Tìm hiểu một số kỹ thuật ước tính thẻ dựa trên giao thức DFSA trong hệ thống RFID

Mục tiêu nghiên cứuTìm hiểu các kiến thức cơ bản về hệ thống RFID tích hợp với mạng cảm biến không dây.Tìm hiểu một số kỹ thuật ước tính thẻ dựa trên giao thức DFSA nhằm giảm xung đột trong hệ thống RFID. Cài đặt mô phỏng và phân tích kết quả của các kỹ thuật đã tìm hiểu.Cấu trúc luận vănCấu trúc luận văn bao gồm phần mở đầu, ba chương nội dung, phần kết luận và tài liệu tham khảo, trong đó:Chương 1, Giới thiệu tổng quan về công nghệ RFID, mạng cảm biến không dây và kiểu tích hợp RFID với mạng cảm biến không dây.Chương 2, Một số kỹ thuật ước tính thẻ dựa trên giao thức DFSA trong hệ thống RFID, trình bày chi tiết một số kỹ thuật ước tính thẻ.Chương 3, Cài đặt mô phỏng và phân tích kết quả, cài đặt mô phỏng theo kịch bản dựa trên các kỹ thuật ước tính thẻ được trình bày trong chương 2, phân tích đánh giá kết quả mô phỏng.Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ RFID VÀ TÍCH HỢP RFID VỚI MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 3

1.1 GIỚI THIỆU RFID 3

1.1.1 Các thành phần của hệ thống RFID 4

1.1.2 Chuẩn EPC 8

1.1.3 Giao thức ALOHA 9

1.1.4 Ứng dụng công nghệ RFID 10

1.2 MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 11

1.2.1 Đặc điểm của mạng cảm biến 11

1.2.2 Cấu trúc của một nút mạng cảm biến 11

1.2.3 Cấu trúc của mạng cảm biến 12

1.2.4 Các ứng dụng của mạng cảm biến không dây 13

1.3 SỰ KHÁC NHAU GIỮA RFID VÀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 13

1.4 TÍCH HỢP RFID VÀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 14

1.4.1 Tích hợp thẻ RFID với cảm biến 15

1.4.2 Tích hợp các thẻ RFID với các nút WSN 15

1.4.3 Tích hợp các đầu đọc RFID với các nút WSN 16

1.4.4 Tích hợp các thành phần RFID với các nút WSN 17

1.5 TIỂU KẾT CHƯƠNG 1 18

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ KỸ THUẬT ƯỚC TÍNH THẺ DỰA TRÊN GIAO THỨC DFSA TRONG HỆ THỐNG RFID 19

2.1 GIAO THỨC FSA VÀ XUNG ĐỘT 19

2.1.1 Giao thức BFSA 21

2.1.2 Giao thức DFSA 24

2.2 KỸ THUẬT EDFSA 32

2.2.1 Ý tưởng 32

2.2.2 Kích thước khung và chia nhóm trong EDFSA 33

2.2.3 Giải thuật 35

2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm 38

2.3 KỸ THUẬT 2CTE 39

2.3.1 Ý tưởng 39

2.3.2 Giải thuật 39

2.3.3 Ưu điểm và nhược điểm 44

2.4 KỸ THUẬT DPTE 45

2.4.1 Ý tưởng 45

2.4.2 Tham số tích lũy 45

2.4.3 Phân tích các trường hợp xung đột 46

2.4.4 Giải thuật 47

2.4.5 Ưu điểm và nhược điểm 51

2.5 SO SÁNH CÁC KỸ THUẬT ƯỚC TÍNH THẺ 52

2.6 TIỂU KẾT CHƯƠNG 2 52

CHƯƠNG 3 CÀI ĐẶT MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 53

3.1 MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG 53

3.2 KỊCH BẢN MÔ PHỎNG 53

3.3 TIỂU KẾT CHƯƠNG 3 62

KẾT LUẬN 63

 Kết luận 63

 Hướng phát triển của đề tài 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Bảng so sánh sự khác nhau của các loại thẻ 7

Bảng 1.2 Bảng mô tả vị trí bit của chuẩn EPC GID-96 9

Bảng 1.3 Sự khác nhau giữa RFID và WSN 14

Bảng 2.1 Ngưỡng trên và ngưỡng dưới để kích thước khung tối ưu 28

Bảng 2.2 Số thẻ chưa đọc so với kích thước khung tối ưu và số nhóm 35

Bảng 2.3 Các trường hợp xung đột 46

Bảng 2.4 So sánh ưu điểm, nhược điểm của các giao thức và kỹ thuật ước tính thẻ .52

Bảng 3.1 Kích thước khung ban đầu của mỗi kỹ thuật 54

Bảng 3.2 Số thẻ thực đưa vào vùng phủ sóng của đầu đọc 54

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.1 Các thành phần của hệ thống RFID 4

Hình 1.2 Các thành phần của thẻ chủ động 5

Hình 1.3 Các thành phần của thẻ thụ động 6

Hình 1.4 Các thành phần của thẻ bán thụ động 6

Hình 1.5 Một số thẻ thông dụng của các ứng dụng 7

Hình 1.6 Sơ đồ thể hiện các đơn vị chính của đầu đọc 8

Hình 1.7 Các thành phần của một nút cảm biến 12

Hình 1.8 Cấu trúc của mạng cảm biến 12

Hình 1.9 Bốn loại tích hợp RFID với WSN 15

Hình 1.10 Kiến trúc tích hợp thẻ RFID với cảm biến 15

Hình 1.11 Kiến trúc tích hợp các thẻ RFID với các nút WSN 16

Hình 1.12 Kiến trúc tích hợp các đầu đọc RFID với các nút WSN 17

Hình 1.13 Kiến trúc hệ thống của một cài đặt hỗ trợ tích hợp các thành phần RFID với các nút WSN 18

Hình 2.1 Phương pháp đọc số ID thẻ của giao thức ALOHA 20

Hình 2.2 Phương pháp đọc số ID thẻ của giao thức FSA 21

Hình 2.3 Phương pháp đọc số ID thẻ của giao thức BFSA 22

Hình 2.4 Sơ đồ khối giải thuật đọc số ID thẻ của giao thức BFSA 23

Hình 2.5 Phương pháp đọc số ID thẻ của giao thức DFSA 25

Hình 2.6 Sơ đồ khối giải thuật đọc số ID thẻ của giao thức DFSA 30

Hình 2.7 Sơ đồ khối giải thuật EDFSA 37

Hình 2.8 Sơ đồ khối giải thuật 2CTE 42

Hình 2.9 Sơ đồ khối giải thuật DPTE 49

Hình 3.1 So sánh giá trị TS với số thẻ cần nhận dạng thay đổi 55

Hình 3.2 So sánh giá trị SE với số thẻ cần nhận dạng thay đổi 55

Hình 3.3 So sánh giá trị TC với số thẻ cần nhận dạng thay đổi 57

Hình 3.4 So sánh giá trị TE với số thẻ cần nhận dạng thay đổi 57

Hình 3.5 So sánh giá trị NC với số thẻ cần nhận dạng thay đổi 58

Hình 3.6 So sánh giá trị NS với số thẻ cần nhận dạng thay đổi 59

Hình 3.7 So sánh giá trị E, S, C và F của giao thức DFSA 60

Hình 3.8 So sánh giá trị E, S, C và F của kỹ thuật EDFSA 61

Hình 3.9 So sánh giá trị E, S, C và F của kỹ thuật 2CTE 62

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

2CTE 2 Conditional Tag Estimation

AIDC Automatic Identification and Data Capture

DPTE Dynamic Parameter Tag Estimation

EDFSA Enhanced Dynamic Framed Slotted ALOHA

NS The number of slots used to identify

RFID Radio Frequency Identification

TC Total number of collision slots

TE Total number of emty slots

TS Total number of tag read successful

để gửi và nhận dữ liệu Các thẻ RFID được phân làm ba loại chính: thẻ chủ động

(active), thẻ thụ động (passive) và thẻ bán thụ động (semi-active hay semi-passive) Đầu đọc hay bộ thu (transceivers) có thể ghi dữ liệu vào thẻ và đọc dữ liệu từ thẻ

gửi đến máy chủ để xử lý [7], [11]

Một trong những vấn đề quan trọng nhất của hệ thống RFID là hiệu quả nhận

dạng thẻ Khi có nhiều thẻ chiếm cùng một kênh truyền thông RF (Radio Frequency) tại một thời điểm, thì xung đột (collision) sẽ xảy ra, đầu đọc không thể

nhận dạng được dữ liệu của thẻ, điều này dẫn đến hiệu quả nhận dạng thẻ thấp Một

số giải pháp cho vấn đề này hiện nay như tăng tốc độ truyền dữ liệu bằng cách mởrộng băng tần hoặc giảm thiểu xung đột Tuy nhiên, không thể mở rộng băng tần vìcác dải tần số sử dụng bị giới hạn, do đó các kỹ thuật giảm thiểu xung đột được sử

dụng phổ biến FSA (Framed Sloted ALOHA) là một kỹ thuật dựa trên ALOHA sử dụng khái niệm khung (Frame) Mỗi khung được chia thành các khe thời gian bằng

nhau Kích thước khung được xác định bởi đầu đọc Mỗi thẻ sẽ chọn ngẫu nhiênmột khe, nếu không có xung đột xảy ra, thẻ sẽ không phải truyền dữ liệu trong chu

kỳ kế tiếp FSA có thể được phân thành hai loại là BFSA (Basic Framed Slotted ALOHA) dựa trên việc sử dụng kích thước khung cố định và DFSA (Dynamic

Framed Slotted ALOHA) dựa trên việc thay đổi kích thước khung

Trong giao thức DFSA, việc thay đổi kích thước khung chuyển biến theo kếtquả của chu kỳ trước đó như: số khe rỗi, số khe va chạm và khe chỉ có một thẻ Khi

số lượng thẻ ít, xác suất xung đột thẻ thấp, phương pháp này sẽ đạt hiệu quả Nhưngkhi số lượng thẻ tăng, xác suất bị xung đột thẻ trở nên cao hơn, do ban đầu khởi tạokích thước khung rất nhỏ và đầu đọc không thể tăng kích thước khung liên tục trongnhiều chu kỳ [2] Do đó việc ước tính thẻ để xác định kích thước khung tối ưu làmột vấn đề hết sức quan trọng trong hệ thống RFID, nhằm làm giảm xung đột và

tăng hiệu quả của hệ thống Đó chính là lý do tôi chọn đề tài “Tìm hiểu một số kỹ thuật ước tính thẻ dựa trên giao thức DFSA trong hệ thống RFID”

 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu các kiến thức cơ bản về hệ thống RFID tích hợp với mạng cảmbiến không dây

- Tìm hiểu một số kỹ thuật ước tính thẻ dựa trên giao thức DFSA nhằm giảmxung đột trong hệ thống RFID

- Cài đặt mô phỏng và phân tích kết quả của các kỹ thuật đã tìm hiểu

 Cấu trúc luận văn

Cấu trúc luận văn bao gồm phần mở đầu, ba chương nội dung, phần kết luận

và tài liệu tham khảo, trong đó:

Chương 1, Giới thiệu tổng quan về công nghệ RFID, mạng cảm biến không

dây và kiểu tích hợp RFID với mạng cảm biến không dây

Chương 2, Một số kỹ thuật ước tính thẻ dựa trên giao thức DFSA trong hệ

thống RFID, trình bày chi tiết một số kỹ thuật ước tính thẻ

Chương 3, Cài đặt mô phỏng và phân tích kết quả, cài đặt mô phỏng theo kịch

bản dựa trên các kỹ thuật ước tính thẻ được trình bày trong chương 2, phân tíchđánh giá kết quả mô phỏng

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ RFID VÀ TÍCH HỢP RFID VỚI

MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Công nghệ RFID được giới thiệu vào những năm 1960 và sau đó bùng nổ vàonhững năm 1970 R.F Harrington là người đầu tiên nghiên cứu lý thuyết điện từliên quan đến RFID trong “Theory of Loaded Scatterers” vào năm 1964, sau đó cácnhà nghiên cứu đã đặc biệt quan tâm đến những phát minh có liên quan đến RFIDnhư "Các thiết bị hỗ trợ tần số vô tuyến kích hoạt từ xa” của Robert Richardson và

"Kỹ thuật truyền dữ liệu thụ động sử dụng tiếng vọng radar" của J H Vogelman.Ngày nay, công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID là một phầnkhông thể tách rời trong cuộc sống chúng ta Sự tiện lợi của công nghệ này được sửdụng cho hàng hàng ngàn các ứng dụng khác nhau như việc theo dõi chuỗi cungứng, quản lý kho bán lẻ, kiểm soát truy cập bãi đậu xe, theo dõi sách thư viện, chạyđua marathon, theo dõi hành lý của hàng không, chìa khóa an ninh điện tử, thu phíđường bộ, phòng chống trộm cắp, và chăm sóc sức khoẻ

Bên cạnh công nghệ RFID, mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network – WSN) cũng đang phát triển mạnh mẽ Một mạng cảm biến bao gồm một

số lượng lớn các nút cảm biến có thể được triển khai trên mặt đất, trong khôngtrung, trong xe, bên trong tòa nhà, hoặc thậm chí trên cơ thể người Hiện nay cónhiều nghiên cứu đang cố gắng kết hợp hai công nghệ RFID và WSN lại với nhaunhằm mở rộng và nâng cao khả năng của hệ thống

Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về hai công nghệ RFID và WSN, sựkhác nhau của chúng và sau đó sẽ trình bày về các kiểu tích hợp giữa RFID vàWSN nhằm mở rộng và nâng cao các khả năng của hệ thống

1.1 GIỚI THIỆU RFID

Không giống như công nghệ mã vạch, công nghệ RFID cho phép nhận dạngđối tượng đã được gắn thẻ bằng sóng vô tuyến không cần tiếp xúc trực tiếp ởkhoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào Các thẻ RFID hỗ trợ

một bộ mã số ID (Indentity) lớn hơn nhiều so với mã vạch Các hệ thống có thể

phân biệt được nhiều thẻ khác nhau nằm trong cùng khu vực mà không cần sự hỗtrợ của con người Vì thế công nghệ này là một phương pháp của tự động nhận dạng

và thu thập dữ liệu AIDC (Automatic Identification and Data Capture).

1.1.1 Các thành phần của hệ thống RFID

Trong hệ thống RFID, sử dụng kỹ thuật truyền thông không dây trong dải tần

số vô tuyến để truyền dữ liệu từ các thẻ (Tag) đến đầu đọc (Reader) Trên thẻ có thể được gắn vi chip (microchip), ăng-ten (Antenna) và được đính kèm vào đối tượng

được nhận dạng như sản phẩm, xe ôtô Thẻ được đầu đọc nhận dạng và lấy thôngtin, sau đó thông tin có thể chuyển tiếp đến một phần mềm ứng dụng trên máy tính

Một hệ thống RFID bao gồm các thành phần như bộ tiếp sóng (transponder hay thẻ RFID), bộ thu phát (transceiver hay đầu đọc RFID), ngày nay đầu đọc đã

được trang bị sẵn ăng-ten và máy chủ hay hệ thống phần mềm, về mặt lý thuyết một

hệ thống RFID hoạt động độc lập không cần thành phần này, nhưng thực tế hệ thốngRFID gần như không còn ý nghĩa nếu không có thành phần này (Hình 1.1)

Hình 1.1 Các thành phần của hệ thống RFID

1.1.1.1 Thẻ RFID

Thẻ RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền dữ liệu đến đầu đọc trongmôi trường không tiếp xúc bằng sóng vô tuyến Thông thường mỗi thẻ RFID có mộtcuộn dây hoặc ăng-ten, một số thẻ có gắn vi chíp và nguồn năng lượng riêng

Vi chip dùng để lưu trữ thông tin, bộ nhớ của chip có thể chứa tới 96 bit đến

512 bit gấp 64 lần so với mã vạch, mỗi chíp lưu trữ một mã số là duy nhất Dựa trên

chức năng của vi chip, các thẻ RFID có thể được phân loại là read-only (Chỉ đọc), read-write (đọc-ghi), write-once-read-many (đọc một lần và ghi nhiều lần).

Ăng-ten được gắn với vi mạch truyền thông tin từ vi chip đến đầu đọc, phạm

vi đọc và truyền dữ liệu phụ thuộc vào độ lớn ăng-ten.

Nguồn năng lượng (pin) được tích hợp vào thẻ RFID để cung cấp năng lượng

hoạt động cho thẻ Dựa trên nguồn năng lượng, các thẻ RFID có thể được phân làm

ba loại chính là chủ động (active), thụ động (passive) và bán thụ động (semi-passive hay sime-active).

- Các thẻ chủ động có một nguồn năng lượng bên trong để phát tín hiệu liêntục và truyền dữ liệu cho đầu đọc mà không cần nguồn năng lượng từ đầu đọc, đốivới loại thẻ này trong quá trình truyền giữa thẻ và đầu đọc, thẻ luôn truyền trước, do

sử dụng nguồn năng lượng riêng nên khoảng cách đọc và bộ nhớ của thẻ chủ độnglớn hơn nhiều so với thẻ thụ động Thành phần bên trong gồm bộ vi mạch, cảm biến

và các cổng vào/ra được cấp nguồn từ nguồn năng lượng Hiện nay trên thị trường

có hai loại thẻ chủ động là Transponder và Beacons Transponder RFID chủ độngchỉ truyền thông tín hiệu tức thì khi nó ở trong vùng phát sóng của đầu đọc do đó nóduy trì được tuổi thọ pin Đối với Beacons RFID chủ động sẽ truyền thông tin nhậndạng theo một chu kỳ thời gian được người sử dụng thiết đặt và đầu đọc sẽ xác định

vị trí của thẻ đó

Hình 1.2 Các thành phần của thẻ chủ động

- Các thẻ thụ động không có nguồn năng lượng riêng bên trong Thẻ thụ động

có cấu trúc đơn giản gồm duy nhất một vi chip và một ăng-ten; do đó nó có tuổi thọcao và chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt Đối với loại thẻ này khi thẻ vàđầu đọc truyền thông với nhau thì đầu đọc luôn truyền trước rồi mới đến thẻ thẻRFID thụ động sẽ chờ kích hoạt bởi sóng tương tác từ đầu đọc RFID khi thẻ trongvùng phủ sóng, ăng-ten của thẻ có được nguồn năng lượng từ sóng này Khi chip

được nạp năng lượng nó sẽ tiến hành truyền phát tín hiệu Do không có nguồn nănglượng riêng nên khoảng cách đọc và bộ nhớ của thẻ sẽ thấp hơn so với thẻ chủ độngnhưng bù lại có những đặc điểm nổi trội hơn như kích thước nhỏ gọn hơn Một sốthẻ được sản xuất có thể mỏng chỉ bằng một vài tờ giấy và giá thành rẻ hơn nhiều so

với thẻ chủ động Thẻ thông minh (smart card) là một loại thẻ RFID thụ động và

được sử dụng trong nhiều lĩnh vực ngày nay

Hình 1.3 Các thành phần của thẻ thụ động

- Các thẻ bán thụ động có nguồn năng lượng bên trong, nhưng nguồn nănglượng này chỉ được sử dụng để hỗ trợ cho việc lưu trữ dữ liệu Trong quá trìnhtruyền dữ liệu giữa thẻ và đầu đọc thì thẻ bán thụ động vẫn sử dụng nguồn nănglượng từ đầu đọc Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền dữ liệu thì đầu đọcluôn truyền trước rồi đến thẻ; tuy nhiên nó không sử dụng tín hiệu của đầu đọc nhưthẻ thụ động, nó tự kích hoạt, do đó thẻ bán thụ động có thể đọc ở khoảng cách xahơn thẻ thụ động

Hình 1.4 Các thành phần của thẻ bán thụ động

Hình 1.5 Một số thẻ thông dụng của các ứng dụng

Dựa vào sự khác nhau giữa các loại thẻ người sử dụng lựa chọn loại thẻ phùhợp với mục đích sử dụng (Hình 1.5) Bảng 1.1 cho thấy sự khác nhau cơ bản củacác loại thẻ nói trên

Bảng 1.1 Bảng so sánh sự khác nhau của các loại thẻ

động

Thể thụ động Thẻ bán thụ động

1.1.1.2 Đầu đọc RFID

Đầu đọc RFID là một thiết bị để đọc và ghi dữ liệu lên thẻ Hai khối chức

năng chính của đầu đọc là: giao diện HF (High Frequency) và đơn vị điều khiển (Control Unit) với bộ phát và bộ thu.

Các nhiệm vụ của giao diện HF:

- HF chuyển tiếp năng lượng để kích hoạt thẻ và cung cấp năng lượng cầnthiết cho thẻ

- Truyền tín hiệu đã được điều biến để chuyển dữ liệu đến thẻ

- Giải mã tín hiệu HF nhận được từ thẻ.

Hình 1.6 Sơ đồ thể hiện các đơn vị chính của đầu đọc

Trong Hình 1.6, ta thấy có hai cách truyền dữ liệu độc lập, một để gửi dữ liệuđến thẻ và một là nhận dữ liệu từ thẻ Dữ liệu được truyền đến thẻ bởi máy phát.Ngược lại, dữ liệu nhận được từ thẻ bởi máy thu [5]

Các nhiệm vụ của đơn vị điều khiển:

- Giao tiếp với phần mềm ứng dụng và thực thi các lệnh của nó

- Kiểm soát giao tiếp giữa đầu đọc và thẻ

- Mã hóa và giải mã tín hiệu

1.1.2 Chuẩn EPC

EPC (Electronic Product Code) là một tiêu chuẩn toàn cầu cho công nghệ

nhận dạng tự động, được phát triển bởi tổ chức Auto-ID EPC là một mã nhận dạngchung, cung cấp một định danh duy nhất cho một đối tượng vật lý cụ thể Định dạng

cơ bản của EPC gồm có 4 trường: Header, General Manager Number, Object Class

và Serial Number Bảng 1.2 mô tả vị trí các bit trong EPC 96 bit, một loại EPC phổbiến nhất trong hệ thống RFID thương mại ngày nay

Nhận

HF

Đơn vị điều khiển Ứng dụng

Đầu đọc RFID

Bảng 1.2 Bảng mô tả vị trí bit của chuẩn EPC GID-96

Header Manager General

Number Object Class Serial Number

GID-96

0011 0101(giá trị cao nhấttrong hệ nhịphân)

268,435,455(giá trị cao nhấttrong hệ thậpphân)

16,777,215(giá trị caonhất trong hệthập phân)

68,719,476,735(giá trị cao nhấttrong hệ thậpphân)

Chỉ định bởi EPCglobal Chỉ định bởi nhà quản lý EPC

- Header: để đảm bảo tính duy nhất trong không gian miền EPC

- General Manager Number: để xác định một thực thể tổ chức (một công ty,

một nhà quản lý, một tổ chức nào đó,…) có trách nhiệm duy trì các trường ObjectClass và Serial Number

- Object Class: được sử dụng bởi tổ chức quản lý EPC để xác định một lớp

hoặc một loại đối tượng nào đó và tất nhiên rằng nó phải là duy nhất trong mỗimiền General Manager Number

- Serial Number: là duy nhất trong lớp đối tượng (Object Class) Nói cách

khác, các tổ chức quản lý có trách nhiệm chỉ định các số Serial Number duy nhất,không lặp lại cho tất cả các đối tượng trong mỗi lớp đối tượng

ngay khi nó được kích hoạt Lệnh yêu cầu (request) gởi yêu cầu đánh dấu thời gian

cho những thẻ nào có trong vùng phủ sóng, nếu nhiều thẻ truyền dữ liệu cùng mộtlúc sẽ xảy ra xung đột Trong chu kỳ đọc, đầu đọc nhận được dữ liệu và xác địnhcác thẻ đã gởi dữ liệu nếu không xảy ra xung đột Khi chu kỳ đọc được thực hiện thì

đầu đọc sẽ phát lệnh chọn (select) với mã định danh duy nhất mà các thẻ đã gởi.

Khi thẻ được chọn các thẻ sẽ giữ im lặng cho đến khi nhận được các lệnh khác nhưđọc hoặc ghi Các thẻ được nhận dạng trong phạm vi phủ sóng của đầu đọc nó bắtđầu truyền dữ liệu cho đầu đọc Ưu điểm của giao thức này là tính đơn giản [4]

1.1.4 Ứng dụng công nghệ RFID

Sau đây là một số ứng dụng của công nghệ RFID:

- Trong quản lý thu phí đường bộ tự động, với tần số 900 Mhz và 2.45 Ghz

cho phép đọc dữ liệu từ thẻ RFID ở khoảng cách xa (vài mét đến vài chục mét) vàlướt rất nhanh qua đầu đọc đã mở ra khả năng ứng dụng hiệu quả vào việc thu phígiao thông đường bộ tự động, khi các xe không phải dừng lại mua vé như truyềnthống mà chỉ cần gắn thẻ RFID trên xe, khi chạy qua đầu đọc sẽ tự nhận dạng và trừphí tự động Việc này giúp xe cơ giới lưu thông thuận tiện và tránh kẹt xe tại cácđiểm thu phí, cũng như thất thoát từ việc thu phí theo truyền thống

- Trong hệ thống bán lẻ, cửa hàng bán lẻ sử dụng RFID để đảm bảo an toàn

cho hàng hóa và kiểm tra hàng hóa Các bộ phận vận chuyển sử dụng RFID để theodõi kiện hàng trong nhà kho và trong suốt quá trình vận chuyển Thẻ RFID, có thểđính lên bất cứ sản phẩm nào, từ vỏ hộp đồ uống, đế giày, cho đến trục ôtô Cáccông ty chỉ việc sử dụng máy tính để quản lý các sản phẩm từ xa RFID có thể thaythế kỹ thuật mã vạch hiện nay do RFID không chỉ có khả năng xác định nguồn gốcsản phẩm mà còn cho phép nhà cung cấp và đại lý bán lẻ biết chính xác hơn thôngtin những mặt hàng trên quầy và trong kho của họ

- Trong Bưu Chính Viễn Thông, các công ty bưu chính viễn thông sử dụng

RFID để giám sát các bưu phẩm được vận chuyển quốc tế giữa các trung tâm bưuchính với nhau Họ có thể giám sát thời gian vận chuyển các bưu phẩm có gắn thẻRFID, điều đó giúp quản lý và giải quyết các vấn đề một cách nhanh gọn, tiết kiệm

- Trong lĩnh vực an ninh, quyền ra vào cho mọi người được lưu trữ và mỗi

người được kết nối với một con số Con số này được lưu trên thẻ RFID Nếu hệthống kiểm soát ra vào lấy thông tin từ đầu đọc thẻ, nó sẽ tìm kiếm trong cơ sở dữliệu để kiểm tra xem người này có quyền vào hay không Nếu có, hệ thống sẽ gửitín hiệu tới cửa khiến nó có thể mở ra được

1.2 MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Mạng cảm biến không dây (WSN) có thể hiểu đơn giản là mạng liên kết cácnút với nhau bằng kết nối sóng vô tuyến, trong đó các nút mạng thường là các thiết

bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp… và có số lượng lớn, được phân bố một cáchkhông có hệ thống trên một diện tích rộng, sử dụng nguồn năng lượng hạn chế và cóthể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ cao…)

1.2.1 Đặc điểm của mạng cảm biến

- Có khả năng tự tổ chức, yêu cầu rất ít hoặc thậm chí không có sự can thiệpcủa con người

- Truyền thông không chắc chắn, dựa trên định tuyến đa chặng

- Các nút cảm biến được triển khai dày đặc và có khả năng kết nối với nhau

- Bị giới hạn về mặt năng lượng, bộ nhớ và khả năng tính toán

- Hoạt động được trong các môi trường khắc nghiệt

1.2.2 Cấu trúc của một nút mạng cảm biến

Các nút mạng cảm biến phải thỏa mãn một số yêu cầu nhất định tùy theo ứngdụng: Chúng phải có kích thước nhỏ, giá thành rẻ, hoạt động hiệu quả về nănglượng, có các thiết bị cảm biến chính xác có thể cảm nhận, thu thập các thông sốmôi trường, có khả năng tính toán và có bộ nhớ đủ để lưu trữ, và phải có khả năngthu phát sóng để truyền thông với các nút lân cận Mỗi nút cảm biến được cấu thành

bởi 4 thành phần cơ bản, như ở Hình 1.7, bộ cảm biến (sensing unit), bộ xử lý (a processing unit), bộ thu phát (a transceiver unit) và bộ nguồn (a power unit) Ngoài

ra có thể có thêm những thành phần khác tùy thuộc vào từng ứng dụng như là hệ

thống định vị (location finding system), bộ phát nguồn (power generator) và bộ phận di động (mobilizer)

Hình 1.7 Các thành phần của một nút cảm biến

1.2.3 Cấu trúc của mạng cảm biến

Khi giao tiếp không dây là kĩ thuật chính, thì giao tiếp trực tiếp giữa hai nút sẽ

có nhiều hạn chế do khoảng cách hay các vật cản Đặc biệt là khi nút phát và nút thucách xa nhau thì cần công suất phát lớn Vì vậy cần các nút trung gian làm nútchuyển tiếp để giảm công suất tổng thể Do vậy các mạng cảm biến không dây cần

phải dùng giao tiếp đa bước nhảy (multihop)

Mạng cảm biến bao gồm rất nhiều các nút cảm biến được phân bố trong mộttrường cảm biến như Hình 1.8 Mỗi một nút cảm biến có khả năng thu thập dữ liệu

và định tuyến lại đến các nút sink1 Dữ liệu được định tuyến lại đến các sink bởi

một cấu trúc đa điểm Các sink có thể giao tiếp với các nút quản lý nhiệm vụ (task manager node) qua mạng Internet hoặc vệ tinh.

1 Nút sink là trạm cơ sở (Base Station-BS) thường được sử dụng như một phần trung tâm để thu thập

thông tin từ các nút.

Hình 1.8 Cấu trúc của mạng cảm biến

1.2.4 Các ứng dụng của mạng cảm biến không dây

Mạng cảm biến không dây bao gồm các nút cảm biến nhỏ Thích ứng đượcmôi trường khắc nghiệt Các nút không những có thể liên lạc với các nút xungquanh nó, mà còn có thể xử lý dữ liệu thu được trước khi gửi đến các nút khác.Mạng cảm biến không dây cung cấp rất nhiều các ứng dụng hữu ích ở nhiều lĩnhvực trong cuộc sống Sau đây là một số ứng dụng nổi trội:

- Trong thu thập dữ liệu môi trường, số lượng lớn các nút thu thập dữ liệu

một cách liên tục từ môi trường và chuyển chúng tới trạm cơ sở

- Trong quản lý chuỗi cung ứng, hiệu quả xử lý được cải thiện bởi việc ứng

dụng WSN trong chuỗi cung ứng Cảm biến có thể theo dõi nhiệt độ cần được duytrì của các sản phẩm Nút của mỗi sản phẩm có thể giao tiếp với các nút khác Hơnnữa, các nút thông minh có thể phát hiện các loại sản phẩm có khả năng ảnh hưởngtiêu cực đến các sản phẩm khác

- Trong giám sát an ninh, các nút được cố định ở một vị trí nhất định và liên

tục kiểm tra tình trạng của các cảm biến Các nút sẽ gửi dữ liệu báo cáo chỉ khi cócác trường hợp vi phạm an ninh xuất hiện

- Trong các ứng dụng y tế, tình trạng thể chất của các bệnh nhân trong bệnh

viện có thể được theo dõi bằng cách sử dụng các mạng cảm biến không dây

Trường cảm biến

Nút cảm biến Người dùng

Nút quản lý

tác vụ

Thiết bị thu phát (nút sink) Internet

1.3 SỰ KHÁC NHAU GIỮA RFID VÀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Hầu hết các ứng dụng của mạng cảm biến không dây là trong việc giám sátcác đối tượng và nhận biết các điều kiện môi trường Ngược lại, RFID được sửdụng để phát hiện sự hiện diện và vị trí của các đối tượng Trong mạng cảm biếnkhông dây, việc gửi dữ liệu từ các nút và chuyển dữ liệu đến nút sink được thựchiện thông qua các nút chuyển tiếp Nói cách khác, các mạng cảm biến không dây là

các mạng đa chặng (multi-hop), trong khi đó hệ thống RFID là đơn chặng hop) Firmware của các nút trong mạng cảm biến không dây có thể được lập trình

(single-một cách dễ dàng, nhưng đối với hầu hết các đầu đọc RFID thì không thể được lậptrình bởi người dùng

Bảng 1.3 Sự khác nhau giữa RFID và WSN

Thành phần Các nút cảm biến, các nútchuyển tiếp, các nút sink Các thẻ và các đầu đọc

Khả năng di động Các nút cảm biến thường là cốđịnh Các thẻ di chuyển cùng các đốitượng được gắn vào

Các thuộc tính WSN Hệ thống RFID

Nút sink: đắt

Đầu đọc: đắtThẻ: rẻ

Triển khai Ngẫu nhiên hoặc cố định Cố định, thường phải sắp xếpcẩn thận

1.4 TÍCH HỢP RFID VÀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Sự kết hợp giữa RFID và mạng cảm biến không dây có thể được phân làm 4loại chính (Hình 1.9): tích hợp thẻ RFID với cảm biến, tích hợp các thẻ RFID vớicác nút WSN, tích hợp các đầu đọc RFID với các nút WSN, tích hợp các thành phầnRFID với các nút WSN [7]

Hình 1.9 Bốn loại tích hợp RFID với WSN

1.4.1 Tích hợp thẻ RFID với cảm biến

Loại tích hợp này cho phép thêm vào các hệ thống RFID khả năng cảm biến(Hình 1.10) Các thẻ RFID được tích hợp các cảm biến (được gọi là thẻ cảm biến)

sử dụng cùng giao thức và cơ chế của công nghệ RFID để đọc ID của thẻ, cũng như

để thu thập dữ liệu cảm nhận được Bởi vì các cảm biến tích hợp bên trong các thẻRFID chỉ được sử dụng với mục đích cảm biến, do đó các giao thức hiện tại của cácthẻ RFID cũng dựa trên truyền thông đơn chặng, hay nói cách khác là các thẻ không

có khả năng giao tiếp với nhau

Thẻ RFID

Cảm

phần RFID với các nút WSN

Đầu đọc RFID

Nút WSN

Thẻ RFID Nút WSN

Hình 1.10 Kiến trúc tích hợp thẻ RFID với cảm biến

có thể được sử dụng trong các xe chở hóa chất Trong một tình huống quan trọng,báo động được bật, các hóa chất có thể phản ứng với nhau sẽ được tách ra xa nhau

Hình 1.11 Kiến trúc tích hợp các thẻ RFID với các nút WSN

Trạm cơ sở Đầu đọc

Thẻ tích hợp cảm

Đầu đọc hoặc trạm Thẻ tích hợp nút

1.4.3 Tích hợp các đầu đọc RFID với các nút WSN

Loại tích hợp này có thêm nhiều chức năng hơn và cho phép nó được sử dụngtrong các ứng dụng mới Bằng cách tích hợp các đầu đọc RFID với các nút WSN(Hình 1.12), đầu đọc có thể cảm nhận được tình trạng của các tham số môi trường.Các đầu đọc có thể giao tiếp không dây với nhau trong mạng Bên cạnh đó, các đầuđọc đọc dữ liệu của thẻ và gửi thông tin đến máy chủ một cách hiệu quả hơn

Hình 1.12 Kiến trúc tích hợp các đầu đọc RFID với các nút WSN

1.4.4 Tích hợp các thành phần RFID với các nút WSN

Không giống các loại tích hợp trên, về mặt vật lý, các thẻ, các đầu đọc RFID

và các cảm biến hoạt động tách biệt nhau (Hình 1.13) Một hệ thống RFID và mộtWSN, cả hai tồn tại trong cùng một ứng dụng và chúng làm việc độc lập nhau Tuynhiên, trong đó có sự hợp tác của RFID và WSN ở lớp phần mềm, dữ liệu từ các thẻRFID và các nút WSN đều được chuyển tiếp đến các trung tâm kiểm soát chung.Trong trường hợp này, hoạt động của một hệ thống RFID hoặc WSN có thể yêu cầu

sự hỗ trợ từ phía còn lại Ví dụ, hệ thống RFID cung cấp nhận dạng cho WSN đểtìm các đối tượng cụ thể và WSN cung cấp thêm thông tin, chẳng hạn như vị trí vàđiều kiện môi trường, cho hệ thống RFID Lợi thế của việc tích hợp các thành phầnRFID và các nút WSN là không cần phải thiết kế các nút tích hợp mới, tất cả cáchoạt động và sự phối hợp giữa RFID và WSN có thể được thực hiện tại các lớpphần mềm

Thẻ

Đầu đọc tích hợp nút WSN Sink hoặc trạm cơ sở

Hình 1.13 Kiến trúc hệ thống của một cài đặt hỗ trợ tích hợp các thành phần RFID với các

nút WSN

1.5 TIỂU KẾT CHƯƠNG 1

Chương này đã giới thiệu tổng quan về hai công nghệ RFID và WSN cũngnhư các thành phần và ứng dụng của chúng Có thể nói RFID và WSN là hai côngnghệ bổ sung cho nhau RFID được sử dụng để xác định, phát hiện hoặc theo dõicác đối tượng So với các loại cảm biến, vấn đề về chi phí là lợi thế vượt trội củaRFID Tuy nhiên, WSN có khả năng cung cấp thông tin chi tiết về tình trạng củacác đối tượng Vì vậy, việc tích hợp WSN với RFID có thể làm cho các nút RFID

có khả năng tính toán và quan trọng là nó cho phép một hệ thống RFID hoạt độngnhư truyền thông đa chặng cùng với các thông tin chi tiết về các tình trạng của cácnút

Trong hệ thống RFID, đầu đọc và thẻ giao tiếp được thông qua giao thứcALOHA như đã nêu ở phần trên, ưu điểm của giao thức này là tính đơn giản, tuynhiên khi số lượng thẻ nhiều sẽ xảy ra xung đột, do đó cần phải ước tính thẻ đểgiảm thiểu xung đột Tiếp theo, trong Chương 2, một số kỹ thuật ước tính thẻ sẽđược trình bày

…

…

TCP Sockets

Cảm biến Cảm biến

Thẻ Thẻ

Cảm biến Thẻ

Serial

Host Cảm biến

Giao diện đầu đọc

Lọc và chuyển đổi

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ KỸ THUẬT ƯỚC TÍNH THẺ DỰA TRÊN

GIAO THỨC DFSA TRONG HỆ THỐNG RFID

RFID là một công nghệ hiệu quả để xây dựng một liên kết không dây giữa cácthẻ và đầu đọc mà không cần tiếp xúc trong các lĩnh vực nhận dạng tự động Tất cảcác thẻ hoạt động độc lập chia sẻ trên một kênh truyền thông không dây Do đó, dẫnđến xung đột khi dữ liệu từ nhiều thẻ gởi đến đầu đọc cùng một lúc

Một trong những giao thức được sử dụng phổ biến để giải quyết vấn đề xungđột như FSA, sử dụng khái niệm khung và mỗi khung được chia thành nhiều khethời gian bằng nhau FSA được phân thành hai loại là BFSA và DFSA BFSA đặtkích thước khung cố định, khi số lượng thẻ cần nhận dạng lớn thì xác suất xảy raxung đột tăng, nhưng khi số lượng thẻ tương đối ít hơn nhiều so với kích thướckhung, dẫn đến lãng phí khe thời gian Do kích thước khung trong BFSA là cố địnhnên hiệu quả nhận dạng thẻ không cao khi số lượng thẻ cần nhận dạng và kíchthước khung chênh lệch nhau nhiều, để hệ thống nhận dạng thẻ hiệu quả thôngthường sử dụng giao thức DFSA dựa trên việc thay đổi kích thước khung gần bằngvới số lượng thẻ ước tính trong chu kỳ đọc Tuy nhiên DFSA cũng gặp phải một sốhạn chế, vì khởi tạo khung ban đầu rất nhỏ do đó phải tăng kích thước khung liêntục trong nhiều chu kỳ liên tiếp Do đó để thay đổi kích thước khung tối ưu cần phảiước tính số lượng thẻ chưa nhận dạng trong phạm vi phủ sóng của đầu đọc là rấtcần thiết

Chương này sẽ trình bày một số kỹ thuật ước tính thẻ dựa trên giao thứcDFSA Trước tiên tôi sẽ trình bày giao thức FSA và xung đột trong hệ thống RFID

2.1 GIAO THỨC FSA VÀ XUNG ĐỘT

ALOHA là một trong những giao thức được dùng phổ biến trong quá trìnhtrao đổi dữ liệu giữ đầu đọc và thẻ như đã trình bày trong Chương 1 Do đó, trướckhi đi vào nội dung giao thức FSA, Luận văn sẽ trình bày tóm tắt về xung đột xảy ratrong giao thức ALOHA

Trong giao thức ALOHA, các thẻ khi được đầu đọc cấp nguồn năng lượng sẽgởi trả lời đến đầu đọc cùng một lúc Nếu có nhiều thẻ trong vùng phủ sóng đượckích hoạt sẽ dẫn đến xung đột ALOHA có 2 dạng xung đột là xung đột một phần

và xung đột toàn phần Như trong ví dụ ở Hình 2.14, đã xảy ra xung đột một phầngiữa thẻ 1 và thẻ 2 khi truyền số ID, thẻ 3 truyền số ID thành công do không cóxung đột Trong lần truyền tiếp theo, thẻ 1 và thẻ 2 truyền số ID đồng thời nên đãxảy ra xung đột toàn phần Trong lần truyền sau cùng thẻ 1 và thẻ 2 truyền số IDthành công do không có xung đột xảy ra Thẻ 3 không truyền lại số ID trong 2 lầntiếp theo vì đã truyền thành công trong lần truyền đầu tiên

Xungđột toànphần

Thànhcông Thànhcông

Hình 2.14 Phương pháp đọc ID thẻ của giao thức ALOHA

FSA (Framed Sloted ALOHA) dựa trên giao thức ALOHA, nhưng khác ALOHA là sử dụng khái niệm khung (Frame), là khoảng thời gian của chu kỳ đọc

nhằm khắc phục xung đột một phần trong giao thức ALOHA (Hình 2.15) Mỗi

khung được chia thành các khe thời gian (Sloted) bằng nhau Kích thước khung

được xác định bởi đầu đọc Mỗi thẻ sẽ chọn ngẫu nhiên một khe thời gian để truyền

số ID, nếu không có xung đột xảy ra, thẻ được nhận dạng thành công sẽ không phảitruyền dữ liệu trong chu kỳ kế tiếp Khi đó các thẻ có thể chỉ cần truyền dữ liệu mộtlần Điều này làm giảm số lượng thẻ xung đột FSA được phân thành hai loại làBFSA và DFSA

2.1.1.1 Xung đột trong giao thức BFSA

BFSA (Basic Framed Slotted ALOHA) dựa trên việc sử dụng kích thước

khung cố định Đầu đọc sẽ thông báo kích thước khung cho các thẻ Mỗi thẻ chọnngẫu nhiên một khe thời gian trong khung Hình 2.16 là ví dụ cho hai chu kỳ đọc,mỗi chu kỳ được chia thành 3 khe thời gian Trong chu kỳ đọc đầu tiên thẻ 1 và thẻ

3 cùng chọn khe 1 để truyền số ID, thẻ 2 và thẻ 5 cùng chọn khe 2 để truyền số ID,

do đó xung đột xảy ra Vì vậy thẻ 1, 2, 3, 5 phải trả lời yêu cầu trong chu kỳ tiếptheo của đầu đọc Đầu đọc nhận dạng được thẻ 4 trong chu kỳ đọc đầu tiên

xuống

Yêu cầu Khe 1 Khe 2 Khe 3 Yêu cầu Khe 1 Khe 2 Khe 3

Truyền

lên

Xung đột Xungđột Thànhcông Xungđột Thànhcông Thànhcông

Hình 2.16 Phương pháp đọc ID thẻ của giao thức BFSA

2.1.1.2 Giải thuật đọc ID thẻ của giao thức BFSA

BFSA đặt kích thước khung cố định, có thể đặt là 16, 64 hoặc 128 Trong mỗichu kỳ đọc, đầu đọc gởi khung đến các thẻ trong vùng phủ sóng Các thẻ nhận đượckhung và trả lời đến đầu đọc vào khe thời gian ngẫu nhiên mà thẻ đó chọn để truyền

số ID và chờ trả lời từ đầu đọc, nếu tại một khe thời gian chỉ có một thẻ chọn, đầuđọc sẽ gởi thông báo đến thẻ yêu cầu gởi số ID và thẻ chuyển về trạng thái đã đượcnhận dạng (chế độ yên lặng) Khe thời gian nào có từ hai thẻ trở lên cùng chọn đểtruyền số ID sẽ xảy ra xung đột Các thẻ xung đột phải truyền dữ liệu lại trong chu

kỳ tiếp theo Quá trình nhận dạng được lặp lại cho đến khi tất cả các thẻ trong vùngphủ sóng được nhận dạng

 Giải thuật đọc ID thẻ của giao thức BFSA được mô tả bởi sơ đồ khối (Hình 2.17):

Sai Kết thúc

Bắt đầu

Hình 2.17 Sơ đồ khối giải thuật đọc ID thẻ của giao thức BFSA

 Mã giả mô tả chi tiết giải thuật đọc ID thẻ của giao thức BFSA

Giải thuật 1: BFSA

Input: - F: kích thước khung, có thể đặt là 16, 64 hoặc 128

- n: số thẻ chưa đọc

Output: - TE,TS,TC: số khe rỗi, số thẻ thành công, số khe xung đột

- count: số lần gởi khung để đọc hết thẻ (số chu kỳ)

9 TS:=TS+S; //cập nhật số thẻ đọc thành công

10 TC:=TC+C; //cập nhật số khe xung đột

11 count:=count+1; //đếm số lần gởi khung

12 if C=0 then break //kết thúc khi không còn khe xung đột

13 else n:=n–S; //cập nhật số thẻ chưa đọc

14 endwhile

15 Return TE,TS,TC, count;

16End

2.1.1.3 Ưu điểm và nhược điểm

BFSA sử dụng khái niệm khung cố định, chia khung thành những khe thờigian của chu kỳ đọc đã khắc phục được xung đột một phần trong giao thứcALOHA, phù hợp trong những trường hợp biết trước được số thẻ cần đọc và số thẻnhận dạng là tương đối ít

Vì kích thước khung trong BFSA là cố định nên việc thực hiện rất đơn giản,tuy nhiên nó cũng gặp phải một số nhược điểm Nếu số lượng thẻ cần nhận dạng làkhông biết trước và số lượng thẻ nhiều trong khi kích thước khung nhỏ thì khả năngxung đột là rất cao do nhiều thẻ cùng chọn một khe thời gian trong một khung cốđịnh để truyền số ID, ngược lại nếu số lượng thẻ ít trong khi kích thước khung lớn

sẽ gây lãng phí khe thời gian

2.1.2 Giao thức DFSA

Trong một số lĩnh vực, việc nhận dạng các thẻ trong vùng phủ sóng khi khôngbiết trước số lượng thẻ thực tế, nếu sử dụng giao thức BFSA sẽ cho hiệu quả hệthống thấp khi có nhiều thẻ trong vùng phủ sóng Do đó, các kỹ thuật ước tính thẻhiện nay đa phần dựa trên giao thức DFSA vì kích thước khung có thể thay đổitrong các chu kỳ đọc, nhằm để giảm xung đột và tăng hiệu quả hệ thống Trongphần này, trước tiên Luận văn trình bày xung đột trong giao thức DFSA, tiếp theo

sẽ trình bày ước tính thẻ và giải thuật của giao thức này

2.1.2.1 Xung đột trong giao thức DFSA

DFSA (Dynamic Framed Slotted ALOHA) thay đổi kích thước khung trong

các chu kỳ nhận dạng Tuy nhiên vẫn có xung đột xảy ra trong giao thức DFSA.Một ví dụ đơn giản trong Hình 2.18 cho thấy xung đột vẫn xảy ra trong giao thứcnày Có 5 thẻ cần đọc, kích thước khung ban đầu là 6 Đầu tiên đầu đọc sẽ gởi yêucầu cùng với kích thước khung Trong chu kỳ đầu tiên, thẻ 1, thẻ 3 và thẻ 4 đồngthời chọn khe 1 truyền số ID, do đó xung đột xảy ra trong khe 1 Thẻ 2 và 5 chọnkhe 2 và khe 5 truyền số ID, hai thẻ này được nhận dạng thành công do một khe chỉ

có một thẻ chọn Vì trong chu kỳ đọc đầu tiên có 3 thẻ xung đột nên trong chu kỳtiếp theo đầu đọc thay đổi kích thước khung mới là 3 và tiếp tục gởi yêu cầu và mộtđối số mới Quá trình này kết thúc khi tất cả các thẻ trong vùng phủ sóng của đầuđọc được nhận dạng hoàn toàn hay nói cách khác là không có xung đột xảy ra trongchu kỳ đọc

Trong giao thức DFSA, việc thay đổi kích thước khung phù hợp được dựa trên

kết quả của chu kỳ trước đó như: số khe rỗi (E), số khe chỉ có một thẻ (S) và số khe xung đột (C) là một bộ ba <E, S, C> Số thẻ ước tính dựa vào kết quả bộ ba này, có

 Công thức ước tính số thẻ chưa đọc Schout [9], [10]:

2.1)

 Công thức ước tính số thẻ chưa đọc Vogt [8], [9]:

Đầu tiên ước tính số thẻ chưa đọc ít nhất bằng cách dựa vào số khe xung đột

và số khe thành công Mỗi khe xung đột có ít nhất là hai thẻ cùng chọn để truyền số

ID, do đó ước tính số thẻ chưa đọc ít nhất được tính bằng Công thức (2.2)

2.2)

Tiếp theo để ước tính số lượng thẻ chưa đọc chính xác hơn, sử dụng công thức

tính khoảng cách kết hợp với bộ ba <E, S, C>

trong đó,a0,a1,a k tương ứng với giá trị mong đợi của số khe rỗi, số khe chỉ có một

thẻ và số khe xung đột được tính như sau [8], [9]:

- Khi đầu đọc sử dụng kích thước khung hiện tại F và số lượng thẻ ước tính nhỏ nhất từ Công thức (2.2) là n, thì xác suất để các thẻ tồn tại trong một khe thời gian r được tính như Công thức (2.4) [9].

- Do đó, kết quả mong đợi của khe thời gian r trong chu kỳ đọc được tính

được tính tổng quát từ Công thức (2.5) [9]

Từ đó có thể suy ra a0, a1,a k:

(2.6)

Input: - E, S, C: số khe rỗi, số khe thành công, số khe xung đột

- F: kích thước khung hiện tại

Output: - n: số thẻ ước tính chưa đọc

1 Begin

2 n=S+2*C //số thẻ ước tính nhỏ nhất

3 distn=–1; //khởi tạo khoảng cách ước tính thẻ

4 distp=0; //khởi tạo khoảng cách ước tính mong đợi

5 while (distn<distp) do //cập nhật lại số thẻ chưa đọc khi khoảng cách

7 a 0 =F*(1–1/F) n ; //tính số khe rỗi mong đợi

8 a 1 =n*(1–1/F) (n–1) ; //tính số khe thành công mong đợi

9 a k =F–a 0 –a 1 ; //tính số khe xung đột mong đợi

10 distp=distn; //cập nhật khoảng cách ước tính mong đợi

11 distn=(a 0 –E) 2 +(a 1 –S) 2 +(a k –C) 2 ; //cập nhật khoảng cách ước tính thẻ

12 if n=S+2*C then //nếu n bằng với ước tính thẻ nhỏ nhất

13 distp=distn+1; //cập nhật lại khoảng cách mong đợi

Vấn đề là đặt kích thước khung như thế nào là phù hợp khi đã ước tính số thẻ chưađọc Ví dụ số thẻ ước tính n∈[17,27], ta có thể đặt kích thước khung là 32 hoặc 64đều hợp lý, nếu số thẻ ước tính lớn hơn với n ∈[51,56], kích thước khung có thể đặt

là 64 hoặc 128, nhưng nếu đặt kích thước khung là 64 thì hợp lý hơn, vì khi đặt kíchthước khung đặt 128 sẽ xảy ra lãng phí vì số khe rỗi tăng lên Do đó DFSA đưa rahai ngưỡng [ngưỡng dưới, ngưỡng trên] dựa vào hai ngưỡng này DFSA thay đổikích thước khung phù hợp (Bảng 2.4) [9]

Bảng 2.4 Ngưỡng trên và ngưỡng dưới để kích thước khung tối ưu

Kích thước khung tối ưu 1 4 8 16 32 64 128 256

DFSA khởi tạo khung ban đầu là 16 Đầu đọc gởi kích thước khung đến cácthẻ Các thẻ đang ở trạng thái chưa nhận dạng sẽ trả lời đến đầu đọc khe thời gianngẫu nhiên mà thẻ đó chọn để truyền số ID và chờ trả lời từ đầu đọc, nếu tại mộtkhe thời gian chỉ có một thẻ chọn, đầu đọc sẽ gởi thông báo đến thẻ yêu cầu gởi số

ID và thẻ chuyển về trạng thái đã được nhận dạng (chế độ yên lặng), khe thời giannào có từ hai thẻ trở lên cùng chọn để truyền số ID sẽ xảy ra xung đột Sau một chu

kỳ đọc DFSA có được kết quả các khe rỗi, khe thành công và khe xung đột, dựa vàokết quả này đầu đọc ước tính số lượng thẻ trong vùng phủ sóng

Sau khi ước tính thẻ trong vùng phủ sóng, DFSA thay đổi kích thước khungphù hợp cho chu kỳ tiếp theo Khi số thẻ ước tính vượt quá ngưỡng trên, đầu đọctăng kích thước khung Khi số thẻ ước tính nhỏ hơn ngưỡng dưới, đầu đọc giảmkích thước khung Tăng hoặc giảm kích thước khung bằng cách lấy kích thướckhung hiện tại nhân hoặc chia cho công bội là 2 (Bảng 2.4) Việc điều chỉnh kíchthước khung được lặp đi lặp lại cho đến khi xác định được kích thước khung phùhợp cho chu kỳ tiếp theo [9] Quá trình nhận dạng được lặp lại cho đến khi không

có xung đột xảy ra, có nghĩa là tất cả các thẻ trong vùng phủ sóng được nhận dạng.DFSA khởi tạo khung ban đầu rất nhỏ là 16, nên khi số lượng thẻ thực tế cần

nhận dạng khoảng 50 thẻ thì DFSA thay đổi kích thước rất tốt tương đối gần bằng

số lượng thẻ Nhưng khi số lượng thẻ khoảng 500 đến 1000 thẻ thì xác suất xungđột tăng, lúc đó đầu đọc chỉ đưa ra kích thước khung tối đa là 256 và không thể tăngkích thước khung thêm được nữa Từ đó cho thấy DFSA sẽ tăng kích thước khunglên tối đa trong nhiều chu kỳ liên tục để cố gắng nhận dạng hết tất cả các thẻ trongvùng phủ sóng

 Mã giả hàm đếm số khe rỗi, số thẻ đọc thành công, số khe xung đột

Hàm 2: Function count_E_S_C(frame)

Input: - F: kích thước khung.

Output: - E, S, C: số khe rỗi, số thẻ đọc thành công, số khe xung đột.

1 Begin

2 E:=0; S:=0; C:=0; //khởi tạo ban đầu

3 for i:=1 to F do

4 if frame[i]=0 then E:=E+1 //đếm số khe rỗi

5 else if frame[i]=1 then

7 tagIdentification(); //thẻ được nhận dạng thành công

8 endif else C:=C+1; //đếm số khe xung đột

Sai Kết thúc

Bắt đầu

4 i:=random(1,F); //sinh một số ngẫu nhiên trong đoạn [1,F]

5 frame[i]:=frame[i]+1; //khi có một thẻ đăng ký vào khung tại khe i