Đề tài thiết kế hệ thống thu phí tự động không dừng sử dụng công nghệ RFID và SMS

LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta ngày phát triển Hệ thống giao thơng đóng vai trò quan trọng phát triển ngành kinh tế đất nước Để giảm thiểu tối đa thời gian vận chuyển hàng hóa, hay thời gian lại Nhà nước doanh nghiệp thúc đẩy xây dựng tuyến đường mới, tuyến đường cao tốc Đi với trạm thu phí đời để thu hồi lại vốn đầu tư cho doanh nghiệp để tiếp tục xây dựng tuyến đường Thúc đẩy phát triển kinh tế Do thu phí thủ cơng bán vé sốt vé có nhiều hạn chế, đặc biệt vấn đề tắc nghẽn giao thông, số lượng nhân công lớn vấn đề tiêu cực, gây thất thu… Hiện nước giới đưa công nghệ RFID vào ứng dụng việc làm hộ chiếu chứng minh thư góp phần đơn giản hóa thủ tục muốn qua lại biên giới, đồng thời tạo điều kiện dễ dàng cho nhân viên biên giới phát đối tượng tình nghi tội phạm, khủng bố Tại Mỹ từ tháng 10/2006, Bộ ngoại giao Mỹ ban hành luật bắt buộc tất hộ chiếu Mỹ phải có nhúng thẻ RFID Còn số nước khác Anh, Đức, Trung Quốc,… từ 2008 , hộ chiếu CMND gắn chip RFID lưu thơng tin tên, tuổi, giới tính, quốc tịch, ngày tháng năm sinh, nơi sinh, hình ảnh,… người sử dụng áp dụng Vì chúng em mong muốn áp dụng kiến thức học ghế nhà trường để “ thiết kế hệ thống thu phí tự động khơng dừng sử dụng cơng nghệ RFID SMS “ Hiện có cơng nghê thu phí tự động RFID với OBU Do nhiều ưu điểm RFID Nhỏ gọn, không chiếm nhiều diện tích xe, khơng cần cắm nguồn trực tiếp không cần thao tác phức tạp mà công nghệ thu phí RFID dần thay hầu hết cho OBU I Giới thiêu RFID Thành phần hệ thống RFID Một hệ thống RFID tập hợp thành phần mà thực thi giải pháp RFID Bao gồm thành phần sau: - Thẻ (tag): (là thành phần bắt buộc hệ thống RFID) gồm chip bán dẫn angten nhỏ hình thức đóng gói - Đầu đọc: (là thành phần bắt buộc) làm nhiệm vụ xạ, thu sóng điện tử gia cơng tín hiệu.Một vài đầu đọc có sẵn angten - Mạch điều khiển (Controller): (là thành phần bắt buộc) cho phép thành phần bên giao tiếp điều khiển chức đầu đọc thành phần khác annunciation, actuator,…Ngày mạch điều khiển thường tích hợp sẵn đầu đọc - Cảm biến (sensor), cấu chấp hành (actuator) bảng tín hiệu điện báo (annunciation): thành phần hỗ trợ nhập xuất hệ thống - Máy chủ (host) hệ thống phần mềm (Software system): mặt lý thuyết, hệ thống RFID hoạt động độc lập không cần thành phần này.Thực tế, hệ thống RFID gần khơng có ý nghĩa khơng có thành phần - Cơ sở hạ tầng truyền thông (communication infrastructure): thành phần bắt buộc, gồm hai mạng có dây khơng dây phận kết nối để kết nối thành phần liệt kê với để chúng truyền với hiệu Tần số sóng sử dụng cơng nghệ RFID Tần số sóng sử dụng cơng nghệ RFID - Các sóng vơ tuyến hay sóng có tần số vơ tuyến (RF) sóng điện từ có tần số nằm khoảng từ 3KHz tới 300GHz - Công nghệ RFID chủ yếu dùng ba loại tần số : tần số thấp LF, tần số cao HF, tần số siêu cao UHF - Tần số thấp LF: tần số nằm khoảng từ 30KHz đến 300KHz, hệ thống RFID thông thường sử dụng tần số phạm vi từ 125KHz tới 134KHz Hệ thống RFID hoạt động tần số thấp thường sử dụng thẻ thụ động, nên tốc độ truyền liệu từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ thấp Băng tần phù hợp với ứng dụng phạm vi ngắn (< 0,5m) Tuy nhiên,các thẻ tích cực LF sử dụng nhà cung cấp - Tần số cao HF: tần số nằm khoảng từ 3MHz tới 30MHz, 13,56MHz tần số điển hình thường sử dụng cho hệ thống RFID Tần số cao cho phép độ xác cao với phạm vi khoảng 1m, giảm rủi ro đọc sai thẻ.Hệ thống HF RFID thường sử dụng thẻ thụ động, nên có tốc độ truyền liệu thấp từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ.Ngày hệ thống HF sử dụng rộng rãi, đặc biệt bệnh viện (vì khơng gây nhiễu cho thiết bị y tế hoạt động khác) - Tần số siêu cao UHF: tần số nằm khoảng từ 300MHz tới 3GHz Hệ thống UHF RFID thụ động thường hoạt động tần số 915MHz Hoa Kỳ 868MHz nước Châu Âu Còn hệ thống UHF RFID tích cực hoạt động tần số 315MHz 433MHz Vì hệ thống UHF sử dụng hai loại thẻ tích cực thụ động đạt tốc độ truyền liệu nhanh thẻ thiết bị đọc thẻ Phạm vi đọc thẻ từ 1m đến 5m Các hệ thống UHF RFID bắt đầu triển khai rộng rãi tổ chức phủ nước quốc phòng Mỹ tổ chức quốc tế Tuy nhiên phạm vi tần số UHF khơng chấp nhận sử dụng tồn giới Vi sóng: tần số nằm khoảng từ 2,45GHz tới 5,8GHz, có nhiều sóng radio xạ từ vật thể gần cản trở khả truyền thông reader thẻ tag Các thẻ thường dùng quản lý dây chuyền cung cấp, nhận dạng thu phí giao thơng 3, Đặc điểm hệ thống RFID Các hệ thống RFID phân biệt với theo ba cách khác dựa thuộc tính đặc trưng đây: - Tần số hoạt động - Phạm vi đọc - Phương pháp ghép nối vật lý a Tần số hoạt động Tần số hoạt động thuộc tính quan trọng hệ thống RFID.Đó tần số mà reader truyền tín hiệu nó.Nó gắn kết chặt chẽ với thuộc tính điển hình, đọc từ khoảng cách xa.Trong hầu hết trường hợp, tần số hệ thống RFID định khoảng cách cần thiết để việc thực đọc thành công b Phạm vi đọc Phạm vi đọc hệ thống RFID xác định khoảng cách thẻ reader Từ thấy hệ thống RFID phân chia thành ba kiểu đây: - Trực tiếp: hệ thống có phạm vi đọc thấp 1cm Một vài hệ thống LF HF RFID thuộc nhóm - Tầm gần: Đó hệ thống có phạm vi đọc từ 1cm tới 100cm Đa phần hệ thống RFID hoạt động dải tần LF HF thuộc nhóm - Tầm xa : Đó hệ thống có phạm vi đọc lớn 100cm Các hệ thống RFID hoạt động dải tần UHF vi sóng thuộc nhóm 4.Tính bảo mật công nghệ RFID Như với hệ thống nào, để xác định chiến lược bảo mật với hệ thống RFID, thông thường bắt đầu việc khảo sát tất truy nhập thể chúng đến từ tác nhân đe dọa tiềm tàng Hình sơ đồ hệ thống RFID điển hình chia thành khu vực bảo mật 4.1 Vùng Vùng bao gồm thân thẻ RF Có hai khu vực dễ bị tổn thương, là: - Dữ liệu lưu trữ thẻ mà khơng mã hóa thêm vào điều kiện bảo mật lên thẻ - Khơng có chế giám sát vật lý nên sở có quyền truy cập đến thẻ loại bỏ thẻ chuyển đổi thẻ cho Các nhân tố đe dọa: bao gồm mà truy nhập tới thẻ làm thay đổi nội dung Có vài biện pháp đối phó đây: - Thực giám sát hàng hóa gắn thẻ RFID - u cầu kiểm sốt nghiêm ngặt truy nhập tới thơng tin lấy - Chỉ sử dụng thẻ có khả ghi lại nơi thích hợp có kiểm sốt truy nhập hợp lý 4.2 Vùng hai Vùng hai gồm reader.Các reader RFID thường kết nối tới mạng nội cách sử dụng kết nối có dây kết nối khơng dây Các lỗ hổng bảo mật xuất như: - Dữ liệu truyền từ thẻ tới reader chưa mã hóa - Các reader khơng có chế xác nhận thẻ Đó nguyên nhân dẫn đến giả mạo , công DoS, hay công giao thức Các nhân tố đe dọa: bao gồm thứ kết nối đến mạng với thiết bị không dây chút kiến thức giao thức reader mà có ý đồ xấu 4.3 Vùng ba Vùng ba tuyến dịch vụ RFID Tuyến dịch vụ RFID nhóm thành phần middleware bao gồm dịch vụ ONS (Object Naming Service), quản lý kiện EPC, máy chủ EPCIS, máy chủ tích hợp RFID Các lỗ hổng bảo mật: thành phần tuyến dịch vụ RFID liên lạc với hệ thống thông tin nội doanh nghiệp (trên mạng LAN WAN) với đối tác hệ thống công nghiệp (trên mạng Internet) Các nhân tố đe dọa: nhân tố đe dọa bao gồm điệp viên công ty, đại lý gián điệp, kẻ xâm nhập bất hợp pháp 4.4 Vùng bốn Vùng bốn hệ thống thông tin doanh nghiệp Các hệ thống thông tin doanh nghiệp bao gồm hệ thống công ty chẳng hạn hệ thống quản lý nhận dạng, hệ thống điều khiển truy nhập, hệ thống gửi thông báo, tất hệ thống phụ trợ mà trở thành khách hàng liệu RFID Các lỗ hổng bảo mật: giao dịch khối lượng liệu cần thiết hệ thống RFID áp đảo sở hạ tầng mạng có.Các cơng ty phải đối mặt với tình cần lưu trữ bất ngờ thông tin nhạy cảm Các tác nhân đe dọa: tác nhân đe dọa bao gồm gián điệp công ty, kẻ xâm nhập trái phép Phương pháp ghép nối Việc ghép nối vật lý đề cập phương pháp sử dụng để ghép nối thẻ anten, chế mà theo lượng dịch chuyển từ thẻ tới anten Dựa tiêu chí này, có ba kiểu hệ thống RFID khác đây: a Từ trường: kiểu hệ thống RFID biết tới hệ thống ghép nối theo kiểu điện kháng Một vài hệ thống RFID LF HF thuộc nhóm - Điện trường: kiểu hệ thống RFID biết tới hệ thống ghép nối theo kiểu điện dung Nhóm chủ yếu bao gồm hệ thống RFID LF HF - Điện từ trường: phần lớn hệ thống RFID thuộc lớp gọi hệ thống backscatter Các hệ thống RFID hoạt động phạm vi dải tần số UHF vi sóng thuộc nhóm Phương thức làm việc hệ thống RFID Một hệ thống RFID có ba thành phần bản: tag (thẻ), reader (đầu đọc), máy chủ Hệ thống RFID cho phép liệu truyền qua tag đến nhiều reader đọc xử lý thong tin trực tiếp truyền máy chủ để xử lý thông tin trực tiếp truyền máy chủ để xử lý theo yêu cầu ứng dụng cụ cầu ứng dụ cụ thể.Một cách tổng quát angten đầu đọc gửi ngồi tín hiệu để truyền thơng với thiết bị cần nhận dạng Những tín hiệu tạo trường điện từ mà đại diện cho vùng hoạt động đầu đọc.Khi thẻ RFID vào vùng hoạt động đầu đọc phát tín hiệu kích hoạt thẻ, đọc giải mã liệu đọc thẻ liệu đưa vào máy chủ, phần mềm ứng dụng máy chủ xử lý liệu Hình 1- Phương thức làm việc hệ thống RFID Thẻ RFID giống nhãn giấy ứng dụng để bỏ vào hộp đóng gói, dán vào vách thùng chứa làm plastic Một số khác xây dựng thành miếng da bao cổ tay… Mỗi thẻ lập trình với nhận dạng cho phép theo dõi không dây đối tượng người gắn thẻ Bởi chip sử dụng thẻ RFID giữ số lượng lớn liệu, chúng chứa thơng tin chuỗi số, hướng dẫn cấu hình, liệu kỹ thuật, sổ sách y học, lịch trình… 7.Giới thiệu đầu đọc thẻ RFID CXT301 (nguồn : 2628-VP5-bán đảo linh đám-hồng mai-hà nội ) 7.1Giới thiệu: Tích hợp đèn led còi báo, cho phép thiết bị GSHT điều khiển độc lập để thể trạng thái làm việc hệ thống Giao tiêu chuẩn RS 232 với cấu hình 115200bps- 8bit Data Kết nối với máy tính thiết bị GSHT máy tính cable MIniUSB –DB9 7.2 Nguyên lý hoạt động : -khi hoạt động còi kêu nhịp, led trạng thái nháy còi báo sẵn sàng làm việc - kết nối với thiết bị GSHT, đầu đọc thẻ tag tần suất 100ms lần Khi phát thẻ , đầu đọc thẻ lấy thơng tin thẻ sau điều khiển led trạng thái sáng đồng thời.còi báo kêu -trong q trình làm việc thiết bị GSHT gửi tin đến đầu đọc thẻ: xác nhận trạng thái làm việc, điều khiển led đầu đọc, điều khiển còi báo, ghi thông tin, tên lái xe thẻ tag 7.3GIAO THỨC 7.3.1, định dạng bảnn tin làm việc sau: [header][code][data_Length][data][checksum] Với: • Header: byte, thể chiều dài vảu tin từ thiết bị GSHT đến đầu đọc ngược lại • Code: byte, thể mã tin • Data_length: 1byte, thể chiều dài data(số byte) • Data: byte liệu in • CheckSum: 1byte, tính tổng byte trường Data lấy byte thấp kết  CÁC BẢN TIN tin C0  Chức năng: gửi từ thiết bị GSHT đến đầu đọc thẻ để kiểm tra trạng thái hoạt động đầu đọc  cấu trúc tin là: >CXT301:C0{0x00}{0x00} // ký tự truyền với mã ASCII tương ứng     tin R0 chức năng: tin R0 gửi từ đầu đọc đến thiết bị GSHT để trả lời tin C0 Cấu trúc tin: < CXT301:R0{0x00}{0x00}  Tin C1 Chức năng: tin C1 gửi từ thiết bị GSHT đến đầu đọc thẻ để điều khiển trạng thái led Cấu trúc tin: >CXT301:C1{0x04}{ledcode}{flashCycle}{FlashCount} {Cycle}{Checksum} • ledCode: 0x01 nên điêu khiển led ,là 0x02 nên điều khiển led • FlashCycle: chu kỳ tắt sáng led, tienhs giá trị byte nhân với 0,2s Thời gian tắt sáng led chu kỳ • FlashCount: số chu • Cycle – Thời gian lặp lại chu kỳ nháy led, tính giá trị Byte nhân với 0.1s • CheckSum – Được tính cho Byte LedCode, FlashCycle, FlashCount Cycle // Nếu giá trị FlashCycle 0x00/0xFF Led tương ứng Tắt/Sáng hồn tồn // Ví dụ tin điều khiển Led1 nháy lần với chu kỳ 0.4s, lặp lại sau 5s : //>CXT301:C1{0x04}{0x01}{0x02}{0x03}{0x32}{0x38} Bản tin R1  Chức năng: Bản tin R1 gửi từ Đầu đọc đến thiết bị GSHT để trả lời tin C1  Cấu trúc tin: CXT301:R1{0x01}{LedCode} {CheckSum} • LedCode 0x01, ChekSum 0x01 điều khiển led1 • LedCode 0x02, ChekSum 0x02 điều khiển led2 Bản tin C2  Chức năng: Bản tin C2 gửi từ thiết bị GSHT đến Đầu đọc để điều khiển trạng thái Còi báo  Cấu trúc tin: >CXT301: C2{0x04}{0x01}{BuzzCycle}{BuzzCount} {Cycle}{CheckSum} • BuzzCycle – Chu kỳ Tắt-Kêu Còi báo, tính giá trị byte nhân với 0.2s Thời gian Tắt Kêu Còi báo chu kỳ • BuzzCount – Số chu • Cycle – Thời gian lặp lại chu kỳ Tắt-Kêu Còi báo, tính giá trị Byte nhân với 0.1s • CheckSum – Được tính cho Byte 0x01, BuzzCycle, BuzzCount Cycle //Nếu giá trị BuzzCycle 0x00/0xFF Còi báo Tắt/Kêu liên tục //- Ví dụ tin điều khiển Còi báo Kêu lần với chu kỳ 0.4s, lặp lại sau 5s : //>CXT301:C2{0x04}{0x01}{0x01}{0x03}{0x32}{0x37} Bản tin R2  Chức năng: Bản tin R2 gửi từ Đầu đọc đến thiết bị GSHT để trả lời tin C2  Cấu trúc tin: CXT301:C3{0x3C}[Data]{CheckSum} • Data – Có độ dài 60 byte, 16 byte đầu thông tin GPLX (Byte thứ 16 CheckSum 15 byte trước) 44 byte sau Tên lái xe Những byte thừa có giá trị 0x00 • CheckSum – Được tính cho 60 byte trường Data // Lệnh thực Đầu đọc phát thẻ Tag (2 Led sáng Còi báo kêu liên tục) // Lệnh hồn thành Đầu đọc gửi lại tin R3 (2 Led Còi báo ngắt nhịp) Bản tin R3  Chức năng: Bản tin R3 gửi từ Đầu đọc đến thiết bị GSHT để trả lời tin C3  Cấu trúc tin: