Tweet
Với bài viết này, tôi muốn chia sẻ cùng các bạn về công nghệ RFID. Đây là đề tài LVTN của tôi tại BÁCH KHOA tp.HCM, sau khi tốt nghiệp, được trực tiếp làm trên dòng sản phẩm HID rất nổỉ tiếng của Mỹ, tôi không dám là hiểu được nhiều các vấn đề về RFID, nhưng xin phép mạo muội trình bảy về chủ đề trên. Mong anh chị và các bạn góp ý, bổ sung (Bài viết được trích ở nhiều nguồn khác nhau nên nếu ai biết chủ nhân của các đoạn trích trên thì liên hệ mình để mình chú thích rõ ràng. Và ai sử dụng đề tài của mình thì xin ghi rõ nguồn)
PH
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÔ TUYẾN - RFID
-----------------------
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID
1.1. Sơ lược về các hệ thống nhận dạng tự động
1.1.1. Hệ thống mã vạch (Barcode system)
Mã vạch là hình gồm nhiều sọc đứng, rộng và hẹp được in để đại diện cho các mã số dưới dạng máy có thể đọc được.
Các mã sọc phù hợp với tiêu chuẩn Universal Product Code (UPC) được in trên hầu hết các sản phẩm hàng hóa bày bán trong các siêu thị hiện nay. Khi hình mã sọc được kéo lướt qua một dụng cụ quét quang học ở quầy kiểm tra thu tiền, máy tính sẽ đối chiếu số hiệu sản phẩm với cơ sở dữ liệu các danh sách giá và in ra giá tiền đúng với mã đó.
Hình 1.1. Mã vạch
1.1.2. Nhận dạng ký tự quang học (Optical character recognition - OCR)
Nhận dạng ký tự quang học là sự cảm nhận bằng máy các chữ in và chữ đánh máy. Bằng phần mềm OCR, các máy quét có thể quét trên một trang chữ in, và các ký tự sẽ được biến thành các văn bản theo qui cách tài liệu của chương trình xử lý từ.
Hình 1.2. Ký tự quang học
1.1.3. Phương thức sinh trắc học (Biometric procedures)
Nhận dạng giọng nói (Voice identification)
Là phương thức được thực hiện bằng cách kiểm tra các đặc trưng của giọng nói của người nói với một mẫu tham khảo có trước, nếu tương ứng thì đáp ứng sẽ thực hiện theo yêu cầu của người nói.
Nhận dạng dấu vân tay (Fingerprinting procedures (dactyloscopy))
Tiến trình này dựa trên sự so sánh mẫu nhú và lớp da trên đầu ngón tay. Hệ thống sẽ phân tích dữ liệu từ các mẫu nó đọc được và đem so sánh với mẫu tham khảo đã được lưu trữ.
1.1.4. Thẻ thông minh (Smart Cards)
Thẻ thông minh là một hệ thống lưu trữ dữ liệu điện tử. Nó có kích thước khoảng bằng thẻ tín dụng có thể chứa thông tin và trong hầu hết các trường hợp thì nó chứa cả một bộ vi xử lý điều khiển nhiều chức năng đáp ứng nhu cầu người sử dụng. Không giống như thẻ từ có những sọc từ ngoài mặt thẻ, thẻ thông minh giữ thông tin bên trong nó mà vì thế an toàn hơn nhiều. Thẻ thông minh thường được dùng cho những thiết bị cần xác minh chủ quyền của người sử dụng, và nó tạo ra những mã truy cập cho hệ thống bảo an. Thẻ thông minh đầu tiên là thẻ thông minh điện thoại trả trước được đưa vào sử dụng năm 1984.
Có 2 loại thẻ thông minh cơ bản khác nhau dựa vào tính năng bên trong của nó: thẻ nhớ và thẻ vi xử lý.
Thẻ nhớ (Memory cards)
Trong thẻ nhớ, bộ nhớ - thường là EEPROM được truy cập sử dụng hệ thống logic tuần tự, nó cũng có thể được kết hợp với giải thuật bảo mật đơn giản bằng cách sử dụng hệ thống này. Các chức năng của thẻ nhớ thường được tối ưu hóa cho một ứng dụng cụ thể. Tính linh hoạt của nó bị giới hạn, tuy nhiên về mặt tích cực thẻ bộ nhớ có ưu thế về giá cả. Chính vì lý do đó mà thẻ bộ nhớ được dùng rộng rãi.
Hình 1.3. Kiến trúc tiêu biểu của thẻ bộ nhớ có logic bảo mật
Thẻ vi xử lý (Microprocessor cards)
Thẻ vi xử lý chứa một bộ vi xử lý được nối tới các ô bộ nhớ (RAM, ROM và EEPROM). Thẻ vi xử lý rất linh hoạt. Trong hệ thống thẻ thông minh hiện đại, nó cũng có thể tích hợp các ứng dụng khác nhau trong một thẻ (đa ứng dụng).
Hình 1.4. Kiến trúc cơ bản của một thẻ vi xử lý
ROM được lập trình mặt nạ tạo kết hợp thành hệ thống hoạt động (mã lập trình cao hơn) cho bộ vi xử lý và được chèn vào trong quá trình sản xuất chip. Nội dung của nó được xác lập trong quá trình sản xuất, tương tự cho tất cả các chip khác trong cùng đợt sản phẩm, và chúng không thể lập trình lại được.
EEPROM của chip chứa dữ liệu ứng dụng và các mã chương trình liên quan tới ứng dụng. Việc đọc hay ghi dữ liệu được điều khiển bởi hệ điều hành.
RAM là bộ nhớ làm việc tạm thời của bộ vi xử lý. Dữ liệu của nó có thể bị mất khi mất điện.
Các loại thẻ vi xử lý được dùng trong các ứng dụng có độ bảo mật. Các loại thẻ thông minh được dùng trong các hệ thống điện thoại di động GSM. Tuỳ chọn của việc lập trình thẻ vi xử lý cũng thuận tiện cho việc tạo ra các ứng dụng mới.
1.1.5. Hệ thống RFID (RFID System)
Hệ thống RFID liện hệ rất gần với thẻ thông minh. Cũng như hệ thống thẻ thông minh, dữ liệu được lưu trữ trên thiết bị mang dữ liệu điện tử là bộ phát đáp. Tuy nhiên, không giống như thẻ thông minh, năng lượng cung cấp cho thiết bị mang dữ liệu và cho việc trao đổi dữ liệu giữa nó và đầu đọc/phát tín hiệu không dựa trên sự tiếp xúc điện mà thay và đó là sử dụng từ tính và trường điện từ.
Hình 1.5. Hệ thống RFID
1.2. Giới thiệu chung về nhận dạng vô tuyến RFID
1.2.1. Lịch sử phát triển của hệ thống RFID
Các công nghệ ngày nay luôn hướng tới sự đơn giản, tiện lợi và đặc trưng 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.
Hình 1.6. Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1880-1960
Hình 1.7. Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1960-1990
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 reader 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.
Hình 1.8. Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1990-2009
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.
1.2.2. Khái niệm RFID
Là công nghệ xác nhận dữ liệu đối tượng bằng sóng vô tuyến để nhận dạng, theo dõi và lưu thông tin trong một thẻ (Tag). Reader quét dữ liệu thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu lưu trữ dữ liệu của thẻ.
Kỹ thuật RFID có liên quan đến hệ thống không dây cho phép một thiết bị đọc thông tin được chứa trong một chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa mà không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc yêu cầu một sự nhìn thấy giữa hai cái. Nó cho ta phương pháp truyền và nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác.
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay hệ thống RFID bị động làm việc như sau: một RFID reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua antenna của nó đến một con chip không tiếp xúc. Reader 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 một reader.
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các thẻ đến các reader. Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc pallet.
1.2.3. So sánh các hệ thống ID khác nhau
Từ cách phân tích các hệ thống nhận dạng mô tả ở trên cho ta thấy ưu điểm và nhược điểm của RFID với các hệ thống khác (Bảng 1.1).
Bảng 1.1: So sánh một số hệ thống nhận dạng
1.3. Các thành phần của một hệ thống RFID
Các thành phần chính trong hệ thống RFID là thẻ, reader và cơ sở dữ liệu.
Một hệ thống RFID toàn diện bao gồm bốm thành phần:
- Thẻ RFID (RFID Tag, Transponder - bộ phát đáp) được lập trình điện tử với thông tin duy nhất.
- Các reader (đầu đọc) hoặc sensor (cái cảm biến) để truy vấn các thẻ.
- Antenna thu, phát sóng vô tuyến.
- Host computer - server, nơi mà máy chủ và hệ thống phần mềm giao diện với hệ thống được tải. Nó cũng có thể phân phối phần mềm trong các reader và cảm biến. Cơ sở hạ tầng truyền thông: là thành phần bắt buộc, nó là một tập gồm cả hai mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để kết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả.
Hình 1.9. Hệ thống RFID toàn diện
1.3.1. Thẻ RFID
Thẻ RFID (bộ phát đáp - transpoder), thiết bị lưu trữ dữ liệu thực tế của một hệ thống RFID, thường bao gồm một phần tử kết nối (Coupling element) và một vi chíp điện tử.
Hình 1.10. Layout của thiết bị mang dữ liệu, transponder. Hình bên trái transponder ghép cảm ứng với antenna cuộn dây, hình bên phải transponder viba với antenna dipole
Thẻ gồm có 2 phần chính:
- 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.
- Antenna được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến reader. Antenna càng lớn cho biết phạm vi đọc càng xa.
Các thẻ RFID được phân loại dựa trên việc thẻ có chứa một cung cấp nguồn gắn bên trong hay là được cung cấp bởi thiết bị chuyên dụng:
- Thụ động (Passive)
- Tích cực (Active)
- Bán tích cực (Semi-active, còn gọi bán thụ động - semi-passive)
Thẻ thụ động
Hình 1.11.Cấu trúc của một thẻ thụ động
Loại thẻ này không có nguồn bên trong (on-board), sử dụng nguồn nhận được từ reader để tự tiếp sinh lực hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nó cho reader. Thẻ thụ động có cấu trúc đơn giản và không có các thành phần động. Thẻ như thế có một thời gian sống dài và thường có sức chịu đựng với điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Đối với loại thẻ này, khi thẻ và reader truyền thông với nhau thì reader luôn truyền trước rồi mới đến thẻ. Cho nên bắt buộc phải có reader để thẻ có thể truyền dữ liệu của nó.
Thẻ thụ động được đọc ở khoảng cách từ 11cm ở trường gần (ISO 14443), đến 10m ở trường xa (ISO 18000-6), và có thể lên đến 183m khi kết hợp với ma trận.
Thẻ thụ động nhỏ hơn và cũng rẻ hơn thẻ tích cực hoặc bán tích cực.
Các thẻ thụ động có thể thực thi ở tần số low, high, ultrahigh, hoặc microwave
Thẻ thụ động bao gồm những thành phần chính sau:
- Vi mạch (microchip).
- Antenna.
Vi mạch
Vi mạch thông thường gồm có:
- Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC từ tín hiệu antenna của reader thành nguồn DC. Nó cung cấp nguồn đến các thành phần khác của vi mạch.
- Máy tách xung (Clock extractor): rút tín hiệu xung từ tín hiệu antenna của reader.
- Bộ điều chế (Modulator): điều chỉnh tín hiệu nhận được từ reader. Đáp ứng của thẻ được gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó được truyền trở lại reader.
- Đơn vị luận lý (Logic unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức truyền giữa thẻ và reader.
- Bộ nhớ vi mạch (memory): được dùng lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này thường được phân đoạn (gồm vài block hoặc field). Addressability có nghĩa là có khả năng phân tích (đọc hoặc ghi) vào bộ nhớ riêng của một vi mạch của thẻ. Một block nhớ của thẻ có thể giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau, ví dụ như một phần của dữ liệu nhận dạng đối tượng được gắn thẻ, các bit checksum (chẳng hạn kiểm tra lỗi CRC) kiểm tra độ chính xác của dữ liệu được truyền v.v… Sự tiến bộ của kỹ thuật cho phép kích thước của vi mạch nhỏ đến mức nhỏ hơn hạt cát. Tuy nhiên, kích cỡ của thẻ không được xác định bởi kích thước vi mạch của nó mà bởi chiều dài antenna của nó.
Antenna
Antenna của thẻ được dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của reader để làm tăng sinh lực cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu từ reader. Antenna này được gắn vào vi mạch, antenna là trung tâm đối với hoạt động của thẻ.
Có thể có nhiều dạng antenna, nhất là UHF, chiều dài antenna tương ứng với bước sóng hoạt động của thẻ. Một antenna lưỡng cực bao gồm một dây dẫn điện (chẳng hạn đồng) mà nó bị ngắt ở trung tâm. Chiều dài tổng cộng của một antenna lưỡng cực bằng nửa bước sóng tần số được dùng nhằm tối ưu năng lượng truyền từ tín hiệu antenna của reader đến thẻ. Reader có thể đọc thẻ này ở nhiều hướng khác nhau.
Chiều dài antenna của thẻ thường lớn hơn nhiều so với vi mạch của thẻ vì vậy nó quyết định kích cỡ vật lý của thẻ. Một antenna có thể được thiết kế dựa trên một số nhân tố sau đây:
- Khoảng cách đọc của thẻ với reader.
- Hướng cố định của thẻ đối với reader.
- Hướng tùy ý của thẻ đối với reader.
- Loại sản phẩm riêng biệt.
- Vận tốc của đối tượng được gắn thẻ.
- Độ phân cực antenna của reader.
Những điểm kết nối giữa vi mạch của thẻ và antenna là những kết nối yếu nhất của thẻ. Nếu có bất kỳ điểm kết nối nào bị hỏng thì xem như thẻ không làm việc được hoặc có thể hiệu suất làm việc giảm đáng kể.
Hiện tại, antenna của thẻ được xây dựng bằng một mảnh kim loại mỏng (chẳng hạn đồng, bạc hoặc nhôm). Tuy nhiên, trong tương lai có thể sẽ in trực tiếp antenna lên nhãn thẻ, hộp và sản phẩm đóng gói bằng cách sử dụng một loại mực dẫn có chứa đồng, cacbon và niken.
Thẻ tích cực
Hình 1.12. Một số loại thẻ tích cực
Thẻ tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn một bộ pin, hoặc có thể là những nguồn năng lượng khác như sử dụng nguồn năng lượng mặt trời) và điện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng bên trong để truyền dữ liệu cho reader. Nó không cần nguồn năng lượng từ reader để truyền dữ liệu. Điện tử học bên trong gồm bộ vi mạch, cảm biến và các cổng vào/ra được cấp nguồn bởi nguồn năng lượng bên trong nó.
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader, thẻ luôn truyền trước, rồi mới đến reader. Vì sự hiện diện của reader không cần thiết cho việc truyền dữ liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân cận nó thậm chí trong cả trường hợp reader không có ở nơi đó.
Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30,5 m) hoặc hơn nữa khi máy phát tích cực của loại thẻ này được dùng đến.
Thẻ tích cực bao gồm 4 thành phần chính sau:
- Vi mạch: Kích cỡ và khả năng làm việc vi mạch thường lớn hơn vi mạch trong thẻ thụ động.
- Antenna: có thể truyền tín hiệu của thẻ và nhận tín hiệu reader. Đối với thẻ bán tích cực, gồm một hoặc nhiều mảnh kim loại như đồng, tương tự như thẻ thụ động.
- Cung cấp nguồn bên trong.
- Điện tử học bên trong.
Hai thành phần đầu tiên (vi mạch, antenna) đã được mô tả trong phần trước. Sau đây, hai thành phần sau sẽ được được trình bày:
Nguồn năng lượng bên trong
Tất cả các thẻ tích cực đều mang một nguồn năng lượng bên trong để cung cấp nguồn cho điện tử học bên trong và truyền dữ liệu. Nếu sử dụng bộ pin thì thẻ tích cực thường kéo dài tuổi thọ từ 2 đến 7 năm tùy thuộc vào thời gian sống của bộ pin. Một trong những nhân tố quyết định thời gian sống của bộ pin là tốc độ truyền dữ liệu của thẻ. Nếu khoảng cách đó càng rộng thì bộ pin càng tồn tại lâu và vì thế thời gian sống của thẻ cũng dài hơn.
Điện tử học bên trong
Điện tử học bên trong cho phép thẻ hoạt động như một máy phát và cho phép nó thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng như tính toán, hiển thị giá trị các tham số động nào đó, hoặc hoạt động như một cảm biến v.v… Thành phần này cũng có thể cho phép chọn lựa kết nối với các cảm biến bên ngoài. Vì vậy thẻ có thể thực thi nhiều nhiệm vụ thông minh, tùy thuộc vào loại cảm biến được gắn vào.
Thẻ bán tích cực (bán thụ động)
Thẻ bán tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn là bộ pin) và điện tử học bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Nguồn bên trong cung cấp sinh lực cho thẻ hoạt động. Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ bán tích cực sử dụng nguồn từ reader. Thẻ bán tích cực được gọi là thẻ có hỗ trợ pin (battery-assisted tag).
Hình 1.13. Cấu trúc của một thẻ bán tích cực
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader thì reader luôn truyền trước rồi đến thẻ. Tại sao sử dụng thẻ bán tích cực mà không sử dụng thẻ thụ động? Bởi vì thẻ bán tích cực không sử dụng tín hiệu của reader như thẻ thụ động, nó tự kích động, nó có thể đọc ở khoảng cách xa hơn thẻ thụ động. Bởi vì không cần thời gian tiếp sinh lực cho thẻ bán tích cực, thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của reader ít hơn thời gian đọc quy định (không giống như thẻ thụ động). Vì vậy nếu đối tượng được gắn thẻ đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu thẻ có thể vẫn được đọc nếu sử dụng thẻ bán tích cực. Thẻ bán tích cực cũng cho phép đọc tốt hơn ngay cả khi gắn thẻ bằng những vật liệu chắn tần số vô tuyến (RF-opaque và RF-absorbent). Sự có mặt của những vật liệu này có thể ngăn không cho thẻ thụ động hoạt động đúng dẫn đến việc truyền dữ liệu không thành công. Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề khó khăn đối với thẻ bán tích cực.
Phạm vi đọc của thẻ bán tích cực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30,5m) với điều kiện lý tưởng.
Việc phân loại tiếp theo dựa trên khả năng hỗ trợ ghi chép dữ liệu:
- Chỉ đọc (RO)
- Ghi một lần, đọc nhiều lần (WORM)
- Đọc - Ghi (RW)
Thẻ read only (RO)
Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần. Dữ liệu có thể được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất. Việc này được thực hiện như sau: các fuse riêng lẻ trên vi mạch của thẻ được lưu cố định bằng cách sử dụng chùm tia laser. Sau khi thực hiện xong, không thể ghi đè dữ liệu lên thẻ được nữa. Thẻ này được gọi là factory programmed. Nhà sản xuất loại thẻ này sẽ đưa dữ liệu lên thẻ và người sử dụng thẻ không thể điều chỉnh được. Loại thẻ này chỉ tốt đối với những ứng dụng nhỏ mà không thực tế đối với quy mô sản xuất lớn hoặc khi dữ liệu của thẻ cần được làm theo yêu cầu của khách hàng dựa trên ứng dụng. Loại thẻ này được sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh và hàng không nhỏ.
Thẻ write once, read many (WORM)
Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì không phải được ghi bởi nhà sản xuất mà bởi người sử dụng thẻ ngay lúc thẻ cần được ghi. Tuy nhiên trong thực tế thì có thể ghi được một số lần (khoảng 100 lần). Nếu ghi quá số lần cho phép, thẻ có thể bị phá hỏng vĩnh viễn. Thẻ WORM được gọi là field programmable.
Loại thẻ này có giá cả và hiệu suất tốt, có chức năng an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổ biến nhất trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay.
Thẻ read write (RW)
Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng từ 10.000 đến 100.000 lần hoặc có thể hơn nữa. Việc này đem lại lợi ích rất lớn vì dữ liệu có thể được ghi bởi reader hoặc bởi thẻ (nếu là thẻ tích cực). Thẻ RW gồm thiết bị nhớ Flash và FRAM để lưu dữ liệu. Thẻ RW được gọi là field programmable hoặc reprogrammable. Sự an toàn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ RW. Thêm vào nữa là loại thẻ này thường đắt nhất. Thẻ RW không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay, trong tương lai có thể công nghệ thẻ phát triển thì chi phí thẻ sẽ giảm xuống.
1.3.2. Reader
Một reader điển hình chứa một module tần số vô tuyến (máy phát và máy thu) là một đơn vị điều khiển và là phần tử kết nối đến bộ phát đáp. Ngoài ra các reader còn được gắn với một giao diện bổ sung (RS232, RS485…) để chúng có thể chuyển tiếp dữ liệu đọc được đến một hệ thống khác (PC, hệ thống điều khiển robot…).
Reader RFID được gọi là vật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị đọc và ghi dữ liệu các thẻ RFID tương thích. Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ bằng reader được gọi là tạo thẻ. Quá trình tạo thẻ và kết hợp thẻ với một đối tượng được gọi là đưa thẻ vào hoạt động (commissioning the tag).
Reader là hệ thần kinh trung ương của toàn hệ thống, phần cứng RFID thiết lập việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhất của bất kỳ thực thể nào muốn liên kết với thực thể phần cứng này.
Một reader có cấu trúc layout như Hình 1.14 dưới đây:
Hình 1.14. Cấu trúc layout cơ bản của một reader
Các thành phần chính của reader bao gồm:
- Máy phát (Transmitter)
- Máy thu (Receiver)
- Vi mạch (Microprocessor)
- Bộ nhớ
- Kênh vào/ra đối với các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ, bảng tín hiệu điện báo bên ngoài (mặc dù nói đúng ra đây là những thành phần không bắt buộc, chúng hầu như luôn được cung cấp với một reader thương mại).
- Mạch điều khiển (có thể nó được đặt ở bên ngoài)
- Mạch truyền thông
- Nguồn năng lượng
Các thành phần chính của reader
Máy phát
Máy phát của reader truyền nguồn AC và chu kỳ xung đồng hồ qua antenna của nó đến thẻ trong phạm vi đọc cho phép, nó chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của reader đến môi trường xung quanh và nhận lại đáp ứng của thẻ qua antenna của reader.
Máy thu
Máy thu nhận tín hiệu tương tự từ thẻ qua antenna của reader. Sau đó nó gởi những tín hiệu này cho vi mạch của reader, tại nơi này nó được chuyển thành tín hiệu số tương đương (có nghĩa là dữ liệu mà thẻ đã truyền cho reader được biểu diễn ở dạng số).
Vi mạch
Thành phần này chịu trách nhiệm cung cấp giao thức cho reader để nó truyền thông với thẻ tương thích với nó. Nó thực hiện việc giải mã và kiểm tra lỗi tín hiệu tương tự nhận từ máy thu.
Bộ nhớ
Bộ nhớ dùng lưu trữ dữ liệu như các tham số cấu hình reader và một bản kê khai các lần đọc thẻ. Vì vậy nếu việc kết nối giữa reader và hệ thống mạch điều khiển/phần mềm bị hỏng thì tất cả dữ liệu thẻ đã được đọc không bị mất.
Các kênh nhập/xuất của các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ và bảng tín hiệu điện báo bên ngoài
Các reader không cần bật suốt. Các thẻ có thể chỉ xuất hiện lúc nào đó và rời khỏi reader mãi cho nên việc bật reader suốt sẽ gây lãng phí năng lượng. Thêm nữa là giới hạn vừa đề cập ở trên cũng ảnh hưởng đến chu kỳ làm việc của reader. Thành phần này cung cấp một cơ chế bật và tắt reader tùy thuộc vào các sự kiện bên ngoài. Có một số loại cảm biến như cảm biến về ánh sáng hoặc sự chuyển động để phát hiện các đối tượng được gắn thẻ trong phạm vi đọc của reader. Cảm biến này cho phép reader bật lên để đọc thẻ. Thành phần này cũng cho phép reader cung cấp xuất cục bộ tùy thuộc vào một số điều kiện qua một bảng tín hiệu điện báo (chẳng hạn, báo bằng âm thanh) hoặc cơ cấu truyền động đầu từ (chẳng hạn, mở hoặc đóng van an toàn, di chuyển một cánh tay robot, v.v…).
Mạch điều khiển
Mạch điều khiển là một thực thể cho phép thực thể bên ngoài là con người hoặc chương trình máy tính giao tiếp, điều khiển các chức năng của reader, điều khiển bảng tín hiệu điện báo và cơ cấu truyền động đầu từ kết hợp với reader này. Thường thì các nhà sản xuất hợp nhất thành phần này vào reader (như phần mềm hệ thống (firmware) chẳng hạn).
Giao diện truyền thông
Thành phần giao diện truyền thông cung cấp các lệnh truyền đến reader, nó cho phép tương tác với các thực thể bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền dữ liệu của nó, nhận lệnh và gửi lại đáp ứng. Thành phần giao diện này cũng có thể xem là một phần của mạch điều khiển hoặc là phương tiện truyền giữa mạch điều khiển và các thực thể bên ngoài. Thực thể này có những đặc điểm quan trọng cần xem nó như một thành phần độc lập. Reader có thể có một giao diện tuần tự. Giao diện tuần tự là loại giao diện phổ biến nhất nhưng các reader thế hệ sau sẽ được phát triển giao diện mạng thành một tính năng chuẩn. Các reader phức tạp có các tính năng như tự phát hiện bằng chương trình ứng dụng, có gắn các Web server cho phép reader nhận lệnh và trình bày kết quả dùng một trình duyệt Web chuẩn.
Nguồn năng lượng
Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần của reader. Nguồn năng lượng được cung cấp cho các thành phần này qua một dây dẫn điện được kết nối với một ngõ ra bên ngoài thích hợp.
Phân loại reader
Reader được phân loại chủ yếu theo tiêu chuẩn là giao diện mà reader cung cấp cho việc truyền thông. Trong tiêu chuẩn này, reader có thể được phân loại ra như sau:
- Serial.
- Network.
Serial reader
Serial reader sử dụng liên kết serial để truyền với một ứng dụng. Reader kết nối đến cổng serial của máy tính dùng kết nối tuần tự RS232 hoặc RS485. Cả hai loại kết nối này đều có giới hạn trên về chiều dài cáp sử dụng kết nối reader với máy tính. Chuẩn RS485 cho phép cáp dài hơn chuẩn RS232.
Ưu điểm của serial reader là có độ tin cậy cao hơn network reader. Vì vậy sử dụng reader loại này được khuyến khích nhằm làm tối thiểu sự phụ thuộc vào một kênh truyền.
Nhược điểm của serial reader là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sử dụng để kết nối một reader với một máy tính. Thêm nữa, thường thì trên một máy chủ thì số cổng serial bị hạn chế. Tốc độ truyền dữ liệu serial thường thấp hơn tốc độ truyền dữ liệu mạng. Những nhân tố này dẫn đến chi phí bảo dưỡng cao hơn và thời gian chết đáng kể.
Network reader
Network reader kết nối với máy tính sử dụng cả mạng dây và không dây. Thực tế, reader hoạt động như thiết bị mạng.
Ưu điểm của network reader là không phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết nối reader với máy tính. Sử dụng ít máy chủ hơn so với serial reader. Thêm nữa là phần mềm hệ thống của reader có thể được cập nhật từ xa qua mạng.
Nhược điểm của network reader là việc truyền không đáng tin cậy bằng serial reader.
Cơ chế truyền cơ bản giữa thẻ và reader
Tùy thuộc vào loại thẻ, việc truyền giữa reader và thẻ có thể theo một trong những cách sau đây:
- Modulated backscatter.
- Kiểu máy phát (transmitter type).
Trước khi nghiên cứu sâu vào loại truyền thông, ta phải hiểu được khái niệm near field và far field.
Phạm vi giữa antenna của reader và một bước sóng của sóng RF được phát bởi antenna được gọi là near field. Phạm vi ngoài bước sóng của sóng RF đã phát từ antenna của reader được gọi là far field. Các hệ thống RFID thụ động hoạt động ở băng tần LF và HF sử dụng việc truyền thông near field trong khi trong băng tần UHF và sóng vi ba sử dụng far field. Cường độ tín hiệu trong truyền thông near field yếu đi lập phương khoảng cách từ antenna của reader. Trong far field, nó giảm đi bình phương khoảng cách từ antenna của reader. Cho nên truyền thông far field được kết hợp với phạm vi đọc dài hơn truyền thông near field.
Hình 1.15. Cơ chế truyền ở trường gần, trường xa giữa thẻ và reader
Tiếp theo so sánh việc đọc thẻ và ghi thẻ. Việc ghi thẻ mất nhiều thời gian hơn việc đọc thẻ trong cùng điều kiện vì hoạt động ghi gồm nhiều bước, bao gồm việc xác minh ban đầu, xóa dữ liệu còn tồn tại trên thẻ, ghi dữ liệu mới lên thẻ, và giai đoạn xác minh lần cuối. Thêm nữa là dữ liệu được ghi trên thẻ theo khối bằng nhiều bước. Vì vậy việc ghi thẻ có thể mất cả trăm giây mới hoàn thành cùng với việc tăng kích thước dữ liệu. Ngược lại, có một số thẻ có thể được đọc trong khoảng thời gian này với cùng reader. Việc ghi thẻ là một quá trình dễ bị ảnh hưởng cần đặt thẻ gần antenna của reader hơn khoảng cách đọc tương ứng. Việc đặt gần nhằm cho phép antenna của thẻ có thể nhận được đủ năng lượng từ tín hiệu antenna của reader để cấp nguồn cho vi mạch của nó giúp nó có thể thực thi các lệnh ghi. Nhu cầu năng lượng đối với quá trình ghi thường cao hơn quá trình đọc.
Modulated backscatter
Việc truyền modulated backscatter áp dụng cho cả thẻ thụ động và bán tích cực. Trong kiểu truyền thông này, reader gửi đi tín hiệu RF sóng liên tục (continuos wave-CW) gồm có nguồn AC và tín hiệu xung cho thẻ cùng tần số mang (carrier frequency-tần số mà reader hoạt động). Nhờ việc kết nối (nghĩa là cơ chế truyền năng lượng giữa reader và thẻ) mà antenna của thẻ cung cấp nguồn điện cho vi mạch. Từ kích thích thường ám chỉ việc vi mạch của thẻ thụ động nhận năng lượng từ tín hiệu của reader để tự tiếp sinh lực. Vi mạch cần khoảng 1,2V từ tín hiệu của reader để tiếp sinh lực đối với việc đọc. Còn đối với việc ghi thì vi mạch thường cần khoảng 2,2V từ tín hiệu của reader. Hiện nay vi mạch điều chỉnh, thay đổi tín hiệu nhập thành một chuỗi mô hình mở, tắt trình bày dữ liệu của nó và truyền nó trở lại. Khi reader nhận tín hiệu đã điều chế, nó giải mã mô hình và thu được dữ liệu thẻ.
Vì vậy trong mô hình truyền modulated backscatter, reader luôn “talks” trước sau đó mới tới thẻ. Thẻ sử dụng mô hình này không thể truyền khi không có mặt reader vì nó phụ thuộc hoàn toàn vào năng lượng của reader để truyền dữ liệu của nó.
Hình 1.16. Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ thụ động
Hình 1.17. Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ bán thụ động
Kiểu máy phát
Kiểu truyền này chỉ áp dụng cho thẻ tích cực. Trong kiểu truyền này, thẻ phát tán thông điệp xung quanh môi trường với khoảng cách theo qui định, bất kể reader có hay không có mặt ở đó. Vì vậy, trong kiểu truyền này, thẻ luôn luôn “talks” trước reader.
Hình 1.18. Cơ chế truyền kiểu máy phát của thẻ tích cực
1.3.3. Database
Database là hệ thống thông tin phụ trợ để theo dõi và chứa thông tin về item có đính thẻ.
Thông tin được lưu trong database bao gồm định danh item, phần mô tả, nhà sản xuất, hoạt động của item, vị trí. Kiểu thông tin chứa trong database 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 cũng như khác với quản lý nhân viên trong một công ty. Các database cũng có thể được kết nối đến các mạng khác như mạng LAN để kết nối database qua Internet. Việc kết nối này cho phép dữ liệu chia sẻ với một database cục bộ mà thông tin được thu thập trước tiên từ nó.
1.4. Giao thức thẻ RFID
Để có thể hiểu được cơ chế truyền và các kỹ thuật liên quan đến công nghệ RFID chúng ta sẽ đi tìm hiểu những thuật ngữ và khái niệm ban đầu cũng như cách lưu dữ liệu trên thẻ và hai thủ tục rất quan trọng là Singulation và Anti_Collision.
1.4.1. Thuật ngữ và khái niệm
Trong phần này, ta sẽ nghiên cứu các giao thức mà reader và thẻ sử dụng để trao đổi thông điệp thông qua giao diện không gian (air interface) cũng như xem xét chi tiết thông tin được lưu trữ trên thẻ.
Giao thức: “Một tập các quy tắc chính thức mô tả cách truyền dữ liệu, đặc biệt là qua một mạng. Các giao thức cấp thấp xác định các tiêu chuẩn về điện, về vật lý được tiến hành theo kiểu bit và kiểu byte, việc truyền, việc phát hiện lỗi và hiệu chỉnh chuỗi bit. Các giao thức cấp cao đề cập đến định dạng dữ liệu bao gồm cú pháp của thông điệp, đoạn đối thoại giữa đầu cuối tới máy tính, các bộ ký tự, sự sắp xếp thứ tự của thông điệp, v.v…”
Với định nghĩa này, các giao diện không gian sẽ là các giao thức cấp thấp, còn các giao thức được mô tả dưới đây là các giao thức cấp cao. Nó xác định cú pháp của thông điệp và cấu trúc của đoạn đối thoại giữa reader và thẻ. Phần đầu xoay quanh một số thuật ngữ và khái niệm quan trọng để hiểu được giao thức thẻ và giải thích nhiều hơn về mối quan hệ giữa các chuẩn mã vạch và mã hóa thẻ, nó sẽ hữu ích cho người phát triển xây dựng các ứng dụng EPC (Electronic Product Code). Sau đây ta tìm hiểu một số loại thủ tục chống đụng độ và singulation để minh họa cách reader nhận dạng thẻ. Phần này gần giống phần chức năng security & privacy và một số mẹo gỡ rối trong việc truyền của thẻ.
Ban đầu giao thức singulation dường như chỉ những người quan tâm mới biết nhưng chúng đã được tập trung tranh luận sôi nổi trong suốt thời gian gần đây và là nguyên nhân gây ra những quyết định then chốt trong thời gian thông qua kỹ thuật RFID trong nhiều ngành công nghiệp.
Thuật ngữ kỹ thuật phát triển khi có bất kỳ một kỹ thuật nào mới ra đời không ngoại trừ RFID. Một số thuật ngữ này khá hữu ích để mô tả các khái niệm khác sẽ xuất hiện trong phần này. Các thuật ngữ này là:
Singulation
Thuật ngữ này mô tả một thủ tục giảm một nhóm (group) thành một luồng (stream) để quản lý kế tiếp nhau được. Chẳng hạn một cửa xe điện ngầm là một thiết bị để giảm một nhóm người thành một luồng người mà hệ thống có thể đếm và yêu cầu xuất trình thẻ. Singulation cũng tương tự khi có sự truyền thông với các thẻ RFID, vì không có cơ chế nào cho phép thẻ reply tách biệt, nhiều thẻ sẽ đáp ứng một reader đồng thời và có thể phá vỡ việc truyền thông này. Singulation cũng có hàm ý rằng reader học các ID của mỗi thẻ để nó kiểm kê.
Anti-collision
Thuật ngữ này mô tả một tập thủ tục ngăn chặn các thẻ ngắt mỗi thẻ khác và không cho phép có thay đổi. Singulation nhận dạng các thẻ riêng biệt, ngược lại anti-collision điều chỉnh thời gian đáp ứng và tìm các phương thức sắp xếp ngẫu nhiên những đáp ứng này để reader có thể hiểu từng thẻ trong tình trạng quá tải này.
Identity là một cái tên, một số hoặc địa chỉ mà nó chỉ duy nhất một vật hoặc một nơi nào đó. “Nguyễn Đình Chiểu” là một identity chỉ một con người cụ thể. “259/11/13 Kinh Dương Vương, Phường An Lạc, Quận Bình Tân” là identity chỉ một nơi cụ thể.
1.4.2. Phương thức lưu trữ dữ liệu trên thẻ
Giao thức truyền thông thẻ cấp cao hiểu được các loại ID và phương thức lưu trữ liệu trên thẻ. Tuy nhiên vì một reader chỉ liên lạc với một thẻ nên layout về mặt vật lý thực tế của bộ nhớ trên thẻ tùy thuộc vào nhà sản xuất. Layout có cấu trúc logic như hình vẽ:
Hình 1.19. Layout bộ nhớ của một thẻ minh họa
Trong đó:
- CRC là một checksum (xem chi tiết trong “CCITT-CRC”).
- EPC là ID của thẻ.
- Password là một “mã chết” để làm mất khả năng hoạt động của thẻ.
CCITT-CRC:
- CRC (Cyclic Redundancy Check) là một phương pháp xác minh một khối dữ liệu không thích hợp do đã bị sửa đổi. Người gửi khối dữ liệu này sẽ tính một giá trị bằng cách xử lý toàn khối thành một số lớn và chia nó bởi một số được gọi là đa thức CRC. Số dư của phép toán này là CRC. Người gửi sẽ gửi CRC này cùng với dữ liệu và người nhận dùng phương pháp tương tự để tính CRC qua khối dữ liệu để so sánh. Nếu CRC từ người gửi không thỏa với CRC đã được tính bởi người nhận thì người nhận yêu cầu dữ liệu được gửi lại. Để phát sinh CRC, các giao thức EPC sử dụng đa thức CCITT-CRC. Giao thức này dùng chuỗi 16 bit CRC sử dụng đa thức . Nó có thể bắt được 99.998% lỗi.
- Thuật toán tính CRC: Đầu tiên tính giá trị hex cho đa thức. Thực hiện bằng cách tính từ 15 xuống (vì đây là chuỗi CRC 16 bit) và đánh dấu 1 cho mỗi lũy thừa xuất hiện trong đa thức. Đối với mỗi lũy thừa không có trong đa thức ta đánh dấu 0. Điều này có nghĩa số đó là số 0001000000100001 hoặc số hex 1021(số này là CCITT). Lấy đa thức khối dữ liệu chia cho đa thức này, số dư là CRC.
1.4.3. Thủ tục SINGULATION và ANTI-COLLISION
Vấn đề kế tiếp liên quan tới phương thức mà một reader và một thẻ sử dụng giao diện không gian (air interface). Có nhiều phương thức khác nhau cho các reader và thẻ liên lạc với nhau nhưng tất cả có thể được phân loại thành Tag Talks First (TTF) hoặc Reader Talks First (RTF). Trong phần này, ta sẽ nghiên cứu các giao thức phổ biến nhất cho RFID: Slotted Aloha, Adaptive Binary Tree, Slotted Terminal Adaptive Collection và đặc tả EPC Gen2 mới.
Slotted Aloha
Slotted Aloha xuất phát từ một thủ tục đơn giản “Aloha” và được phát triển trong những năm 1970 bởi Norman Abramson của Aloha Network tại Hawaii trong truyền vô tuyến gói. Aloha đã là nguồn cảm hứng cho giao thức Ethernet và sự biến đổi của thủ tục này vẫn được dùng trong thông tin vệ tinh cũng như cho các thẻ RFID ISO 18000-6 Type B và EPC Gen2.
Đối với thủ tục này, các thẻ bắt đầu broadcast ID của chúng ngay khi reader nạp năng lượng cho chúng. Mỗi thẻ gửi ID của nó và chờ một khoảng thời gian random trước khi broadcast lại. Reader nhận các ID, mỗi thẻ sẽ broadcast trong khoảng thời gian các thẻ khác im lặng. Dẫu sao thì reader cũng không trả lời các thẻ. Ưu điểm của thủ tục này là tốc độ và tính đơn giản. Luận lý của thẻ rất nhỏ và với giao thức yếu như thế này thì tốc độ đọc chỉ đạt cao nhất khi chỉ có một vài thẻ hiện diện.
Tuy nhiên, các thẻ thêm vào làm giảm cơ hội truyền. Có nghĩa là chờ các thẻ truyền lại đến khi truyền hết, nó phụ thuộc vào khoảng cách truyền, và không thể thực thi theo dõi item được khoảng 8 đến 12 thẻ. Cũng may là Slotted Aloha cải tiến giao thức bằng cách thêm vào khái niệm singulation và yêu cầu các thẻ chỉ broadcast vào lúc bắt đầu một khe thời gian nào đó vì thế nó làm giảm đụng độ một cách đáng kể. Và có khả năng đọc gần 1.000 thẻ trong một giây.
Slotted Aloha sử dụng 3 lệnh chọn thẻ: REQUEST, SELECT và READ. Lệnh đầu tiên là REQUEST cung cấp một đánh dấu thời gian cho bất kỳ thẻ nào có trong dãy. Lệnh REQUEST cũng cho biết phương thức các thẻ sử dụng các khe có sẵn. Mỗi thẻ chọn một trong những khe đó, nó dựa vào tổng số tùy chọn của reader, chúng chọn ngẫu nhiên khoảng thời gian chờ trước khi trả lời lệnh REQUEST. Sau đó các thẻ broadcast ID ở những khe đã chọn. Khi nhận ID, reader phát lệnh SELECT chứa ID đó. Chỉ thẻ nào có ID này mới trả lời. Sau đó reader phát lệnh READ. Sau đó reader phát lại lệnh REQUEST.
Càng ít khe thì việc đọc càng nhanh, càng nhiều khe thì đụng độ càng ít. Reader có thể tăng tổng số khe nếu REQUEST bị đụng độ và tiếp tục tăng lệnh REQUEST cho đến khi việc truyền ID không còn đụng độ nữa. Reader cũng có thể sử dụng một lệnh BREAK cho biết các thẻ chờ đợi. Trong một số trường hợp, thẻ sẽ vào trạng thái SLEEP khi đọc thành công, vì vậy cho phép các thẻ còn lại có nhiều cơ hội được chọn hơn.
Ví dụ: Có 1 đầu đọc A và 3 thẻ B1, B2, B3 và các khe thời gian t+10, t+20, t+30, t+40, t+50. 3 thẻ sẽ chọn ngẫu nhiên 1 khe thời gian. Ví dụ B3 chọn khe thời gian t+10, B1 chọn khe thời gian t+50, B2 chọn khe thời gian t+30. Và đầu đọc A quét theo thời gian tuần tự từ t đến t+10, gặp thẻ B3, nó sẽ hỏi B3 có dữ liệu chia sẻ không, B3 trả lời với chuỗi hex FFF1305000181CB50C8000001070. Thẻ A ghi nhận và B3 rơi vào trạng thái SLEEP, tương tự cho B2 và B1. Giao thức chống đụng độ sử dụng các tín hiệu này được gọi là các giao thức Slot Marker. Slot Marker của giao thức Slotted Aloha cũng làm việc như đã mô tả ở trên, ngoại trừ kết thúc của một khe được cho biết bởi một tín hiệu chứ không phải bởi sự kết thúc của một thời gian thiết lập. Điều này cho phép một số khe dài hơn các khe khác và như thế có nhiều cơ hội đọc mỗi khe hơn.
Cây nhị phân thích ứng(Adaptive Binary Tree)
Các thẻ UHF EPC lớp 0 và lớp 1 phiên bản 1.0 (Generation 1) sử dụng một cách tiếp cận phức tạp hơn cho singulation và chống đụng độ là thủ tục Adaptive Binary Tree. Thủ tục này sử dụng tìm kiếm nhị phân để tìm một thẻ trong nhiều thẻ. Ta đã quen thuộc với cây nhị phân nhưng để hiểu rõ ta sẽ xem lại những khái niệm cơ bản. Sau đó ta sẽ giải thích một số sắc thái tìm kiếm nhị phân sử dụng cách tiếp cận query/response tương tự như phần Slotted Aloha. Không giống với Slotted Aloha, các thẻ sử dụng giao thức này sẽ trả lời ngay tức thì. Đặc tả EPC đối với giao diện không gian của các thẻ UHF sẽ sử dụng 2 subcarrier riêng cho bit 1 và bit 0 trong đáp ứng thẻ. Bởi vì giao thức này không chú ý đến phương thức đáp ứng nhiều thẻ với bit 1 hoặc bit 0 mà chỉ chú ý đến một thẻ được đáp ứng hoặc hơn nữa.
Một phương thức dễ dàng là đoán từng số. Khi ta bắt đầu ta không có thông tin, vì thế ta hỏi “Số đầu tiên là 1 phải không?”. Nếu trả lời “vâng” thì ta có thể thêm 1 vào chuỗi số và hỏi “Số kế tiếp là 1 phải không?”. Nếu trả lời “không” thì ta có thể thêm 0 vào chuỗi số. Câu hỏi và câu trả lời lặp lại cho từng số cho đến khi ta biết hết toàn bộ số. Các mũi tên trình bày các số chính xác ở mỗi bước.
Hình 1.20. Sơ đồ cây nhị phân
Bây giờ áp dụng chiến lược này để tìm một thẻ trong nhiều thẻ bằng những bit trong ID của thẻ. Như đã nói là ta bắt đầu không có thông tin. Reader gửi một câu truy vấn “Có thẻ nào có bit đầu (MSB) là 1 không?”. Tất cả trả lời “không” thì dừng đáp ứng, còn những thẻ trả lời “có” thì được hỏi câu hỏi tương tự cho bit kế tiếp. Với cách này, các thẻ tiếp tục bị thu hẹp dần cho đến khi chỉ còn một thẻ trả lời. Bằng phương thức này reader có thể thu hẹp về một thẻ mà không đi hết toàn ID, mặc dù trong trường hợp xấu nhất thì có thể tìm kiếm ID tuần tự sẽ cần đi đến bit cuối cùng (LSB).
Slotted Terminal Adaptive Collection (STAC)
Giao thức STAC tương tự về nhiều mặt với Slotted Aloha, nhưng có một số đặc điểm làm cho nó phức tạp hơn và phải có cách giải quyết riêng. STAC được xác định là một thành phần của đặc tả EPC đối với các thẻ HF. Bởi vì nó xác định đến 512 khe có chiều dài khác nhau, đặc biệt là nó phù hợp với singulation với mật độ thẻ dày đặc. Giao thức này cũng cho phép chọn các nhóm thẻ dựa trên chiều dài của mã EPC bắt đầu bằng MSB. Bởi vì mã EPC được tổ chức bởi Header, Domain Manager Number, Object Class và Serial Number từ MSB đến LSB, cơ chế này có thể dễ dàng chọn những thẻ chỉ thuộc về một Domain Manager hoặc Object Class nào đó. Vì các thẻ HF thường được dùng xác thực item riêng lẻ nên điều này rất hữu dụng chẳng hạn như nếu ứng dụng muốn biết có bao nhiêu item trên một pallet hỗn hợp là những thùng giấy A4.
Cũng như Slotted Aloha, STAC cũng sử dụng các khe. Số khe chính xác được reader chọn và được điều chỉnh liên tục để cân bằng giữa nhu cầu đọc nhanh và một vài sự đụng độ. Càng ít khe hơn thì việc đọc nhanh hơn nhưng nhiều khe hơn thì sẽ làm cho đụng độ ít hơn.
STAC chỉ định nghĩa một tập nhỏ các trạng thái và các lệnh.
EPC UHF lớp 1 Gen 2
Việc nghiên cứu mới đây về giao diện trung gian EPC UHF lớp 1 được gọi là “Giao thức Gen2”. Gen2 phân tích một số giới hạn của giao thức UHF đầu tiên bằng cách định nghĩa các sự biến đổi giao thức mà nó có thể làm việc theo quy tắc RF của Châu Âu (CEPT) và Bắc Mỹ (FCC).
Giao thức EPC Gen 2 hỗ trợ singulation thẻ nhanh hơn giao thức trước, tốc độ đọc là 1.600 thẻ trên giây ở Bắc Mỹ và 600 thẻ trên giây ở Châu Âu. Điều then chốt của Gen2 là các tín hiệu reader phát ra được một khoảng cách xa. Nếu 2 reader cách nhau 1km thì vẫn xem chúng ở cùng môi trường hoạt động.
Giao thức mô tả 3 thủ tục truyền giữa reader với thẻ. Reader chọn các thẻ bằng cách so sánh thẻ với một bitmask hoặc kiểm tra thẻ bằng cách singulate thẻ, hoặc truy cập thẻ để đọc thông tin, ghi thông tin, làm mất khả năng hoạt động hoặc cài đặt trạng thái khóa bằng memory bank number.
Cách khắc phục sự cố communication thẻ
Trong trường hợp reader mất liên lạc với thẻ ta có thể hỏi “Đó là do reader hay thẻ”. Thử thẻ với reader đó, nếu thẻ mới làm việc được thì thẻ kia đã hỏng, nếu thẻ mới không làm việc được thì reader hỏng (hoặc trong trường hợp hai thẻ đều hỏng thì tốt nhất là thử vài thẻ cho chắc chắn). Reader dùng một antenna hoặc nhiều hơn nữa để liên lạc với thẻ. Ta có thể đổi antenna với reader khác không? Ta nên cẩn thận, chỉ đổi antenna từ những reader y như nhau. Hầu hết reader hỗ trợ nhiều loại thẻ: thẻ ISO, thẻ EPC, HF hay UHF. Còn thẻ thì có thể làm việc với hộp kim loại hay vỏ cao su.
Bí quyết đơn giản để kiểm tra là di chuyển thẻ xung quanh và xem ánh sáng đọc sáng hay tắt. Để dấu thẻ thì ta chỉ việc đặt mình giữa thẻ và reader.
1.5. Điều lệ và chuẩn hóa
Không có tổ chức toàn cầu nào quản lý tần số sử dụng cho RFID. Về nguyên tắc, mọi quốc gia đều có thể thiết lập các qui định cho riêng mình. Các tổ chức chính quản lý cấp phát tần số cho RFID là:
- Mỹ: FCC (Federal Communications Commision): Ủy ban viễn thông liên bang.
- Canada: DOC (Department of Communication): Bộ viễn thông.
- Châu Âu: ERO, CEPT, ETSI, và các uỷ ban quốc gia (các uỷ ban quốc gia phải phê chuẩn một tần số xác định để sử dụng trước khi nó có thể sử dụng ở quốc gia này).
- Nhật: MPHPT (Ministry of Public Management, Home Affair, Post and Telecommunication): Bộ quản lý vấn đề chung trong nước và cộng đồng về bưu chính viễn thông)
- Trung Quốc: Bộ công nghệ thông tin
- Úc: Uỷ ban truyền thông đa phương tiện Úc
- NewZealand: Bộ phát triển kinh tế
Các thẻ RFID tần số thấp (LF: 125kHz - 134,2kHz and 140kHz - 148,5kHz) và tần số cao (HF: 13,56MHz) có thể được sử dụng toàn cầu mà không cần cấp phép. Các tần số UHF (UHF: 868MHz - 928MHz) không được sử dụng toàn cầu do nó không có chuẩn toàn cầu riêng.
1.6. Một số tiêu chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID
ISO 11784 & 11785: các chuẩn này qui định nhận dạng tần số vô tuyến cho động vật đưa ra khái niệm kỹ thuật và cấu trúc mã.
ISO 14223/1: nhận dạng tần số vô tuyến với động vật, bộ thu phát cao cấp - giao diện vô tuyến.
ISO 10536: quy định về tần số sóng mang phụ và quá trình điều chế…
ISO 14443
ISO 15693
ISO 18000
EPC global: đây là nền tảng chuẩn nó gần như được chuẩn hóa quốc tế theo qui tắc của ISO.
1.7. Tần số vô tuyến hoạt động của RFID
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: low, high, ultrahigh, microwave.
- Low-frequency: băng tần từ 125KHz - 134KHz. Băng tần này phù hợp với phạm vi ngắn như hệ thống chống trộm, nhận dạng động vật và hệ thống khóa tự động.
- High-frequency: băng tần 13,56MHz. Tần số cao cho phép độ chính xác cao hơn với phạm vi 3foot (3*0,3048m xấp xỉ 1m), vì thế giảm rủi ro đọc sai thẻ. Vì vậy nó thích hợp với việc đọc item. Các thẻ thụ động 13,56 MHz được đọc ở tốc độ 10 đến 100 thẻ trên giây và ở phạm vi 3feet. Các thẻ high-frequency được dùng trong việc theo dõi vật liệu trong các thư viện và kiểm soát hiệu sách, theo dõi pallet, truy cập, theo dõi hành lý vận chuyển bằng máy bay và theo dõi item đồ trang sức.
- Ultrahigh-frequency: các thẻ hoạt động ở 900MHz và có thể được đọc ở khoảng cách dài hơn các thẻ high-frequency, phạm vi từ 3 đến 15feet. Tuy nhiên các thẻ này dễ bị ảnh hưởng bởi các nhân tố môi trường hơn các thẻ hoạt động ở các tần số khác. Băng tần 900MHz 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 hàng trong vận chuyển tàu biển.
- Microwave frequency: băng tần 2,45GHz và 5,8GHz, có nhiều sóng radio bức xạ từ các vật thể ở gần có thể cản trở khả năng truyền thông giữa reader và thẻ tag. Các thẻ microwave RFID thường được dùng trong quản lý dây chuyền cung cấp.
Bảng 1.2: Tần số hoạt động của RFID
Tần số Đặc tính
Tần số thấp (100 - 500kHz) Sử dụng trong phạm vi ngắn và trung bình.
Chi phí thấp
Tốc độ đọc dữ liệu thấp
Tần số trung bình (10 - 15MHz) Sử dụng trong phạm vi ngắn và trung bình.
Chi phí thấp
Tốc độ đọc dữ liệu trung bình
Tần số cao (850 -950MHz, 2,4 -5,8 GHz) Sử dụng trong phạm vi bán kính rộng.
Chi phí cao
Tốc độ đọc dữ liệu cao
PH
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÔ TUYẾN - RFID
-----------------------
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID
1.1. Sơ lược về các hệ thống nhận dạng tự động
1.1.1. Hệ thống mã vạch (Barcode system)
Mã vạch là hình gồm nhiều sọc đứng, rộng và hẹp được in để đại diện cho các mã số dưới dạng máy có thể đọc được.
Các mã sọc phù hợp với tiêu chuẩn Universal Product Code (UPC) được in trên hầu hết các sản phẩm hàng hóa bày bán trong các siêu thị hiện nay. Khi hình mã sọc được kéo lướt qua một dụng cụ quét quang học ở quầy kiểm tra thu tiền, máy tính sẽ đối chiếu số hiệu sản phẩm với cơ sở dữ liệu các danh sách giá và in ra giá tiền đúng với mã đó.
Hình 1.1. Mã vạch
1.1.2. Nhận dạng ký tự quang học (Optical character recognition - OCR)
Nhận dạng ký tự quang học là sự cảm nhận bằng máy các chữ in và chữ đánh máy. Bằng phần mềm OCR, các máy quét có thể quét trên một trang chữ in, và các ký tự sẽ được biến thành các văn bản theo qui cách tài liệu của chương trình xử lý từ.
Hình 1.2. Ký tự quang học
1.1.3. Phương thức sinh trắc học (Biometric procedures)
Nhận dạng giọng nói (Voice identification)
Là phương thức được thực hiện bằng cách kiểm tra các đặc trưng của giọng nói của người nói với một mẫu tham khảo có trước, nếu tương ứng thì đáp ứng sẽ thực hiện theo yêu cầu của người nói.
Nhận dạng dấu vân tay (Fingerprinting procedures (dactyloscopy))
Tiến trình này dựa trên sự so sánh mẫu nhú và lớp da trên đầu ngón tay. Hệ thống sẽ phân tích dữ liệu từ các mẫu nó đọc được và đem so sánh với mẫu tham khảo đã được lưu trữ.
1.1.4. Thẻ thông minh (Smart Cards)
Thẻ thông minh là một hệ thống lưu trữ dữ liệu điện tử. Nó có kích thước khoảng bằng thẻ tín dụng có thể chứa thông tin và trong hầu hết các trường hợp thì nó chứa cả một bộ vi xử lý điều khiển nhiều chức năng đáp ứng nhu cầu người sử dụng. Không giống như thẻ từ có những sọc từ ngoài mặt thẻ, thẻ thông minh giữ thông tin bên trong nó mà vì thế an toàn hơn nhiều. Thẻ thông minh thường được dùng cho những thiết bị cần xác minh chủ quyền của người sử dụng, và nó tạo ra những mã truy cập cho hệ thống bảo an. Thẻ thông minh đầu tiên là thẻ thông minh điện thoại trả trước được đưa vào sử dụng năm 1984.
Có 2 loại thẻ thông minh cơ bản khác nhau dựa vào tính năng bên trong của nó: thẻ nhớ và thẻ vi xử lý.
Thẻ nhớ (Memory cards)
Trong thẻ nhớ, bộ nhớ - thường là EEPROM được truy cập sử dụng hệ thống logic tuần tự, nó cũng có thể được kết hợp với giải thuật bảo mật đơn giản bằng cách sử dụng hệ thống này. Các chức năng của thẻ nhớ thường được tối ưu hóa cho một ứng dụng cụ thể. Tính linh hoạt của nó bị giới hạn, tuy nhiên về mặt tích cực thẻ bộ nhớ có ưu thế về giá cả. Chính vì lý do đó mà thẻ bộ nhớ được dùng rộng rãi.
Hình 1.3. Kiến trúc tiêu biểu của thẻ bộ nhớ có logic bảo mật
Thẻ vi xử lý (Microprocessor cards)
Thẻ vi xử lý chứa một bộ vi xử lý được nối tới các ô bộ nhớ (RAM, ROM và EEPROM). Thẻ vi xử lý rất linh hoạt. Trong hệ thống thẻ thông minh hiện đại, nó cũng có thể tích hợp các ứng dụng khác nhau trong một thẻ (đa ứng dụng).
Hình 1.4. Kiến trúc cơ bản của một thẻ vi xử lý
ROM được lập trình mặt nạ tạo kết hợp thành hệ thống hoạt động (mã lập trình cao hơn) cho bộ vi xử lý và được chèn vào trong quá trình sản xuất chip. Nội dung của nó được xác lập trong quá trình sản xuất, tương tự cho tất cả các chip khác trong cùng đợt sản phẩm, và chúng không thể lập trình lại được.
EEPROM của chip chứa dữ liệu ứng dụng và các mã chương trình liên quan tới ứng dụng. Việc đọc hay ghi dữ liệu được điều khiển bởi hệ điều hành.
RAM là bộ nhớ làm việc tạm thời của bộ vi xử lý. Dữ liệu của nó có thể bị mất khi mất điện.
Các loại thẻ vi xử lý được dùng trong các ứng dụng có độ bảo mật. Các loại thẻ thông minh được dùng trong các hệ thống điện thoại di động GSM. Tuỳ chọn của việc lập trình thẻ vi xử lý cũng thuận tiện cho việc tạo ra các ứng dụng mới.
1.1.5. Hệ thống RFID (RFID System)
Hệ thống RFID liện hệ rất gần với thẻ thông minh. Cũng như hệ thống thẻ thông minh, dữ liệu được lưu trữ trên thiết bị mang dữ liệu điện tử là bộ phát đáp. Tuy nhiên, không giống như thẻ thông minh, năng lượng cung cấp cho thiết bị mang dữ liệu và cho việc trao đổi dữ liệu giữa nó và đầu đọc/phát tín hiệu không dựa trên sự tiếp xúc điện mà thay và đó là sử dụng từ tính và trường điện từ.
Hình 1.5. Hệ thống RFID
1.2. Giới thiệu chung về nhận dạng vô tuyến RFID
1.2.1. Lịch sử phát triển của hệ thống RFID
Các công nghệ ngày nay luôn hướng tới sự đơn giản, tiện lợi và đặc trưng 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.
Hình 1.6. Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1880-1960
Hình 1.7. Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1960-1990
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 reader 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.
Hình 1.8. Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1990-2009
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.
1.2.2. Khái niệm RFID
Là công nghệ xác nhận dữ liệu đối tượng bằng sóng vô tuyến để nhận dạng, theo dõi và lưu thông tin trong một thẻ (Tag). Reader quét dữ liệu thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu lưu trữ dữ liệu của thẻ.
Kỹ thuật RFID có liên quan đến hệ thống không dây cho phép một thiết bị đọc thông tin được chứa trong một chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa mà không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc yêu cầu một sự nhìn thấy giữa hai cái. Nó cho ta phương pháp truyền và nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác.
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay hệ thống RFID bị động làm việc như sau: một RFID reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua antenna của nó đến một con chip không tiếp xúc. Reader 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 một reader.
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các thẻ đến các reader. Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc pallet.
1.2.3. So sánh các hệ thống ID khác nhau
Từ cách phân tích các hệ thống nhận dạng mô tả ở trên cho ta thấy ưu điểm và nhược điểm của RFID với các hệ thống khác (Bảng 1.1).
Bảng 1.1: So sánh một số hệ thống nhận dạng
1.3. Các thành phần của một hệ thống RFID
Các thành phần chính trong hệ thống RFID là thẻ, reader và cơ sở dữ liệu.
Một hệ thống RFID toàn diện bao gồm bốm thành phần:
- Thẻ RFID (RFID Tag, Transponder - bộ phát đáp) được lập trình điện tử với thông tin duy nhất.
- Các reader (đầu đọc) hoặc sensor (cái cảm biến) để truy vấn các thẻ.
- Antenna thu, phát sóng vô tuyến.
- Host computer - server, nơi mà máy chủ và hệ thống phần mềm giao diện với hệ thống được tải. Nó cũng có thể phân phối phần mềm trong các reader và cảm biến. Cơ sở hạ tầng truyền thông: là thành phần bắt buộc, nó là một tập gồm cả hai mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để kết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả.
Hình 1.9. Hệ thống RFID toàn diện
1.3.1. Thẻ RFID
Thẻ RFID (bộ phát đáp - transpoder), thiết bị lưu trữ dữ liệu thực tế của một hệ thống RFID, thường bao gồm một phần tử kết nối (Coupling element) và một vi chíp điện tử.
Hình 1.10. Layout của thiết bị mang dữ liệu, transponder. Hình bên trái transponder ghép cảm ứng với antenna cuộn dây, hình bên phải transponder viba với antenna dipole
Thẻ gồm có 2 phần chính:
- 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.
- Antenna được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến reader. Antenna càng lớn cho biết phạm vi đọc càng xa.
Các thẻ RFID được phân loại dựa trên việc thẻ có chứa một cung cấp nguồn gắn bên trong hay là được cung cấp bởi thiết bị chuyên dụng:
- Thụ động (Passive)
- Tích cực (Active)
- Bán tích cực (Semi-active, còn gọi bán thụ động - semi-passive)
Thẻ thụ động
Hình 1.11.Cấu trúc của một thẻ thụ động
Loại thẻ này không có nguồn bên trong (on-board), sử dụng nguồn nhận được từ reader để tự tiếp sinh lực hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nó cho reader. Thẻ thụ động có cấu trúc đơn giản và không có các thành phần động. Thẻ như thế có một thời gian sống dài và thường có sức chịu đựng với điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Đối với loại thẻ này, khi thẻ và reader truyền thông với nhau thì reader luôn truyền trước rồi mới đến thẻ. Cho nên bắt buộc phải có reader để thẻ có thể truyền dữ liệu của nó.
Thẻ thụ động được đọc ở khoảng cách từ 11cm ở trường gần (ISO 14443), đến 10m ở trường xa (ISO 18000-6), và có thể lên đến 183m khi kết hợp với ma trận.
Thẻ thụ động nhỏ hơn và cũng rẻ hơn thẻ tích cực hoặc bán tích cực.
Các thẻ thụ động có thể thực thi ở tần số low, high, ultrahigh, hoặc microwave
Thẻ thụ động bao gồm những thành phần chính sau:
- Vi mạch (microchip).
- Antenna.
Vi mạch
Vi mạch thông thường gồm có:
- Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC từ tín hiệu antenna của reader thành nguồn DC. Nó cung cấp nguồn đến các thành phần khác của vi mạch.
- Máy tách xung (Clock extractor): rút tín hiệu xung từ tín hiệu antenna của reader.
- Bộ điều chế (Modulator): điều chỉnh tín hiệu nhận được từ reader. Đáp ứng của thẻ được gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó được truyền trở lại reader.
- Đơn vị luận lý (Logic unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức truyền giữa thẻ và reader.
- Bộ nhớ vi mạch (memory): được dùng lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này thường được phân đoạn (gồm vài block hoặc field). Addressability có nghĩa là có khả năng phân tích (đọc hoặc ghi) vào bộ nhớ riêng của một vi mạch của thẻ. Một block nhớ của thẻ có thể giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau, ví dụ như một phần của dữ liệu nhận dạng đối tượng được gắn thẻ, các bit checksum (chẳng hạn kiểm tra lỗi CRC) kiểm tra độ chính xác của dữ liệu được truyền v.v… Sự tiến bộ của kỹ thuật cho phép kích thước của vi mạch nhỏ đến mức nhỏ hơn hạt cát. Tuy nhiên, kích cỡ của thẻ không được xác định bởi kích thước vi mạch của nó mà bởi chiều dài antenna của nó.
Antenna
Antenna của thẻ được dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của reader để làm tăng sinh lực cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu từ reader. Antenna này được gắn vào vi mạch, antenna là trung tâm đối với hoạt động của thẻ.
Có thể có nhiều dạng antenna, nhất là UHF, chiều dài antenna tương ứng với bước sóng hoạt động của thẻ. Một antenna lưỡng cực bao gồm một dây dẫn điện (chẳng hạn đồng) mà nó bị ngắt ở trung tâm. Chiều dài tổng cộng của một antenna lưỡng cực bằng nửa bước sóng tần số được dùng nhằm tối ưu năng lượng truyền từ tín hiệu antenna của reader đến thẻ. Reader có thể đọc thẻ này ở nhiều hướng khác nhau.
Chiều dài antenna của thẻ thường lớn hơn nhiều so với vi mạch của thẻ vì vậy nó quyết định kích cỡ vật lý của thẻ. Một antenna có thể được thiết kế dựa trên một số nhân tố sau đây:
- Khoảng cách đọc của thẻ với reader.
- Hướng cố định của thẻ đối với reader.
- Hướng tùy ý của thẻ đối với reader.
- Loại sản phẩm riêng biệt.
- Vận tốc của đối tượng được gắn thẻ.
- Độ phân cực antenna của reader.
Những điểm kết nối giữa vi mạch của thẻ và antenna là những kết nối yếu nhất của thẻ. Nếu có bất kỳ điểm kết nối nào bị hỏng thì xem như thẻ không làm việc được hoặc có thể hiệu suất làm việc giảm đáng kể.
Hiện tại, antenna của thẻ được xây dựng bằng một mảnh kim loại mỏng (chẳng hạn đồng, bạc hoặc nhôm). Tuy nhiên, trong tương lai có thể sẽ in trực tiếp antenna lên nhãn thẻ, hộp và sản phẩm đóng gói bằng cách sử dụng một loại mực dẫn có chứa đồng, cacbon và niken.
Thẻ tích cực
Hình 1.12. Một số loại thẻ tích cực
Thẻ tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn một bộ pin, hoặc có thể là những nguồn năng lượng khác như sử dụng nguồn năng lượng mặt trời) và điện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng bên trong để truyền dữ liệu cho reader. Nó không cần nguồn năng lượng từ reader để truyền dữ liệu. Điện tử học bên trong gồm bộ vi mạch, cảm biến và các cổng vào/ra được cấp nguồn bởi nguồn năng lượng bên trong nó.
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader, thẻ luôn truyền trước, rồi mới đến reader. Vì sự hiện diện của reader không cần thiết cho việc truyền dữ liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân cận nó thậm chí trong cả trường hợp reader không có ở nơi đó.
Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30,5 m) hoặc hơn nữa khi máy phát tích cực của loại thẻ này được dùng đến.
Thẻ tích cực bao gồm 4 thành phần chính sau:
- Vi mạch: Kích cỡ và khả năng làm việc vi mạch thường lớn hơn vi mạch trong thẻ thụ động.
- Antenna: có thể truyền tín hiệu của thẻ và nhận tín hiệu reader. Đối với thẻ bán tích cực, gồm một hoặc nhiều mảnh kim loại như đồng, tương tự như thẻ thụ động.
- Cung cấp nguồn bên trong.
- Điện tử học bên trong.
Hai thành phần đầu tiên (vi mạch, antenna) đã được mô tả trong phần trước. Sau đây, hai thành phần sau sẽ được được trình bày:
Nguồn năng lượng bên trong
Tất cả các thẻ tích cực đều mang một nguồn năng lượng bên trong để cung cấp nguồn cho điện tử học bên trong và truyền dữ liệu. Nếu sử dụng bộ pin thì thẻ tích cực thường kéo dài tuổi thọ từ 2 đến 7 năm tùy thuộc vào thời gian sống của bộ pin. Một trong những nhân tố quyết định thời gian sống của bộ pin là tốc độ truyền dữ liệu của thẻ. Nếu khoảng cách đó càng rộng thì bộ pin càng tồn tại lâu và vì thế thời gian sống của thẻ cũng dài hơn.
Điện tử học bên trong
Điện tử học bên trong cho phép thẻ hoạt động như một máy phát và cho phép nó thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng như tính toán, hiển thị giá trị các tham số động nào đó, hoặc hoạt động như một cảm biến v.v… Thành phần này cũng có thể cho phép chọn lựa kết nối với các cảm biến bên ngoài. Vì vậy thẻ có thể thực thi nhiều nhiệm vụ thông minh, tùy thuộc vào loại cảm biến được gắn vào.
Thẻ bán tích cực (bán thụ động)
Thẻ bán tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn là bộ pin) và điện tử học bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Nguồn bên trong cung cấp sinh lực cho thẻ hoạt động. Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ bán tích cực sử dụng nguồn từ reader. Thẻ bán tích cực được gọi là thẻ có hỗ trợ pin (battery-assisted tag).
Hình 1.13. Cấu trúc của một thẻ bán tích cực
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader thì reader luôn truyền trước rồi đến thẻ. Tại sao sử dụng thẻ bán tích cực mà không sử dụng thẻ thụ động? Bởi vì thẻ bán tích cực không sử dụng tín hiệu của reader như thẻ thụ động, nó tự kích động, nó có thể đọc ở khoảng cách xa hơn thẻ thụ động. Bởi vì không cần thời gian tiếp sinh lực cho thẻ bán tích cực, thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của reader ít hơn thời gian đọc quy định (không giống như thẻ thụ động). Vì vậy nếu đối tượng được gắn thẻ đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu thẻ có thể vẫn được đọc nếu sử dụng thẻ bán tích cực. Thẻ bán tích cực cũng cho phép đọc tốt hơn ngay cả khi gắn thẻ bằng những vật liệu chắn tần số vô tuyến (RF-opaque và RF-absorbent). Sự có mặt của những vật liệu này có thể ngăn không cho thẻ thụ động hoạt động đúng dẫn đến việc truyền dữ liệu không thành công. Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề khó khăn đối với thẻ bán tích cực.
Phạm vi đọc của thẻ bán tích cực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30,5m) với điều kiện lý tưởng.
Việc phân loại tiếp theo dựa trên khả năng hỗ trợ ghi chép dữ liệu:
- Chỉ đọc (RO)
- Ghi một lần, đọc nhiều lần (WORM)
- Đọc - Ghi (RW)
Thẻ read only (RO)
Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần. Dữ liệu có thể được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất. Việc này được thực hiện như sau: các fuse riêng lẻ trên vi mạch của thẻ được lưu cố định bằng cách sử dụng chùm tia laser. Sau khi thực hiện xong, không thể ghi đè dữ liệu lên thẻ được nữa. Thẻ này được gọi là factory programmed. Nhà sản xuất loại thẻ này sẽ đưa dữ liệu lên thẻ và người sử dụng thẻ không thể điều chỉnh được. Loại thẻ này chỉ tốt đối với những ứng dụng nhỏ mà không thực tế đối với quy mô sản xuất lớn hoặc khi dữ liệu của thẻ cần được làm theo yêu cầu của khách hàng dựa trên ứng dụng. Loại thẻ này được sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh và hàng không nhỏ.
Thẻ write once, read many (WORM)
Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì không phải được ghi bởi nhà sản xuất mà bởi người sử dụng thẻ ngay lúc thẻ cần được ghi. Tuy nhiên trong thực tế thì có thể ghi được một số lần (khoảng 100 lần). Nếu ghi quá số lần cho phép, thẻ có thể bị phá hỏng vĩnh viễn. Thẻ WORM được gọi là field programmable.
Loại thẻ này có giá cả và hiệu suất tốt, có chức năng an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổ biến nhất trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay.
Thẻ read write (RW)
Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng từ 10.000 đến 100.000 lần hoặc có thể hơn nữa. Việc này đem lại lợi ích rất lớn vì dữ liệu có thể được ghi bởi reader hoặc bởi thẻ (nếu là thẻ tích cực). Thẻ RW gồm thiết bị nhớ Flash và FRAM để lưu dữ liệu. Thẻ RW được gọi là field programmable hoặc reprogrammable. Sự an toàn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ RW. Thêm vào nữa là loại thẻ này thường đắt nhất. Thẻ RW không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay, trong tương lai có thể công nghệ thẻ phát triển thì chi phí thẻ sẽ giảm xuống.
1.3.2. Reader
Một reader điển hình chứa một module tần số vô tuyến (máy phát và máy thu) là một đơn vị điều khiển và là phần tử kết nối đến bộ phát đáp. Ngoài ra các reader còn được gắn với một giao diện bổ sung (RS232, RS485…) để chúng có thể chuyển tiếp dữ liệu đọc được đến một hệ thống khác (PC, hệ thống điều khiển robot…).
Reader RFID được gọi là vật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị đọc và ghi dữ liệu các thẻ RFID tương thích. Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ bằng reader được gọi là tạo thẻ. Quá trình tạo thẻ và kết hợp thẻ với một đối tượng được gọi là đưa thẻ vào hoạt động (commissioning the tag).
Reader là hệ thần kinh trung ương của toàn hệ thống, phần cứng RFID thiết lập việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhất của bất kỳ thực thể nào muốn liên kết với thực thể phần cứng này.
Một reader có cấu trúc layout như Hình 1.14 dưới đây:
Hình 1.14. Cấu trúc layout cơ bản của một reader
Các thành phần chính của reader bao gồm:
- Máy phát (Transmitter)
- Máy thu (Receiver)
- Vi mạch (Microprocessor)
- Bộ nhớ
- Kênh vào/ra đối với các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ, bảng tín hiệu điện báo bên ngoài (mặc dù nói đúng ra đây là những thành phần không bắt buộc, chúng hầu như luôn được cung cấp với một reader thương mại).
- Mạch điều khiển (có thể nó được đặt ở bên ngoài)
- Mạch truyền thông
- Nguồn năng lượng
Các thành phần chính của reader
Máy phát
Máy phát của reader truyền nguồn AC và chu kỳ xung đồng hồ qua antenna của nó đến thẻ trong phạm vi đọc cho phép, nó chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của reader đến môi trường xung quanh và nhận lại đáp ứng của thẻ qua antenna của reader.
Máy thu
Máy thu nhận tín hiệu tương tự từ thẻ qua antenna của reader. Sau đó nó gởi những tín hiệu này cho vi mạch của reader, tại nơi này nó được chuyển thành tín hiệu số tương đương (có nghĩa là dữ liệu mà thẻ đã truyền cho reader được biểu diễn ở dạng số).
Vi mạch
Thành phần này chịu trách nhiệm cung cấp giao thức cho reader để nó truyền thông với thẻ tương thích với nó. Nó thực hiện việc giải mã và kiểm tra lỗi tín hiệu tương tự nhận từ máy thu.
Bộ nhớ
Bộ nhớ dùng lưu trữ dữ liệu như các tham số cấu hình reader và một bản kê khai các lần đọc thẻ. Vì vậy nếu việc kết nối giữa reader và hệ thống mạch điều khiển/phần mềm bị hỏng thì tất cả dữ liệu thẻ đã được đọc không bị mất.
Các kênh nhập/xuất của các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ và bảng tín hiệu điện báo bên ngoài
Các reader không cần bật suốt. Các thẻ có thể chỉ xuất hiện lúc nào đó và rời khỏi reader mãi cho nên việc bật reader suốt sẽ gây lãng phí năng lượng. Thêm nữa là giới hạn vừa đề cập ở trên cũng ảnh hưởng đến chu kỳ làm việc của reader. Thành phần này cung cấp một cơ chế bật và tắt reader tùy thuộc vào các sự kiện bên ngoài. Có một số loại cảm biến như cảm biến về ánh sáng hoặc sự chuyển động để phát hiện các đối tượng được gắn thẻ trong phạm vi đọc của reader. Cảm biến này cho phép reader bật lên để đọc thẻ. Thành phần này cũng cho phép reader cung cấp xuất cục bộ tùy thuộc vào một số điều kiện qua một bảng tín hiệu điện báo (chẳng hạn, báo bằng âm thanh) hoặc cơ cấu truyền động đầu từ (chẳng hạn, mở hoặc đóng van an toàn, di chuyển một cánh tay robot, v.v…).
Mạch điều khiển
Mạch điều khiển là một thực thể cho phép thực thể bên ngoài là con người hoặc chương trình máy tính giao tiếp, điều khiển các chức năng của reader, điều khiển bảng tín hiệu điện báo và cơ cấu truyền động đầu từ kết hợp với reader này. Thường thì các nhà sản xuất hợp nhất thành phần này vào reader (như phần mềm hệ thống (firmware) chẳng hạn).
Giao diện truyền thông
Thành phần giao diện truyền thông cung cấp các lệnh truyền đến reader, nó cho phép tương tác với các thực thể bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền dữ liệu của nó, nhận lệnh và gửi lại đáp ứng. Thành phần giao diện này cũng có thể xem là một phần của mạch điều khiển hoặc là phương tiện truyền giữa mạch điều khiển và các thực thể bên ngoài. Thực thể này có những đặc điểm quan trọng cần xem nó như một thành phần độc lập. Reader có thể có một giao diện tuần tự. Giao diện tuần tự là loại giao diện phổ biến nhất nhưng các reader thế hệ sau sẽ được phát triển giao diện mạng thành một tính năng chuẩn. Các reader phức tạp có các tính năng như tự phát hiện bằng chương trình ứng dụng, có gắn các Web server cho phép reader nhận lệnh và trình bày kết quả dùng một trình duyệt Web chuẩn.
Nguồn năng lượng
Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần của reader. Nguồn năng lượng được cung cấp cho các thành phần này qua một dây dẫn điện được kết nối với một ngõ ra bên ngoài thích hợp.
Phân loại reader
Reader được phân loại chủ yếu theo tiêu chuẩn là giao diện mà reader cung cấp cho việc truyền thông. Trong tiêu chuẩn này, reader có thể được phân loại ra như sau:
- Serial.
- Network.
Serial reader
Serial reader sử dụng liên kết serial để truyền với một ứng dụng. Reader kết nối đến cổng serial của máy tính dùng kết nối tuần tự RS232 hoặc RS485. Cả hai loại kết nối này đều có giới hạn trên về chiều dài cáp sử dụng kết nối reader với máy tính. Chuẩn RS485 cho phép cáp dài hơn chuẩn RS232.
Ưu điểm của serial reader là có độ tin cậy cao hơn network reader. Vì vậy sử dụng reader loại này được khuyến khích nhằm làm tối thiểu sự phụ thuộc vào một kênh truyền.
Nhược điểm của serial reader là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sử dụng để kết nối một reader với một máy tính. Thêm nữa, thường thì trên một máy chủ thì số cổng serial bị hạn chế. Tốc độ truyền dữ liệu serial thường thấp hơn tốc độ truyền dữ liệu mạng. Những nhân tố này dẫn đến chi phí bảo dưỡng cao hơn và thời gian chết đáng kể.
Network reader
Network reader kết nối với máy tính sử dụng cả mạng dây và không dây. Thực tế, reader hoạt động như thiết bị mạng.
Ưu điểm của network reader là không phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết nối reader với máy tính. Sử dụng ít máy chủ hơn so với serial reader. Thêm nữa là phần mềm hệ thống của reader có thể được cập nhật từ xa qua mạng.
Nhược điểm của network reader là việc truyền không đáng tin cậy bằng serial reader.
Cơ chế truyền cơ bản giữa thẻ và reader
Tùy thuộc vào loại thẻ, việc truyền giữa reader và thẻ có thể theo một trong những cách sau đây:
- Modulated backscatter.
- Kiểu máy phát (transmitter type).
Trước khi nghiên cứu sâu vào loại truyền thông, ta phải hiểu được khái niệm near field và far field.
Phạm vi giữa antenna của reader và một bước sóng của sóng RF được phát bởi antenna được gọi là near field. Phạm vi ngoài bước sóng của sóng RF đã phát từ antenna của reader được gọi là far field. Các hệ thống RFID thụ động hoạt động ở băng tần LF và HF sử dụng việc truyền thông near field trong khi trong băng tần UHF và sóng vi ba sử dụng far field. Cường độ tín hiệu trong truyền thông near field yếu đi lập phương khoảng cách từ antenna của reader. Trong far field, nó giảm đi bình phương khoảng cách từ antenna của reader. Cho nên truyền thông far field được kết hợp với phạm vi đọc dài hơn truyền thông near field.
Hình 1.15. Cơ chế truyền ở trường gần, trường xa giữa thẻ và reader
Tiếp theo so sánh việc đọc thẻ và ghi thẻ. Việc ghi thẻ mất nhiều thời gian hơn việc đọc thẻ trong cùng điều kiện vì hoạt động ghi gồm nhiều bước, bao gồm việc xác minh ban đầu, xóa dữ liệu còn tồn tại trên thẻ, ghi dữ liệu mới lên thẻ, và giai đoạn xác minh lần cuối. Thêm nữa là dữ liệu được ghi trên thẻ theo khối bằng nhiều bước. Vì vậy việc ghi thẻ có thể mất cả trăm giây mới hoàn thành cùng với việc tăng kích thước dữ liệu. Ngược lại, có một số thẻ có thể được đọc trong khoảng thời gian này với cùng reader. Việc ghi thẻ là một quá trình dễ bị ảnh hưởng cần đặt thẻ gần antenna của reader hơn khoảng cách đọc tương ứng. Việc đặt gần nhằm cho phép antenna của thẻ có thể nhận được đủ năng lượng từ tín hiệu antenna của reader để cấp nguồn cho vi mạch của nó giúp nó có thể thực thi các lệnh ghi. Nhu cầu năng lượng đối với quá trình ghi thường cao hơn quá trình đọc.
Modulated backscatter
Việc truyền modulated backscatter áp dụng cho cả thẻ thụ động và bán tích cực. Trong kiểu truyền thông này, reader gửi đi tín hiệu RF sóng liên tục (continuos wave-CW) gồm có nguồn AC và tín hiệu xung cho thẻ cùng tần số mang (carrier frequency-tần số mà reader hoạt động). Nhờ việc kết nối (nghĩa là cơ chế truyền năng lượng giữa reader và thẻ) mà antenna của thẻ cung cấp nguồn điện cho vi mạch. Từ kích thích thường ám chỉ việc vi mạch của thẻ thụ động nhận năng lượng từ tín hiệu của reader để tự tiếp sinh lực. Vi mạch cần khoảng 1,2V từ tín hiệu của reader để tiếp sinh lực đối với việc đọc. Còn đối với việc ghi thì vi mạch thường cần khoảng 2,2V từ tín hiệu của reader. Hiện nay vi mạch điều chỉnh, thay đổi tín hiệu nhập thành một chuỗi mô hình mở, tắt trình bày dữ liệu của nó và truyền nó trở lại. Khi reader nhận tín hiệu đã điều chế, nó giải mã mô hình và thu được dữ liệu thẻ.
Vì vậy trong mô hình truyền modulated backscatter, reader luôn “talks” trước sau đó mới tới thẻ. Thẻ sử dụng mô hình này không thể truyền khi không có mặt reader vì nó phụ thuộc hoàn toàn vào năng lượng của reader để truyền dữ liệu của nó.
Hình 1.16. Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ thụ động
Hình 1.17. Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ bán thụ động
Kiểu máy phát
Kiểu truyền này chỉ áp dụng cho thẻ tích cực. Trong kiểu truyền này, thẻ phát tán thông điệp xung quanh môi trường với khoảng cách theo qui định, bất kể reader có hay không có mặt ở đó. Vì vậy, trong kiểu truyền này, thẻ luôn luôn “talks” trước reader.
Hình 1.18. Cơ chế truyền kiểu máy phát của thẻ tích cực
1.3.3. Database
Database là hệ thống thông tin phụ trợ để theo dõi và chứa thông tin về item có đính thẻ.
Thông tin được lưu trong database bao gồm định danh item, phần mô tả, nhà sản xuất, hoạt động của item, vị trí. Kiểu thông tin chứa trong database 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 cũng như khác với quản lý nhân viên trong một công ty. Các database cũng có thể được kết nối đến các mạng khác như mạng LAN để kết nối database qua Internet. Việc kết nối này cho phép dữ liệu chia sẻ với một database cục bộ mà thông tin được thu thập trước tiên từ nó.
1.4. Giao thức thẻ RFID
Để có thể hiểu được cơ chế truyền và các kỹ thuật liên quan đến công nghệ RFID chúng ta sẽ đi tìm hiểu những thuật ngữ và khái niệm ban đầu cũng như cách lưu dữ liệu trên thẻ và hai thủ tục rất quan trọng là Singulation và Anti_Collision.
1.4.1. Thuật ngữ và khái niệm
Trong phần này, ta sẽ nghiên cứu các giao thức mà reader và thẻ sử dụng để trao đổi thông điệp thông qua giao diện không gian (air interface) cũng như xem xét chi tiết thông tin được lưu trữ trên thẻ.
Giao thức: “Một tập các quy tắc chính thức mô tả cách truyền dữ liệu, đặc biệt là qua một mạng. Các giao thức cấp thấp xác định các tiêu chuẩn về điện, về vật lý được tiến hành theo kiểu bit và kiểu byte, việc truyền, việc phát hiện lỗi và hiệu chỉnh chuỗi bit. Các giao thức cấp cao đề cập đến định dạng dữ liệu bao gồm cú pháp của thông điệp, đoạn đối thoại giữa đầu cuối tới máy tính, các bộ ký tự, sự sắp xếp thứ tự của thông điệp, v.v…”
Với định nghĩa này, các giao diện không gian sẽ là các giao thức cấp thấp, còn các giao thức được mô tả dưới đây là các giao thức cấp cao. Nó xác định cú pháp của thông điệp và cấu trúc của đoạn đối thoại giữa reader và thẻ. Phần đầu xoay quanh một số thuật ngữ và khái niệm quan trọng để hiểu được giao thức thẻ và giải thích nhiều hơn về mối quan hệ giữa các chuẩn mã vạch và mã hóa thẻ, nó sẽ hữu ích cho người phát triển xây dựng các ứng dụng EPC (Electronic Product Code). Sau đây ta tìm hiểu một số loại thủ tục chống đụng độ và singulation để minh họa cách reader nhận dạng thẻ. Phần này gần giống phần chức năng security & privacy và một số mẹo gỡ rối trong việc truyền của thẻ.
Ban đầu giao thức singulation dường như chỉ những người quan tâm mới biết nhưng chúng đã được tập trung tranh luận sôi nổi trong suốt thời gian gần đây và là nguyên nhân gây ra những quyết định then chốt trong thời gian thông qua kỹ thuật RFID trong nhiều ngành công nghiệp.
Thuật ngữ kỹ thuật phát triển khi có bất kỳ một kỹ thuật nào mới ra đời không ngoại trừ RFID. Một số thuật ngữ này khá hữu ích để mô tả các khái niệm khác sẽ xuất hiện trong phần này. Các thuật ngữ này là:
Singulation
Thuật ngữ này mô tả một thủ tục giảm một nhóm (group) thành một luồng (stream) để quản lý kế tiếp nhau được. Chẳng hạn một cửa xe điện ngầm là một thiết bị để giảm một nhóm người thành một luồng người mà hệ thống có thể đếm và yêu cầu xuất trình thẻ. Singulation cũng tương tự khi có sự truyền thông với các thẻ RFID, vì không có cơ chế nào cho phép thẻ reply tách biệt, nhiều thẻ sẽ đáp ứng một reader đồng thời và có thể phá vỡ việc truyền thông này. Singulation cũng có hàm ý rằng reader học các ID của mỗi thẻ để nó kiểm kê.
Anti-collision
Thuật ngữ này mô tả một tập thủ tục ngăn chặn các thẻ ngắt mỗi thẻ khác và không cho phép có thay đổi. Singulation nhận dạng các thẻ riêng biệt, ngược lại anti-collision điều chỉnh thời gian đáp ứng và tìm các phương thức sắp xếp ngẫu nhiên những đáp ứng này để reader có thể hiểu từng thẻ trong tình trạng quá tải này.
Identity là một cái tên, một số hoặc địa chỉ mà nó chỉ duy nhất một vật hoặc một nơi nào đó. “Nguyễn Đình Chiểu” là một identity chỉ một con người cụ thể. “259/11/13 Kinh Dương Vương, Phường An Lạc, Quận Bình Tân” là identity chỉ một nơi cụ thể.
1.4.2. Phương thức lưu trữ dữ liệu trên thẻ
Giao thức truyền thông thẻ cấp cao hiểu được các loại ID và phương thức lưu trữ liệu trên thẻ. Tuy nhiên vì một reader chỉ liên lạc với một thẻ nên layout về mặt vật lý thực tế của bộ nhớ trên thẻ tùy thuộc vào nhà sản xuất. Layout có cấu trúc logic như hình vẽ:
Hình 1.19. Layout bộ nhớ của một thẻ minh họa
Trong đó:
- CRC là một checksum (xem chi tiết trong “CCITT-CRC”).
- EPC là ID của thẻ.
- Password là một “mã chết” để làm mất khả năng hoạt động của thẻ.
CCITT-CRC:
- CRC (Cyclic Redundancy Check) là một phương pháp xác minh một khối dữ liệu không thích hợp do đã bị sửa đổi. Người gửi khối dữ liệu này sẽ tính một giá trị bằng cách xử lý toàn khối thành một số lớn và chia nó bởi một số được gọi là đa thức CRC. Số dư của phép toán này là CRC. Người gửi sẽ gửi CRC này cùng với dữ liệu và người nhận dùng phương pháp tương tự để tính CRC qua khối dữ liệu để so sánh. Nếu CRC từ người gửi không thỏa với CRC đã được tính bởi người nhận thì người nhận yêu cầu dữ liệu được gửi lại. Để phát sinh CRC, các giao thức EPC sử dụng đa thức CCITT-CRC. Giao thức này dùng chuỗi 16 bit CRC sử dụng đa thức . Nó có thể bắt được 99.998% lỗi.
- Thuật toán tính CRC: Đầu tiên tính giá trị hex cho đa thức. Thực hiện bằng cách tính từ 15 xuống (vì đây là chuỗi CRC 16 bit) và đánh dấu 1 cho mỗi lũy thừa xuất hiện trong đa thức. Đối với mỗi lũy thừa không có trong đa thức ta đánh dấu 0. Điều này có nghĩa số đó là số 0001000000100001 hoặc số hex 1021(số này là CCITT). Lấy đa thức khối dữ liệu chia cho đa thức này, số dư là CRC.
1.4.3. Thủ tục SINGULATION và ANTI-COLLISION
Vấn đề kế tiếp liên quan tới phương thức mà một reader và một thẻ sử dụng giao diện không gian (air interface). Có nhiều phương thức khác nhau cho các reader và thẻ liên lạc với nhau nhưng tất cả có thể được phân loại thành Tag Talks First (TTF) hoặc Reader Talks First (RTF). Trong phần này, ta sẽ nghiên cứu các giao thức phổ biến nhất cho RFID: Slotted Aloha, Adaptive Binary Tree, Slotted Terminal Adaptive Collection và đặc tả EPC Gen2 mới.
Slotted Aloha
Slotted Aloha xuất phát từ một thủ tục đơn giản “Aloha” và được phát triển trong những năm 1970 bởi Norman Abramson của Aloha Network tại Hawaii trong truyền vô tuyến gói. Aloha đã là nguồn cảm hứng cho giao thức Ethernet và sự biến đổi của thủ tục này vẫn được dùng trong thông tin vệ tinh cũng như cho các thẻ RFID ISO 18000-6 Type B và EPC Gen2.
Đối với thủ tục này, các thẻ bắt đầu broadcast ID của chúng ngay khi reader nạp năng lượng cho chúng. Mỗi thẻ gửi ID của nó và chờ một khoảng thời gian random trước khi broadcast lại. Reader nhận các ID, mỗi thẻ sẽ broadcast trong khoảng thời gian các thẻ khác im lặng. Dẫu sao thì reader cũng không trả lời các thẻ. Ưu điểm của thủ tục này là tốc độ và tính đơn giản. Luận lý của thẻ rất nhỏ và với giao thức yếu như thế này thì tốc độ đọc chỉ đạt cao nhất khi chỉ có một vài thẻ hiện diện.
Tuy nhiên, các thẻ thêm vào làm giảm cơ hội truyền. Có nghĩa là chờ các thẻ truyền lại đến khi truyền hết, nó phụ thuộc vào khoảng cách truyền, và không thể thực thi theo dõi item được khoảng 8 đến 12 thẻ. Cũng may là Slotted Aloha cải tiến giao thức bằng cách thêm vào khái niệm singulation và yêu cầu các thẻ chỉ broadcast vào lúc bắt đầu một khe thời gian nào đó vì thế nó làm giảm đụng độ một cách đáng kể. Và có khả năng đọc gần 1.000 thẻ trong một giây.
Slotted Aloha sử dụng 3 lệnh chọn thẻ: REQUEST, SELECT và READ. Lệnh đầu tiên là REQUEST cung cấp một đánh dấu thời gian cho bất kỳ thẻ nào có trong dãy. Lệnh REQUEST cũng cho biết phương thức các thẻ sử dụng các khe có sẵn. Mỗi thẻ chọn một trong những khe đó, nó dựa vào tổng số tùy chọn của reader, chúng chọn ngẫu nhiên khoảng thời gian chờ trước khi trả lời lệnh REQUEST. Sau đó các thẻ broadcast ID ở những khe đã chọn. Khi nhận ID, reader phát lệnh SELECT chứa ID đó. Chỉ thẻ nào có ID này mới trả lời. Sau đó reader phát lệnh READ. Sau đó reader phát lại lệnh REQUEST.
Càng ít khe thì việc đọc càng nhanh, càng nhiều khe thì đụng độ càng ít. Reader có thể tăng tổng số khe nếu REQUEST bị đụng độ và tiếp tục tăng lệnh REQUEST cho đến khi việc truyền ID không còn đụng độ nữa. Reader cũng có thể sử dụng một lệnh BREAK cho biết các thẻ chờ đợi. Trong một số trường hợp, thẻ sẽ vào trạng thái SLEEP khi đọc thành công, vì vậy cho phép các thẻ còn lại có nhiều cơ hội được chọn hơn.
Ví dụ: Có 1 đầu đọc A và 3 thẻ B1, B2, B3 và các khe thời gian t+10, t+20, t+30, t+40, t+50. 3 thẻ sẽ chọn ngẫu nhiên 1 khe thời gian. Ví dụ B3 chọn khe thời gian t+10, B1 chọn khe thời gian t+50, B2 chọn khe thời gian t+30. Và đầu đọc A quét theo thời gian tuần tự từ t đến t+10, gặp thẻ B3, nó sẽ hỏi B3 có dữ liệu chia sẻ không, B3 trả lời với chuỗi hex FFF1305000181CB50C8000001070. Thẻ A ghi nhận và B3 rơi vào trạng thái SLEEP, tương tự cho B2 và B1. Giao thức chống đụng độ sử dụng các tín hiệu này được gọi là các giao thức Slot Marker. Slot Marker của giao thức Slotted Aloha cũng làm việc như đã mô tả ở trên, ngoại trừ kết thúc của một khe được cho biết bởi một tín hiệu chứ không phải bởi sự kết thúc của một thời gian thiết lập. Điều này cho phép một số khe dài hơn các khe khác và như thế có nhiều cơ hội đọc mỗi khe hơn.
Cây nhị phân thích ứng(Adaptive Binary Tree)
Các thẻ UHF EPC lớp 0 và lớp 1 phiên bản 1.0 (Generation 1) sử dụng một cách tiếp cận phức tạp hơn cho singulation và chống đụng độ là thủ tục Adaptive Binary Tree. Thủ tục này sử dụng tìm kiếm nhị phân để tìm một thẻ trong nhiều thẻ. Ta đã quen thuộc với cây nhị phân nhưng để hiểu rõ ta sẽ xem lại những khái niệm cơ bản. Sau đó ta sẽ giải thích một số sắc thái tìm kiếm nhị phân sử dụng cách tiếp cận query/response tương tự như phần Slotted Aloha. Không giống với Slotted Aloha, các thẻ sử dụng giao thức này sẽ trả lời ngay tức thì. Đặc tả EPC đối với giao diện không gian của các thẻ UHF sẽ sử dụng 2 subcarrier riêng cho bit 1 và bit 0 trong đáp ứng thẻ. Bởi vì giao thức này không chú ý đến phương thức đáp ứng nhiều thẻ với bit 1 hoặc bit 0 mà chỉ chú ý đến một thẻ được đáp ứng hoặc hơn nữa.
Một phương thức dễ dàng là đoán từng số. Khi ta bắt đầu ta không có thông tin, vì thế ta hỏi “Số đầu tiên là 1 phải không?”. Nếu trả lời “vâng” thì ta có thể thêm 1 vào chuỗi số và hỏi “Số kế tiếp là 1 phải không?”. Nếu trả lời “không” thì ta có thể thêm 0 vào chuỗi số. Câu hỏi và câu trả lời lặp lại cho từng số cho đến khi ta biết hết toàn bộ số. Các mũi tên trình bày các số chính xác ở mỗi bước.
Hình 1.20. Sơ đồ cây nhị phân
Bây giờ áp dụng chiến lược này để tìm một thẻ trong nhiều thẻ bằng những bit trong ID của thẻ. Như đã nói là ta bắt đầu không có thông tin. Reader gửi một câu truy vấn “Có thẻ nào có bit đầu (MSB) là 1 không?”. Tất cả trả lời “không” thì dừng đáp ứng, còn những thẻ trả lời “có” thì được hỏi câu hỏi tương tự cho bit kế tiếp. Với cách này, các thẻ tiếp tục bị thu hẹp dần cho đến khi chỉ còn một thẻ trả lời. Bằng phương thức này reader có thể thu hẹp về một thẻ mà không đi hết toàn ID, mặc dù trong trường hợp xấu nhất thì có thể tìm kiếm ID tuần tự sẽ cần đi đến bit cuối cùng (LSB).
Slotted Terminal Adaptive Collection (STAC)
Giao thức STAC tương tự về nhiều mặt với Slotted Aloha, nhưng có một số đặc điểm làm cho nó phức tạp hơn và phải có cách giải quyết riêng. STAC được xác định là một thành phần của đặc tả EPC đối với các thẻ HF. Bởi vì nó xác định đến 512 khe có chiều dài khác nhau, đặc biệt là nó phù hợp với singulation với mật độ thẻ dày đặc. Giao thức này cũng cho phép chọn các nhóm thẻ dựa trên chiều dài của mã EPC bắt đầu bằng MSB. Bởi vì mã EPC được tổ chức bởi Header, Domain Manager Number, Object Class và Serial Number từ MSB đến LSB, cơ chế này có thể dễ dàng chọn những thẻ chỉ thuộc về một Domain Manager hoặc Object Class nào đó. Vì các thẻ HF thường được dùng xác thực item riêng lẻ nên điều này rất hữu dụng chẳng hạn như nếu ứng dụng muốn biết có bao nhiêu item trên một pallet hỗn hợp là những thùng giấy A4.
Cũng như Slotted Aloha, STAC cũng sử dụng các khe. Số khe chính xác được reader chọn và được điều chỉnh liên tục để cân bằng giữa nhu cầu đọc nhanh và một vài sự đụng độ. Càng ít khe hơn thì việc đọc nhanh hơn nhưng nhiều khe hơn thì sẽ làm cho đụng độ ít hơn.
STAC chỉ định nghĩa một tập nhỏ các trạng thái và các lệnh.
EPC UHF lớp 1 Gen 2
Việc nghiên cứu mới đây về giao diện trung gian EPC UHF lớp 1 được gọi là “Giao thức Gen2”. Gen2 phân tích một số giới hạn của giao thức UHF đầu tiên bằng cách định nghĩa các sự biến đổi giao thức mà nó có thể làm việc theo quy tắc RF của Châu Âu (CEPT) và Bắc Mỹ (FCC).
Giao thức EPC Gen 2 hỗ trợ singulation thẻ nhanh hơn giao thức trước, tốc độ đọc là 1.600 thẻ trên giây ở Bắc Mỹ và 600 thẻ trên giây ở Châu Âu. Điều then chốt của Gen2 là các tín hiệu reader phát ra được một khoảng cách xa. Nếu 2 reader cách nhau 1km thì vẫn xem chúng ở cùng môi trường hoạt động.
Giao thức mô tả 3 thủ tục truyền giữa reader với thẻ. Reader chọn các thẻ bằng cách so sánh thẻ với một bitmask hoặc kiểm tra thẻ bằng cách singulate thẻ, hoặc truy cập thẻ để đọc thông tin, ghi thông tin, làm mất khả năng hoạt động hoặc cài đặt trạng thái khóa bằng memory bank number.
Cách khắc phục sự cố communication thẻ
Trong trường hợp reader mất liên lạc với thẻ ta có thể hỏi “Đó là do reader hay thẻ”. Thử thẻ với reader đó, nếu thẻ mới làm việc được thì thẻ kia đã hỏng, nếu thẻ mới không làm việc được thì reader hỏng (hoặc trong trường hợp hai thẻ đều hỏng thì tốt nhất là thử vài thẻ cho chắc chắn). Reader dùng một antenna hoặc nhiều hơn nữa để liên lạc với thẻ. Ta có thể đổi antenna với reader khác không? Ta nên cẩn thận, chỉ đổi antenna từ những reader y như nhau. Hầu hết reader hỗ trợ nhiều loại thẻ: thẻ ISO, thẻ EPC, HF hay UHF. Còn thẻ thì có thể làm việc với hộp kim loại hay vỏ cao su.
Bí quyết đơn giản để kiểm tra là di chuyển thẻ xung quanh và xem ánh sáng đọc sáng hay tắt. Để dấu thẻ thì ta chỉ việc đặt mình giữa thẻ và reader.
1.5. Điều lệ và chuẩn hóa
Không có tổ chức toàn cầu nào quản lý tần số sử dụng cho RFID. Về nguyên tắc, mọi quốc gia đều có thể thiết lập các qui định cho riêng mình. Các tổ chức chính quản lý cấp phát tần số cho RFID là:
- Mỹ: FCC (Federal Communications Commision): Ủy ban viễn thông liên bang.
- Canada: DOC (Department of Communication): Bộ viễn thông.
- Châu Âu: ERO, CEPT, ETSI, và các uỷ ban quốc gia (các uỷ ban quốc gia phải phê chuẩn một tần số xác định để sử dụng trước khi nó có thể sử dụng ở quốc gia này).
- Nhật: MPHPT (Ministry of Public Management, Home Affair, Post and Telecommunication): Bộ quản lý vấn đề chung trong nước và cộng đồng về bưu chính viễn thông)
- Trung Quốc: Bộ công nghệ thông tin
- Úc: Uỷ ban truyền thông đa phương tiện Úc
- NewZealand: Bộ phát triển kinh tế
Các thẻ RFID tần số thấp (LF: 125kHz - 134,2kHz and 140kHz - 148,5kHz) và tần số cao (HF: 13,56MHz) có thể được sử dụng toàn cầu mà không cần cấp phép. Các tần số UHF (UHF: 868MHz - 928MHz) không được sử dụng toàn cầu do nó không có chuẩn toàn cầu riêng.
1.6. Một số tiêu chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID
ISO 11784 & 11785: các chuẩn này qui định nhận dạng tần số vô tuyến cho động vật đưa ra khái niệm kỹ thuật và cấu trúc mã.
ISO 14223/1: nhận dạng tần số vô tuyến với động vật, bộ thu phát cao cấp - giao diện vô tuyến.
ISO 10536: quy định về tần số sóng mang phụ và quá trình điều chế…
ISO 14443
ISO 15693
ISO 18000
EPC global: đây là nền tảng chuẩn nó gần như được chuẩn hóa quốc tế theo qui tắc của ISO.
1.7. Tần số vô tuyến hoạt động của RFID
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: low, high, ultrahigh, microwave.
- Low-frequency: băng tần từ 125KHz - 134KHz. Băng tần này phù hợp với phạm vi ngắn như hệ thống chống trộm, nhận dạng động vật và hệ thống khóa tự động.
- High-frequency: băng tần 13,56MHz. Tần số cao cho phép độ chính xác cao hơn với phạm vi 3foot (3*0,3048m xấp xỉ 1m), vì thế giảm rủi ro đọc sai thẻ. Vì vậy nó thích hợp với việc đọc item. Các thẻ thụ động 13,56 MHz được đọc ở tốc độ 10 đến 100 thẻ trên giây và ở phạm vi 3feet. Các thẻ high-frequency được dùng trong việc theo dõi vật liệu trong các thư viện và kiểm soát hiệu sách, theo dõi pallet, truy cập, theo dõi hành lý vận chuyển bằng máy bay và theo dõi item đồ trang sức.
- Ultrahigh-frequency: các thẻ hoạt động ở 900MHz và có thể được đọc ở khoảng cách dài hơn các thẻ high-frequency, phạm vi từ 3 đến 15feet. Tuy nhiên các thẻ này dễ bị ảnh hưởng bởi các nhân tố môi trường hơn các thẻ hoạt động ở các tần số khác. Băng tần 900MHz 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 hàng trong vận chuyển tàu biển.
- Microwave frequency: băng tần 2,45GHz và 5,8GHz, có nhiều sóng radio bức xạ từ các vật thể ở gần có thể cản trở khả năng truyền thông giữa reader và thẻ tag. Các thẻ microwave RFID thường được dùng trong quản lý dây chuyền cung cấp.
Bảng 1.2: Tần số hoạt động của RFID
Tần số Đặc tính
Tần số thấp (100 - 500kHz) Sử dụng trong phạm vi ngắn và trung bình.
Chi phí thấp
Tốc độ đọc dữ liệu thấp
Tần số trung bình (10 - 15MHz) Sử dụng trong phạm vi ngắn và trung bình.
Chi phí thấp
Tốc độ đọc dữ liệu trung bình
Tần số cao (850 -950MHz, 2,4 -5,8 GHz) Sử dụng trong phạm vi bán kính rộng.
Chi phí cao
Tốc độ đọc dữ liệu cao
Comment