liên tục kể trên, nó giúp làm giảm số nhiễu RF trong môi trường Loại thẻ tích cực này hoạt động ở cả chế độ máy phát và máy thu Thẻ này chỉ truyền khi được yêu cầu và ở trạng thái ngủ hoặc nguồn yếu khi không được yêu cầu truyền dữ liệu, do đó tất cả các thẻ này được gọi là transponder

Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là khoảng 30m Thẻ tích cực gồm các thành phần chính sau:

- Vi mạch

- Anten

- Nguồn năng lượng bên trong

- Bộ xử lý trong

a) Nguồn năng lượng bên trong

Tất cả các thẻ tích cực đều mang một nguồn năng lượng bên trong để cung cấp nguồn và truyền dữ liệu Nếu sử dụng pin thì tuổi thọ của thẻ tích cực thường kéo dài 2-7 năm tùy thuộc vào thời gian sống của pin Một trong những yếu tố quyết định thời gian sống của pin là khoảng thời gian giữa các lần truyền dữ liệu của thẻ Nếu khoảng thời đó càng dài thì tuổi thọ của pin càng lâu Chẳng hạn, thẻ tích cực cứ vài giây lại truyền dữ liệu một lần, nếu tăng khoảng thời gian này lên vài phút hoặc vài giờ thì thời gian sống của pin cũng được kéo dài Bộ xử lý trong sử dụng nguồn năng lượng có thể làm giảm thời gian sống của pin

Trong quá trình reader đang đọc dữ liệu từ thẻ, nếu pin chết thì thẻ ngừng truyền dữ liệu, quá trình đọc kết thúc Khi này, reader không thể biết pin của thẻ chết hay thẻ đi ra khỏi phạm vi đọc của nó, trừ khi các tham số về tình trạng pin được ghi trong thẻ và truyền cho reader trong quá trình đọc