Chương 1 : Tổng quan về công nghệ RFID 1.1 Gới thiệu chung về hệ thống vô tuyến RFID 1.1 Lịch sử hình thành công nghệ RFID RFID (Radio Frequency Identification) – hệ thống dùng tần số vô tuyến để nhận dạng các item đính thẻ. Hai thành phần chủ yếu của hệ thống RFID là thẻ - đính trên item cần theo dõi, và một đầu đọc (reader) – dùng để nhận dạng và đọc thông tin trên thẻ. Sau đó, đầu đọc gửi thông tin này đến hệ thống khác báo cho hệ thống biết sự hiện diện của item có đính thẻ. Hệ thống mà đầu đọc dùng để liên kết với các ứng dụng có chạy một phần mềm gọi là RFID Middleware.
Công nghệ RFID được biết đến trong suốt chiến tranh thế giới thứ 2 và đang phát triển nhanh chóng trong những năm vừa qua. Trong suốt chiến tranh, sóng vô tuyến được dùng để xác định máy bay đang tiếp cận là của đồng minh hay của kẻ thù. Từ đó, cuộc nghiên cứu và phát triển công nghệ dùng sóng vô tuyến bùng nổ trong các hoạt động thương mại và tiếp diễn cho đến những năm 60, phát triển rõ rệt trong các công ty, học viện và chính phủ Mỹ vào những năm 70. Chẳng hạn, bộ năng lượng Los Alamos National Laboratory đã phát triển hệ thống dùng để theo dõi nguyên liệu hạt nhân bằng cách gắn một thẻ vào xe tải và đặt đầu đọc tại các cổng của bộ phận bảo vệ.
Ngày nay, đây là hệ thống được dùng trong việc thu phí tự động. Công nghệ này đưa ra nhiều cải tiến hơn so với các công nghệ trước đây như mã vạch và card viền có từ tính. Ví dụ, một thẻ nhận dạng có thể lưu nhiều dữ liệu hơn là mã vạch hay card viền từ và có thể lập trình lại khi có thông tin mới. Hơn nữa, các thẻ nhận dạng không yêu cầu đọc theo đường thẳng như cách mã vạch thực hiện, và có thể đọc nhanh hơn, khoảng cách đọc lớn hơn.
Hiện nay, công nghệ RFID được triển khai trong công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác nhau. Không chỉ dừng trong thương mại, nhiều trường học ở Nhật Bản còn quyết định gắn thẻ RFID cho học sinh tiểu học và coi đó là biện pháp hữu hiệu nhất để giám sát chúng, giúp ngăn ngừa hiện tượng trẻ lạc đường và bỏ học. Các nước như Singapore, Trung Quốc, Hàn Quốc, Malaysia cũng đã bắt đầu quan tâm đến công nghệ RFID vì những tiềm năng mà công nghệ đem lại. Cụ thể là cơ quan nghiên cứu thông tin hàng hóa (IDA) của Singapore đã lên kế hoạch cho dự án trị giá 5,9 triệu USD để xây dựng 5 cụm dây chuyền cung ứng áp dụng RFID vào năm 2006.
Chính quyền Đài SVTH : Lê Thanh Tú Trang 11 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Loan thì xúc tiến phát triển một ngành công nghiệp RFID toàn diện, từ cấp độ cao như sản xuất chip RFID cho đến các thiết bị cấp vừa như đầu đọc thẻ và cuối cùng là tích hợp hệ thống. Ở Việt Nam, công nghệ RFID ít được biết đến, song cũng đã có đơn vị nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới này. Hiện tại, Trung tâm công nghệ cao, thuộc Viện điện tử - tin học - tự động hóa, đang nghiên cứu thiết kế và xây dựng hệ phần mềm cho các hệ thống quản lý tự động bằng thẻ RFID để ứng dụng trong hệ thống thu phí cầu đường. Ngay tại Trung tâm cũng đã ứng dụng công nghệ này với hệ thống phần mềm quản lý ra vào cửa của cán bộ công nhân viên.2 Thành phần của hệ thống RFID Hình dưới đây hiển thị các thành phần chính của hệ thống RFID Hình 1-1-1 : các thành phần hệ thống RFID 1.1 Thẻ RFID RFID hay còn gọi là bộ tiếp sóng (transponder) gồm 2 phần: Chip: lưu một mã nhận dạng duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại bộ nhớ của thẻ: bộ nhớ chỉ đọc (read-only), đọc-ghi (reader-write), hay ghi một lần đọc nhiều lần (write-once read-many).
Ang-ten: Một thẻ được gắn vào một vi mạch, truyền thông tin từ chip đến đầu đọc. Thông thường, ang-ten càng lớn thì phạm vi đọc càng lớn. Thẻ đính vào đối tượng như: sản phẩm, va-ly, pallet và dùng đầu đọc di động (mobile reader) hay đầu đọc cố định (stationary reader) quét đối tượng bằng sóng vô tuyến. SVTH : Lê Thanh Tú Trang 12 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp 1.1 Thẻ thụ động Thẻ thụ động không có nguồn năng lượng riêng (như pin) cũng như không thể khởi tạo phương thức truyền cho đầu đọc.
Thay vào đó, thẻ nhận tần số do đầu đọc phát ra và nhận năng lượng từ sóng năng lượng của đầu đọc. Thẻ thụ động lưu ít nhất một mã nhận dạng cho một mặt hàng đính thẻ. Trong điều kiện chuẩn, thẻ đọc ở phạm vi khoảng từ 10 – 20 feet (3 – 6m). Giá của các thẻ thụ động từ 20 cents đến vài dollar.
Chi phí của thẻ cũng khác nhau tùy thuộc vào tần số sử dụng, dung lượng bộ nhớ, thiết kế ang-ten, và các yêu cầu khác.2 Thẻ bán thụ động Loại thẻ này cũng không khởi tạo giao tiếp với đầu đọc nhưng có pin bên trong cho phép thẻ thực hiện các chức năng khác như theo dõi điều kiện môi trường và cung cấp nguồn điện tử bên trong cho thẻ. Chúng không tích cực truyền một tín hiệu đến đầu đọc. Một số thẻ bán thụ động ở trạng thái không hoạt động (để bảo tồn pin) cho đến khi chúng nhận một tín hiệu từ đầu đọc. Pin được dùng để lưu thông tin dễ dàng hơn.
Một số thẻ bán thụ động có thể kết nối với bộ cảm biến để lưu thông tin thông qua các thiết bị bảo mật.3 Thẻ chủ động Thẻ chủ động có một nguồn năng lượng và một máy phát, được gắn với ang-ten và chip, dùng để gửi một tín hiệu liên tục. Các thẻ này thường có khả năng đọc-ghi; dữ liệu của thẻ được cập nhật thường xuyên. Các thẻ chủ động có thể khởi tạo sự liên lạc và truyền với khoảng cách xa hơn - lên đến 750 feet (≈ 228m) tùy thuộc vào năng lượng pin của thẻ và thường đắt tiền hơn thẻ thụ động. Thẻ chủ động có nhiều loại bộ nhớ khác nhau: bộ nhớ chỉ đọc (read-only), bộ nhớ đọc ghi (read-write), và ghi một lần đọc nhiều lần (write-once read-many).
Thẻ chỉ đọc: có dung lượng nhỏ (thường ít hơn 64 bit), và lưu dữ liệu được lập trình cố định, không thể thay đổi. Các thẻ này có một thông tin nhận dạng item và được dùng trong thư viện, cửa hàng cho thuê băng đĩa. Thẻ đọc – ghi: cho phép lưu dữ liệu được cập nhật khi cần thiết. Do đó, thẻ có dung lượng lớn hơn nhiều và đắt tiền hơn so với thẻ chỉ đọc.
Các thẻ này thường dùng trong trường hợp khi dữ liệu cần được thay đổi theo chu kỳ tồn tại của sản phẩm như là trong sản xuất hay trong quản lý dây chuyền cung ứng. SVTH : Lê Thanh Tú Trang 13 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Thẻ ghi một lần đọc nhiều lần: chỉ cho phép lưu thông tin một lần, mà không cho phép thay đổi dữ liệu lần nữa. Các thẻ này có các đặc điểm bảo mật của thẻ chỉ đọc (read-only) và chức năng của thẻ đọc-ghi (read- write). Bảng sau trình bày đặc điểm của thẻ thụ động, thẻ bán thụ động, thẻ chủ động.
Thẻ thụ động Thẻ bán thụ Thẻ chủ động động Nguồn năng lượng Bên ngoài (nhận Pin bên trong Pin bên trong từ đầu đọc) Phạm vi đọc dữ Lên đến 20 feet Lên đến 100 feet Lên đến 750 feet liệu Loại bộ nhớ Thường là chỉ Đọc - ghi Đọc - ghi đọc Giá cả 20cent đến vài 2$ đến 10 $ 20$ hoặc hơn dollar Thời gian tồn tại Lên đến 20 năm Từ 2 đến 7 năm Từ 5 đến 10 năm thẻ Bảng 1-1: Đặc điểm của thẻ thụ động, thẻ bán thụ động, thẻ chủ động 1.2 Đầu đọc Đầu đọc còn được gọi là vật tra hỏi (interrogator) dùng để nhận dạng sự hiện diện của các thẻ gần đó. Đầu đọc RFID truyền năng lượng sóng cao tần (sóng RF) qua một hay nhiều ang-ten. Ang-ten trong thẻ gần đó nhận năng lượng này rồi chuyển thành năng lượng điện thông qua bộ cảm ứng. Năng lượng điện này đủ cung cấp cho chip bán dẫn đính trong ang-ten của thẻ dùng để lưu mã nhận dạng.
Sau đó thẻ gửi mã nhận dạng này trở lại đầu đọc bằng việc tăng hay giảm điện trở của ang-ten theo mã Morse. Các thẻ khác nhau có thể hoạt động theo nhiều cách khác nhau, nhưng đây là cách giao tiếp thông thường giữa đầu đọc và thẻ. Đầu đọc có nhiều hình dạng, kích thước, có thể là cố định hay cầm tay. Hình sau miêu tả cách đầu đọc liên kết với thẻ, với bên ngoài và mô phỏng các thành phần của đầu đọc.
SVTH : Lê Thanh Tú Trang 14 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 1-1-2: Các thành phần của reader Đầu đọc gồm 4 thành phần phụ khác nhau : Reader API (Application Programming Interface): là giao diện ứng dụng cho phép các chương trình đăng ký hay lưu trữ các sự kiện đọc thẻ RFID. Nó cũng cung cấp các chức năng khác như cấu hình, theo dõi và quản lý đầu đọc. Cổng giao tiếp (Communications): là các thiết bị rìa (edge devices), và cũng giống như bất kỳ thiết bị RFID khác, chúng được kết nối đến toàn bộ mạng rìa (edge). Các thành phần communication xử lý các chức năng mạng.
Quản lý sự kiện: khi một đầu đọc nhận diện một thẻ, chúng ta gọi là quan sát (observation). Một observation không giống với các observation trước được gọi là sự kiện (event). Việc phân tích observation được gọi là bộ lọc sự kiện (event filtering). Quản lý sự kiện xác định rõ những loại observation nào được xem như là sự kiện và quyết định sự kiện nào cần quan tâm để đưa vào báo cáo hoặc ngay lập tức gửi chúng đến các ứng dụng bên ngoài mạng.
Hệ thống ang-ten phụ: bao gồm một hay nhiều ang-ten và các giao diện hỗ trợ và chuỗi lý luận cho phép các đầu đọc RFID đọc các thẻ. SVTH : Lê Thanh Tú Trang 15 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp 1.3 Cơ sở dữ liệu Thông tin lưu trên cơ sở dữ liệu gồm mã nhận dạng hàng hóa, phần mô tả, thông tin nhà sản xuất, vị trí của hàng hóa … Mỗi ứng dụng khác nhau sẽ có các kiểu thông tin khác nhau. Các cơ sở dữ liệu kết nối với nhau thông qua mạng, như mạng cục bộ hay kết nối qua Internet. Điều này giúp cho việc chia sẻ thông tin dễ dàng hơn.3 RFID hoạt động như thế nào Có nhiều ứng dụng dùng công nghệ này trong cuộc sống hàng ngày quanh ta, mặc dù người dùng dường như không biết đến.