Thiết bị đọc thẻ (reader) liên lạc với thẻ thông qua anten của nó, đó là một thiết bị riêng biệt được gắn kết vật lý với nó, tại một trong các cổng anten. Như đã nói ở phần trước,một reader độc lập có thể hỗ trợ lên tới bốn cổng anten.Khối phát tín hiệu trên reader sẽ điều khiển anten phát đi tín hiệu RF ra bên ngoài xung quanh nó và nhận về thông tin phản hồi từ thẻ.Do đó anten có một vị trí quan trọng tương đương với reader trong hệ thống RFID. Thông thường trong thực tế anten thường được chế tạo theo cách quấn dây theo dạng hình vuông, hoặc cũng có thể chế tạo theo kiểu các đường mạch PCB. Dưới đây là một số hình ảnh trong thực tế về anten của reader của các hãng chế tạo nổi tiếng.
Hình 1.24. Anten UHF phân cực tròn của reader được sản xuất bởi Alien Technology
Hình 1.25 Anten UHF phân cực tuyến tính của reader được sản xuất bởi Alien Technology
Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu qua một vài khái niệm rất quan trọng của anten, đó là vùng phủ sóng của anten,sự phân cực của anten và năng lượng của anten. Chú ý rằng , ở đây nói đề cập đến các vấn đề chung về anten ,tức là nó có thể liên quan đến cả anten của thẻ và anten của reader.
1.4.4.1Vùng phủ sóng của anten
Vùng phủ sóng của anten reader chính là vùng đọc (cũng được gọi với cái tên khác là ,cửa sổ đọc) của reader đó. Nói chung, vùng phủ sóng của một anten là một miền ba chiều có hình dạng phần nào đó giống với một hình elip tròn xoay. Trong miền này, năng lượng của anten là hiệu dụng nhất; do đó, một reader có thể đọc được một thẻ đặt ở phía trong miền này mà ít gặp khó khăn nhất. Hình dưới minh họa một ví dụ mẫu về vùng phủ sóng của anten.
Hình 1.27 Một ví dụ về mô hình anten có chứa các biến dạng lồi
1.4.4.2 Sự phân cực của anten
Không giống như các sóng nước, các sóng điện từ không bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn , và điện trường tại các điểm có thể trong bất cứ hướng nào trên mặt phẳng vuông góc với hướng truyền. Nên thông thường các anten định hướng phân cực thẳng theo chiều dọc hoặc theo chiều ngang (như minh họa ở hình dưới đây).
Hình 1.28 Phân cực tuyến tính
Hướng phân cực ủa nó cũng có khả năng phụ thuộc vào thời gian. Ví dụ, trường điện từ có thể xoay xung quanh một trục mà nó lan truyền là một hàm phụ thuộc vào thời gian, nếu như không có sự thay đổi về biên độ của nó, thì sẽ tạo ra một bức xạ phân cực tròn (Như hình dưới đây).
Hình 1.29 Phân cực tròn
Bức xạ phân cực tròn có thể được coi như là tổng hợp của các sóng phân cực dọc và phân cực ngang có sự sai khác 90 độ về pha. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ của các thành phần ngang và dọc, và mối quan hệ về pha giữa chúng, chúng ta có thể tạo ra các sóng phân cực elip được định hướng tùy ý.
Tầm quan trọng của phân cực trong RFID: nhiều anten của các thẻ RFID bao gồm chủ yếu là các đường dây kim loại đi theo cùng một hướng. Nếu như điện trường được định hướng dọc theo dây, thì nó có thể hoạt động để đẩy các electron quay trở lại và tiến về phía trước từ một đầu của dây dẫn tới một dây khác, để tạo ra một điện áp nuôi chip trên thẻ hoạt động. Nếu như điện trường được định hướng vuông góc với trục của dây, thì nó chỉ đơn thuần dich chuyển các electron quay lại và tiến lên trước dọc theo đường kính của dây, thì sẽ không tạo ra điện áp để nuôi chip của thẻ.
Hình 1.30 Sóng phân cực tuyến tính tương tác với anten tuyến tính
Khi một sóng phân cực tròn đi tới một anten tuyến tính, thì chỉ có các thành phần dọc theo trục của anten là có hiệu ứng nào đó xảy ra. Do đó, một sóng phân cực tròn sẽ tương tác với một anten tuyến tính tại bất cứ góc nghiêng nào trong mặt phẳng vuông góc với trục lan truyền, nhưng trong mọi trường hợp thì chỉ có một nửa năng lượng truyền đi là được nhận.
Hình 1.31 Sóng phân cực tròn tương tác với anten tuyến tính
Nên cách tiếp cận tốt nhất để chế tạo các thẻ phân cực độc lập là kết hợp hai anten lưỡng cực lên trên một thẻ được định hướng trực giao với một cái khác; các thẻ đó được biết đến như là các thiết kế lưỡng cực đôi (cái này đã nói qua ở phần anten của thẻ).
Với các anten của reader chúng ta cần chú ý rằng, khả năng đọc thẻ , khoảng cách đọc thẻ là phụ thuộc rất nhiều vào sự phân cực của anten reader và góc tạo với thẻ.Với các loại reader hoạt động tại các tần số UHF thì các anten của nó được chế tạo dựa trên cả hai kiểu phân cực : phân cực thẳng và phân cực tròn.
1.4.4.3 Năng lượng của anten
Đơn vị đo lường năng lượng phát xạ của anten có tên gọi là ERP đối với các nước châu âu và là EIRP đối với Hoa Kỳ. ERP và EIRP không giống nhau nhưng được liên hệ với nhau bởi hệ thức EIRP = 1.64 ERP. Giá trị lớn nhất có thể của năng lượng anten được điều chỉnh giới hạn bởi các quốc gia và quốc tế (ví dụ, là FCC với Hoa Kỳ).
1.4.5Máy chủ và hệ thống phần mềm
và anten). Nó bao gồm nhiều thành phần, nhưng ở mức độ đồ án này ta chỉ quan tâm đến thành phần middleware .
Để có thể thu được lợi ích đầy đủ từ RFID, thì những người thực hiện các giải pháp RFID phải tìm cách để kết hợp dữ liệu RFID vào bên trong các quy trình ra quyết định của họ. Hệ thống các doanh nghiệp công nghệ thông tin là trung tâm của các quy trình đó. Do đó, trừ khi các hệ thống RFID được kết hợp vào bên trong các hệ thống thông tin doanh nghiệp và các tổ chức đầu tư vào RFID thì mới có thể cải thiện được tình hình kinh doanh và hiệu quả tổ chức. Và đó chính là nơi,
middleware hướng đến.
Middleware là một phần mềm chịu trách nhiệm kết nối phần cứng RFID mới với một hệ thống thông tin doanh nghiệp hiện có. Middleware chính là các công cụ phần mềm giúp người sử dụng làm việc trên các phần cứng RFID.Vì vậy nếu thiếu
Middleware thì phần cứng RFID sẽ không bị ảnh hưởng gì cả nhưng nó sẽ trở nên vô giá trị.
Middleware còn được sử dụng để định tuyến dữ liệu giữa các mạng RFID và các hệ thống thông tin ở bên trong một tổ chức. Nó thực hiện sáp nhập các hệ thống RFID mới với các hệ thống thông tin hiện có. Nó cũng chịu trách nhiệm về chất lượng và khả năng sử dụng thông tin được tạo ra từ các hệ thống RFID. Một vài middleware còn có chức năng giống như một cảnh sát giao thông , quản lý các luồng dữ liệu giữa nhiều reader và các ứng dụng, chẳng hạn như quản lý dây chuyền cung ứng và kế hoạch về các tài nguyên của ứng dụng, trong một tổ chức. Thuật ngữ middleware đã được áp dụng rất rộng rãi, không chỉ trong RFID mà trong cả nghành công nghệ thông tin, chính vì vậy mà nó đã bắt đầu mất đi nghĩa thực của nó. Không giống với các cách dùng middleware khác, RFID middleware
thông thường được thiết kế để hoạt động tại vùng biên của một mạng thông tin hơn là gần vùng trung tâm. Ví dụ, thành phần middleware của một mạng RFID thường được cài đặt sử dụng tại các nhà máy hoặc các kho hàng, không phải tại trung tâm của tổ chức hệ thống thông tin . Điều này đòi hỏi phải sử dụng tới mạng lưới phân phối và sự phân cấp cơ sở hạ tầng thông tin.
RFID middleware thực hiện nhiệm vụ dịch chuyển dữ liệu tới và từ các điểm giao dịch. Ví dụ, trong một quy trình đọc thẻ, middleware sẽ dịch chuyển dữ liệu được chứa bên trong một thẻ từ reader tới hệ thống thông tin doanh nghiệp thích hợp. Ngược lại, trong một quy trình ghi lên thẻ, middleware sẽ di chuyển dữ liệu từ hệ thống thông tin doanh nghiệp tới reader thích hợp và cuối cùng tới các thẻ thích hợp.
Tóm lại ,RFID middleware có bốn chức năng chính là :
• Tập hợp dữ liệu - Middleware sẽ chịu trách nhiệm khai thác, tập hợp và lọc dữ liệu từ nhiều RFID reader thông qua một mạng RFID. Nó phục vụ như một vùng đệm giữa dữ liệu được thu thập bởi các reader RFID và khối lượng dữ liệu cần thiết được yêu cầu bởi các hệ thống thông tin doanh nghiệp trong một quy trình tạo quyết định. Nếu như không sử dụng tới bộ đệm này thì các hệ thống thông tin doanh nghiệp sẽ bị quá tải bởi các luồng dữ liệu, và có thể dẫn đến mất các dữ liệu quan trọng có tính nhạy cảm.
• Định tuyến dữ liệu - Middleware tạo điều kiện thuận lợi để kết hợp các mạng RFID với các hệ thống nghiệp vụ doanh nghiệp. Nó thực hiện việc đó bằng
bên trong một tổ chức. Ví dụ, một số dữ liệu được tập hợp bởi mạng reader phải được đưa đến để làm đầu vào cho hệ thống quản lý kho hàng để theo dõi hàng tồn kho, trong khi đó các dữ liệu khác phải được đưa đến các ứng dụng khác như ứng dụng đặt hàng hoặc ứng dụng ghi nợ.
• Quản lý các quy trình - Middleware có thể được sử dụng để kích hoạt các sự kiện dựa trên cơ sở các quy tắc nghiệp vụ. Ví dụ, một đơn đặt hàng được tạo ra trên trang web của một công ty còn kho hàng thì được đặt ở xa , bao gồm các khay hàng được dán các thẻ RFID. Sau khi đơn hàng đã được thiết lập trên trang web, thì hệ thống thông tin doanh nghiệp sẽ chịu trách nhiệm khởi tạo thông tin vận chuyển và sau đó các thông tin này được chuyển đến middleware, Rồi middleware có nhiệm vụ xác định vị trí khay hàng cần thiết và ghi thông tin vận chuyển đó lên thẻ dán trên khay hàng đó. Các sự kiện và các quá trình khác mà middleware có thể chịu trách nhiệm quản lý như kiểm kê, giấy phép vận chuyển, phiếu vào ,phiếu ra....
.
• Quản lý thiết bị - Middleware cũng có thể được sử dụng để giám sát và điều phối các reader. Với một tổ chức lớn thì phải có đến hàng trăm , hàng nghìn các thiết bị reader trên mạng của nó. Nên kết nối mạng và theo dõi tình trạng hoạt động cũng như trạng thái của các reader này là một công việc hết sức quan trọng và có thể thực hiện hiệu quả nhất điều đó là ở mức middleware .Ngoài ra thông qua middleware ta cũng có thể quản lý từ xa một mạng RFID. Nhiều sản phẩm middleware hiện tại là được phát triển dựa trên cơ sở tiêu chuẩn EPCglobal, hoặc biết đến với cái tên là Savant. Các đặc điểm kỹ thuật Savant phân loại các thành phần middleware dựa theo các chức năng mà chúng phục vụ như hình ở bên dưới. (các tiêu chuẩn EPCglobal được nói đến kỹ hơn ở phần các tiêu chuẩn).
1.4.6Cơ sở hạ tầng truyền thông
Thành phần này cung cấp khả năng kết nối,khả năng bảo mật và các chức năng quản lý hệ thống cho các thành phần khác nhau của một hệ thống RFID, và do đó nó là phần không thể thiếu của hệ thống. Nó bao gồm dây và mạng không dây, và các kết nối nối tiếp giữa các reader, bộ điều khiển, và máy vi tính. Kiểu mạng không dây ở đây có thể là mạng PAN, mạng LAN hoặc mạng WAN .
1.4.7Các thành phần phụ khác
Các thành phần phụ khác nói đến ở đây , bao gồm các cảm biến, thành phần báo hiệu ,bộ truyền động,...
Một reader không thể để cho hoạt động tại tất cả các thời điểm; ngoài ra nó có thể được khởi động (hoặc là dừng lại) một cách tự dộng nếu cần . Có đuwocj như vậy là do có một cảm biến được gắn vào reader .Cảm biến này có thể được sử dụng để bật hoặc tắt reader dựa trên cơ sở một vài sự kiện ở bên ngoài được phát hiện bởi cảm biến này. Do đó cảm biến được dùng để tạo ra một vài kích hoạt đầu vào tốt hơn cho reader.
Thành phần báo hiệu có thể là một tín hiệu điện tử hoặc là các chỉ thị. Có thể thấy các ví dụ về bộ báo hiệu như các cảnh báo âm thanh, các bó sáng,... Một bó sáng (light stack) bao gồm các chỉ thị có các màu khác nhau được xắp xếp theo thứ tự thẳng đứng và nó rất có ích trong việc hiển thị các trạng thái khác nhau của các thuộc tính khác nhau trong hệ thống . ví dụ, chỉ thị đỏ có nghĩa là không đọc được thẻ hoặc dữ liệu trên thẻ có lỗi ,chỉ thị xanh có nghĩa là không có thẻ đọc...
Bộ truyền động là một thiết bị cơ khí được dùng để điều khiển và di chuyển các đối tượng. Các ví dụ của bộ truyền động như PLC (programmable logic controller), robot arm, kết cấu cơ học arm cho một cửa truy nhập,...Trong đó PLC là một trong những bộ truyền động linh hoạt nhất, và PLC được sử dụng rộng rãi trong các kế hoạch chế tạo.
Do đó cả bộ truyền động và bộ báo hiệu đều có thể được sử dụng để cung cấp các đầu ra cục bộ khá tốt cho hệ thống RFID,chẳng hạn như các cảnh báo audio- visual trong trường hợp xuất hiện lỗi khi đọc,hoặc mở một cửa truy nhập khi đọc thành công, ...Dưới đây là một hình ảnh về bộ báo hiệu trong thực tế.
Hình 1.33 LED nhiều tầng của hãng Patlite Corporation
1.5 Các tiêu chuẩn công nghệ RFID
Nhiều tiêu chuẩn công nghệ RFID đã đượcđề xuất từ nhiều tổ chức khác nhau trên thế giới. Để mô tả đầy đủ về các tiêu chuẩn đó , có lẽ phải cần đến cả một cuốn sách về nó. Nên ở đây ta chỉ đề cập sơ qua về một số tiêu chuẩn đang sử dụng ngày nay và được đa số các công ty sản xuất các thiết bị RFID tuân thủ theo. Dưới đây là tên các tiêu chuẩn chính cùng tên các các tổ chức định nghĩa nó đi kèm theo:
• ANSI (American National Standards Institute)
• AIAG (Automotive Industry Action Group)
• EAN.UCC (European Article Numbering Association International, Uniform
Code Council)
• EPCglobal
• ISO (International Organization for Standardization)
• ETSI (European Telecommunications Standards Institute)
• ERO (European Radiocommunications Office)
• UPU (Universal Postal Union)
• CEN (Comité Européen Normalisation (European Comite for Standardization )
Bây giờ ta sẽ tìm hiểu sơ qua về hai tiêu chuẩn ANSI và EPCglobal để có cái nhìn tổng quan về chúng.
1.5.1 Tiêu chuẩn ANSI
ANSI là một tổ chức tư nhân phi lợi nhuận , thường chủ động đề ra các tiêu chuẩn và các hệ thống đánh giá chuẩn của Hoa Kỳ. Nhiệm vụ của viện là nâng cao khả năng cạnh tranh toàn cầu của Hoa Kỳ trong kinh doanh cũng như chất lượng cuộc sống người dân Hoa Kỳ bằng cách thúc đẩy và tạo sự đồng thuận tình nguyện về các tiêu chuẩn, các hệ thống đánh giá, và bảo vệ tính toàn vẹn của chúng.
Một vài tiêu chuẩn chính của ANSI về công nghệ RFID mà nó đã được sử dụng trong các ứng dụng thực tế được đề cập dưới đây:
• ANS INCITS 371. Thông tin về vị trí của các hệ thống thời gian thực. Cái này bao gồm ba phần như dưới đây:
Phần 1. Các giao thức giao tiếp trên không tại dải tần 2.4 GHz. Phần 2. Các giao thức giao tiếp trên không tại dải tần 433 MHz. Phần 3. Giao tiếp với các chương trình ứng dụng.
• ANS MH10.8.4. Tiêu chuẩn ANSI cho các ứng dụng RFID với các container
bằng nhựa có thể sử dụng lại được.
1.5.2Tiêu chuẩn EPCglobal
EPCglobal, Inc, là một liên doanh giữa các tổ chức quốc tế UCC và EAN. Mục đích của EPCglobal là để thiết lập các tiêu chuẩn trên toàn thế giới về thiết kế và triển khai thực hiện thông qua EPC (Electronic Product Code) và EPCglobal Network . Các đặc điểm kỹ thuật EPCglobal nhắm đến mục tiêu là hoạt động của các chuỗi cung ứng và được xem là các đặc điểm kỹ thuật hứa hẹn nhất cho công