kl le thanh tu 070754d

Các thẻ RFID có tần số cao dùng để theo dõi vật liệu trong thư viện, cửa hàng sách, theo dõi pallet, theo dõi hành lý ở sân bay…  Tần số cực cao Ultrahigh-frequency: các thẻ dùng băng t

Mục lục

Chương 1 : Tổng quan về công nghệ RFID 11

1.1 Gới thiệu chung về hệ thống vô tuyến RFID 11

1.1.1 Lịch sử hình thành công nghệ RFID 11

1.1.2 Thành phần của hệ thống RFID 12

1.1.3 RFID hoạt động như thế nào 16

1.1.4 Tần số hoạt động 17

1.1.5 Thuận lợi của RFID 18

1.1.6 Nhược điểm của RFID 23

1.1.7 Các ứng dụng của RFID 24

1.2 Thành phần hệ thống RFID 25

1.2.1 Thẻ nhận dạng 27

1.2.2 Đầu đọc (reader) 38

1.2.3 Bộ điều khiển (controller) 47

1.2.4 Bộ cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ và bảng tín hiệu điện báo 47

1.3 Giao thức thẻ RFID 48

1.3.1 Thuật ngữ và khái niệm 48

1.3.2 Phương thức thẻ lưu dữ liệu 49

1.3.3 Thuật giải chống va chạm 54

Chương 2 : Mô hình và các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống RFID 65

2.1 Các hệ thống RFID cơ bản 65

2.1.1 Hệ thống 1 bit 65

2.1.2 Hệ thống song công và bán song công 72

2.1.3 Hệ thống tuần tự 81

2.2 Cấu trúc của thiết bị mang dữ liệu 84

2.3.3 Kết nối ang-ten trong hệ thống liên kết cảm ứng 101

Chương 3: xây dựng mô hình quản lý sinh viên bằng thẻ RFID 104

3.1 Giới thiệu hệ thống 104

3.2 Thiết kế phần cứng 105

3.2.1 Khối reader 105

3.2.2 Khối xử lý 105

3.2.3 Khối giao tiếp máy tính 106

3.2.4 Sơ đồ nguyên lý tổng hợp 108

3.3 Thiết kế phần mềm 108

3.3.1 Cửa sổ đăng nhập 108

3.3.2 Giao diện chương trình chính 109

Danh mục hình vẽ

Hình 1-2-15: Sóng lan truyền của ang-ten phân cực tuyến tính 45

Hình 1-2-17: Mô hình sóng của ang-ten phân cực tuyến tính và ang-ten phân cực

Hình 1-3-7: Sơ đồ trạng thái thẻ trong giải thuật Slotted Aloha 58

Hình 2-1-6 sơ đồ mạch điện và hoạt động của EAS sử dụng bộ chia tần số 70 Hình 2-1-7 ang-ten của hệ thống RFID điện từ (cao 1.40) và thẻ 71 Hình 2-1-8 truyền dữ liệu trong hệ thống song coongn bán song công và tuần tự 72 Hình 2-1-9 Năng lượng cung cấp cho thẻ thông qua từ trường phát ra từ đầu đọc 73 Hình 2-1-10 truyền dữ liệu bằng load modulation từ thẻ đến đầu đọc 74

Hình 2-1-15 hệ thống ghép điện sử dụng điện trường để truyền năng lượng và dữ

Hình 2-1-16 sơ đồ mạch tương đương của hệ thống RFID ghép điện 81

Hình 2-1-17 sơ đồ khối thẻ tuần tự sử dụng ghép cảm ứng 83

Hình 2-2-1 sơ đồ phân loại các thiết bị mang dữ liệu dùng trong RFID 84

Hình 2-2-3 sơ đồ khối của một mạch HF của thẻ liên kết cảm ứng với bộ load 85

Hinh2-2-6 sơ đồ khối của một thẻ ghi được có chức năng bảo mật để thực hiện xác

Hình 2-2-7 thẻ có bộ nhowskhoas để cấp quyền truy xuất khác nhau 90 Hình 2-2-8 một thẻ có thể dùng cho nhiều ứng dụng bằng cách phân doạn bộ nhớ của

Hình 2-2-9 Sự khác nhau giữa segment cố định và segment tự do 92

Hình 2-2-11 Quá trình xử lý lệnh trong hệ điều hành thẻ thông minh 93

Hình 2-3-1 Nguyên lý Master-Slave giữa phần mềm, đầu đọc và thẻ 95

Hình 2-3-3 Sơ đồ khối mạch HF của hệ thống RFID liên kết cảm ứng 97 Hình 2-3-4 Sơ đồ khối của một mạch HF trong hệ thống viba 98 Hình 2-3-5 hoạt động của một directional coupler với hệ thống RFID tán xạ lùi 99

Hình 2-3-10 mạch điện phối hợp trở kháng cho cuộn dây ang-ten 103

Hình 3.3 sơ đồ nguyên lý khối xử lý sử dụng pic 16F877A 106 Hình 3.4 sơ đồ nguyên lý mạch chuyển USB sang RS232 sử dung PL2303 107

Danh mục bảng biểu

Bảng 1-1: Đặc điểm của thẻ thụ động, thẻ bán thụ động, thẻ chủ động 14 Bảng 1-2: Tần số hoạt động của thẻ thụ động (passive tags) 18

Bảng 1-3-1: Một số loại mã hóa và ứng dụng của loại mã hóa đó 50

Bảng 2-1-3 suy hao đường truyền trong không gian tự do ứng với tần số khác nhau( độ

Bảng 2-3-1 ví dụ về quá trình thực thi một lệnh đọc bởi phần mềm, đầu đọc và thẻ 96

I/O Input / Output

DoD Department of Defense

EPC Electronic Product Code

HID Hughes Identification Devices

TDMA Time Division Multiple Access

ISM Industrial Scientific Medical

CRC Industrial Scientific Medical

API Application Programming Interface

SNMP Simple Network Management Protocol

RCS Simple Network Management Protocol

EIRP Equivalent Isotropic Radio Power

ERP Equivalent Radio Power

ISO International Organization for Standarzation

ASK Amplitude Shift Keying

PSK Phase Shift Keying

FSK Frequency Shift Keying

UID Unique Identification

LRC Longitudinal Redundancy Check (Kiểm tra lỗi theo chiều dọc)

MAC Message Authentication Code (Mã xác nhận tin tức)

ATR Answer To Reset (Trả lời để thiết lập lại)

nghệ mới trên thế giới để đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động RFID là một công nghệ mới, đang dần hoàn thiện và được đánh giá có nhiều tiềm năng để thay thế công nghệ mã vạch trong tương lai không xa Việc nhanh chóng nghiên cứu, làm chủ và đưa công nghệ này vào ứng dụng thực tiễn ở Việt Nam sẽ mang lại những lợi ích to lớn

Với những yêu điểm vượt trội, tiềm năng ứng dụng của công nghệ RFID vào thực tế ở Việt Nam là rất lớn, vì vậy để nắm bắt được công nghệ mới này, em đề xuất chọn đề tài “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH QUẢN LÝ BĂNG THẺ

THÔNG TIN RFID” Nội dung đồ án gồm:

- Chương 1 : tổng quan về công nghệ RFID

- Chương 2 : mô hình và đặc điểm kỹ thuật của hệ thống RFID

- Chương 3 : xây dựng mô hình quản lý sinh viên

Chương 1 : Tổng quan về công nghệ RFID

1.1 Gới thiệu chung về hệ thống vô tuyến RFID

1.1.1 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

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

1.1.2 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 1.1.2.1 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

1.1.2.1.1 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

1.1.2.1.2 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

1.1.2.1.3 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

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

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

1.1.3 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 Bạn có thể thấy rằng bạn đang sử dụng một thẻ RFID, thậm chí là nhiều hơn Chẳng hạn như, bạn có lái một chiếc Ford đời mới không? Liệu bạn có gắn một con chip nào trên giày của bạn khi bạn chạy ma-ra-ton không?

Nói đơn giản, RFID là một liên kết không dây để nhận dạng các vật hay con người là duy nhất Thỉnh thoảng công nghệ này cũng được gọi là giao tiếp chuyên dụng trong phạm vi ngắn (DSRC) Hệ thống RFID gồm hệ thống tiếp sóng hay thẻ, đầu đọc điện tử (reader electronics) giao tiếp với các thẻ thông qua tín hiệu sóng vô tuyến để truyền dữ liệu hoặc là gián tiếp hoặc là theo hai hướng Hình bên dưới minh họa: khi một thẻ nằm trong vùng đọc dữ liệu, dữ liệu của thẻ lấy từ đầu đọc và sau đó chuyển đến thông giao diện chuẩn của máy chủ, máy in, hoặc bộ điều khiển luận lý có thể lập trình cho việc lưu trữ hoặc hoạt động

Hình 1-1-3: Hoạt động của RFID

Ví dụ cụ thể: việc sắp xếp đóng gói thư trong quá trình đưa thư Tại các điểm đọc trong hệ thống phân phối, các hộp được nhận dạng khi đến đúng vị trí của chúng theo đúng đường để đến đích Ngay lập tức thông tin này được nhận tại hệ thống theo

dõi trung tâm Đó là thông tin thực mà có thể chia sẻ cho người gửi, người chuyển phát

và cho khách hàng đang chờ thư Tiến trình này được hướng tự động đến gần “cửa neo” (dock door), xe tải, hãng truyền thông Quá trình này có thể được gửi lại trong khi vận chuyển nếu kế hoạch thay đổi, tất cả tiến trình này không cần sự can thiệp của con người Quá trình này cũng được áp dụng trong thực tế vào các qui trình vận hành chức năng lên xuống trong sản xuất dây chuyền

 Tần số cao (High-frequency): hoạt động ở tần số 13,56 Mhz Tần số

này cho phép đọc ở độ chính xác cao trong phạm vi khoảng chừng 3 bước chân (3-foot range) và do vậy có thể giảm sai sót trong quá trình đọc thẻ và thích hợp đọc item Các thẻ thụ động dùng băng tần này có thể đọc từ 10 – 100 thẻ trong một giây ở phạm vi 3 feet (≈ 1m) Các thẻ RFID có tần số cao dùng để theo dõi vật liệu trong thư viện, cửa hàng sách, theo dõi pallet, theo dõi hành lý ở sân bay…

 Tần số cực cao (Ultrahigh-frequency): các thẻ dùng băng tần này hoạt

động ở tần số 900 MHz và đọc ở khoảng cách xa hơn các thẻ dùng tần số cao, phạm vi từ 3 – 15 feet (1 – 3m) Tuy nhiên, các thẻ này dễ bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường so với các thẻ dùng băng tần khác Băng tần 900 MHz thực sự phù hợp cho các ứng dụng trong quản lý dây chuyền cung ứng vì tốc độ đọc và phạm vi đọc Các thẻ thụ động dùng tần số cực cao có thể được đọc từ 100 – 1000 thẻ trong một giây Loại thẻ này thường được dùng cho việc theo dõi các thùng hàng, xe chở hàng và các toa hàng trong vận chuyển bằng tàu biển

Ngoài ra, ở Mỹ băng tần 433 MHz được dùng để nhận dạng hàng hóa trong các thùng hàng vận chuyển bằng tàu thủy trong lĩnh vực thương mại và công nghiệp nhằm cho phép việc truyền dữ liệu chính xác và đúng thời gian hơn Theo FCC, việc dùng băng tần này có thể đem lại lợi ích cho các nhà xuất nhập khẩu trong thương mại và có các thuận lợi về an ninh quốc gia bằng việc nhận dạng toàn bộ nội dung hàng hóa trong các thùng hàng vận chuyển bằng tàu thủy trở nên dễ dàng hơn, nhanh hơn và cho phép xác định các nhân tố tác động trong suốt quá trình vận chuyển

Hầu hết các thẻ được dùng phổ biến hiện nay được xếp ở tần số thấp vì chúng đọc qua các nguyên-vật liệu dễ dàng và không định hướng (orientation sensitive) như các thẻ dùng tần số cao Nói chung, các thẻ dùng tần số cao hơn có phạm vi đọc lớn hơn so với các thẻ dùng tần số thấp Ngược lại, các thẻ RFID dùng sóng vi-ba có các phạm vi đọc lớn hơn và tốc độ đọc nhanh hơn các thẻ dùng tần số thấp, nhưng chúng

có khuynh hướng là truyền theo đường, nhạy về định hướng, và yêu cầu nhiều năng lượng hơn

Bảng sau đây mô tả tần số hoạt động của thẻ thụ động

(Ultra - high

frequency)

860 – 900 MHz

đọc cao Quản lý dây chuyền cung ứng

Bảng 1-2: Tần số hoạt động của thẻ thụ động (passive tags) 1.1.5 Thuận lợi của RFID

1.1.5.1 Không cần tiếp xúc trực tiếp (contactless)

Thẻ RFID không cần thiết lập cơ chế tiếp xúc trực tiếp với đầu đọc trong quá trình truyền dữ liệu Việc này tạo ra các thuận lợi sau:

+ Không có tiếp xúc trực tiếp giữa đầu đọc và thẻ trong quá trình đọc ghi

dữ liệu không có nghĩa là có sự hư hỏng ở đầu đọc cũng như thẻ

+ Không có sự trì hoãn tiến trình hoạt động (No slowing down of

operations): các tiến trình đang hoạt động không phải ngưng để cho đầu đọc tiếp

xúc trực tiếp với thẻ Việc thiết lập tiếp xúc trực tiếp thỉnh thoảng không khả thi Trong trường hợp các item có gắn thẻ đang chuyển động với tốc độ nhanh trên băng tải, đầu đọc không thể đọc thẻ nếu giữ một tiếp xúc với các hộp đang chuyển động Nếu hệ thống RFID thiết lập tiếp xúc trực tiếp như vậy, hệ thống

đó không thể áp dụng rộng rãi vào một số ứng dụng kinh doanh lớn như quản lý dây chuyền cung ứng, vân vân …

+ Tự động đọc nhiều thẻ trong thời gian ngắn: Nếu hệ thống RFID có tiếp xúc trực tiếp giữa đầu đọc và thẻ, đầu đọc bị giới hạn số lượng thẻ cần đọc, như vậy nhiều thẻ không được đọc ở thời gian nào đó Để tăng số lượng, các chiều vật lý của đầu đọc cần được nới rộng thêm, dẫn đến đầu đọc trở nên khó coi và có giá thành cao

1.1.5.2 Có thể ghi dữ liệu (Writable data)

Các thẻ RFID đọc-ghi hiện tại có trên thị trường có thể ghi nhiều lần (từ 10.000 – 100.000 lần hay hơn thế nữa) Mặc dù hiện tại, việc dùng các thẻ loại này cũng có giới hạn như thẻ ghi một lần đọc nhiều lần (thẻ WORM), dùng các thẻ này trong các ứng dụng khách hàng như: dữ liệu đánh dấu thời gian của đối tượng cần được lưu vào thẻ Điều này đảm bảo dữ liệu luôn sẵn có thậm chí khi không có kết nối đầu cuối Thêm vào đó, nếu thẻ bị hư hỏng, dữ liệu ban đầu của thẻ có thể ghi đè lên dữ liệu mới,

vì vậy cho phép thẻ được dùng lại Mặc dù, các thẻ có cơ chế ghi đè có thuận lợi như vậy nhưng chúng không được dùng phổ biến hiện nay vì các lý do sau:

+ Các nhà kinh doanh quan tâm đến một số trường hợp về hư hỏng thẻ Khi hư hỏng xảy ra, vấn đề là làm thế nào có thể lấy lại dữ liệu; làm thế nào các thẻ này có thể ghi lại các quá trình hoạt động, nguồn tài nguyên thêm vào … nếu dùng thẻ chủ động, thẻ bán chủ động, hầu hết các thẻ này khá đắt tiền Như vậy, vấn đề này ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sản xuất và việc dùng các thẻ này trở nên vô nghĩa trong lĩnh vực kinh doanh

+ Vấn đề bảo mật: làm thế nào các thẻ đảm bảo an toàn cho việc ghi đè

và khả năng truy cập hệ thống đầu cuối thông qua mạng sẽ được đảm bảo Việc chuyển đổi tiến trình xử lý được tạo ra để giải quyết các điều kiện ngoại lệ khi mạng bị rớt Trong sản xuất, có 2 phương thức vận hành: một là tự động và một

là do con người Nếu phương thức vận hành tự động thất bại, cơ chế vận hành thủ công được thay thế mà không cần ngừng dây chuyền sản xuất lại

+ Tốc độ vận hành chậm hơn (Slower operating speed): Việc ghi thẻ thường chậm hơn việc đọc thẻ Vì vậy, một ứng dụng mà có thẻ đọc-ghi cũng sẽ chậm hơn là ứng dụng chỉ dùng thẻ đọc

Các vấn đề này cũng có ảnh hưởng đến đầu đọc Tuy nhiên, có một số ứng dụng RFID thích hợp dùng các thẻ đọc-ghi trong kinh doanh cũng như về mặt công nghệ Một ví dụ về ứng dụng này là theo dõi quá trình điều khiển chất lượng - đóng gói sản phẩm thuốc y dược Đầu tiên, các thẻ RFID đọc-ghi được đính vào các chai rỗng, các chai này được rửa sạch trong nước nóng và các biện pháp vệ sinh khác, làm khô, rồi tuần tự đi qua các bước dây chuyền trước khi thuốc được đóng vào chai Giả định rằng các thẻ đủ bền vững để chịu đựng các bước xử lý khác nhau Tại mỗi bước xử lý, các thông số của tiến trình như nhiệt độ, độ ẩm, … được ghi vào thẻ do đó bất cứ bước xử

lý có thể nhận biết được một số yêu cầu nào đó

1.1.5.3 Không cần truyền theo đường thẳng

Đây là đặc điểm khác biệt của công nghệ RFID Đầu đọc RFID có thể đọc thẻ qua các vật liệu chắn sóng Chẳng hạn như nếu thẻ đặt trong một hộp cac-tông, đầu đọc hoạt động ở tần số UHF có thể đọc thẻ khi hộp các-tông này được dán kín Đặc điểm này rất có ích trong việc kiểm tra sản phẩm bên trong một kiện hàng, đầu đọc RFID đọc dữ liệu của item đính thẻ mà không cần sự chấp thuận của khách hàng nếu thông tin cá nhân của họ lưu trên cơ sở dữ liệu thông qua một ứng dụng thích hợp Do đó cần phải thiết lập các quyền vi phạm bảo mật Để ngăn ngừa, đầu đọc không cần đọc các thẻ khi bán cho khách hàng mà không có thông tin người mua rõ ràng Hãy chú ý rằng trong một số trường hợp, việc truyền theo đường thẳng tiện cho cấu hình khoảng cách đọc thẻ, năng lượng của đầu đọc và ang-ten bên trong để xác định tác động của môi trường Các trường hợp này liên quan đến các thẻ UHF và sự có mặt của các vật liệu

dội ngược sóng RF (RF-reflecting) như kim loại, môi trường hoạt động có nhiều hướng Chẳng hạn, xem xét dây chuyền sản xuất dụng cụ y khoa nơi mà mọi thứ đều làm bằng kim loại Một lượng lớn nguồn năng lượng sóng RF từ đầu đọc đưa vào để lấy khúc xạ từ các đối tượng trong môi trường Trong trường hợp này, để có được tốc

độ đọc chính xác, thẻ và đầu đọc phải được đặt sao cho không có chướng ngại vật giữa chúng

1.1.5.4 Có nhiều phạm vi đọc khác nhau

Các thẻ thụ động dùng tần số thấp (LF) thường có khoảng cách đọc là vài iches; trong khi các thẻ thụ động dùng tần số cao (HF) khoảng cách là 3 feet Các thẻ thụ động dùng tần số UHF có khoảng cách đọc khoảng 30 feet

Một thẻ chủ động dùng UHF (chẳng hạn 433 MHz) có thể đọc được ở khoảng cách 300 feet Những khoảng cách này thường được xác định trong điều kiện chuẩn Vì vậy, khoảng cách đọc thật sự của thẻ trong hệ thống RFID thực tế thường kém hơn các con số đó

Các thẻ thụ động dùng tần số LF thường phù hợp trong vấn đề bảo mật, nhận dạng cá nhân, và chi trả điện tử (electronic payment), các thẻ thụ động với tần số HF cho các ứng dụng smart-shelf, thẻ thụ động UHF dùng trong các ứng dụng quản lý dây chuyền cung ứng, theo dõi và nhiều loại ứng dụng khác; các thẻ thụ động có sóng cực ngắn (sóng vi-ba) trong việc chống giả mạo Thẻ chủ động và thẻ bán chủ động với các tần số này dùng trong việc theo dõi, và các khả năng khác

1.1.5.5 Hỗ trợ đọc nhiều thẻ

Việc hỗ trợ đọc nhiều thẻ được xếp là một trong những thuận lợi quan trọng của RFID Việc dùng thuật giải chống va chạm giúp cho đầu đọc có thể tự động đọc nhiều thẻ trong phạm vi của nó tại một thời gian ngắn Thông thường, một đầu đọc nhận dạng một vài thẻ trong một giây tùy thuộc vào thẻ và ứng dụng dùng cơ chế này Thuận lợi này cho phép dữ liệu từ các đối tượng đính thẻ đến đầu đọc và có thể ngăn ngừa yêu cầu đọc thẻ tại thời điểm đó Ví dụ, xét một ví dụ: đưa hàng hóa vào một xe tải ở cổng lấy hàng và nhận hàng ở cổng nhận Hiện tại, với các ứng dụng loại này, hoặc là các hộp được kiểm tra trong suốt quá trình vận chuyển (tuy nhiên chúng cũng được kiểm tra trong hầu hết thời gian ở cổng nhận) hoặc là chúng được xác định bằng cách dùng

vào đơn đặt hàng thật sự để xác minh hộp đó có được đưa vào đúng xe tải đó không (vì

vậy làm giảm số lượng hàng hóa không hợp lệ)

1.1.5.6 Chịu đựng được một số điều kiện môi trường

Các thẻ RFID thụ động có vài thành phần động do đó chúng được làm ra để chịu đựng một số điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, rung động cơ học (mechanical viration), va chạm… Ví dụ, một số thẻ thụ động có thể chịu đựng được nhiệt độ từ 40 oF đến 400 oF (tương đương 40 oC đến 204 oC) Thông thường các thẻ này được sản xuất tùy thuộc vào hoạt động môi trường của ứng dụng nào đó Ngày nay, không có thẻ nào có thể chịu đựng được tất cả các điều kiện môi trường Thẻ chủ động hay thẻ bán chủ động có điện tử bên trong có dùng pin thường dễ bị hư so với thẻ thụ động Khả năng chống chọi của thẻ hầu như giảm so với giá của nó

Đây là thuận lợi hiện tại vì các thẻ có thể tồn tại trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau Tuy nhiên, với sự cải tiến về công nghệ, người ta mong chờ có nhiều thẻ được tạo ra và tồn tại lâu trong môi trường khắc nghiệt hơn là các thẻ hiện tại

1.1.5.7 Thực hiện các nhiệm vụ thông minh

Điện tử bên trong và nguồn cung cấp của thẻ tích cực dùng để thực hiện các nhiệm vụ được chuẩn hóa như theo dõi môi trường xung quanh (ví dụ như dò tìm chuyển động) Sau đó thẻ dùng dữ liệu này để quyết định các thông số khác và truyền

dữ liệu qua đầu đọc Ví dụ, giả định rằng thẻ tích cực đính vào item có giá trị lớn để ngăn ngừa trộm cắp, và thẻ có bộ cảm biến theo dõi chuyển động Nếu ai đó cố gắng lấy tài sản đó, thẻ thấy chuyển động và bắt đầu truyền sự kiện này vào môi trường xung quanh Đầu đọc nhận thông tin này và chuyển đến ứng dụng dò tìm sự trộm cắp rồi ứng dụng này đưa ra cảnh báo để báo cho cá nhân đó biết và người sở hữu tài sản đó chỉ cần lấy thẻ ra khỏi vật dụng rồi đặt thẻ trở lại

1.1.6 Nhược điểm của RFID

1.1.6.1 Hiệu suất kém với các vật chắn song RF và thu sóng RF

Nếu dùng các tần số cao UHF và sóng vi-ba, và nếu đối tượng đính thẻ được làm bằng vật liệu chắn sóng RF như kim loại, một số vật liệu thu sóng RF như nước, hay nếu đối tượng được đóng gói vào vật liệu chắn sóng RF, thì đầu đọc RFID thất bại trọng việc đọc thẻ hay chỉ đọc một phần dữ liệu thẻ

Những nhân tố này tác động đến tính chính xác của việc đọc thẻ Sự phản chiếu của các tín hiệu trong ang-ten của đầu đọc trên các vật chắn sóng RF gây ra multipart

Cơ thể con người có rất nhiều nước mà nước là vật thu sóng RF ở các tần số cao UHF

và sóng vi-ba Khi một người đứng giữa thẻ và đầu đọc, có khả năng là đầu đọc không thể đọc thẻ trước khi người này đi ra chỗ khác Vì vậy, sự suy giảm hiệu xuất hệ thống

sẽ xảy ra Hơn nữa, sự tồn tại của mạng không dây trong môi trường có thể giao thoa với sự vận hành của đầu đọc Các động cơ điện và bộ điều khiển động cơ cũng có thể hoạt động như nguồn tiếng động có thể tác động đến hiệu suất của đầu đọc Vài mạng LAN không dây trước đây dùng tần số 900 MHz có thể giao thoa với các đầu đọc Trước đây, vấn đề này luôn tồn tại trong điều kiện không có thiết bị WLAN cải tiến

1.1.6.2 Giới hạn của việc đọc thẻ

Hiện tại đầu đọc có thể nhận dạng một số thẻ trong một đơn vị thời gian (chẳng hạn trong một giây) Đế có được số lượng thẻ được đọc như vậy, đầu đọc này phải đọc các yêu cầu đáp ứng của thẻ vài trăm lần trong 1 giây Tại sao lại như vậy? Vì đầu đọc phải thực hiện một số thuật giải chống va chạm để nhận dạng các thẻ này, để nhận dạng một thẻ đơn, đầu đọc phải đưa vào các giá trị cho phép Vì vậy, một số yêu cầu đáp ứng thẻ cần được đáp ứng trước khi đầu đọc xử lý dữ liệu thẻ Một giới hạn được đưa ra là đầu đọc thực hiện việc đọc như thế nào để đọc một số thẻ trong một khoảng thời gian nào đó Trong tương lai, với cải tiến trong công nghệ chắc chắn sẽ làm tăng thêm số thẻ được nhận dạng trong một đơn vị thời gian nhưng luôn luôn có một giới hạn về số lượng thẻ mà đầu đọc không thể đọc được

1.1.6.3 Tác động nhiễu của phần cứng

Các đầu đọc RFID có thể đưa ra các va chạm đầu đọc nếu như cài đặt không đúng cách Một va chạm đầu đọc xảy ra khi các vùng phủ của 2 đầu đọc chồng chéo lên nhau và tín hiệu của một đầu đọc giao thoa với một đầu đọc khác trong vùng phủ

lần Khi công nghệ RFID cải tiến, một số giải pháp mới sẽ khắc phục được điều này

1.1.7 Các ứng dụng của RFID

1.1.7.1 Nhận dạng và theo dõi hành khách và hành lý ở sân bay

Các thẻ RFID được dùng để nhận dạng và theo dõi hành khách và hành lý ở sân bay nhằm làm tăng tính an ninh quốc gia, làm nhanh quá trình sắp xếp và vận chuyển hành lý, làm giảm các kết quả phí tổn do các vấn đề an ninh ngày càng tăng IATA (the International Air Transport Association) tin rằng công nghệ này có nhiều lợi ích đáng

kể trong việc đơn giản hóa hướng dẫn hành khách trong phi trường và công ty hàng không

Các thuận lợi chính của công nghệ RFID trong việc xử lý hành lý của khách hàng như tốc độ đọc nhanh hơn và hạn chế sự can thiệp của con người trong các thủ tục an ninh và xử lý hành lý bị thất lạc Hàng năm du lịch hàng không có 100 triệu khách hàng, điều này làm tăng số thẻ và phạm vi đọc/nhận dạng hành lý đang là mối quan tâm hàng đầu Tuy nhiên, nếu chi phí của thẻ có thể giảm đi từ khoảng 50cent – giá hiện tại – xuống còn 15cent và IATA đưa ra một chuẩn tần số là 2,45 GHz (gấp đôi phạm vi đọc của tần số 13,56 MHz), ứng dụng đính thẻ này trong ngành hàng không sẽ tăng Khi yêu cầu tăng và công nghệ mới xuất hiện sẽ làm cho chi phí sản phẩm sẽ giảm, điều này dẫn đến tiết kiệm chi phí thực hiện Các công ty hàng không ước tính rằng nếu tiến trình sắp xếp và nhận dạng hành lý chính xác và hiệu quả hơn thì họ có thể tiết kiệm được 100 USD cho mỗi hành lý bị thất lạc

Vào 11/2001, hãng hàng không quốc tế Jacksonville đã trở thành hãng hàng không đầu tiên thiết lập và thực hiện hệ thống nhận dạng theo dõi hành lý dùng tần số

vô tuyến đầu tiên trên toàn thế giới Hệ thống đính thẻ RFID giúp hạn chế các thủ tục check-in và việc kiểm tra an ninh hiệu quả hơn bằng cách cho phép các đầu đọc không chỉ nhận dạng vị trí hành lý đang di chuyển mà còn nhận dạng cả thông tin hành khách

và chi tiết của hành lý Tuy nhiên, cho đến khi toàn bộ hệ thống hàng không cho phép thực hiện, dự định sẽ có một chuẩn kép cho việc thực hiện các công nghệ mới này

1.1.7.2 RFID trong an ninh quốc gia

Hiệp hội an ninh quốc gia Mỹ (DHS) đã nắm bắt RFID như là một sự lựa chọn

về công nghệ trong việc cải thiện an ninh ở các biên giới Mỹ và các cửa khẩu Công nghệ RFID là ý tưởng để xác định, theo dõi và xác thực việc đi lại của công dân và các đối tưởng khi họ ra vào nước Mỹ

Vào 1/2005, DHS thông báo các dự án để bắt đầu thử nghiệm RFID trong đề nghị của US-VISIT, mà hiện tại công nghệ này dùng công nghệ sinh trắc học để xác minh nhận dạng của du khác ở 115 sân bay và 14 hải cảng Các ngón tay của hành khách được quét để lấy dấu vân tay và ảnh chụp Các dấu vân tay và ảnh chụp này được dùng để xác thực giấy thông hành của khách, được ghi lại và kiểm tra lần nữa để đối chiếu với danh sách phần tử khủng bố

Để tự động xử lý vào ra, DHS sẽ cung cấp cho các hành khách mà vào nước Mỹ mỗi người một thẻ RFID có một mã nhận dạng ID mà có thể liên kết với vân tay, hình ảnh và thông tin các nhân trong cơ sở dữ liệu an ninh của US-VISIT Ý tưởng này dùng các thẻ thụ động chỉ đọc mà không thể thay đổi thông tin gì trên thẻ Thông tin cá nhân của hành khách cũng không lưu trên thẻ

Công nghệ RFID được mong chờ để cải thiện khả năng của hải quan Mỹ và nhân viên bảo vệ biên giới nhằm phù hợp với việc ra vào ở các biên giới lãnh thổ một cách nhanh chóng, chính xác và đáng tin cậy Các thẻ RFID sẽ cho phép ghi tự động quá trình đến và ở lại Mỹ, họ ở Mỹ có quá hạn visa không Việc thử nghiệm RFID được dự định bắt đầu tại các cảng ở Đông – Tây Nogales thuộc bang Arizona, vịnh Alexandria ở New York, Pacific Highway và Peace Arch ở bang Washington vào tháng 7/2005 Cuộc thử nghiệm này sẽ tiếp tục đến mùa xuân 2006

Việc ngăn ngừa các loại vũ khí có sức tàn phá lớn có trong các thùng hàng vào

Mỹ là một ưu tiên hàng đầu của DHS CSI thông báo vào 2002, hình ảnh tia gama hay tia X và thiết bị dò tìm chất phóng xạ được dùng để kiểm tra các thùng hàng trước khi vận chuyển vào Mỹ CSI cũng cần cải thiện các thùng hàng có độ cứng “thông minh” – một ứng dụng rõ ràng trong công nghệ RFID Tất nhiên RFID sẽ là công nghệ chủ đạo đối với những nỗ lực của quốc gia nhằm đảm bảo an ninh ở các biên giới và hệ thống giao thông vận chuyển

 Mạch điều khiển (controller): cũng là thành phần bắt buộc Tuy nhiên, hầu hết các đầu đọc thế hệ mới cũng tích hợp thành phần này bên trong

 Cảm biến (sensor), cơ cấu truyền động đầu từ (actuator) và bảng tín hiệu điện báo (annunciator): các thành phần hỗ trợ nhập - xuất của hệ thống

 Máy chủ và hệ thống phần mềm: về lý thuyết, một hệ thống RFID có chức năng độc lập không cần thành phần này Nhưng trong thực tế, hệ thống RFID gần như

vô nghĩa nếu không có thành phần này

 Hạ tầng truyền thông (communication infrastructure): là thành phần bắt buộc, thành phần này gồm các mạng có dây, mạng không dây và các bộ phận kết nối tuần tự cần có để kết nối các thành phần được liệt kê ở trên để giao tiếp hiệu quả với nhau

Hình 1-2-1 : Sơ đồ của hệ thống RFID

Một hệ thống RFID có 2 phần: phần thứ nhất bị chi phối bởi các qui định vật lý

và phần thứ 2 liên quan đến kỹ thuật thông tin (IT) Cả hai đều quan trọng như nhau Một hệ thống IT tối tân trở nên vô dụng nếu như dữ liệu của thành phần vật lý không đáng tin cậy Cũng tương tự, việc thiết lập một hệ thống phần cứng tốt sẽ trở nên vô dụng nếu như hệ thống IT không thể quản lý và xử lý dữ liệu được tạo ra từ hệ thống một cách thông minh hợp lý được

Hệ thống RFID truyền dữ liệu theo 2 hướng, từ đầu đọc đến thiết bị đầu cuối và

từ đầu cuối đến đầu đọc

1.2.1 Thẻ nhận dạng

Thẻ là thiết bị dùng để lưu và truyền dữ liệu đến đầu đọc bằng sóng vô tuyến Các thẻ RFID được phân loại theo 2 phương pháp khác nhau Hướng phân loại đầu tiên dựa trên loại thẻ có nguồn bên trong hay hỗ trợ các công việc nào đó

Smart card là loại thẻ đặc biệt của thẻ RFID thụ động, ngày nay được dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau (như huy hiệu ID) Dữ liệu trên loại thẻ này được đọc khi thẻ gần đầu đọc, không cần tiếp xúc vật lý với đầu đọc trong quá trình đọc

Thẻ thụ động có các thành phần chính sau:

 Vi mạch

 Ang-ten

Hình 1-2-2: Các thành phần của thẻ thụ động 1.2.1.1.1 Vi mạch

Các thành phần cơ bản của vi mạch gồm:

 Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC từ tín hiệu

ang-ten đầu đọc thành nguồn DC và cung cấp nguồn cho các thành phần khác của vi mạch

 Máy tách xung (Clock extract): tách tín hiệu xung từ tín hiệu từ ang-ten

đầu đọc

 Bộ điều chế (Modulator): điều chế tín hiệu nhận từ đầu đọc Yêu cầu

đáp ứng của thẻ đính kèm trong tín hiệu được điều chế và sau đó truyền trở lại cho đầu đọc

 Đơn vị luận lý (logic unit): chịu trách nhiệm về giao thức truyền giữa

thẻ và đầu đọc

 Bộ nhớ vi mạch (microchip memory): dùng để lưu dữ liệu Bộ nhớ này

thường được phân đoạn (gồm vài block hoặc field) Một block nhớ của thẻ có thể lưu nhiều loại dữ liệu khác nhau, chẳng hạn như một phần dữ liệu của đối tượng có đính thẻ, các bit kiểm tra lỗi dữ liệu truyền (như kiểm tra lỗi CRC) … Các cải tiến về kỹ thuật gần đây có thể làm cho kích thước của vi mạch nhỏ như kích thước của hạt cát Tuy nhiên, kích thước của thẻ không thể xác định được bởi kích thước của vi mạch nhưng

có thể xác định được bởi chiều dài của ang-ten

Hình 1-2-3: Thành phần của vi mạch 1.2.1.1.2 Ang-ten

Ang-ten của thẻ được dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của đầu đọc để kích hoạt thẻ gửi và nhận dữ liệu từ đầu đọc Ang-ten này được gắn vào vi mạch và là trung tâm của các hoạt động của thẻ Có nhiều kiểu dáng ang-ten khác nhau, đặc biệt cho tần

số UHF và việc thiết kế một ang-ten hoạt động hiệu quả cũng là một nghệ thuật Chiều dài của ang-ten tương đương với bước sóng của thẻ Một ang-ten lưỡng cực có một dây dẫn điện dùng để ngắt điện ở trung tâm Toàn bộ chiều dài của ang-ten lưỡng cực bằng nửa chiều dài bước sóng của tần số sử dụng nhằm tối ưu năng lượng truyền từ tín hiệu ang-ten của đầu đọc đến thẻ Ang-ten dual dipole (ang-ten lưỡng cực đôi) gồm 2 dipole

có thể giảm độ nhạy liên kết của thẻ (tag’s alignment sensitivity) Kết quả là đầu đọc

có thể đọc thẻ ở nhiều hướng khác nhau Folded dipole gồm 2 hay nhiều dây dẫn điện được nối song song và có chiều dài bằng nửa bước sóng của tần số sử dụng Khi 2 dây dẫn mắc vào nhau, thì folded dipole được gọi là 2-wire folded dipole Khi 3 dây dẫn mắc vào nhau và mắc song song thì được gọi là 3-wire folded dipole

Hình 1-2-4: Một số loại ang-ten

Chiều dài của ang-ten thường lớn hơn nhiều so với vi mạch của thẻ, do đó cần xác định các chiều vật lý của thẻ Một ang-ten được thiết kế dựa trên các yếu tố sau:

 Khoảng cách đọc từ đầu đọc đến thẻ

 Hướng đọc của thẻ so với đầu đọc

 Hướng bất kỳ của thẻ so với đầu đọc

 Loại sản phẩm

 Tốc độ đối tượng được đính thẻ

 Điều kiện hoạt động

 Ang-ten phân cực của đầu đọc

Các điểm kết nối giữa vi mạch của thẻ với ang-ten là những liên kết yếu Nếu một trong những điểm liên kết này bị đứt, thẻ sẽ không hoạt động hay bị giảm hiệu suất hoạt động Một ang-ten được thiết kế để thực hiện một công việc nào đó (như đính thẻ vào case) sẽ thực hiện các việc khác kém hơn (như là đính vào một item cá nhân bên trong case) Việc thay đổi hình dạng của ang-ten do ngẫu nhiên (như cắt hay là gấp nó lại) sẽ không tốt vì có thể làm mất điều hướng thẻ, kết quả là hiệu suất hoạt động của thẻ giảm theo Tuy nhiên, có một số cách điều chỉnh ang-ten của thẻ để làm mất điều hướng của nó (như là khoét một lỗ nhỏ trên thẻ chẳng hạn) nhưng lại làm tăng khả năng đọc thẻ

Hiện tại, ang-ten của thẻ được làm bằng một miếng kim loại mỏng (như bạc, đồng, nhôm) Tuy nhiên trong tương lai, có khả năng sẽ dán thẻ trực tiếp trên nhãn thẻ (label), hộp và gói hàng bằng cách dùng mực dẫn có chứa đồng, cac-bon hay niken Hiện tại, người ta đang nghiên cứu để xem có cho phép vi mạch được in với loại mực

đó không Các cải tiến mới này cho phép in một thẻ RFID giống như là dùng công nghệ mã vạch trên hộp và gói hàng hóa Kết quả là chi phí của thẻ RFID sẽ phải giảm mức tối thiểu 0,5$ cho mỗi thẻ Thậm chí khả năng in một vi mạch cũng không cần thiết, chỉ cần một ang-ten được in có thể được đính kèm vào vi mạch sẽ tạo ra một thẻ RFID hoàn chỉnh nhanh hơn nhiều so với đính vào ang-ten kim loại

Hình sau minh họa một số thẻ của các nhà sản xuất

EPC UHF 900 MHz General Metal Tag

Vicinity Card Transponder HF - 13.56MHz from Texas Instruments

915 MHz tag from Intermec Corporation

Hình 1-2-5: Một số thẻ của các nhà sản xuất 1.2.1.2 Thẻ chủ động

Các thẻ chủ động có một nguồn cung cấp năng lượng bên trong (như pin hoặc dùng nguồn năng lượng khác như năng lượng mặt trời) và điện tử học để thực hiện công việc nào đó Thẻ chủ động dùng nguồn năng lượng của chính nó để truyền dữ liệu, do đó thẻ không cần nhận năng lượng từ đầu đọc Các điện tử học bên trong có các vi xử lý, bộ cảm biến và các cổng vào-ra nhận năng lượng từ nguồn năng lượng của thẻ Sau đó các thành phần này dùng dữ liệu này để xác định các thông số như ngày kết thúc đính item rồi thẻ truyền thông tin này đến đầu đọc (cùng với mã nhận dạng)

Trong quá trình giao tiếp giữa đầu đọc và thẻ, thẻ chủ động luôn luôn truyền trước, sau đó đến đầu đọc Vì sự có mặt của đầu đọc cũng không cần thiết trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ chủ động có thể phát dữ liệu của nó cho các vùng xung quanh thậm chí trong cả trường hợp không có đầu đọc ở trong vùng đọc Loại thẻ như vậy cũng được gọi là máy phát (transmitter) vì thẻ truyền dữ liệu liên tục khi có hoặc không

có đầu đọc Đầu đọc sẽ nhận tín hiệu từ thẻ trong trạng thái ngủ bằng cách phát ra một yêu cầu phù hợp Trạng thái này làm cho tiết kiệm năng lượng của pin và vì vậy thẻ loại này có thời gian tồn tại lâu hơn so với thẻ được xem như là máy phát Hơn nữa, vì thẻ chỉ truyền khi được truy vấn nên sẽ giảm được lượng nhiễu sóng RF Loại thẻ tích

cực như vậy được gọi là máy phát/máy thu (transmitter/receiver hay transponder) Do

đó, ta không thể gọi hết các thẻ là transponder

Khoảng cách đọc của một thẻ chủ động là 100 feet (tương đương 30,5m) hoặc nhiều hơn nữa khi máy phát của thẻ được dùng đến Thẻ chủ động gồm các thành phần chính sau:

 Vi mạch: kích cỡ và khả năng hoạt động của thẻ chủ động thường lớn

hơn nhiều so với thẻ thụ động

 Ang-ten: là một module RF dùng để truyền tín hiệu của thẻ và nhận tín

hiệu của đầu đọc Với loại thẻ bán chủ động, ang-ten của thẻ gồm một hay nhiều miếng kim loại như đồng tạo thành, tương tự như thẻ thụ động

 Nguồn năng lượng bên trong: tất cả thẻ chủ động đều có nguồn năng

lượng bên trong (như pin) để cấp nguồn cho điện tử học bên trong và để truyền dữ liệu Nếu dùng pin, thẻ có tuổi thọ từ 2 đến 7 năm tùy thuộc vào tuổi thọ của pin Một trong những nhân tố xác định tuổi thọ của pin

là tốc độ truyền dữ liệu cùng với thời gian dùng pin Chẳng hạn, giả sử rằng một thẻ chủ động truyền dữ liệu mỗi lần vài giây Nếu bạn tăng khả năng truyền dữ liệu này để truyền mỗi lần vài phút hay thậm chí mỗi lần vài giờ, tuổi thọ của pin sẽ tăng lên Các bộ cảm biến và vi xử lý bên trong dùng hết năng lượng và cũng có thể làm giảm tuổi thọ của pin Khi sạc pin cho thẻ chủ động, thẻ ngừng truyền thông điệp Đầu đọc đang đọc

dữ liệu từ thẻ cũng không biết pin của thẻ bị chết hay sản phẩm đính thẻ

bị biến mất khỏi phạm vi đọc của đầu đọc nếu thẻ không truyền tín hiệu

về trạng thái của pin báo cho đầu đọc biết

 Điện tử bên trong: cho phép thẻ hoạt động như là một máy phát, và cho

phép thực hiện một số những nhiệm vụ tùy ý nào đó như tính toán, hiển thị các giá trị của các thông số động nào đó, hoạt động như là một bộ cảm biến … Thành phần này cung cấp một tùy chọn cho việc kết nối với các

bộ cảm biến bên ngoài Vì vậy, thẻ có thể thực hiện được nhiều việc khác nhau tùy thuộc vào loại bộ cảm biến đính kèm theo Chú ý rằng cùng với chức năng, khi thành phần này tăng lên thì kích thước của thẻ cũng tăng lên Điều này có thể chấp nhận được vì không có giới hạn nào đặt ra để

áp dụng cho kích thước của thẻ cũng như khi được triển khai, do vậy thẻ

Hình 1-2-6: Thẻ chủ động và thẻ bán chủ động 1.2.1.3 Thẻ bán chủ động

Các thẻ bán chủ động cũng có nguồn năng lượng bên trong (như pin) và điện tử học như thẻ chủ động Tuy nhiên, trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ bán chủ động dùng năng lượng tỏa ra từ đầu đọc Thẻ bán chủ động còn gọi là thẻ dùng pin (battery-assisted tag) Trong quá trình giao tiếp giữa thẻ và đầu đọc, đầu đọc luôn tạo ra một hướng kết nối trước rồi mới đến thẻ Tại sao ta nên dùng thẻ bán chủ động mà không dùng thẻ thụ động? Không giống như thẻ thụ động, thẻ bán chủ động không dùng tín hiệu của đầu đọc để tự hoạt động, và có thể đọc ở khoảng cách xa hơn thẻ thụ động Vì không cần thời gian lấy năng lượng để tiếp sinh lực cho thẻ, thẻ có thể nằm trong phạm

vi đọc của đầu đọc với thời gian ít hơn so với thời gian đọc theo qui định (không giống như thẻ thụ động) Vì thế, nếu đối tượng được đính thẻ đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu của thẻ vẫn được đọc nếu dùng thẻ bán chủ động Thẻ bán chủ động có khả năng đọc tốt đối với các nguyên vật liệu chắn sóng RF và hấp thụ sóng RF Sự hiện diện của các nguyên vật liệu này ngăn không cho các thẻ thụ động hoạt động tốt dẫn đến thất bại trong quá trình truyền dữ liệu Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề khi dùng thẻ bán chủ động

Khoảng cách đọc của thẻ bán chủ động lên đến 100 feet (tương đương 30,5m) trong điều kiện chuẩn mà có dùng cơ chế modulated backscatter Hình sau về thẻ bán chủ động và thẻ chủ động của một số nhà cung cấp

Mantis low UHF (303.8 MHz) active tag with built-in motion detector from

kinh doanh và hàng không với qui mô nhỏ

1.2.1.5 Thẻ write once –read many (WORM)

Thẻ WORM là thẻ chỉ được lập trình và ghi dữ liệu lên thẻ chỉ một lần, thường không phải do nhà sản xuất thực hiện quá trình này mà do người dùng thẻ ghi ngay khi thẻ cần ghi dữ liệu Tuy nhiên trong thực tế, loại thẻ này có thể được ghi khoảng vài lần (khoảng 100 lần) Nếu việc ghi dữ liệu nhiều hơn số lần này, thẻ có thể bị hư vĩnh viễn Thẻ WORM còn được gọi là thẻ field programmable

Loại thẻ này có hiệu suất hoạt động tốt, giá cả phù hợp, cùng với độ an toàn về

dữ liệu, và rất được ưa chuộng trong lĩnh vực kinh doanh hiện nay

1.2.1.6 Thẻ read-write (RW)

Thẻ RW là thẻ có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, thông thường số lần này nằm trong khoảng từ 10.000 đến 100.000 lần hoặc hơn thế nữa Khả năng này đem lại lợi ích rất lớn vì hoặc là nhà sản xuất hoặc người dùng thẻ có quyền ghi dữ liệu lên thẻ Thẻ RW thường dùng bộ nhớ Flash hay FRAM để lưu dữ liệu Hơn nữa, loại thẻ này đắt nhất Các thẻ RW hầu như không được dùng rộng rãi trong các ứng dụng hiện nay

1.2.1.7 Thẻ Surface Acoustic Wave ( thẻ SAW)

Thẻ SAW khác với thẻ sản xuất dùng vi mạch Thẻ SAW đang xuất hiện trên thị trường và sẽ được ưa chuộng trong tương lai Hiện tại, các thiết bị thường dùng thẻ SAW đó là điện thoại di động, ti-vi màn hình màu …

Thẻ SAW dùng sóng radio có năng lượng thấp (low-power RF wave), hoạt động trong băng tần ISM 2,45 GHz Không giống như các thẻ dùng vi mạch, thẻ SAW không cần nguồn DC để kích hoạt quá trình truyền dữ liệu

Hình sau mô tả quá trình hoạt động của thẻ

Hình 1-2-8: Quá trình hoạt động của thẻ SAW

Thẻ gồm một ang-ten lưỡng cực đính kèm vào máy biến năng chuyển đổi số bên trong (interdigital transducer) IDT - máy này được đặt trong nền áp điện được làm bằng lithium niobate hay lithium tantalate

Các thuận lợi của thẻ SAW như sau:

 Sử dụng ít năng lượng vì không cần nguồn DC để kích hoạt thẻ hoạt động

 Có thể gắn thẻ lên các vận chắn sóng RF và vận tiếp sóng RF như kim loại, nước

 Có phạm vi đọc lớn hơn nhiều so với thẻ dùng vi mạch mà hoạt động cùng tần số 2,45 GHz

 Việc đọc có tỷ lệ chính xác cao

 Thiết kế đơn giản

 Không cần dùng giao thức chống va chạm Giao thức chống va chạm cần thực hiện cho đầu đọc thay vì giao thức này được thực hiện cho cả đầu đọc và thẻ so với thẻ có dùng vi mạch (điều này làm giảm chi phí của thẻ SAW)

Các đầu đọc thẻ SAW ít nhiễu Các thẻ SAW là lựa chọn tốt nhất trong các trường hợp và sẽ được dùng rộng rãi Một số thẻ có thể truyền dữ liệu mà không cần dùng sóng RF

thẻ với đối tượng được đính thẻ và tự ý hủy thẻ Thời gian đầu đọc dùng phát sóng RF

để đọc các thẻ được gọi là chu kỳ làm việc của đầu đọc Đầu đọc có các thành phần chính sau:

 Bộ điều khiển

 Giao diện truyền thông

 Nguồn năng lượng

Hình sau minh họa các thành phần của đầu đọc

Hình 1-2-9: Thành phần của đầu đọc

1.2.2.1 Máy phát

Máy phát của đầu đọc được dùng để truyền năng lượng AC và chu kỳ xung đồng hồ thông qua ang-ten của đầu đọc đến các thẻ nằm trong vùng đọc của chính đầu đọc đó Đây là một thành phần của máy thu phát, thành phần này chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của đầu đọc qua môi trường xung quanh và nhận yêu cầu đáp ứng của các thẻ gửi trả lại thông qua ang-ten của đầu đọc Các cổng ang-ten của đầu đọc được kết nối với máy thu phát Mỗi khi ang-ten của đầu đọc được gắn vào mỗi cổng ang-ten này Hiện tại, một số đầu đọc có hỗ trợ đến 4 cổng ang-ten

1.2.2.2 Máy thu

Thành phần này cũng là một phần của máy thu phát Nó nhận tín hiệu analog từ thẻ qua ang-ten của đầu đọc, sau đó gửi tín hiệu này đến vi mạch của đầu đọc mà tại đây sẽ chuyển thành tín hiệu số tương đương (điều này có nghĩa là thẻ sẽ truyền dữ liệu

là tín hiệu số đến ang-ten của đầu đọc)

1.2.2.3 Vi mạch

Thành phần này chịu trách nhiệm thực hiện giao thức reader để giao tiếp với các thẻ tương thích Nó cũng thực hiện quá trình giải mã và kiểm tra lỗi của tín hiệu analog khi nhận được Hơn nữa, vi mạch cũng có chuỗi luận lý để thực hiện quá trình lọc cấp thấp và xử lý dữ liệu đọc từ thẻ

1.2.2.4 Bộ nhớ

Bộ nhớ được dùng để lưu dữ liệu thẻ như các tham số cấu hình của đầu đọc và danh sách quá trình đọc thẻ Vì vậy, nếu kết nối giữa đầu đọc và bộ điều khiển/ hệ thống phần mềm bị hỏng thì toàn bộ dữ liệu của thẻ được đọc sẽ bị mất hết Tuy nhiên, tùy thuộc vào kích thước bộ nhớ, có một giới hạn đưa ra là có bao nhiêu lần đọc thẻ được lưu ở thời gian nào đó Nếu kết nối vẫn không có trong thời gian đầu đọc đọc thẻ, giới hạn này phải được thực hiện và một phần dữ liệu được lưu sẽ bị mất (đó có nghĩa

là dữ liệu sẽ bị các thẻ khác được đọc sau đó ghi đè lên nó)

1.2.2.5 Cổng vào ra của các bộ cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ và bảng tín hiệu điện báo bên ngoài

Đầu đọc không cần bật suốt trong quá trình đọc thẻ Các thẻ chỉ xuất hiện một lúc nào đó trong vùng đọc thẻ và đi ra cho nên việc bật đầu đọc sẽ gây lãng phí năng lượng Thành phần này đưa ra một cơ chế cho quá trình bật-tắt đầu đọc tùy thuộc vào