Tùy thuộc vào kiểu thẻ sử dụng,giao tiếp truyền thông tin giữa một reader và một thẻ có thể là một trong các cách dưới đây:
• Kiểu điều chế backscatter
• Kiểu transmitter
• Kiểu transponder
Trước khi đi vào từng kiểu giao tiếp truyền thông đó , ta sẽ tìm hiểu qua về hai khái niệm là “trường gần” và “trường xa” .
Khu vực nằm giữa một anten của reader và một bước sóng đầy đủ của sóng RF được phát ra từ anten được gọi là trường gần. Còn khu vực nằm ở phía ngoài bước sóng đầy đủ đó thì được gọi là trường xa. Các hệ thống RFID thụ động hoạt động tại các tần số LF và HF thì sử dụng liên lạc trường gần,còn tại các tần số UHF thì sử dụng liên lạc trường xa. Cường độ của tín hiệu trong liên lạc trường gần bị giảm đi một lượng bằng lũy thừa bậc ba của khoảng cách tới anten của reader. Còn trong trường xa, nó giảm đi một lượng bằng bình phương của khoảng cách tới anten của reader.Từ đó dẫn đến một hệ quả là,liên lạc trường xa sẽ phù hợp hơn với phạm vi đọc lớn hơn so với liên lạc trường gần.Dưới đây là các hình ảnh minh họa trường gần và trường xa:
Hình 1.20 Trường gần và trường xa
Tiếp theo ta sẽ đi so sánh sự giống nhau cũng như khác nhau giữa hai thao tác “đọc thẻ” và “ghi thẻ” với các thẻ có khả năng ghi được nên nó, ví dụ thẻ EM4150 của hãng EM microelectronic.
Thao tác “ghi thẻ” sẽ mất nhiều thời gian hơn thao tác “đọc thẻ” dưới cùng một điều kiện bởi vì một thao tác ghi bao gồm nhiều bước, cụ thể là bao gồm, bước kiểm tra khởi tạo, bước xóa đi bất cứ dữ liệu gì đang tồn tại trên thẻ,bước ghi dữ liệu mới lên thẻ , và bước kiểm tra cuối cùng. Ngoài ra, dữ liệu được ghi lên thẻ thành các khối theo nhiều bước.Và kết quả là,với thao tác ghi lên một thẻ độc lập có thể mất tới hàng trăm mili giây để hoàn thành và thời gian đó sẽ tăng lên khi kích thước dữ liệu tăng lên. Trái ngược lại với điều đó, thì nhiều thẻ có thể được đọc trong cùng khoảng thời gian bởi cùng một reader. Bởi vậy, thao tác ghi thẻ là một quá trình nhạy cảm và cần phải xác định thẻ đích, cụ thể là thẻ mà ta sẽ thực hiện thao tác ghi lên. Nên,trong suốt thao tác ghi thẻ,bất cứ thẻ nào khác không phải là thẻ đích thì ta không nên để trong phạm vi ghi của reader.
1.4.3.1Kiểu điều chế backscatter
Phương pháp truyền thông tin theo kiểu điều chế backscatter được triển khai với cả các thẻ thụ động cũng như là với các thẻ bán tích cực. Trong kiểu truyền thông tin này, reader gửi đi một tín hiệu sóng liên tục (CW) RF có bao gồm thêm tín hiệu năng lượng điện xoay chiều và tín hiệu xung tới thẻ tại tần số của sóng mang (là tần số mà tại đó reader hoạt động). Thông qua đầu nối vật lý , anten của thẻ sẽ cung cấp năng lượng tới vi chip trên thẻ. Thông thường để phục vụ cho mục đích đọc thẻ,thành phần vi chip phải được đưa lên tới mức điện áp 1.2 vôn .Còn để thực hiện ghi, vi chip thường phải đưa lên khoảng 2.2 vôn từ tín hiệu của reader. Sau đó vi chip thực hiện điều chế hoặc phân chia tín hiệu đầu vào thành một dãy các mẫu on
và off biểu thị dữ liệu của nó và thực hiện truyền dữ liệu đó trở lại. Khi reader nhận được tín hiệu đã được điều chế này, nó thực hiện giải mã mẫu và nhận được dữ liệu trên thẻ.
Do đó, trong phương pháp truyền thông tin theo kiểu điều chế backscatter, reader luôn luôn phải thực hiện "bắt chuyện" trước ,tiếp sau đó mới tới phiên thẻ.
Thẻ sử dụng kiểu truyền thông này sẽ không thể liên lạc được tại các thời điểm vắng mặt reader bởi vì nó phụ thuộc vào lượng năng lượng có trên reader để truyền dữ liệu của bản thân nó. Hình dưới minh họa kiểu truyền thông backscatter.
Hình 1.21 Điều chế backscatter
1.4.3.2 Kiểu transmitter
Kiểu truyền thông tin này chỉ được triển khai với các thẻ tích cực. Trong kiểu truyền thông này, thẻ phát đi các thông điệp của nó tới môi trường xung quanh theo các khoảng cách chuẩn, bất chấp có sự hiện diện hay vắng mặt reader. Do đó,trong kiểu truyền thông tin này, thẻ luôn luôn phải thực hiện "bắt chuyện" trước reader. Hình dưới minh họa phương pháp truyền thông tin theo kiểu transmitter.
Hình 1.22 Kiểu transmitter
1.4.3.3 Kiểu transponder
Kiểu truyền thông tin này được triển khai với kiểu thẻ đặc biệt có tên gọi là
transponder. Trong kiểu truyền thông tin này, thẻ thường ở trạng thái "ngủ" khi không có truy vấn từ bất cứ reader nào. Trong trạng thái này, thẻ phải gửi đi theo chu kỳ một thông điệp để kiểm tra xem có reader nào đang lắng nghe nó không. Khi một reader nhận được chẳng hạn một thông điệp truy vấn, nó có thể "đánh thức " thẻ để nó kết thúc trạng thái ”ngủ”. Khi thẻ nhận được lệnh này từ reader, nó thoát khỏi trạng thái hiện tại và bắt đầu hoạt động trở lại như một thẻ transmitter ở trên. Dữ liệu trên thẻ chỉ được gửi đi khi có một reader cụ thể truy vấn nó. Hình dưới chỉ ra kiểu truyền thông tin transponder.
Hình 1.23 Kiểu transponder
1.4.4 Anten của thiết bị đọc thẻ
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
Máy chủ và hệ thống phần mềm là một cách nói gọn nhằm chỉ các thành phần phần cứng và phần mềm tồn tại riêng biệt với phần cứng RFID (đó là, reader, thẻ,
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 cách định hướng dữ liệu tới hệ thống nghiệp vụ doanh nghiệp thích hợp ở
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