2.5.3.1. Lịch sử phát triển của hệ thống RFID:
Các công nghệ ngày nay luôn hướng tới sự đơn giản, tiện lợi và luôn được ưu tiên hàng đầu là khả năng không dây (wireless). Thiết bị không dây càng ngày càng phát triển rộng rãi làm cho con người được giải phóng, tự do và thoải mái hơn. Công nghệ RFID ra đời đã tạo ra cuộc cách mạng trong môi trường tương tác hiện nay.
RFID là một trong những kỹ thuật được đánh giá cao và phát triển nhanh chóng trong khoảng thời gian ngắn. Lần đầu tiên một công nghệ tương tự đó là bộ tách sóng IFF (Identification Friend or Foe) được phát minh năm 1937 bởi người Anh và được quân đồng minh sử dụng trong Thế Chiến lần thứ II để nhận dạng máy bay ta và địch. Kỹ thuật này trở thành nền tảng cho hệ thống kiểm soát không lưu thế giới vào thập niên 50. Nhưng trong khoảng thời gian này do chi phí quá cao và kích thước quá lớn của hệ thống nên chúng chỉ được sử dụng trong quân đội, phòng nghiên cứu và những trung tâm thương mại lớn.
Cuối thập niên 60 và đầu thập niên 70, bắt đầu xuất hiện những công ty giới thiệu những ứng dụng mới cho RFID mà không quá phức tạp và đắt tiền. Ban đầu phát triển những thiết bị giám sát điện tử (Electronic Article Surveillance - EAS) để kiểm soát hàng hóa chẳng hạn như quần áo hay sách trong thư viện. Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiều người biết đến trong những thập niên 60 và 70, bắt đầu xuất hiện nhiều hơn ứng dụng của kỹ thuật này trong nhiều mặt của cuộc sống. Kỹ thuật này càng được hoàn thiện, từ nhận biết trở thành nhận dạng.
Đến năm 1973, Mario Cardullo (USA) chính thức trở thành người đầu tiên hoàn thiện công nghệ RFID. Việc khảo sát tỉ mỉ kỹ thuật radio được đem nghiên cứu và phát triển trong các hoạt động thương mại cho đến thập niên 1960 và tiến triển rõ vào những năm 1970 bởi các công ty, học viện và chính phủ Mỹ. Chẳng hạn, Bộ năng lượng Los Alamos Nation Laboratory đã phát triển hệ thống theo dõi nguyên liệu hạt nhân bằng cách đặt thẻ vào xe tải và đặt các đầu đọc thẻ tại các cổng của bộ phận bảo vệ. Đây là hệ thống được sử dụng ngày nay trong các hệ thống trả tiền lệ phí tự động. Kỹ thuật này cải tiến so với các kỹ thuật trước như các mã vạch trên hàng hóa và các thẻ card viền có tính từ. RFID tiên tiến vào đầu những năm 80, có những ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát xe tại Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc tại Châu Âu. Hệ thống RFID cũng được ứng dụng trong việc nghiên cứu đời sống hoang dã, các thẻ RFID được gắn vào trong những con vật, nhờ đó có thể lần theo dấu vết của chúng trong môi trường hoang dã. Đến thập niên 90, khi mà tần số UHF được sử dụng và thể hiện được những ưu điểm của mình về khoảng cách và tốc độ truyền dữ liệu thì công nghệ RFID đã đạt được những thành tựu rực rỡ.
Mặc dù những nguyên lý cơ bản của kỹ thuật RFID đã tồn tại từ thời Marconi nhưng chúng ta chỉ mới bắt đầu bàn đến những tiềm năng to lớn của nó từ cuối thế kỷ 20. Những năm đầu của thế kỷ 21 đã đánh dấu những điểm mốc chuyển biến quan trọng của RFID. Kỹ thuật RFID hiện nay đang được sử dụng trong cả khu vực kinh tế tư nhân và nhà nước, từ việc theo dõi sách trong thư viện đến việc xác nhận một chiếc chìa khóa khởi động xe. Các nhà bán lẽ tầm cỡ đang yêu cầu các nhà cung cấp lớn sử dụng thẻ RFID, cùng với những tiến bộ kỹ thuật và giảm giá cả đã thúc đẩy sự phát triển của RFID. Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu sử dụng RFID ngày càng nhiều và mở ra một thị trường vô cùng tiềm năng cho các nhà nghiên cứu, sinh viên và các nhà sản xuất. Tuy nhiên để có thể vận dụng và phát triển một hệ thống, chúng ra cũng cần phải có sự hiểu biết nhất định về chúng.
2.5.3.2. Công nghệ RFID:
RFID (viết tắt của Radio Frequency Identification) là công nghệ xác nhận đối tượng bằng sóng vô tuyến.
- Công nghệ RFID cho phép thiết bị đọc thông tin chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp nhưng vẫn đọc được ở khoảng cách xa. Công nghệ này cho ta phương pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác.
- Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các thẻ đến các đầu đọc. Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc pallet. Đầu đọc quét dữ liệu của thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của thẻ. Chẳng hạn, các thẻ có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh chóng nhận dạng và thu tiền trên các con đường.
- Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc như sau: đầu đọc truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con chip. Đầu đọc nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin tìm được từ con chip. Các con chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng chúng nhận từ tín hiệu được gửi bởi đầu đọc.
2.5.3.3. Thành phần của một hệ thống RFID:
RFID là một kỹ thuật thu thập dữ liệu tự động được dùng để nhận dạng, theo dõi và lưu thông tin trong một thẻ (tag). Đầu đọc (reader) scan dữ liệu thẻ và gửi thông tin hệ thống cơ sở dữ liệu lưu trữ (database).
Các thành phần chính trong hệ thống RFID là thẻ, đầu đọc và cơ sở dữ liệu.
Hình 2.4 : Hệ thống RFID.
a) Thẻ:
- Gồm có 2 phần:
Chip: lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ: read-only, read-write, hoặc write-once-read-many.
Anten được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến đầu đọc. Anten càng lớn cho biết phạm vi đọc càng lớn.
- Thẻ được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng như sản phẩm, hộp hoặc pallet và được scan bởi các đầu đọc di động hoặc cố định bằng sóng radio.
Hình 2.5 : Cấu tạo của thẻ FFID.
Thẻ thụ động :
- Phiên bản đơn giản nhất của một thẻ là thẻ thụ động. Thẻ thụ động không chứa nguồn năng lượng, như bộ pin, cũng không thể khởi tạo việc truyền với đầu đọc. Thay vào đó, thẻ đáp lại các việc phát tần số radio của đầu đọc và nhận được năng lượng từ các sóng năng lượng được truyền bởi đầu đọc. Việc thêm dữ liệu còn phụ thuộc vào dung lượng của thẻ. Với điều kiện hoàn hảo, các thẻ có thể được đọc từ phạm vi khoảng 10 đến 20 feet (mặc dù các thẻ này có thể đến 30 feet theo lý thuyết, nhưng do môi trường có thể gây nhiễu như nước và kim loại nên khoảng cách đọc có thể giảm đi 10 feet). Giá của các thẻ thụ động từ 20 cent đến vài dollar. Giá khác nhau dựa trên tần số radio được sử dụng, bộ nhớ, việc thiết kế anten và bộ tách sóng với những yêu cầu thẻ khác nhau.
Thẻ bán thụ động :
- Nó cũng không thể khởi tạo sự liên lạc với đầu đọc nhưng nó chứa pin cho phép thẻ có thể thực hiện một số chức năng khác như giám sát điều kiện môi trường và cấp nguồn điện nội của thẻ. Các thẻ này không tích cực truyền một tín hiệu đến đầu đọc. Nó không hoạt động (mà nó bảo tồn pin) cho tới khi chúng nhận một tín hiệu từ đầu đọc. Pin cũng được dùng để thuận tiện trong việc lưu trữ thông tin.
Thẻ chủ động :
- Nó chứa một nguồn năng lượng và một máy phát, là vật thêm vào anten và chip và gửi một tín hiệu liên tục. Các thẻ này có khả năng đọc và viết nên dữ liệu thẻ có thể được ghi lại hoặc được bổ sung. Các thẻ tích cực có thể khởi tạo sự liên lạc và liên lạc với khoảng cách dài hơn các loại thẻ trên, có thể lên đến 750 feet, tùy thuộc vào năng lượng pin. Các thẻ tích cực đắt tiền hơn các thẻ thụ động, giá từ 20$. Vì vậy chỉ sử dụng các thẻ tích cực trong trường hợp chính đáng.
b. Đầu đọc :
Để hệ thống RFID hoạt động, cần có một đầu đọc hoặc thiết bị scan có khả năng đọc các thẻ và chuyển kết quả đến một cơ sở dữ liệu. Đầu đọc sử dụng anten của nó để liên lạc với thẻ. Khi đầu đọc phát sóng radio thì tất cả các thẻ được định rõ để đáp lại tần số đó và trong phạm vi sẽ đáp lại. Đầu đọc cũng có khả năng liên lạc với thẻ mà không trực tiếp nhìn thấy tùy thuộc vào tần số radio và kiểu thẻ (chủ động, thụ động hoặc bán thụ động). Một đầu đọc có thể đọc nhiều thẻ cùng một lúc làm cho thời gian xử lý đọc tăng lên. Chúng có thể di động như thiết bị cầm tay để scan những đối tượng như pallet và các thùng, hộp hoặc cố định như các thiết bị tính được sử dụng trong siêu
c. Cơ sở dữ liệu:
- Cơ sở dữ liệu là hệ thống thông tin phụ trợ để theo dõi và chứa thông tin.
- Thông tin được lưu trong database bao gồm định danh hệ thống, phần mô tả, nhà sản xuất, hoạt động của hệ thống, vị trí. Kiểu thông tin chứa trong cơ sở dữ liệu sẽ biến đổi tùy theo ứng dụng. Chẳng hạn dữ liệu được lưu trữ trong hệ thống thu lệ phí đường sẽ khác với dữ liệu được lưu trữ cho một dây chuyền cung cấp. Các cơ sở dữ liệu cũng có thể được kết nối đến các mạng khác như mạng LAN để kết nối cơ sở dữ liệu qua Internet. Việc kết nối này cho phép dữ liệu chia sẻ với một dữ liệu cục bộ mà thông tin được thu thập trước tiên từ nó.
2.5.3.4. Tần số vô tuyến mà RFID hoạt động :
Việc chọn tần số radio là đặc điểm hoạt động chính của hệ thống RFID. Tần số xác định tốc độ truyền thông và khoảng cách đọc thẻ. Nói chung, tần số cao hơn cho biết phạm vi đọc dài hơn. Mỗi ứng dụng phù hợp với một kiểu tần số cụ thể do ở mỗi tần số thì sóng radio có đặc điểm khác nhau. Chẳng hạn sóng có tần số thấp (low-frequency) có thể xuyên qua tường tốt hơn sóng có tần số cao hơn nó, nhưng tần số cao có tốc độ đọc nhanh. Có 4 tần số chính được sử dụng cho hệ thống RFID : thấp (low), cao (high), siêu cao (ultrahigh), siêu âm (microwave).
Tần số thấp: băng tần từ 125 KHz - 134 KHz. Băng tần này phù hợp với phạm vi ngắn như hệ thống chống trộm, nhận dạng động vật và hệ thống khóa tự động. Tần số cao: băng tần 13,56 MHz. Tần số cao cho phép độ chính xác cao hơn với phạm vi 3 foot (3*0,3048m ≈ 1m), vì thế giảm rủi ro đọc sai thẻ. Các thẻ thụ động 13,56 MHz được đọc ở tốc độ 10 đến 100 thẻ trên giây và ở phạm vi 3 feet. Các thẻ đọc ở tần số cao được dùng trong việc theo dõi đồ vật trong các thư viện và kiểm soát hiệu sách, theo dõi pallet, truy cập, theo dõi hành lý vận chuyển bằng máy bay. Tần số siêu cao: các thẻ hoạt động ở 900 MHz và có thể được đọc ở khoảng cách dài hơn các thẻ high-frequency, phạm vi từ 3 đến 15 feet. Tuy nhiên các thẻ này dễ
Băng tần 900 MHz thực sự phù hợp cho các ứng dụng dây chuyền cung cấp vì tốc độ và phạm vi của nó. Các thẻ thụ động ultrahigh-frequency có thể được đọc ở tốc độ 100 đến 1000 thẻ trên giây. Các thẻ này thường được sử dụng trong việc kiểm tra pallet và container, xe chở hàng và toa trong vận chuyển tàu biển. Ngoài ra băng tần 433 MHz được sử dụng để nhận dạng phần trong của các container vận chuyển tàu biển trong các khu vực công nghiệp và thương mại cho phép việc truyền dữ liệu chính xác và đúng lúc hơn.
Siêu âm: băng tần 2,45 và 5,8 GHz, có nhiều sóng radio bức xạ từ các vật thể ở gần có thể cản trở khả năng truyền thông giữa đầu đọc và thẻ. Các thẻ microwave RFID thường được dùng trong quản lý dây chuyền cung cấp.
Tần số Tần số thấp Tần số cao Tần số siêu cao
Khoảng cách 0 – 152 mm 0 – 0,91 m 0 – 4,5 m
2.5.3.5. Phương thức làm việc của RFID :
Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: thẻ, đầu đọc, và một máy chủ. Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong một số hình thức đóng gói. Vài thẻ RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để bỏ vào hộp và đóng gói. Một số khác được sáp nhập thành các vách của các thùng chứa plastic được đúc. Mỗi thẻ được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn thẻ đó. Bởi vì các chip được sử dụng trong thẻ RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin như chuỗi số, hướng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổ sách y học, và lịch trình.
Các thẻ có thể được cấp năng lượng bởi một bộ pin thu nhỏ trong thẻ (các thẻ chủ động) hoặc bởi đầu đọc mà nó truyền năng lượng cho thẻ để yêu cầu trả lời khi thẻ đang
feet. 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 hệ thống FRID sử dụng. Đầu đọc gồm một anten liên lạc với thẻ và một đơn vị đo điện tử học đã được nối mạng với máy chủ. Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy chủ và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc với hàng trăm thẻ đồng thời. Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xác thực người dùng. Đầu đọc có thể phát hiện thẻ ngay cả khi không nhìn thấy chúng. Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm, hầu như thường là một trạm làm việc gọn để bàn. Máy chủ xử lý dữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực thi. “Middleware” phần mềm nối hệ thống RFID với một hệ thống IT quản lý luồng dữ liệu.
2.5.3.6. Các ứng dụng RFID hiện hành:
Các ứng dụng thương mại cho đầu tư và cung cấp việc quản lý dây chuyền đang khiến cho sự phát triển và gia tăng công nghệ RFID. Wal-Mart®, trung tâm bán lẻ lớn nhất thế giới, và khu quân sự Mỹ (DoD), nhà điều hành dây chuyền lớn nhất thế giới đã thúc đẩy sự gia tăng này bởi việc yêu cầu các nhà cung cấp sử dụng thẻ RFID. Wal-Mart yêu cầu 100 nhà cung cấp lớn nhất bắt đầu làm thẻ pallet và cho vào hộp các thẻ RFID thụ động trước tháng 1 năm 2005, thúc đẩy các nhà bán lẻ khác thực hiện kế hoạch tương tự. Hướng sáp nhập công nghệ RFID thành dây chuyền được thúc đẩy bởi sự có lợi mà dễ thấy trong bản kiểm kê: tăng lượt vận chuyển, nhận, cung cấp có năng suất, giảm giá cho việc lao động chân tay, xếp hàng và sự thất thoát kiểm kê. Các đầu đọc được cài lúc chất hàng ở các cửa bến tàu có thể phát hiện thẻ trên hàng hóa hoặc các pallet qua các cửa. Đầu đọc gửi một lệnh đến thẻ để phát các nhận dạng của chúng, thu thập thông tin này và chuyển tiếp đến máy tính. Và máy tính ghi cơ sở dữ liệu kiểm kê dựa vào hàng hóa đó là