Đặt vấn đề Trước những đổi mới công nghệ của thế giới trong ngành vận tải hàng hóa, đồng thời Việt Nam đang trong quá trình hội nhập toàn cầu nên việc nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới vào thực tiễn cuộc sống là cần thiết và phù hợp với tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Nước ta có rất nhiều cảng, kho bãi lớn nên tiềm năng phát triển ngành vận tải hàng hóa sẽ còn rất cao, vấn đề đặt ra là việc đảm bảo an toàn, kiểm soát hàng hóa thậm chí giám sát quá trình vận chuyển, cài đặt khai báo thông tin nguồn hàng nhanh chóng sẽ góp phần phát triển lĩnh vực này. Ngày nay các thiết bị điện tử đang dần thay thế các thiết bị cơ truyền thống vì tính tiện dụng, nhanh chóng, lưu trữ được thông tin chính xác. Và theo chỉ thị số 23/CT-TTg của Thủ tướng chính phủ thì các mặt hàng kinh doanh tạm nhập tái xuất sẽ quản lý bằng Seal điện tử.
Vì vậy việc nghiên cứu, ứng dụng ổ khóa có tích hợp các chức năng Seal điện tử, lưu trữ nhận dạng thông tin qua RFID, giám sát hành trình hàng hóa qua GPS… là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay. Việc nghiên cứu này sẽ thay đổi quan điểm trong vận chuyển hàng hóa, giúp cho độ tin cậy của hàng hóa trên lộ trình cao hơn, bên cạnh đó giúp cho việc khai báo thủ tục hải quan được nhanh chóng hơn, đồng thời chính phủ cũng sẽ đảm bảo được các tiêu chí an ninh, bảo mật trong xuất nhập hàng hóa. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Container là hệ thống vận chuyển hàng hóa đa phương thức sử dụng các container theo tiêu chuẩn ISO để có thể sắp xếp trên các tàu, toa xe lửa hay xe tải chuyên dụng. Có ba loại độ dài tiêu chuẩn của container là 20 ft (6,1 m), 40 ft (12,2 Trang 1 m) và 45 ft (13,7 m) (hình 1.
Sức chứa container (của tàu, cảng v.) được đo theo TEU (viết tắt của twenty-foot equivalent units “đơn vị tương đương 20 foot”). TEU là đơn vị đo của hàng hóa được container hóa tương đương với một container tiêu chuẩn 20 ft (dài) × 8 ft (rộng) × 8,5 ft (cao) (khoảng 39 m³ thể tích). Phần lớn các container ngày nay là các biến thể của loại 40 ft và do đó là 2 TEU. Các container 45 ft cũng được tính là 2 TEU.
Hai TEU được quy cho như là 1 FEU, hay forty-foot equivalent unit. Các thuật ngữ này của đo lường được sử dụng như nhau. Khóa container điện tử là thiết bị bảo vệ đồng thời thay thế cho seals khi niêm phong thùng hàng container. Tuy nhiên trong lĩnh vực logistics ngày nay ở Việt Nam việc sử dụng công nghệ RFID để nhận biết vị trí, thông tin hàng hóa… qua khảo sát kết quả như sau: Hình 1.
1: Kết quả khảo sát việc sử dụng công nghệ RFID năm 2008 [11] Qua kết quả khảo sát ta thấy trong năm 2008 việc ứng dụng công nghệ RFID trong vận tải hàng hóa là khá thấp so với các phương thức khác, cho thấy việc ứng dụng công nghệ cao vào lĩnh vực này chưa được quan tâm nhiều. Tuy nhiên gần đây việc ứng dụng công nghệ RFID trong các hệ thống siêu thị, quản lý nhà kho… được Trang 2 ứng dụng khá rộng rãi, đây là dấu hiệu khả quan khi đưa công nghệ mới vào vận tải hàng hóa. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc Trước những yêu cầu, đòi hỏi tính an toàn, bảo mật của hàng hóa trong quá trình vận chuyển trên container, đã có nhiều phương thức an ninh ra đời để đáp ứng những yêu cầu cho một container thông minh. Chương trình này được sự khởi xướng bởi cơ quan an ninh nội địa của Mỹ (HSARPA), nhằm hỗ trợ cho chính phủ trong việc theo dõi an ninh, giám sát hành trình, nhận dạng một số hàng hóa nhất định thuộc danh mục cấm, điều kiện môi trường hoặc ghi lại những thay đổi trong quá trình vận chuyển.
Seal điện tử (E-seal) Seal điện tử được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ RFID (Radio frequency identification) và được sử dụng thay thế cho các Seal thông thường khác. Seal điện tử không dán trực tiếp hoặc niêm chì nhưng seal điện tử vẫn đảm bảo tính an toàn, bảo mật hoàng hóa được niêm phong. Ngoài ra Seal điện tử được cài đặt nhiều tính năng về thông tin hàng hóa, mã số điện tử. nên phù hợp cho tất cả các dạng vận tải biển, hàng không.
Lợi ích từ việc ứng dụng Seal điện tử - Các Seal điện tử được sử dụng để theo dõi vận chuyển hàng hóa và thu thập các dữ liệu cần thiết để đánh giá hoặc xác định rủi ro, ngăn ngừa trốn thuế hải quan - Giảm quá trình cho công chức hải quan kiểm tra, cũng làm giảm lỗi do con người trong quá trình thực hiện. -Tăng hiệu quả vận chuyển và giảm thời gian chờ đợi. - An toàn cho thương mại trong nước và quốc tế. - Giảm tham nhũng và hối lộ trong quá trình làm thủ tục hải quan.
Các công trình nghiên cứu: Trang 3 - Trong bài báo “Development of vehicle tracking system using GPS and GSM modem” [4] đã nói về việc thiết kế hệ thống giám sát phương tiện giao thông sử dụng module GPS và GSM. - Trong bài báo “How to solve collision and authentication issues using RFID protocol technology” [5] đã chỉ cách giải quyết vấn đề xung đột và xác thực sử dụng công nghệ RFID. - Bài báo “The Role of Electronic Container Seal (E-Seal) with RFID Technology in the Container Security Initiatives” [12] đã chỉ ra được vai trò của E-Seal ứng dụng công nghệ RFID trong việc bảo vệ cho Container. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 1.
Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và thi công thiết bị khóa điện tử sử dụng công nghệ GSM, GPS và RFID để quản lý container. Dữ liệu truyền từ thiết bị về server được bảo mật bằng mã hóa AES. Thiết bị sẽ thực hiện việc đóng/mở bằng công nghệ RFID và giám sát hành trình di chuyển cũng như việc đóng/mở khóa, góp phần hỗ trợ công tác quản lý và tránh các thất thoát hàng hóa không mong muốn. Nhiệm vụ của đề tài Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan đến công nghệ GPS, GSM, RFID, mã hóa AES Thiết kế Sơ đồ khối cho hệ thống và thiết bị Tính năng của thiết bị Sơ đồ nguyên lý Giao thức truyền/nhận giữa thiết bị và server Cú pháp cấu hình thiết bị bằng tin nhắn SMS Viết chương trình thực hiện các tính năng của thiết bị Kiểm tra hoạt động của thiết bị và thực hiện chỉnh sửa phần cứng và phần mềm.
Trang 4 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS và chuẩn NMEA 2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GPS (Global Positioning System) hay còn được gọi là NAVSTAR (NAVigation Satellite Timing And Ranging) là hệ thống dẫn đường vệ tinh dùng để cung cấp thông tin về vị trí, tốc độ và thời gian cho các máy thu GPS ở khắp mọi nơi trên trái đất, trong mọi thời điểm và mọi điều kiện thời tiết. Hệ thống GPS có thể xác định vị trí với sai số từ vài trăm mét đến vài centimet.
Tất nhiên với độ chính xác càng cao thì cấu tạo của máy thu tín hiệu GPS càng phức tạp và giá thành càng cao. Hệ thống được phát triển bởi chính phủ Mỹ, quản lý bởi không lực Mỹ (U.S Air Force) và giám sát bởi ủy ban định vị - Dẫn đường bộ quốc phòng Mỹ. Hệ thống GPS bao gồm ba thành phần: Trạm không gian (Space Segment), trung tâm điều khiển (Control Segment) và máy thu tín hiệu GPS (User Segment) 2.1 Giới thiệu về chuẩn NMEA NMEA là một chuẩn giao thức cho truyền thông giữa các thiết bị điện tử dùng cho tàu thủy cũng như các thiết bị đo tốc độ gió, la bàn, máy lái tự động, thiết bị thu GPS và rất nhiều các thiết bị khác được định nghĩa và phát triển bởi Hiệp hội điện tử tàu thủy quốc gia Hoa Kỳ (National Marine Electronics Association). Chuẩn NMEA sử dụng các ký tự ASCII đơn giản, phương thức truyền tuần tự.
Dữ liệu sẽ truyền đi một câu theo một chiều duy nhất từ một máy phát đến một máy thu tại một thời điểm. Trên cơ sở đó, người ta cũng đã mở rộng để một máy phát có thể đến nhiều máy thu, cũng như một máy thu có thể nhận thông tin từ nhiều máy phát. Trang 5 Ở tầng ứng dụng, chuẩn NMEA quy định nội dung các kiểu câu dữ liệu cho phép thiết bị nhận có khả năng phân tích dữ liệu một cách chính xác. Các câu dữ liệu đều bắt đầu bằng ký tự “$” và kết thúc bằng <CR><LF>.
Đối với các các thiết bị GPS, tất cả các câu dữ liệu đều bắt đầu bằng “$GPxxx” trong đó xxx là loại bản tin. Một số loại câu dữ liệu thường sử dụng: GGA: Global positioning system fixed data GLL: Geographic position-latitude/longitude GSA: GNSS DOP and active satellites GSV: GNSS satellites in view RMC: Recommended minimum specific GNSS data VTG: Course over ground and ground speed Cấu hình truyền thông nối tiếp (tầng liên kết dữ liệu) Tốc độ bit: 4800 bps Số bit dữ liệu: 8 Bit chẵn lẻ: None Bit dừng: 1 hoặc nhiều hơn Cơ chế bắt tay thiết bị: không Hầu hết các máy GPS hiện nay đều giao tiếp dựa trên chuẩn NMEA 0183, một số thì vẫn có thể dùng được với chuẩn NMEA 0180 và NMEA 0182 với tốc độ truyền dữ liệu chỉ có 1200 bps.2 Giải mã một số đoạn mã NMEA Những đoạn mã NMEA quan trọng nhất bao gồm GGA, RMC, GSA, GLL. GGA: cung cấp dữ liệu hiện thời. RMC: cung cấp những đoạn mã thông tin về thiết bị thu GPS một cách tối thiểu.
GSA: cung cấp dữ liệu về tình trạng vệ tinh. GLL: cung cấp thông tin về vị trí của các thiết bị thu GPS. Thông thường cấu trúc chuỗi NMEA được định nghĩa thống nhất như sau: Trang 6 Mỗi chuỗi bắt đầu bằng ký tự $. Năm ký tự đầu tiên biểu hiện loại của chuỗi: hai ký tự đầu định nghĩa thiết bị sử dụng chuỗi, ba ký tự tiếp theo xác định ý nghĩa của chuỗi trả về.
Các trường dữ liệu nối tiếp nhau bởi dấu “,”. Khi trường dữ liệu cuối cùng kết thúc, ký tự tiếp sau nó là dấu “*”. Sau dấu “*” là 2 ký tự số checksum biểu diễn dưới dạng số hex. Checksum được tính bằng cách XOR tất cả các mã ASCII của tất cả các trường giữa 2 dấu “$” và “*” kể cả mã ASCII của dấu “*”.