Các giải pháp đảm bảo an ninh trong RFID

Một thiết bị chủ yếu trong hướng phát triển này là “Bộ định dạng bằng tần số vô tuyến”. Sự ra đời công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến (Radio Frequency Identification RFID) thật sự là cuộc cách mạng trong quản lý tài sản nói chung và công nghệ đeo bám phục vụ mục đích quản lý trở thành mối quan tâm của thế giới thương mại. RFID được đánh giá là một trong những công nghệ thần kỳ bởi nó hứa hẹn kết nối mọi vật dụng hàng ngày thông qua một mạng không dây, và trên lý thuyết, có thể tìm lại những đồ dùng từng được sản xuất. Các nhà khoa học máy tính gọi RFID là Internet của hàng hóa.

MỞ ĐẦU

Ngày nay dưới sự phát triển của khoa học công nghệ cũng như côngnghệ thông tin, các thiết bị thông tin ngày càng được nâng cao về mặt kỹthuật và chất lượng dịch vụ Đồng thời, các công nghệ được đưa vào ứngdụng trong thực tế với mức độ tin cậy và chất lượng thông tin không ngừngphát triển Đặc biệt, càng ngày các công nghệ mới càng hướng đến sự đơngiản, tiện lợi và một đặc trưng quan trọng nữa là khả năng không dây

(wireless) Thiết bị không dây trong một thế giới di động làm cho con

người được giải phóng, tự do và thoải mái hơn

Một thiết bị chủ yếu trong hướng phát triển này là “Bộ định dạngbằng tần số vô tuyến” Sự ra đời công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến

(Radio Frequency Identification - RFID) thật sự là cuộc cách mạng trong

quản lý tài sản nói chung và công nghệ đeo bám phục vụ mục đích quản lýtrở thành mối quan tâm của thế giới thương mại RFID được đánh giá làmột trong những "công nghệ thần kỳ" bởi nó hứa hẹn kết nối mọi vật dụnghàng ngày thông qua một mạng không dây, và trên lý thuyết, có thể tìm lạinhững đồ dùng từng được sản xuất Các nhà khoa học máy tính gọi RFID

là "Internet của hàng hóa".

Cùng với sự bùng nổ mạnh mẽ của công nghệ thông tin nói chung vàcông nghệ RFID nói riêng, việc đảm bảo an ninh cho nó là một vấn đề hếtsức quan trọng, nhận thức được điều này và được sự định hướng của thầy

giáo, em đã chọn đồ án tốt nghiệp: " Các giải pháp đảm bảo an ninh trong RFID " Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu nhằm đưa ra một cái nhìn

tổng quan và hướng dẫn chung về công nghệ RFID đồng thời đưa ra cácgiải pháp đảm bảo an ninh trong RFID Đó là một kết quả làm tiền đề choviệc nghiên cứu tiếp theo về công nghệ này một cách sâu hơn

Nội dung của đồ án gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ RFID

Chương 2: Kiến trúc hệ thống RFID

Chương 3: Các giải pháp đảm bảo an ninh trong RFID

Mặc dù đã được nghiên cứu và phát triển suốt 50 năm qua nhưngtrong những năm gần đây công nghệ RFID mới thực sự bước vào thực tiễn,

có thể nói cuộc cách mạng RFID trên toàn thế giới mới chỉ được bắt đầu.Công nghệ RFID là một công nghệ thực sự mới đối với Việt Nam, đặc biệt

là đối với sinh viên như chúng em Hơn nữa, do hạn chế về mặt thời gian,nguồn tài liệu thu thập và còn hạn chế về mặt nhận thức; nên trong khuônkhổ đồ án tốt nghiệp em chưa thể đề cập các vấn đề có liên quan một cáchsâu sắc Với khả năng của mình, được sự hướng dẫn của giáo viên vànguồn tài liệu thu thập được, em đã cố gắng nghiên cứu để hiểu được mộtcách tổng quan nhất về công nghệ RFID cũng như các giải pháp đảm bảo

an ninh trong RFID Hơn nữa, qua đó em cũng đã thu được một số kết quảnhất định và giúp em có thể tiếp tục nghiên cứu sâu hơn Em rất mong nhậnđược các ý kiến nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo để đồ án được hoànthiện hơn

Để thực hiện và hoàn thành đồ án tốt nghiệp, trước hết, em xin bày tỏlòng biết ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn, người đã luôn theo sát,định hướng và tạo điều kiện về mọi mặt cho em trong suốt quá trình nghiêncứu và hoàn thiện đồ án Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáotrong Khoa vì những kiến thức và ý kiến góp ý quý báu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1.1 Giới thiệu chung

Tên thông dụng của công nghệ này là “Nhận dạng tần số vô tuyến”

(RFID - Radio Frequency IDentification) Là một dạng của công nghệ nhận dạng tự động Nhận dạng tự động (Automatic Identification) gọi tắt

là "Auto-ID" là một thuật ngữ chỉ các công nghệ chủ dùng để giúp các máy

nhận dạng các đối tượng Nhận dạng tự động thường được thực hiện bằng

tự động bắt dữ liệu Đó là cách mà các công ty muốn nhận dạng các món

đồ, bắt thông tin về chúng và bằng cách nào đó thu nhận dữ liệu đưa vàomáy tính mà không cần nhập dữ liệu vào bằng nhân công Mục tiêu của "

Auto-ID " là tăng tính hiệu quả, giảm lỗi dữ liệu đầu vào và sử dụng lao

động dư thừa cho các chức năng giá trị gia tăng như cung cấp dịch vụ cho

khách hàng Các công nghệ chủ được xếp dưới dạng " Auto-ID " như : các

mã vạch (Bar Codes), các thẻ thông minh, nhận dạng tiếng nói, một số công nghệ sinh trắc học (Biometric), nhận dạng ký tự quang học (Optical character Recognition - OCR) và nhận dạng tần số vô tuyến ( Radio Frequency Identification - RFID).

Công nghệ RFID cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chipkhông tiếp xúc trực tiếp mà ở khoảng cách xa, mà không thực hiện bất kỳgiao tiếp vật lý nào hoặc sự nhìn thấy giữa hai cái Công nghệ này cho taphương pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng

vô tuyến để truyền dữ liệu từ các thẻ (tag) đến các đầu đọc (reader) Thẻ có

thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sảnphẩm, hộp hoặc pallet Đầu đọc quét dữ liệu của thẻ và gửi thông tin đến cơ

sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của thẻ Chẳng hạn, các thẻ có thể được đặttrên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh chóngnhận dạng và thu tiền trên các con đường.

Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị độnglàm việc như sau: đầu đọc truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ quaanten của nó đến một con chip Đầu đọc nhận thông tin trở lại từ chip vàgửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin tìm được từ conchip Các con chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằngcách sử dụng năng lượng chúng nhận từ tín hiệu được gửi bởi đầu đọc.Hình 1.1 mô tả hệ thống RFID đơn giản nhất

Hình 1.1 Hệ thống RFID đơn giản

1.2 Lịch sử

Công nghệ RFID đã có trong thương mại trong một số hình thức từnhững năm 1970 Bây giờ nó là một phần trong cuộc sống hằng ngày, cóthể thấy trong những chìa khóa xe hơi, thẻ lệ phí quốc lộ và các loại thẻtruy cập an toàn, cũng như trong môi trường mà nơi đó việc đánh nhãnbằng mã số kẻ vạch trên hàng hóa (yêu cầu giao tiếp vật lý hoặc nhìn thấy)

là không thực tế hoặc không hiệu quả lắm

Kỹ thuật RFID đã bắt đầu trong suốt thời gian chiến tranh thế giớithứ II và được gia tăng trong vài năm qua Trong suốt thời kỳ chiến tranh,sóng vô tuyến được sử dụng để xác định xem máy bay đang đến thuộcđồng minh hay thù địch Từ đó, việc khảo sát tỉ mỉ kỹ thuật radio được đem

ra nghiên cứu và phát triển trong các hoạt động thương mại cho đến thậpniên 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 NationalLaboratory đã phát triển hệ thống theo dõi nguyên liệu hạt nhân bằng cáchđặt 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 hệ thống trả tiền lệ phí tự động Kỹthuật này cải tiến so với các kỹ thuật trước như các mã vạch trên hàng hóa

và các thẻ card viền có tính từ Ví dụ một thẻ có thể mang nhiều dữ liệuhơn một mã vạch hoặc viền từ và có thể được lập trình với thông tin mớinếu cần Thêm nữa là các thẻ không yêu cầu nhìn thấy mới đọc như mãvạch, đọc nhanh và ở khoảng cách xa

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 nhậnmột chiếc chìa khóa khởi động xe Các nhà bán lẻ tầm cỡ và DoD đang yêucầu các nhà cung cấp lớn sử dụng thẻ RFID, cùng với những tiến bộ kỹthuật và giảm giá cả đã thúc đẩy sự phát triển kỹ thuật này

1.3 Thành phần của một hệ thống RFID

RFID là một kỹ thuật thu thập dữ liệu tự động được dùng để nhận

dạng, theo dõi và lưu thông tin trong một thẻ (tag) Đầu đọc (reader) quét

dữ liệu thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu lưu trữ dữ liệu của thẻ Cácthành phần chính trong hệ thống RFID là thẻ, đầu đọc và cơ sở dữ liệu.Một hệ thống RFID toàn diện bao gồm bốn thành phần (xem hình 1.2):

1-Thẻ RFID được lập trình điện tử với thông tin duy nhất.

2-Các reader hoặc sensor (cảm biến) để truy vấn các thẻ.

Hình 1.2 Mô hình hệ thống RFID

1.3.1 Thẻ

Gồm có 2 phần:

 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

 Anten được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến đầu

đọc Anten càng lớn cho biết phạm vi đọc càng lớn

Hình 1.3 Một chiếc thẻ RFID phóng to

Thẻ được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng như sảnphẩm, hộp hoặc pallet và được quét bởi các đầu đọc di động hoặc cố địnhbằng sóng radio Bao gồm: Thẻ thụ động, bán thụ động và thẻ tích cực

1.3.1.1 Thẻ thụ động

Phiên bản đơn giản nhất của một thẻ là thẻ thụ động Thẻ thụ độngkhông chứa nguồn năng lượng, như bộ pin, cũng không thể khởi tạo việctruyền với đầu đọc Thay vào đó, thẻ đáp lại các việc phát tần số radio củađầu đọc và nhận được năng lượng từ các sóng năng lượng được truyền bởiđầu đọc Thẻ thụ động chứa ít nhất là một xác thực duy nhất cho từng mặthàng được gắn thẻ Việc thêm dữ liệu còn phụ thuộc vào dung lượng củathẻ Với điều kiện hoàn hảo, các thẻ có thể đọc thẻ (phạm vi đọc của mộtthẻ dựa trên kích thước của anten, tần số được sử dụng, năng suất của đầuđọc và vật chất giữa thẻ và đầu đọc) từ phạm vi khoảng 10 đến 20 feet(mặc dù các thẻ này có thể đến 30 feet theo lý thuyết, nhưng do môi trường

có thể gây nhiễu như nước và kim loại nên khoảng cách đọc có thể giảm đi

10 feet) Giá của các thẻ thụ động từ 20 cent đến vài dollar Giá khác nhaudựa trên tần số radio được sử dụng, bộ nhớ, việc thiết kế anten và bộ táchsóng với những yêu cầu thẻ khác nhau Các thẻ thụ động có thể thực thi ởtần số thấp, cao, cực cao, hoặc viba

1.3.1.2 Thẻ bán thụ động

Nó cũng không thể khởi tạo sự liên lạc với đầu đọc nhưng nó chứapin cho phép thẻ có thể thực hiện một số chức năng khác như giám sát điềukiện môi trường và cấp nguồn điện nội của thẻ Các thẻ này không tích cựctruyền một tín hiệu đến đầu đọc Nó không chịu hoạt động (mà nó bảo tồnpin) cho tới khi chúng nhận một tín hiệu từ đầu đọc Pin cũng được dùng đểthuận tiện trong việc lưu trữ thông tin

1.3.1.3 Thẻ tích cực

Nó chứa một nguồn năng lượng và một máy phát, là vật thêm vàoanten và chip và gửi một tín hiệu liên tục Các thẻ này có khả năngread/write - dữ liệu thẻ có thể được ghi lại hoặc được bổ sung Các thẻ tíchcực có thể khởi tạo sự liên lạc và liên lạc với khoảng cách dài hơn các loạithẻ trên, có thể lên đến 750 feet, tùy thuộc vào năng lượng pin Các thẻ tíchcực đắt tiền hơn các thẻ thụ động, giá từ 20$ Vì vậy chỉ sử dụng các thẻtích cực trong trường hợp chính đáng

Các thẻ có nhiều loại bộ nhớ khác nhau, bao gồm RO (Read Only),

RW (Read-Write), và WORM (Write-Once-Read-Many) Thẻ RO có dung

lượng lưu trữ rất nhỏ (thường 64bits) và chứa dữ liệu được lập trình cố địnhkhông thể thay đổi Những thẻ này chủ yếu được dùng trong các thư viện

và cửa hàng thuê video Các thẻ thụ động đặc trưng là các thẻ RO

Các thẻ RW có thể cho phép dữ liệu được cập nhật khi cần Do đóchúng có dung lượng bộ nhớ lớn hơn và đắt tiền hơn các thẻ RO Các thẻnày được sử dụng trong trường hợp dữ liệu có thể cần phải thay đổi theomột chu kỳ sống của sản phẩm như là trong quản lý sản xuất hoặc dâychuyền cung cấp.

Thẻ WORM cho phép thông tin được lưu trữ một lần mà không chophép thay đổi dữ liệu lần sau

Hình 1.4 Phạm vi đọc của các loại thẻ

1.3.2 Đầu đọc (Reader)

Để hệ thống RFID hoạt động, cần có một đầu đọc hoặc thiết bị quét

có khả năng đọc các thẻ và chuyển kết quả đến một cơ sở dữ liệu (Xemhình 1.5)

b)

Hình 1.5a Bộ đọc RFID di động RD5000 do Symbol Technology sản xuất

Hình 1.5b Bộ đọc RFID cầm tay MC9090-G

Đầu đọc sử dụng anten của nó để liên lạc với thẻ Khi đầu đọc phátsóng radio thì tất cả các thẻ được định rõ để đáp lại tần số đó và trong phạm

vi sẽ đáp lại Đầu đọc cũng có khả năng liên lạc với thẻ mà không trực tiếpnhìn thấy tùy thuộc vào tần số radio và kiểu thẻ (tích cực, thụ động hoặcbán thụ động) Đầu đọc có thể xử lý nhiều khoản, mục cùng lúc làm chothời gian xử lý đọc tăng lên Chúng có thể di động như thiết bị cầm tay đểscan những đối tượng như pallet và các thùng, hộp hoặc cố định như cácthiết bị tính được sử dụng trong siêu thị Các đầu đọc cũng có dung lượnglưu trữ, dung lượng xử lý khác nhau và các tần số chúng có thể đọc

1.3.3 Cơ sở dữ liệu (Database)

Cơ sở dữ liệu là hệ thống thông tin phụ trợ để theo dõi và chứa thôngtin về khoản, mục có đính thẻ

Thông tin được lưu trong cơ sở dữ liệu bao gồm định danh khoản,mục, phần mô tả, nhà sản xuất, hoạt động của hạng mục, vị trí Kiểu thôngtin chứa trong cơ sở dữ liệu sẽ biến đổi tùy theo ứng dụng Chẳng hạn dữliệu được lưu trữ trong hệ thống thu lệ phí đường sẽ khác với dữ liệu đượclưu trữ cho một dây chuyền cung cấp Các cơ sở dữ liệu cũng có thể đượckết nối đến các mạng khác như mạng LAN để kết nối cơ sở dữ liệu quaInternet Việc kết nối này cho phép dữ liệu chia sẻ với một cơ sở dữ liệucục bộ mà thông tin được thu thập trước tiên từ nó

1.4 Tần số vô tuyến mà RFID hoạt động

Việc chọn tần số radio là đặc điểm hoạt động chính của hệ thốngRFID Tần số xác định tốc độ truyền thông và khoảng cách đọc thẻ Nóichung, tần số cao hơn cho biết phạm vi đọc dài hơn Mỗi ứng dụng phù hợpvới một kiểu tần số cụ thể do ở mỗi tần số thì sóng radio có đặc điểm khácnhau 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 đọcnhanh Hệ thống RFID dùng phạm vi tần số không có đăng ký, gồm thiết bị

y học-khoa học-công nghiệp được FCC cho phép (FCC cho phép sử dụngtần số 2,4 GHz và 902-908 MHz cho các thiết bị y học-khoa học-côngnghiệp bao gồm công nghệ RFID)

Các thiết bị hoạt động trong dải tần không đăng ký này không gây ratác hại nhiễu và phải chấp nhận bất kỳ nhiễu nào nhận được FCC cũng quyđịnh giới hạn năng lượng cụ thể kết hợp với mỗi tần số Việc kết hợp giữatần số và các mức năng lượng cho phép xác định phạm vi thiết thực củamột ứng dụng riêng biệt, ví dụ như công suất năng lượng của các đầu đọc

Có 4 tần số chính được sử dụng cho hệ thống RFID : thấp, cao, cựccao và viba (Hình 1.6)

Hình 1.6 Phổ tần số vô tuyến và các tần số hoạt động của RFID

 Tần số thấp: băng tần từ 125 KHz - 134 KHz Băng tần này phù hợp

với phạm vi ngắn như hệ thống chống trộm, nhận dạng động vật và

hệ thống khóa tự động

 Tần số cao: băng tần 13,56 MHz Tần số cao cho phép độ chính xác

cao hơn với phạm vi 3 foot (3*0,3048m ≈ 1m), vì thế giảm rủi ro đọc

sai thẻ Vì vậy nó thích hợp với việc đọc hạng mục Các thẻ thụ động13,56 MHz được đọc ở tốc độ 10 đến 100 thẻ trên giây và ở phạm vi

3 feet Các thẻ tần số cao được dùng trong việc theo dõi vật liệutrong 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 hạng mục đồtrang sức

 Tần số cực cao: các thẻ hoạt động ở 900 MHz và có thể được đọc ở

khoảng cách dài hơn các thẻ tần số cao, phạm vi từ 3 đến 15 feet.Tuy nhiên các thẻ này dễ bị ảnh hưởng bởi các nhân tố môi trườnghơn các thẻ hoạt động ở các tần số khác Băng tần 900 MHz thực sựphù hợp cho các ứng dụng dây chuyền cung cấp vì tốc độ và phạm vicủa nó Các thẻ thụ động tần số cực cao có thể được đọc ở tốc độ 100đến 1000 thẻ trên giây Các thẻ này thường được sử dụng trong việckiểm tra pallet và container, xe chở hàng và toa trong vận chuyển tàubiển Ngoài ra băng tần 433 MHz được sử dụng để nhận dạng phầntrong của các container vận chuyển tàu biển trong các khu vực côngnghiệp và thương mại cho phép việc truyền dữ liệu chính xác vàđúng lúc hơn Theo FCC, nhận dạng ngay các container có thể chophép nhận ra bên trong của nó có bị lục trong suốt quá trình vậnchuyển hay không, đồng thời việc làm như thế này cũng giúp cho cácnhà xuất nhập khẩu tăng lợi nhuận và góp phần tăng chứng khoáncủa đất nước một cách đáng kể

 Tần số viba: băng tần 2,45 và 5,8 GHz, có nhiều sóng radio bức xạ

từ các vật thể ở gần có thể cản trở khả năng truyền thông giữa đầuđọc và thẻ Các thẻ RFID viba thường được dùng trong quản lý dâychuyền cung cấp

1.5 Phương thức làm việc của RFID

Hình 1.7 Mô tả phương thức làm việc của hệ thống RFID

Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: thẻ, đầu đọc, và mộtmáy chủ Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trongmột số hình thức đóng gói Vài thẻ RFID giống như những nhãn giấy vàđược ứng dụng để bỏ vào hộp và đóng gói Một số khác được sáp nhậpthành các vách của các thùng chứa plastic được đúc Còn một số khác đượcxây dựng thành miếng da bao cổ tay Mỗi thẻ được lập trình với một nhậndạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đanggắn thẻ đó Bởi vì các chip được sử dụng trong thẻ RFID có thể giữ một sốlượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin như chuỗi số, thời dấu,hướng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổ sách y học, và lịch trình Cũngnhư phát sóng tivi hay radio, hệ thống RFID cũng sử dụng bốn băng thôngtần số chính: tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) hoặcsóng cực ngắn (viba) Các hệ thống trong siêu thị ngày nay hoạt động ởbăng thông UHF, trong khi các hệ thống RFID cũ sử dụng băng thông LF

và HF Băng thông viba đang được để dành cho các ứng dụng trong tươnglai.

Các thẻ có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong thẻ (cácthẻ tích cực) hoặc bởi đầu đọc mà nó “đánh thức” thẻ để yêu cầu trả lời khithẻ đang trong phạm vi (thẻ thụ động)

Thẻ tích cực đọc xa 100 feet tính từ đầu đọc và có thể là thẻ “thôngminh” (với bộ nhớ được viết lên và xóa như một ổ cứng máy tính) hoặc làthẻ RO Thẻ thụ động có thể được đọc xa cách đầu đọc 20 feet và có bộnhớ RO Kích thước thẻ và giá cả, dải đọc, độ chính xác đọc/ghi, tốc độ dữliệu và chức năng hệ thống thay đổi theo đặc điểm nêu ra trong thiết kế vàdải tần hệ thống FRID sử dụng

Đầu đọc gồm một anten liên lạc với thẻ và một đơn vị đo điện tử học

đã được nối mạng với máy chủ Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy chủ và tất cảcác thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc vớihàng trăm thẻ đồng thời Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mãhóa/ giải mã và xác thực người dùng Đầu đọc có thể phát hiện thẻ ngay cảkhi không nhìn thấy chúng Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ vànhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm, hầunhư thường là một trạm làm việc gọn để bàn Máy chủ xử lý dữ liệu mà cácđầu đọc thu thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thốngcông nghệ thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữliệu quản lý có thể thực thi “Phần trung” phần mềm nối hệ thống RFID vớimột hệ thống công nghệ thông tin (IT) quản lý luồng dữ liệu

1.6 Các ứng dụng RFID hiện hành

Các ứng dụng thương mại cho đầu tư và cung cấp việc quản lý dâychuyền đang khiến cho sự phát triển và gia tăng công nghệ RFID Wal-

Mart®, trung tâm bán lẻ lớn nhất thế giới, và khu quân sự Mỹ (DoD), nhàđiều hành dây chuyền lớn nhất thế giới đã thúc sự gia tăng này bởi việc yêucầu các nhà cung cấp sử dụng thẻ RFID Wal-Mart yêu cầu 100 nhà cungcấp lớn nhất bắt đầu làm thẻ pallet và cho vào hộp các thẻ RFID thụ độngtrước tháng 1 năm 2005, thúc đẩy các nhà bán lẻ khác thực hiện kế hoạchtương tự DoD nhanh chóng theo và yêu cầu thêm các thùng đựng hàngđược vận chuyển ngoài lục địa Mỹ có các thẻ RFID chủ động để nhận biếtcái chứa đựng bên trong và nguồn gốc Sự phát triển của Wal-Mart, DoD,nhiệm vụ RFID là đưa công nghệ này thành xu thế chủ đạo và làm cho nósinh lợi nhiều hơn.

Hướng sáp nhập công nghệ RFID thành dây chuyền được thúc đẩybởi sự có lợi mà dễ thấy trong bản kiểm kê: tăng lượt vận chuyển, nhận,cung cấp có năng suất, giảm giá cho việc lao động chân tay, xếp hàng và sựthất thoát kiểm kê Các đầu đọc được cài lúc chất hàng ở các cửa bến tàu cóthể phát hiện thẻ trên hàng hóa hoặc các pallet qua các cửa Đầu đọc gửimột lệnh đến thẻ để phát các nhận dạng của chúng, thu thập thông tin này

và chuyển tiếp đến máy tính Và máy tính ghi cơ sở dữ liệu kiểm kê dựavào hàng hóa đó là nhập hay xuất Nếu hệ thống sử dụng các thẻ thôngminh, thì máy tính có thể ghi ngày giao/nhận và thời gian trên thẻ

Cũng cùng những khả năng làm cho ý tưởng RFID quản lý dâychuyền có thế mạnh trong việc phạt, an ninh quốc gia, và luật pháp Cácứng dụng gồm đặc tính kiểm tra (chẳng hạn súng cầm tay, thiết bị liên lạc,máy tính), kiểm tra bằng chứng, hộ chiếu và kiểm tra visa, kiểm tra cán bộtrong các tiện nghi và xâm nhập hệ thống điều khiển trong các tòa nhà hoặccác phòng (chẳng hạn như các thiết bị ra vào không khóa) Công nghệRFID được xây dựng trong việc xử phạt và an ninh quốc gia rộng hơntrong luật pháp

1.7 Ưu, nhược điểm của hệ thống RFID

mã vạch được thực hiện dễ dàng và nhanh chóng nhờ có thiết bị đọc mãvạch

Vậy tại sao người ta phải nghĩ đến việc sử dụng RFID thay thế cho

mã vạch? Điểm khác nhau chính giữa hai phương pháp loại tín hiệu màchúng sử dụng: tín hiệu radio đối với RFID, và tín hiệu quang học đối với

mã vạch Để đọc mã vạch gắn trên một đối tượng, người thao tác phải cầmthiết bị đọc mã vạch trên tay, hướng đầu đọc vào mã vạch sao cho khoảngcách phải đủ gần và phải theo một hướng nhất định để thiết bị có thể nhậndạng được hình ảnh của mã vạch Đối với RFID, chỉ cần các thẻ nằm trongtầm nhận biết của anten là anten có thể đọc được ngay nội dung của thẻ Dovậy bên cạnh những tính năng tương tự với mã vạch, RFID còn có một sốlợi thế sau:

 Các thẻ có thể được đọc gần như đồng thời với khối lượng lớn Cácđối tượng được gắn thẻ có thể nằm trong kho chứa hoặc thùng chứahàng

 Thẻ RFID bền hơn mã vạch Chúng có được chế tạo từ các hợp chấtđặc biệt để chống lại sự phá hủy của hóa chất và nhiệt độ

 Thẻ RFID không những có thể đọc mà còn có thể ghi thông tin Mãvạch chỉ chứa thông tin cố định, không thay đổi được.

 Thẻ RFID có thể chứa được một lượng thông tin lớn hơn nhiều sovới mã vạch

 Việc đọc mã vạch yêu cầu tác động của con người, thẻ RFID thìkhông

 So với mã vạch, RFID có ưu thế vượt trội trong nhiều ứng dụng định

vị, nhận dạng đối tượng và thu thập dữ liệu tự động Tuy nhiên, bêncạnh những ưu thế mà RFID mang lại, chúng ta phải chịu một chiphí cao hơn so với sử dụng mã vạch Do vậy khi ứng dụng RFID,cần cân nhắc giữa lợi ích thu được và chi phí đầu tư để có thể đemlại hiệu quả đầu tư tốt nhất

1.7.2 Nhược điểm

 Giá cao: Nhược điểm chính của công nghệ RFID là giá cao Trong

khi các đầu đọc và bộ cảm ứng được dùng để đọc thông tin có giángòai 2000$ đến 3500$ mỗi cái, và các thẻ trị giá 40$ đến 75$ mỗicái

 Dễ bị ảnh hưởng: có thể làm tổn hại hệ thống RFID bởi việc phủ vật

liệu bảo vệ từ 2 đến 3 lớp kim loại thông thường để ngăn chặn tínhiệu radio Cũng có thể tổn hại hệ thống RFID bởi việc đặt hai hạngmục đối ngược với cái khác để một thẻ che cái khác Điều đó có thểhủy các tín hiệu Điều này đòi hỏi kiến thức về kỹ thuật và sự canhthẳng hàng cẩn thận

 Việc thủ tiêu các thẻ: các thẻ RFID được dán bên trong bao bì và

được phô ra dễ thủ tiêu Điều này có nghĩa là sẽ có nhiều vấn đề khi

người sử dụng biết rõ hơn về vai trò của thẻ Ở thư viện Ấn Độ, giữcho các thẻ tránh bị tiếp xúc là một thách thức lớn.

 Các vấn đề đầu đọc, bộ cảm ứng cổng exit: trong khi các đầu đọc

phạm vi ngắn được sử dụng cho việc thanh toán tiền và việc kiểm kêxuất hiện để đọc các thẻ 100 % thời gian, hiệu suất của bộ cảm ứngcổng exit thì khó giải quyết hơn Chúng luôn luôn không đọc thẻ quáhai lần khoảng cách của các đầu đọc khác Không có thư viện thựchiện một việc kiểm kê trước và sau để xác định tỉ lệ mất mát khiRFID sử dụng cho việc bảo đảm an toàn

 Những liên quan riêng tư người sử dụng: Vấn đề với hệ thống

RFID thư viện ngày nay là các thẻ chứa thông tin tĩnh mà nó có thểđược đọc dễ dàng bằng các đầu đọc thẻ trái phép

 Đụng độ đầu đọc: Tín hiệu từ một đầu đọc có thể giao tiếp với tín

hiệu từ nơi khác mà nơi đó tin tức chồng chéo nhau Điều này đượcgọi là đụng độ đầu đọc Một phương pháp tránh vấn đề này là sửdụng kỹ thuật phân chia thời gian đa truy cập

 Đụng độ thẻ.

 Thiếu chuẩn.

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG RFID

Chương này sẽ nghiên cứu sâu hơn, chi tiết hơn về kiến trúc hệthống RFID

Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần mà nó thực thigiải pháp RFID Một hệ thống RFID bao gồm các thành phần sau :

 Thẻ: là một thành phần bắt buộc đối với mọi hệ thống RFID.

 Đầu đọc: là thành phần bắt buộc.

 Anten đầu đọc: là thành phần bắt buộc Một vài đầu đọc hiện hành

ngày nay cũng đã có sẵn anten

 Mạch điều khiển (Controller): là thành phần bắt buộc Tuy nhiên,

hầu hết các reader mới đều có thành phần này gắn liền với chúng

 Cảm biến (sensor), cơ cấu truyền động đầu từ (actuator) và bảng tín hiệu điện báo (annunciator): những thành phần này hỗ trợ

nhập và xuất của hệ thống

 Máy chủ và hệ thống phần mềm: Về mặt lý thuyết, một hệ thống

RFID có thể hoạt động độc lập không có thành phần này Thực tế,một hệ thống RFID gần như không có ý nghĩa nếu không có thànhphần này

 Cơ sở hạ tầng truyền thông: là thành phần bắt buộc, nó là một tập

hợp gồm cả hai mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nốituần tự để kết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với nhau đểchúng truyền với nhau hiệu quả

Hình 2.1a là một mô hình hệ thống RFID Hình 2.2b trình bày bằng một ví

dụ cụ thể cho mô hình này với các thành phần minh họa

Máy chủ

4 Dữ liệu thẻ được gửi tới hệ thống phần mềm bởi đầu đọc

Anten của đầu đọc

3 Đầu đọc đọc một thẻ

Thẻ (Tag)

(Sự kết nối khác)

Hệ thống phần mềm/Cơ

sở hạ tầng truyền thông

Những hình này có thể gọi là “reader-centric” bởi vì đầu đọc đặt ởtrung tâm của toàn hệ thống Hình 2.2 trình bày hình phối cảnh khác về hệthống này.

Hình 2.2 Phối cảnh khác về hệ thống RFID

Chú ý trong mô hình này, đầu đọc cùng với thẻ và anten được đặt ở

rìa (edge) của hệ thống Hình này có thể được giải thích hệ thống RFID

trông như thế nào theo phối cảnh IT hoặc theo phối cảnh người hợp nhất hệthống

Vì vậy hệ thống RFID có hai phần: Phần thứ nhất (edge) bị chi phối

bởi các luật vật lý học và phần thứ hai liên quan đến công nghệ thông tin(IT) Phần nào quan trọng hơn? Cả hai Một hệ thống IT tối tân trở nên vôdụng nếu như dữ liệu từ bên phần vật lý học của nó không đáng tin cậy.Việc thiết lập phần cứng RFID cũng trở nên vô dụng nếu hệ thống ITkhông thể quản lý và xử lý dữ liệu được phát sinh từ hệ thống này một cáchthông minh

Hệ thống RFID hỗ trợ các luồng truyền hai chiều, từ các đầu đọc đến

chương trình phụ trợ (back-end) và từ chương trình phụ trợ đến các đầu đọc

(xem hình 2.2) Phần sau đây nghiên cứu chi tiết hơn các thành phần hệthống RFID đã nêu

Loại thẻ này không có nguồn bên trong (on-board), sử dụng nguồn

nhận được từ đầu đọc để tự tiếp sinh lực hoạt động và truyền dữ liệu được

lưu trữ trong nó cho đầu đọc 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 Chẳng hạn, một sốthẻ thụ động có thể chịu đựng các hóa chất gặm mòn như acid, nhiệt độ lêntới 4000F (xấp xỉ 2040C) và nhiệt độ cao hơn nữa

Đối với loại thẻ này, khi thẻ và đầu đọc truyền thông với nhau thìđầu đọc luôn truyền trước rồi mới đến thẻ Cho nên bắt buộc phải có đầuđọc để thẻ có thể truyền dữ liệu của nó

Thẻ thụ động nhỏ hơn thẻ tích cực hoặc thẻ bán tích cực Nó cónhiều phạm vi đọc, ít hơn 1 inch đến khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 m)

Thẻ thụ động cũng rẻ hơn thẻ tích cực hoặc bán tích cực

Smart card là một loại thẻ RFID thụ động, ngày nay nó được sử dụngrộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau (chẳng hạn như huy hiệu ID) Dữ liệutrên thẻ này được đọc khi nó gần đầu đọc Thẻ này không cần phải tiếp xúcvới đọc trong quá trình đọc

Thẻ thụ động bao gồm những thành phần chính sau:

 Vi mạch (microchip).

 Anten.

Hình 2.4 Các thành phần thẻ thụ động

2.1.1.1 Vi mạch

Hình 2.5 trình bày những thành phần cơ bản của một vi mạch

Hình 2.5 Những thành phần cơ bản của một vi mạch

Trong đó:

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

anten của đầu đọc thành nguồn DC Nó cung cấp nguồn đến cácthành phần khác của vi mạch

 Bộ tách xung (Clock extractor): rút tín hiệu xung từ tín hiệu anten

của đầu đọc

 Bộ điều chế (Modulator): điều chế tín hiệu nhận được từ đầu đọc.

Đáp ứng của thẻ được gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó đượctruyền trở lại đầu đọc

 Đơn vị logic (Logic unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức

truyền giữa thẻ và đầu đọc

 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 đốitượng 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 hạtcát Tuy nhiên, kích cỡ của thẻ không được xác định bởi kích thước

vi mạch của nó mà bởi chiều dài anten của nó

2.1.1.2 Anten

Anten của thẻ được dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của đầu đọc

để làm tăng sinh lực cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu từ đầu đọc.Anten này được gắn vào vi mạch Anten là trung tâm đối với hoạt động củathẻ

Có thể có nhiều dạng anten, nhất là UHF, và thiết kế một anten chomột thẻ là cả một nghệ thuật trong lĩnh vực khoa học Chiều dài antentương ứng với bước sóng hoạt động của thẻ Một anten lưỡng cực bao gồmmột dây dẫn điện (chẳng hạn đồng) mà nó bị ngắt ở trung tâm Chiều dàitổng cộng của một anten lưỡng cực bằng nửa bước sóng tần số được dùngnhằm tối ưu năng lượng truyền từ tín hiệu anten của đầu đọc đến thẻ Mộtanten lưỡng cực bao gồm hai cực, có thể giảm được độ nhạy chuẩn trực của

thẻ (tag’s alignment sensitivity) Đầu đọc có thể đọc thẻ này ở nhiều hướng

khác nhau Anten lưỡng cực gấp bao gồm hai hoặc nhiều dây dẫn điệnđược nối song song nhau và mỗi dây bằng nửa chiều dài bước sóng của tần

số được dùng Khi hai dây dẫn được cuộn vào nhau thì anten lưỡng cực gấpđược gọi là anten lưỡng cực gấp 2-dây Loại anten lưỡng cực gấp 3-dâybao gồm ba dây dẫn điện được nối sóng song nhau Hình 2.6 trình bàynhững loại anten này

Hình 2.6 Các loại anten lưỡng cực

Chiều dài anten của thẻ thường lớn hơn nhiều so với vi mạch của thẻ

vì vậy nó quyết định kích cỡ vật lý của thẻ Một anten có thể được thiết kếdựa 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 anten của reader.

Những điểm kết nối giữa vi mạch của thẻ và anten là những kết nốiyếu nhất của thẻ Nếu có bất kỳ điểm kết nối nào bị hỏng thì xem như thẻkhông làm việc được hoặc có thể hiệu suất làm việc giảm đáng kể Antenđược thiết kế cho một nhiệm vụ riêng biệt (như gắn thẻ vào một hộp) có thểhoạt động kém hơn một nhiệm vụ khác (như gắn thẻ vào một hạng mục

riêng lẻ trong hộp) Việc thay đổi hình dáng anten một cách tự động (chẳnghạn giảm hoặc gấp nó lại) không phải là một ý tưởng hay vì điều này có thểlàm mất điều hướng thẻ, đưa đến hiệu suất cũng giảm theo Tuy nhiên, một

số người biết họ sẽ phải làm gì để có thể giảm anten của thẻ để mất điềuhướng nó (chẳng hạn như khoan một lỗ ở thẻ) và thật sự làm tăng khả năngđọc của thẻ

Hiện tại, anten 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 intrực tiếp anten lên nhãn thẻ, hộp và sản phẩm đóng gói bằng cách sử dụngmột loại mực dẫn có chứa đồng, cacbon và niken Hiện nay vi mạch cũngđang được nghiêm cứu xem nó có thể được in với loại mực đó hay không.Cải tiến tương lai này cho phép in một thẻ RFID như mã vạch lên hộp hoặcitem đóng gói Dẫn đến chi phí cho một thẻ RFID có thể giảm dưới mức0.5$ một thẻ Nếu không có khả năng in một vi mạch, thì anten được incũng có thể được gắn vào một vi mạch để tạo một thẻ RFID hoàn chỉnhnhanh hơn nhiều việc gắn một anten kim loại

2.1.2 Thẻ tích cực

Thẻ tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn một bộpin, hoặc có thể là những nguồn năng lượng khác như sử dụng nguồn nănglượng 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 chođầu đọc Nó không cần nguồn năng lượng từ đầu đọc để truyền dữ liệu.Điện tử học bên trong gồm bộ vi mạch, cảm biến và các cổng vào/ra đượccấp nguồn bởi nguồn năng lượng bên trong nó Vì vậy, những thành phầnnày có thể đo được nhiệt độ vây quanh và phát ra dữ liệu nhiệt độ chuẩn.Những thành phần này có thể sử dụng dữ liệu này để xác định các tham sốkhác như hạn sử dụng của hạng mục được gắn thẻ Thẻ có thể truyền thôngtin này cho đầu đọc (cùng với từ định danh duy nhất của nó) Ta có thể xem

thẻ tích cực như một máy tính không dây với những đặc tính thêm vào(chẳng hạn như một cảm biến hoặc một bộ cảm biến).

Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và đầu đọc, thẻluôn truyền trước, rồi mới đến đầu đọc Vì sự hiện diện của đầu đọc khôngcần thiết cho việc truyền dữ liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nócho những vùng lân cận nó thậm chí trong cả trường hợp đầu đọc không cóở nơi đó Loại thẻ tích cực này (truyền dữ liệu liên tục khi có cũng nhưkhông có đầu đọc hiện diện) cũng được gọi là máy phát

Loại thẻ tích cực khác ở trạng thái ngủ hoặc nguồn yếu khi không cóđầu đọc Đầu đọc đánh thức thẻ này khỏi trạng thái ngủ bằng cách phát mộtlệnh thích hợp Trạng thái này tiết kiệm nguồn năng lượng, vì vậy loại thẻnày có thời gian sống dài hơn thẻ tích cực được gọi là máy phát kể trên.Thêm nữa là vì thẻ chỉ truyền khi được thẩm vấn nên số nhiễu RF trongmôi trường cũng bị giảm xuống Loại thẻ tích cực này được gọi là một máyphát/máy thu hoặc một bộ tách sóng-thẻ có thể hoạt động ở chế độ máyphát và máy thu Thẻ này chỉ truyền khi được đầu đọc thẩm vấn Thẻ ởtrạng thái ngủ hoặc nguồn giảm khi không được đầu đọc thẩm vấn Vì vậytất cả thẻ này có thể được gọi là máy phát đáp

` Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) hoặchơn nữa khi máy phát tích cực của loại thẻ này được dùng đến

Thẻ tích cực bao gồm các thành phần chính sau:

 Vi mạch: Kích cỡ và khả năng làm việc vi mạch thường lớn hơn vi

mạch trong thẻ thụ động

 Anten: có thể truyền tín hiệu của thẻ và nhận tín hiệu đầu đọc Đối

với thẻ bán tích cực, gồm một hoặc nhiều mảnh kim loại như đồng,tương tự như thẻ thụ động

 Nguồn năng lượng bên trong.

 Điện tử học bên trong.

Hình 2.7 Thẻ tích cực Hai thành phần đầu tiên (vi mạch và anten) giống như ở thẻ thụ

động Sau đây, ta sẽ nghiên cứu hai thành phần sau là nguồn năng lượngbên trong và điện tử học bên trong

2.1.2.1 Nguồn năng lượng bên trong

Tất cả các thẻ tích cực đều mang một nguồn năng lượng bên trong đểcung 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 vàothời gian sống của bộ pin Một trong những nhân tố quyết định thời giansống của bộ pin là tốc độ truyền dữ liệu của thẻ Nếu khoảng cách đó càngrộng thì bộ pin càng tồn tại lâu và vì thế thời gian sống của thẻ cũng dàihơn Chẳng hạn, thẻ tích cực truyền mỗi lần vài giây Nếu tăng thời giannày để thẻ có thể truyền mỗi lần vài phút hoặc vài giờ thì thời gian sốngcủa bộ pin được kéo dài Cảm biến và bộ xử lý bên trong sử dụng nguồnnăng lượng có thể làm giảm thời gian sống của bộ pin

Khi bộ pin trong thẻ tích cực hoàn toàn phóng điện thì thẻ ngừngtruyền thông điệp Đầu đang đọc những thông điệp này không biết bộ pincủa thẻ có bị chết hay là sản phẩm được gắn thẻ biến mất khỏi phạm vi đọccủa nó trừ khi thẻ truyền tình trạng pin cho đầu đọc này.

2.1.2.2 Điện tử học bên trong

Điện tử học bên trong cho phép thẻ hoạt động như một máy phát vàcho phép nó thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng như tính toán, hiển thịgiá 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 biếnbên ngoài Vì vậy thẻ có thể thực thi nhiều nhiệm vụ thông minh, tùy thuộcvào loại cảm biến được gắn vào Nói cách khác thì phạm vi làm việc củathành phần này hầu như vô hạn Vì vậy khả năng làm việc và kích thướccủa thành phần này tăng thì thẻ cũng tăng kích thước Có thể tăng kíchthước với điều kiện là nó có thể được triển khai (nghĩa là được gắn đúngcách vào đối tượng cần được gắn thẻ) Điều này muốn nói các thẻ tích cực

có thể được ứng dụng rộng rãi, có một số hiện nay không còn

2.1.3 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 quátrình truyền dữ liệu, thẻ bán tích cực sử dụng nguồn từ đầu đọc Thẻ bán

tích cực được gọi là thẻ có hỗ trợ pin (battery-assisted tag).

Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader thìreader luôn truyền trước rồi đến thẻ Tại sao sử dụng thẻ bán tích cực màkhông sử dụng thẻ thụ động? Bởi vì thẻ bán tích cực không sử dụng tínhiệu của đầu đọc như thẻ thụ động, nó tự kích động, nó có thể đọc ởkhoảng cách xa hơn thẻ thụ động Bởi vì không cần thời gian tiếp sinh lựccho thẻ bán tích cực, thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của đầu đọc ít hơn

thời gian đọc quy định (không giống như thẻ thụ động) Vì vậy nếu đốitượng được gắn thẻ đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu thẻ có thể vẫnđược đọc nếu sử dụng thẻ bán tích cực Thẻ bán tích cực cũng cho phépđọc 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 liệukhông thành công Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề khó khăn đối vớithẻ 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 bằng cách sử dụng mô hình tán xạ đã được điều

chế (modulated back scatter) (trong UHF và sóng vi ba).

 Việc phân loại tiếp theo dựa trên khả năng hỗ trợ ghi chép dữ liệu:

 Chỉ đọc (RO-Read Only)

 Ghi một lần, đọc nhiều lần (WORM- Write-Once-Read-Many)

 Đọc-Ghi (RW-Read Write)

2.1.4 Thẻ RO

Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ mộtlần Dữ liệu có thể được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất Việcnày được thực hiện như sau: các cầu chì riêng lẻ trên vi mạch của thẻ đượclưu 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 lập trònh tạinhà máy Nhà sản xuất loại thẻ này sẽ đưa dữ liệu lên thẻ và người sử dụngthẻ không thể điều chỉnh được Loại thẻ này chỉ tốt đối với những ứng dụngnhỏ mà không thực tế đối với quy mô sản xuất lớn hoặc khi dữ liệu của thẻcần được làm theo yêu cầu của khác hàng dựa trên ứng dụng Loại thẻ nàyđược sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh và hàng không nhỏ

2.1.5 Thẻ WORM

Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì khôngphải được ghi bởi nhà sản xuất mà bởi người sử dụng thẻ ngay lúc thẻ cầnđược ghi Tuy nhiên trong thực tế thì có thể ghi được vài lần (khoảng 100lần) Nếu ghi quá số lần cho phép, thẻ có thể bị phá hỏng vĩnh viễn ThẻWORM được gọi là lập trình tại chỗ

Loại thẻ này có giá cả và hiệu suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loạithẻ phổ biến nhất trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay

Thẻ SAW sử dụng sóng RF năng lượng thấp hoạt động trong băngtần ISM 2.45 GHz Không giống như các thẻ dựa trên vi mạch, thẻ SAWkhông cần nguồn DC để tiếp sinh lực hoạt động cho nó truyền dữ liệu

Hình 2.8 Thẻ SAW

Thẻ SAW bao gồm một anten lưỡng cực được gắn vào máy biến

năng interdigital (IDT) được đặt trong nền áp điện (piezoelectric substrate)

được làm bằng lithium niobate hoặc lithium tantalate Một dòng điện cựcriêng lẻ như những dòng phản xạ (được làm bằng nhôm hoặc khắc axit trênnền) được đặt trên nền Anten đặt một xung điện vào IDT khi nó nhận tínhiệu RF của đầu đọc thẻ SAW Xung này phát sinh sóng bề mặt còn gọi làsóng Raleigh, thường đi được 3.000 m đến 4.000 m trên giây trên nền đó.Một số sóng này được phản xạ trở lại IDT bởi những dòng phản xạ

(reflector), việc nghỉ được thu bởi nền này Các sóng phản xạ tạo thành

một mô hình duy nhất, được xác định bởi các vị trí phản xạ, miêu tả dữ liệucủa thẻ Các sóng này thường được chuyển đổi thành tín hiệu RF trong IDT

và được truyền lại đầu đọc qua anten của thẻ Đầu đọc giải mã tín hiệunhận được để đọc dữ liệu của thẻ

Thẻ SAW có các ưu điểm sau đây:

 Sử dụng năng lượng rất thấp vì nó không cần nguồn DC để tiếp sinh lực hoạt động.

 Có thể gắn thẻ vào những vật liệu chắn sóng vô tuyến (RF-opaque

và RF-absorbent), như kim loại hoặc nước.

 Có phạm vi đọc lớn hơn thẻ vi mạch hoạt động trong cùng băng tần (tức là băng tần 2.45 GHz)

 Có thể hoạt động tín hiệu vô tuyến ngắn trái ngược với thẻ dựa trên

vi mạch (cần thời hiệu tín hiệu từ reader đến thẻ dài hơn nhiều)

 Việc đọc có tỉ lệ chính xác cao.

 Thiết kế đơn giản.

 Không cần giao thức phòng ngừa đụng độ (anti-collision protocol) Giao thức ngừa đụng độ chỉ cần được thực hiện ở reader thay vì ở

cả reader và thẻ như thẻ vi mạch (vì vậy giảm chi phí thẻ SAW)

Các đầu đọc thẻ SAW ít xảy ra nhiễu với các đầu đọc thẻ SAW khác.Thẻ SAW rất tốt, là sự lựa chọn duy nhất trong các hoàn cảnh nào đó vàcũng được sử dụng rộng rãi trong tương lai

Một số thẻ có thể truyền dữ liệu đến đầu đọc mà không sử dụng sóng

vô tuyến (Thẻ Non-RFID) Sau đây những thẻ này sẽ được mô tả ngắn gọn.

2.1.8 Thẻ Non-RFID

Khái niệm gắn thẻ và truyền vô tuyến ID duy nhất của nó đến đầuđọc không phải là vùng sóng dành riêng Có thể sử dụng các loại truyền vôtuyến khác cho mục đích này Chẳng hạn có thể sử dụng sóng siêu âm hoặcsóng hồng ngoại đối với việc truyền thông giữa thẻ với đầu đọc

Việc truyền siêu âm có ưu điểm là không gây ra nhiễu với thiết bịđiện hiện có và không thể xuyên qua tường Vì thế những hệ thống gắn thẻsiêu âm có thể được triển khai trong bệnh viện mà nơi đó kỹ thuật như thếnày có thể cùng tồn tại với thiết bị y tế hiện có Thêm nữa là đầu đọc siêu

âm và thẻ phải nằm trong cùng phòng đầu đọc đọc được dữ liệu của thẻ.Điều này giúp dễ kiểm soát tài sản

Thẻ hồng ngoại sử dụng ánh sáng để truyền dữ liệu đến đầu đọc Vìánh sáng không thể xuyên qua tường nên thẻ và đầu đọc hồng ngoại phải

đặt trong cùng phòng để truyền với nhau Nếu có vật cản nguồn sáng củathẻ thì thẻ không còn truyền với đầu đọc nữa (đây là một nhược điểm).

2.2 Đầu đọc - Các thành phần của đầu đọc

Hình 2.9 Đầu đọc RFID Đầu đọc 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 thẻbằng đầu đọc 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).

Decommissioning thẻ có nghĩa là tách thẻ ra khỏi đối tượng được gắn thẻ

và tùy ý làm mất hiệu lực hoạt động của thẻ Thời gian mà đầu đọc có thểphát năng lượng RF để đọc thẻ được gọi là chu kỳ làm việc của đầu đọc

Đầu đọc là hệ thần kinh trung ương của toàn hệ thống phần cứngRFID thiết lập việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tácquan trọng nhất của bất kỳ thực thể nào muốn liên kết với thực thể phầncứng này

Một đầu đọc có các thành phần chính sau:

 Máy phát

 Máy thu

 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 thànhphần không bắt buộc, chúng hầu như luôn được cung cấp với mộtđầu đọc thương mại)

 Mạch điều khiển (có thể nó được đặt ở bên ngoài)

 Mạch truyền thông

 Nguồn năng lượng

Anten

Cổng tín hiệu chênh lệch

Bộ tạo tín hiệu

cơ sở thời gian ÷32 Bộ khuếch đại tín hiệu sóng mang

Bộ tách sóng đường bao

PHẦN THU

125kHz

Tạo dạng sóng

Dữ liệu Giao diện nối tiếp

Số cổng anten của đầu đọc được kết nối với thành phần máy phát của nó.Anten của đầu đọc có thể được gắn với mỗi cổng anten đó Hiện tại thì một

số đầu đọc có thể hỗ trợ đến 4 cổng anten

2.2.2 Máy thu

Thành phần này cũng là một phần của máy thu phát Nó nhận tínhiệu tương tự từ thẻ qua anten của đầu đọc Sau đó nó gởi những tín hiệunày cho vi mạch của đầu đọc, tại nơi này nó được chuyển thành tín hiệu sốtương đương (có nghĩa là dữ liệu mà thẻ đã truyền cho đầu đọc được biểudiễn ở dạng số)

2.2.3 Vi mạch

Hình 2.11 Vi mạch

Thành phần này chịu trách nhiệm cung cấp giao thức cho đầu đọc để

nó truyền thông với thẻ tương thích với nó Nó thực hiện việc giải mã vàkiểm tra lỗi tín hiệu tương tự nhận từ máy thu Thêm nữa là vi mạch có thểchứa luận lý để thực hiện việc lọc và xử lý dữ liệu đọc được từ thẻ

2.2.4 Bộ nhớ

Bộ nhớ dùng lưu trữ dữ liệu như các tham số cấu hình đầu đọc vàmột bản kê khai các lần đọc thẻ Vì vậy nếu việc kết nối giữa đầu đọc và hệthống mạch điều khiển/phần mềm bị hỏng thì tất cả dữ liệu thẻ đã được đọckhông bị mất Tuy nhiên, tùy thuộc vào dung lượng của bộ nhớ, có mộtgiới hạn liên quan đến việc nhiều lần đọc thẻ như thế có thể được lưu trữnhư thế nào vào lúc đó Nếu việc kết nối xuống vượt quá thời gian mở rộngcho phép thì một phần dữ liệu đã lưu bị mất (có nghĩa là bị ghi đè bởi cácthẻ khác được đọc sau đó)

2.2.5 Các kênh nhập/xuất của các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ

và bảng tín hiệu điện báo bên ngoài

Các đầu đọc không cần bật suốt Các thẻ có thể chỉ xuất hiện lúc nào

đó và rời khỏi đầu đọc mãi cho nên việc bật đầu đọc suốt sẽ gây lãng phínăng lượng Thêm nữa là giới hạn vừa đề cập ở trên cũng ảnh hưởng đếnchu kỳ làm việc của đầu đọc Thành phần này cung cấp một cơ chế bật vàtắt đầu đọc tùy thuộc vào các sự kiện bên ngoài Có một số loại cảm biếnnhư cảm biến về ánh sáng hoặc sự chuyển động để phát hiện các đối tượngđược gắn thẻ trong phạm vi đọc của đầu đọc Cảm biến này cho phép đầuđọc bật lên để đọc thẻ Thành phần này cũng cho phép đầu đọc cung cấpxuất 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 (chẳnghạn, mở hoặc đóng van an toàn, di chuyển một cánh tay robot, v.v…)

2.2.6 Mạch điều khiển

Mạch điều khiển là một thực thể cho phép thực thể bên ngoài là conngười hoặc chương trình máy tính giao tiếp, điều khiển các chức năng củađầu đọc, điều khiển bảng tín hiệu điện báo và cơ cấu truyền động đầu từ kếthợp với đầu đọc này Thường thì các nhà sản xuất hợp nhất thành phần này

vào đầu đọc (như phần mềm hệ thống (firmware) chẳng hạn) Tuy nhiên,

có thể đóng gói nó thành một thành phần phần cứng/phần mềm riêng phảimua chung với đầu đọc

2.2.7 Giao diện truyền thông

Thành phần giao diện truyền thông cung cấp các lệnh truyền đến đầuđọc, nó cho phép tương tác với các thực thể bên ngoài qua mạch điềukhiển, để truyền dữ liệu của nó, nhận lệnh và gửi lại đáp ứng Thành phầngiao diện này cũng có thể xem là một phần của mạch điều khiển hoặc làphương tiện truyền giữa mạch điều khiển và các thực thể bên ngoài Thựcthể này có những đặc điểm quan trọng cần xem nó như một thành phần độclập Đầu đọc có thể có một giao diện tuần tự Giao diện tuần tự là loại giaodiện phổ biến nhất nhưng các đầu đọc thế hệ sau sẽ được phát triển giaodiện mạng thành một tính năng chuẩn Các đầu đọc phức tạp có các tínhnăng như tự phát hiện bằng chương trình ứng dụng, có gắn các Web servercho phép đầu đọc nhận lệnh và trình bày kết quả dùng một trình duyệt Webchuẩn, v.v…

2.2.8 Nguồn năng lượng

Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần củađầu đọc Nguồn năng lượng được cung cấp cho các thành phần này quamột dây dẫn điện được kết nối với một ngõ ra bên ngoài thích hợp

2.2.9 Phân loại đầu đọc

Hình 2.12 Một số loại đầu đọc