Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID

Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID

VIỆN ĐIỆN

=====***=====

BÁO CÁO

Đề tài: Tổng quan công nghệ RFID ứng dụng

trong thu phí đường bộ

GVHD : TS Bùi Đăng Thảnh

Hà Nôi, 2014 MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: 5

TỔNG QUAN HỆ THỐNG RFID 5

1.1 Công nghệ RFID là gì và có ứng dụng như thế nào? 6

1.1.1 Khái niệm .6

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ RFID 6

1.1.3 Ứng dụng của công nghệ RFID 9

1.2 Công nghệ RFID ứng dụng trong thu phí đường bộ 9

1.2.1 Đặt vấn đề 9

1.2.2 Mô hình hệ thống thu phí điện tử ứng dụng công nghệ RFID 9

1.3 Cấu tạo của một hệ thống ứng dụng công nghệ RFID 10

1.3.1 Phần cứng của hệ thống ứng dụng công nghệ RFID 10

1.3.2 Tổng quan về phần mềm thu phí điện tử ETC 20

1.4 Tổng kết 31

CHƯƠNG 2: 32

HỆ THỐNG THU PHÍ ĐƯỜNG BỘ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID 32

2.1 Vấn đề áp dụng công nghệ RFID trong thu phí đường bộ 33

2.1.1 Ưu điểm của công nghệ RFID 33

2.1.2 Nhược điểm của công nghệ RFID 34

2.1.3 RFID trong thu phí điên tử trên thế giới 34

2.1.4 RFID trong thu phí điện tử ở Việt Nam 35

2.2 Khối chức năng 37

2.2.1 Khối bán hàng-khách hàng 37

2.2.2 Khối thu phí địa phương 38

2.2.3 Khối quản lý hệ thống 47

2.3 Tổng kết 48

CHƯƠNG 3: 49

MỘT SỐ LĨNH VỰC KHÁC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID 49

3.1 Các lĩnh vực có ứng dụng RFID 50

3.1.1 Trong công nghiệp: 50

*Tài liệu tham khảo 54

LỜI NÓI ĐẦU

có vẻ những điều trên ở một tương lai rất xa nhưng nó thực sự đã hiện diện và đang ngày ngày thay đổi cuộc sống của chúng ta

Ở đây, tôi đang nói đến một công nghệ, một bước ngoặt, giải pháp hiệu quả cho nhiều bài toán : công nghệ nhận dạng bằng tần số vô tuyến hay công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ cho phép đọc dữ liệu lưu trữ trong thẻ ( tag RFID) ở phạm vi ngắn mà không cần tiếp xúc RFID là công nghệ nhận dạng mới nhằm bù đắp những hạn chế của hình thức nhận dạng bằng

mã vạch cũ nhờ khả năng giao tiếp nhiều với nhiều và nhận dạng qua sóng vô tuyến thay vì quang học Ở đè tài này ta sẽ tập trung nghiên cứu và làm rõ hệ thống thu phí điện tử ETC có ứng dụng công nghệ RFID,một công nghệ cũ mà mới đầy tiềm năng này…

Và đây là thành quả sau một thời gian nhiên cứu nghiêm túc cùng sự hướng dẫn tận tình của các thầy trong ngành điều khiển và tự động hóa em đã

hoàn thành bản báo cáo đề tài “ tìm hiểu hệ thống RFID ứng dụng trong thu

phí đường bộ” Nhưng do còn nhiều hạn chế về kiến thức và cùng là bản báo

cáo đầu tiên nên còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy để rút kinh nghiệm cho những bài báo báo sau Cuối cùng , em rất cảm ơn các thầy trong nhóm nghiên cứu đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo em trong suốt thời gian nghiên cứu để hoàn thành đề tài.

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN HỆ THỐNG

RFID

Trong chương 1 này ta sẽ tập trung nghiên cứu một cách tổng quan về công nghệ RFID cũng như hệ thống thu phí có ứng dụng công nghệ RFID này Đầu tiên ta sẽ bắt đầu từ những khái niệm cơ bản.

1.1 Công nghệ RFID là gì và có ứng dụng như thế nào?

1.1.1 Khái niệm

RFID (viết tắt của từ Radio Frequency Identification) là một công nghệ nhận dạng đối tượng bằng công nghệ sóng vô tuyến, cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip ở khoảng cách xa, không cần tiếp xúc trực tiếp, không thực hiện bất kì giao tiếp vật lý nào giữa hai vật không nhìn thấy Công nghệ này cho ta phương pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác

Nói thì như vậy nhưng thực tế để có được một công nghệ mang tên RFID như ngày nay thì các nhà khoa học đã phải trải qua một chặng đường nghiên cứu

và thử nghiệm rất lâu từ những thập niên đầu của thế kỉ 20 và đến tận đến cuối thế kí này mới hoàn chỉnh Vậy chặng đường đó ra sao ?

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ RFID

a Giai đoạn 1880-1960

Bảng 1: Sự kiện nổi bật về phát triển RFID giai đoạn 1880-1960

1880 Xuất hiện nền tảng về năng lượng điện từ

1897 Gulielmo Marconi sáng chế ra Radio

1922 Sự ra đời kỹ thuật RFID đầu tiên

1937 NRL phát triển hệ thống IFF

1950 RFID được nghiên cứu trog Labs

1958 Jack Kibly sáng chế mạch tích hợp tại Texas Instrunment

Công nghệ RFID có nguồn gốc từ năm 1897 khi Guglielmo Marconi phát hiện ra sóng radio RFID áp dụng các nguyên tắc vật lý cơ bản như truyền phát radio,sóng radio một dạng năng lượng điện từ truyền và nhận dạng dữ liệu khác nhau Dần sau đến 1930 lịch sử phát triển RFID được bắt đầu đánh có sự chuyển biến rõ

Lần đầu tiên một công nghệ tương tự công nghệ RFID ra đời, đó là bộ tách sóng IFF (Identification Friend or Foe) được phát minh năm 1937 bởi người Anh

và được quân đồng minh sử dụng trong Thế Chiến lần thứ II để nhận dạng máy

thếgiới vào thập niên 50 Nhưng trong khoảng thời gian này do chi phí quá cao

và kích thước quá lớn của hệthống nên chúng chỉ được sử dụng trong quân đội, phòng nghiên cứu và những trung tâm thương mại lớn

Cuối thập niên 50, RFID đã trở thành nền tảng cho hệ thống không lưu thế giới

b Giai đoạn 1960-1990

Bảng 2: Sự kiện nổi bật về phát triển RFID giai đoạn 1960-1990

1960 Xuất hiện hệ thống nhận biết điện từ EAS

1970 Những bằng sáng chế về RFID liên tục được cấp

1970-1980 Phát triển hệ thống quản lý đàn gia súc tự động bằng RFID

1987 Ứng dụng thương mại đầu tiên trong việc thu phí giao thông tại

Nauy

1989 Thu phí điện tử của hãng Dallas North Turnpike

Cuối thập niên 60 và đầu thập niên 70, bắt đầu xuất hiện những công ty giới thiệu những ứng dụng mới cho RFID mà không quá phức tạp và đắt tiền Ban đầu phát triển những thiết bị giám sát điện tử (Electronic Article Surveillance-EAS) để kiểm soát hàng (quần áo, sách,…)

Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiều người biết đến trong những thập niên

60 và 70, bắt đầu xuất hiện nhiều hơn ứng dụng và kỹ thuật này càng được hoàn thiện, từ nhận biết trở thành nhận dạng

Đến năm 1973, Mario Cardullo (USA) chính thức trở thành người đầu tiên hoàn thiện công nghệ RFID

Việc khảo sát tỉ mỉ kỹthuật radio được đem nghiên cứu và phát triển trong các hoạt động thương mại cho đến thập niên 1960 và tiến triển rõ vào những năm

1970 bởi các công ty, học viện và chính phủ Mỹ Bộ năng lượng Los Alamos Nation Laboratory đã phát triển hệthống theo dõi nguyên liệu hạt nhân bằng cách đặt thẻvào xe tải và đặt các đầu đọc tại các cổng của bộ phận bảo vệ Đây là hệ thống được sử dụng ngày nay trong các hệ thống trả tiền lệ phí tự động

RFID càng phát triển vào đầu những năm 80, có những ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát xe tại Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc tại Châu Âu Hệthống RFID cũng được ứng dụng trong việc nghiên cứu đời sống hoang dã, các thẻ RFID được gắn vào trong những con vật, nhờ đó có thểlần theo dấu vết của chúng trong môi trường hoang dã

Đến thập niên 90, khi mà tần số UHF được sử dụng và thể hiện được những ưu điểm của mình về khoảng cách và tốc độ truyền dữ liệu thì công nghệ RFID đã đạt được những thành tựu rực rỡ.[1]

c Giai đoạn 1990-nay

Bảng 3: Sự kiện nổi bật về phát triển RFID từ 1990Năm Sự kiện

1990 Hệ thống tàu lửa được trang bị RFID tại Mỹ

Thẻ UHF ra đời đã mở ra giải pháp sản xuất hàng loạt

1991 Hãng Texas Instrument thành lập TIRIS (TI_RFID)

2000 Hệ thống bán hàng Wal-Mart ứng dụng công nghệ RFID

Texas Instrument đi tiên phong ở Mỹ

Vào năm 1991, Texas Instrument đã đi tiên phong trong hệ thống RFID ở

Mỹ, công ty đã tạo ra một hệ thống xác nhận và đăng ký Texas Instrument (TIRIS) Hệ thống TI-RFID đã trở thành nền tảng cho phát triển và thực hiện những lớp mới của ứng dụng RFID

Châu Âu đã bắt đầu công nghệ RFID từ rất sớm với nhiều công ty có thành công trong lĩnh vực RFID như Texas Instrument (giới thiệu sản phẩm RFID),

EM Microelectronic-Marin công ty của The Swatch Group Ltd (đã thiết kế mạch tích hợp),Microelectronic và Philips Semiconductors là hai nhà sản xuất lớn ở châu Âu về lĩnh vực RFID

Phát triển thẻ thụ động trong thập niên 90

Cách đây một vài năm các ứng dụng chủ yếu của thẻ RFID thụ động, thẻ dần được sử dụng tần số siêu cao (UHF) làm cho khoảng cách đo dần xa ra, tốc

độ cũng được cải thiện Vào thời điểm này EPCglobal được thành lập, EPCglobal

đã hỗ trợ hệ thống mã sản phẩm điện tử (Electronic Product Code Network EPC)

hệ thống này đã trở thành tiêu chuẩn cho xác nhận sản phẩm tự động

Vậy ngày nay công nghệ RFID được ứng dụng ra sao?

1.1.3 Ứng dụng của công nghệ RFID

RFID được ứng dụng trong các lĩnh vực: quản lý đối tượng, nhân sự; quản

lý hàng hóa bán lẻ trong siêu thị; nghiên cứu động vật học; quản lý hàng hóa trong xí nghiệp, kho hàng ; quản lý các phương tiện giao thông qua trạm thu phí; lưu trữ thông tin bệnh nhân trong y khoa; làm thẻ hộ chiếu, chứng minh nhân dân, Nhiều công ty đã và đang áp dụng RFID vào quản lý kinh doanh, kho hàng, kiểm soát tồn kho như : Wal-mart, Boeing, Toyota, Harley Davidson,

Còn trong thu phi và kiểm soát giao thông thì FRID đứng nghĩa là một cuộc cách mạng Ta sẽ cùng tìm hiểu

1.2 Công nghệ RFID ứng dụng trong thu phí đường bộ

1.2.1 Đặt vấn đề

Xã hội ngày một phát triển , con người sẽ phải bận rộn với trăm công ngàn việc vì vậy mà họ cần những công cụ giúp giảm bớt gánh nặng công việc với hiệu quả cao, đó chính là máy móc tự động Tự động tự động hoá đã suất hiên và dần dần khẳng định được vai trò cực kì quan trọng và tính tất yếu của mình và ngày một hiệu quả hơn cùng sự phát triển không nghừng của khoa học công nghệ Đặc biệt ở một vài lĩnh vực kiểm soát đối tượng số lượng lớn đòi hỏi chi phí rất lớn về nhân lực và vật chất mà hiệu quả lại chưa cao Nhưng với công nghệ RFID chúng ta có thể giám sát và quản lý được công việc một cách dễ dàng, giảm thiểu chi phí và tiết kiệm tối đa nguồn nhân lưc nhất là trong giao thông , một vấn đề quan trọng của xã hội quan tâm vì tồn tại quá nhiều bài toán khó cần giải quyết trong đó có vấn đề thu phí Vì hiện nay tại các trạm thu phí giao thông đường bộ số lượng nhân viên trực còn khá nhiều, xe qua trạm còn phải qua nhiều giai đoạn xử lí như mua vé, soát vé nên làm mất nhiều thời gian, giảm tốc độ lưu thông, gây ùn tắc vào giờ cao điểm Ngoài ra còn xuất hiện một

số hiện tượng tiêu cực không đáng có Chính vì những điều này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế không cao và không văn minh Xuất phát từ thực tại trên mà công nghệ RFID được nghiên cứu ứng dụng vào viêc thu phí nhằm giải quyết các bài toán thu phí hiệu quả

1.2.2 Mô hình hệ thống thu phí điện tử ứng dụng công nghệ RFID

Công nghệ RFID được đưa vào trạm thu phí để thực hiện những công việc sau: Mỗi Chip nhớ của thẻ tag sẽ gắn với một xe và chứa một mã số mang thông tin về xe và chủ xe Khi xe đi qua trạm thu phí thì đầu đọc ( reader) được bố trí xung quanh trạm sẽ đọc mã số này và truyền về PC/PLC, sau đó mã số này sẽ được PC so sánh với mã số đã có sẵn trong cơ sở dữ liệu của máy tính

Sau đó toàn bộ thông tin về xe mang Chip nhớ tương ứng sẽ được Visual Basic đọc về máy tính và hiển thị lên giao diện HMI Chương trình lúc này sẽ tự động đối chiếu các thông tin về xe và kiểm tra tài khoản của chủ xe Nếu các thông tin là hợp lệ và số tiền trong tài khoản đủ cho chuyến đi thì chương trình Visual Basic sẽ tự động trừ số tiền qua trạm của xe tương ứng và đồng thời sẽ đưa tín hiệu điều khiển xuống PLC để điều khiển mở Barier cho phép xe qua trạm, ngoài ra chương trình cũng gửi số tài khoản còn lại đến PLC để hiển thị cho chủ xe biết đồng thời xuất hóa đơn in các thông tin cần thiết Ngược lại số tiền trong tài khoản không đủ cho chuyến đi hoặc các thông tin về xe không hợp

lệ thì chương trình sẽ thông báo cho chủ xe biết thông qua bảng thông báo và xe

đó không được phép qua trạm Lúc này Barier ở cổng phụ sẽ được mở để xe vào bãi bên cạnhNhư vậy xe qua trạm sẽ bỏ qua được giai đoạn mua và soát vé đồng thời, thời gian trao đổi dữ liệu giữa Chip nhớ và PC được diễn ra trong thời gian rất ngắn do đó sẽ giảm thời gian lưu thông của xe khi qua trạm Đậy là nguyên

lý hoạt động của hệ thông thu phi điện tử, sau đây ta sẽ đi vào cấu tạo chi tiết của nó

1.3 Cấu tạo của một hệ thống ứng dụng công nghệ RFID

Các hệ thông RFID thường khá phức tạp nhưng có thể được phân chia theo

3 cách khác nhau ựa trên thuộc tính dặc trưng như :

- Tần số hoạt đông

- Phạm vi đọc

- Phương pháp ghép nối vật lý

Nhưng mọi hệ thống ứng dụng công nghệ RFID cơ bản chia làm 2 mảng lớn

là phần cứng ( các trang thiết bị điện tử cấu thành hệ thống) và phần mềm ( các trình quản lý, điều khiển hoạt động của hệ thống) Ta sẽ đi vào tìm hiểu từng mảng lớn này

1.3.1 Phần cứng của hệ thống ứng dụng công nghệ RFID

Một hệ thông RFID bao gồm 3 thành phần chính là :

Thẻ RFID là một cấu trúc điện tử gồm 2 phần chính là angten và chip Mỗi thẻ chứa một mã kí tự hay thông tin duy nhất trên thế giới để định danh một đối tượng tương ứng duy nhất gắn với nó Thẻ có nhiệm vụ phát thông tin trên thẻ cho đầu đọc để nhận đạng đối tượng.

Thẻ RFID gồm nhiều loại khác nhau Người ta phân loại theo nhiều tiêu chí khác như:

- Phân loại thẻ RFID

Hình 1: Phân loại thẻ RFID

- Phân loại dựa trên nguồn năng lượng

là bộ phận phát tín hiệu cho tag Đáp ứng đó của một thẻ thụ động RFID không

lưu trữ dữ liệu nhưng khá khiêm tốn về dung lượng do khả năng đáp ứng nguồn không có Do không có bộ nguồn cung cấp gắn liền trên mạch nên thẻ có kích thước khá nhỏ: đó là các sản phẩm thương mại sẵn có có thể được gắn dưới lớp

da Kích thước của những thiết bị như vậy chỉ khoảng 0.15 mm x 0.15 mm, và còn mỏng hơn độ dày của một trang giấy (7.5 µm)

Hình2 : Cấu tạo thẻ RFID thụ đông

Các thẻ thụ động có khoảng cách đọc thực tế khoảng 2 mm lên đến một vài mét tùy thuộc vào tần số vô tuyến lựa chọn và tỉ lệ kích thước/ thiết kế của anten Do các thẻ thụ động RFID không yêu cầu nguồn và có thể nhỏ hơn nữa với thời gian tồn tại không giới hạn Đặc biệt với công nghệ ngày nay đang thay thế dần thẻ silicon tốn kém bằng thẻ polime dễ ghi và bền hơn rất nhiều, giá thành cũng hạ đáng kể

+ Có thể dễ dàng bị đọc thông tin bởi các đầu đọc khách

+ Làm ảnh hưởng tới hệ thống RFID bởi vì thẻ được bao bọc bởi nhiều lớp kim loại ( angten ) thì sẽ chặn các tín hiệu radio

+ Thẻ RFID bán thủ động (semi-active tag)

Các thẻ RFID bán thụ động khá giống với các thẻ thụ động nhưng có tích hợp pin Loại pin này cho phép IC của thẻ được cấp nguồn năng lượng không đổi, và loại bỏ nhu cầu thiết kế anten để lấy nguồn từ tín hiệu đưa đến Vì thế các angten được tối ưu trong việc phát tín hiệu bị Do đó các thẻ RFID bán thụ động

sẽ đáp ứng nhanh hơn , mạnh hơn các thẻ thụ động nhưng còn kém ổn định và không hiệu quả bằng các thẻ tích cực

+Thẻ RFID tích cực (active tag)

Không như các thẻ thụ động, các thẻ RFID tích cực có cấu trúc khá phức tạp với nguồn cấp bên trong để cung cấp cho các IC tạo thành tín hiệu đầu ra Các thẻ tích cực thường ổn định hơn (ít lỗi hơn) các thẻ thụ động do khả năng kết nối "phiên" với đầu đọc Nhờ có nguồn cung cấp trên vi mạch ( onboard) nên các thẻ tích cực có thể phát công suất cao hơn , nhanh hơn các thẻ thụ động do không cần thời gian cấp năng lượng ( rất hữu dụng khi các đối tượng chuyển động với vận tốc cao như : các phương tiện trên đường cao tốc), cho phép chúng hoạt động hiệu quả hơn trong các môi trường có tần số vô tuyến thay đổi như nước, kim loại nặng hoặc ở các khoảng cách xa hơn Nhiều thẻ tích cực có khoảng cách hoạt động vài trăm mét và thời gian pin lên tới 10 năm Để ngày một đáp ứng đồi hỏi ngày càng cao thì một số thẻ tích cực còn bao gồm các bộ cảm biến (sensor) như cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, va đập/biến động, ánh sáng, phóng xạ, nhiệt độ và không khí Các thẻ tích cực cũng thường có dải hoạt động dài hơn (trên 90m ) và nhờ bộ nhớ lớn hơn các thẻ thụ động và do đó có thể lưu trữ them các thông tin từ bộ phát đáp Hiện tại, thẻ tích cực nhỏ nhất có kích thước tương đương một đồng xu

Hình 3: cấu tạo tag active RFID

Và thẻ bán tích cực ( semi-active tag)

Ưu điểm:::

+ Có thể truyền dữ liệu ở khoảng cách 300 feet ( khoảng 91.44m)

+ Có thể có cảm biến khác sử dụng một nguồn điện

+ Có khả năng hoạt động bền vững trong nhiều năm ở nhiều môi trường khác nhau

+ Thẻ là một nguồn điện một chiều và có thể truyền tải liên tục hoặc được kích hoạt bởi một tín hiệu từ Reader

+ Khả năng chuẩn đoán các tín hiệu từ Reader

+ Khả năng giám sát độc lập và kiểm soát

+ Khả năng phát truyền thông

Nhược điểm:

+ Không thể hoạt động nếu không có pin và bị hạn chế thời gian hoạt động của thẻ

+ Chi phí thẻ mắc hơn thẻ RFID thụ động

+ Các thẻ thường có kích thước lơn và bị giới hạn ứng dụng

+ Sai sót xảy ra khi pin của thẻ hết năng lượng

-Phân loại theo khả năng đọc ghi

+ Thẻ chỉ đọc (Read only)

Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần Dữ liệu có thể được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất Việc này được thực hiện như sau: các fuse riêng lẻ trên vi mạch của thẻ được lưu cố định bằng cách

sử dụng chùm tia laser Sau khi thực hiện xong, không thể ghi đè dữ liệu lên thẻ được nữa đảm bảo tính duy nhất, bất biến cho thẻ Thẻ này được gọi là factory programmed Nhưng chính do nhà sản xuất loại thẻ này làm nhiệm vụ sẽ đưa dữ liệu lên thẻ và người sử dụng thẻ không thể điều chỉnh được Vì vậy loại thẻ này chỉ tốt đối với những ứng dụng nhỏ mà không thực tế đối với quy mô sản xuất lớn hoặc khi dữ liệu của thẻ cần được làm theo yêu cầu, mục đích của khách hàng

+ Thẻ ghi một lần đọc nhiều lần (Write once – Read many)

Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì không phải được ghi bởi nhà sản xuất mà bởi người sử dụng thẻ ngay lúc thẻ cần được ghi Tuy nhiên trong thực tế thì có thể ghi được vài lần (khoảng 100 lần) Nếu ghi quá

số lần cho phép, thẻ có thể bị phá hỏng vĩnh viễn Loại thẻ này có giá cả và hiệu suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổ biến nhất trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay

+ Thẻ đọc ghi (Read – Write)

Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng từ 10.000 đến 100.000 lần hoặc có thể hơn nữa Việc này đem lại lợi ích rất lớn vì dữ liệu có thể được ghi bởi reader hoặc bởi thẻ (nếu là thẻ tích cực) Thẻ RW gồm thiết bị nhớ Flash

và FRAM để lưu dữ liệu Thẻ RW được gọi là field programmable hoặc reprogrammable Sự an toàn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ RW do các hacker có thể xâm nhập để thay đổi nội dung của thẻ không khác gì thay đổi đối tượng gắn với thẻ Thêm vào nữa là loại thẻ này thường rất đắt Vì vậy thẻ RW không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay, trong tương lai có thể công nghệ thẻ phát triển hứa hẹn chi phí thẻ giảm xuống mở rộng cơ hội ứng dụng của loại thẻ này

b Đầu đọc ( Reader)

- Đầu đọc là gì ?

Đầu đọc (Reader) hay còn gọi là vật tra hỏi ( interrogator) là bộ phần được coi là thần kinh trưng ương của phần cứng hệ thống RFID vì thực hiện chức năng điều khiển hoạt động và liên kết, xử lý thông tin từ thẻ , liên kết hệ thống …

- Cấu tạo đầu đọc :

Hinh 4 : Cấu tạo đầu đọc Reader

Cấu tạo của reader bao gồm :

+Nguồn năng lượng

Ta đi vào chức năng từng bộ phận:

+Máy phát : Phát ra tín hiệu nhân diện của reader thông qua angten đến các

tags trong vùng phát để kích thích tag phản hồi Thông thường các angten phát thường đặt trên cổng quét hay tại lóc trạm thu phí tại mỗi làn xe

+Máy thu : Đảm nhiệm chức năng thu nhận các thông tin phản hồi từ tag

thu được qua angten để khuếch đại tín hiệu và truyền đến vi mạch xử lý

+Vi mạch : Cung cấp giao thức cho reader và đảm nhiệm chức năng quản

lý, xử lý nhận diện thẻ từ thông tin nhận được và báo về hệ thông qua mạch truyền thông

+Bộ nhớ : Thực hiện chưc năng lưu chữ một vài tham số của hệ thống như

bản kê khai các tag đã đọc để đảm bảo dữ liệu không mất khi gặp sự cố kết nối

+ Kênh vào/ra : Thực hiện liên kết reader với các thiết bị ngoại vi khác +Mạch điều khiển : Cho phép con người giao thức với reader để diều

khiển hoặc lập trình hoạt động cho trạm thu

+Mạch truyền thông : Thực hiện liên hệ với Internet, LAN, cung cấp

môi trường làm việc cho đầu đọc

+Nguồn năng lượng : Cung cấp năng lượng ổn định cho hệ thống hoạt

động liên tục 24/24

- Các thành phần logic của đầu đọc reader.

Phần mạch điều khiển của đầu đọc có thể chia làm 4 khối chúc năng khác nhau là:

+ Reader API : Mỗi đầu đọc thực hiện một giao diện lập trình ứng dụng

( API) cho phép các ứng dụng khác có thể yêu cầu kiểm tra tag, kiểm soát tình trạng đầu đọc hoặc kiểm soát thiết lập cấu hình như : mức năng lượng, thời gian hiện hành…nhằm tạo ra một bản mẫu tin gửi về hệ thống trung tâm RFID và phân tích mẫu tin nhận từ hệ thống API cố thể đồng bộ hoặc không đồng bộ

+ Giao tiếp : Dùng để điều khiển việc truyền thông của bất kì giao tiếp

reader nào với phần mềm trung gian ( middleware) Đây là bộ phận có thể thực thi những kết nối không dây như Bluetooth hay kết nối Internet cho giao thức cá nhân trong quá trình nhận và gửi tin đến API

+Quản lý sự kiên: Trước tiên a xét một vài khái niệm : Khi reader nhận ra

thẻ tag gọi là giám sát, khi một giám sát khác với các giám sát trước đó thì gọi là

sự kiện Phân biệt giữa các sự kiện ta có loại sự kiện Quản lý sự kiện là xác định

kiểu giám sát đối với các sự kiện xem có cần gửi ngay sự kiện này đến các bộ phận bên ngoài hệ thống xem xét hay không

+Angten phụ hệ thống: Angten phụ này bao gồm giao diện và logic giúp

reader giao tiếp với tag và điều khiển các angten phụ

- Phân loại reader :

+ Phân loại theo giao diện của reader:

Reader nối tiếp ( serial reader) : Sử dụng liên kết nối tiếp để truyền trong

ứng dụng Ta có 2 loại cổng để liên kết nối tiếp giũa đầu đọc và máy tính lá RS

232 vá 485 Hạn chế của kết nối này là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết nối ( RS 485 cho phép cáp dài hơn RS 232) đồng thời số lượng ổ kết nối trên mấy tính có hạn nên phải cần nhiều mấy chủ mới liên kết được các reader loại này , chi phí bảo dưỡng , nâng cấp cũng cao và thời gian “chết” lớn do phỉa bảo dưỡng riêng với từng reader và tốc độ truyền tín hiệu không cao Nhưng bù lại serial reader lại cố độ tin cậy hơn network reader nên vẫn được khuyến khích sử dụng nhằm hạn chế sự phụ thuộc vào một kênh truyền

Reader hệ thống (Network read) Cố thể kết nối với máy tính bằng cả mạng

dây và không dây Với ưu điểm là kết nối không phụ thuộc vào dây cáp kết nối, tốc độ cao hơn mà không cần nhiều máy chủ cũng như có thể cập nhật từ xa qua mạng Internet giúp làm giảm nhẹ chi phí khấu hao, bảo dưỡng Nhưng nhược điểm của Reader hệ thống là không đáng tin cậy bằng reader liên kết,độ an toàn không cao, phụ thuộc vào đường truyền mạng và rất dễ rơi rới thông tin khi mạng lỗi

+ Phân loại dựa trên tính chuyển động của reader

Reader cố định : Được đặt cố định tại cống quét và có phạm vi quét khá xa

nhờ heeh thống angten ngoài Loại này khá phổ biến so với reader cầm tay

Reader cầm tay: Có kích thước gọn nhè , cơ động có thể cầm đi nhưng có

chi phí khá đắt đỏ và khoảng cách quét gần vì angten bố chí bên trong đầu đọc

c Máy chủ ( Host computer –server)

Hầu hết hệ thống RFID gồm nhiều tag và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một hay nhiều máy chủ trung tâm chính là cơ quan đầu não của hệ thống Là bộ phận ẩn , máy chủ lưu trữ dữ liệu của toàn hệ thống , là cơ quan vận hành, điều phối hoạt động toàn hệ thống Mọi bộ phận khác của hệ thống đều được liên kết với máy chủ server để khai thác dữ liệu đồng thời đáp trả những truy vấn của nó về những vấn đè mà bộ phận quản lý Là bộ phận thực hiện liên kết với các tài khoản thu phí và thu phí khoản khách hàng để đưa vào tài khoản thu phí nhà nước

Hình 5: Máy chủ liên kết hệ thống

1.3.2 Tổng quan về phần mềm thu phí điện tử ETC

Nếu phần cứng là cơ sở vật chết, là điều kiện tiên quyêt để có một hệ thống thu phí điện tử thì phần mềm là dòng chảy vận hành hệ thống đó

a Các khối chức năng

Phần mềm của một hệ thống thu phí sử dụng công nghệ RFID cơ bản gồm 3 thành phần là :

- Điểm bán hàng với các máy chủ cài đặt phần mềm ứng dụng bán hàng

- Trung tâm quản lý và thu phí với các máy chủ lưu trữ toàn bộ cơ sở dữ kiệu hệ thống và phần mềm làm việc trên cơ sở dữ liệu đó

- Trạm thu phí địa phương với máy chủ cài đặt phần mềm giao tiếp với đầu đọc thẻ ,các tag RFID và các thiết bị ngoai vi thu cũng như thực hiện thu phí của khách hang

Tương ứng với 4 khối chức năng chính gồm : ( trích tài liệu tham khảo về RFID)

+ Khối quản trị hệ thống

+ Khối thu phí địa phương

+ Khối bán hàng

+ Khối khách hàng

Hình 6: Mô hình mối quan hệ giữa các khối trong hệ thống thu phí điện tử

Chức năng của tường khối:

- Khối quản lý hệ thống : là khối có quyền cao nhất quản lý hoạt động của cả hệ

thống, điều hành các khối chức năng khác vì vậy có chức năng:

+ Khởi tạo ,cấp phát hay đóng các loại tài khoản trong hệ thống

+ Giám sát các trạng thái hoạt động của hệ thống như : hệ thống server, reader, trạng thái hoạt động của các tài khoản

+ Xóa bỏ hoặc thêm người dùng vào danh mục người dùng đặc biệt

+ Quản lý kho thẻ

+ Tạo báo cáo về các tài khoản

- Khối thu phí địa phương : là khối trực tiếp thực thi việc thu phí điện tử , có

quyền quản lý và vận hành mọi hoạt động tại trạm thu phí gồm các chức năng:

+ Giám sát trạng thái hoạt động của đầu đọc thẻ Reader và gửi báo cáo về trung tâm

+ Cập nhật thông tin mới nhất của khách hàng từ trung tâm đồng thời báo cáo tình trạng khách hàng tại tram thu

+ Trao đổi dữ liệu với đầu đọc

+ Điều khiển barrier

+ Xác thực tài khoản khách hàng

+ Thực hiện thu phí điên tử hoặc thủ công

+ Gửi báo cáo dịch vụ về trung tâm và khách hàng

+ Thống kê, báo cáo số giao dịch được chấp thuận và từ chối

Khối bán hàng

Khối khách hàng

Khối thu phí địa phương Khối quản trị hệ

thống

- Khối bán hàng : là khối khởi đầu của hệ thống và có vai trò quan trọng trong

việc đưa hệ thống vào vận hành và duy trì vận hành vì là khối trược tiếp làm việc với khách hàng sẽ gồm các chức năng :

+ Khởi tạo thẻ,bán , cung cấp thẻ cho khách hàng mới

+ Đổi thẻ cũ lấy thẻ mới

+ Nạp lại mã xác thực ngẫu nhiên

+ Nạp tiền vào tài khoản khách hàng

+ Hủy tài khoản khi không còn sử dụng dịch vụ

+ Thống kê báo cáo số tài khoản mới , số tài khoản hủy, số thẻ tồn

-Khối khách hàng : là khối thục chất bao gồm tag và tài khoản thu phí Nếu thiếu

thì hệ thống vận hành sẽ chẳng có nghĩa lý gì hay nói cách khác thi đây là mục đích của toàn hệ thống Đối tượng trong khối được cung cấp các chức năng:

+ Cài đặt tài khoản : cập nhật ,thay đổi thông tin, đổi mật khẩu

+ Nạp tiền vào tài khoản

- Wedsite bán hàng của hệ thống thu phí điện tử

- Phần mềm quản lý tại trạm thu phí địa phương

-Website bán hàng

Đây là công cụ cần thiết cho một hệ thống tư động nhằm giảm bớt gánh năng giấy bút và tạo sự thuận tiên cho cả bên cung cấp và khách hàng Cấu tạo của một web thu phi sẽ bao gồm các mục cơ bản trên giao diện web, cung cấp các quyền cho tường đối tượng:

Mục đăng kí : tạo công cụ cho khách hàng muốn tạo mới tài khoản thu phí

qua internet mà không cần đến tận điểm bán hàng Khi tạo tài khoản khách hàng

có thẻ nạp tiền qua chuyển khoản hoặc trực tiếp đống bằng tiền mặt và sẽ được cấp thẻ gắn với phương tiện của họ

Mục đăng nhập:

+ Giao diện cho khách hàng : cung cấp các quyền truy vấn cần thiết để họ

quản lý và theo dõi tài khoản của mình cũng như thông tin cá nhân và quyền đống góp ý kiến phát triển hệ thống , đồng thời tự nạp tài khoản khi hết tiền

+ Giao diện cho nhân viên bán hàng : cung cấp các công cụ để hỗ trợ khách

hàng như : khởi tạo tài khoản cho khách hàng, quản lý kho thẻ ( xuất, nhập , đổi mới, hủy thẻ ), nạp tiền hộ khác hàng…Tài khoản nhân viên cũng giúp lưu trữ các thông tin về ca làm viêc giúp bên quản lý nhân sự dễ dàng quản lý và theo dõi

+ Giao diện cho Admin ( người quản trị) : cung cấp các quyền truy cập sâu

hơn như : quản lý nhân viên, quản lý tài khoản khách hàng, quản lý cơ sở thiết bị…Đây chính là những người vận hành hệ thống

+ Mục khác ( about, quên mật khẩu ) hỗ trợ khác hàng về thông tin cũng

như những trục chặc trong đăng nhập đảm bảo luôn cung cấp thông tin đầy đủ cũng như hỗ trợ khách hàng kịp thời khi có sự cố nào đó

- Phần mềm thu phí địa phương

Là phần mềm trực tiếp quản lý việc vận hành tại tram thu phí Phần mềm được thiết kế chạy trên nền tảng hệ điều hành quen thuộc như : Windown, cung cấp khả năng liên kết rộng rãi với nhiều máy chủ trung tâm của hệ thống cũng có thể cả máy chủ nhiều cơ quan có liên quan như : sở giao thông vận tải, cục kiểm định đo lường, phòng cảnh sát giao thông quận, huyên ,thành phố,… nhằm hỗ trợ công tác thu phí được hiệu quả đồng thời hỗ trợ quản lý giao thông đường bộ Bằng việc truy cập vào kho dữ liêu của hệ thống trên máy chủ (server) , lấy dữ liệu đã được xử lý từ reader kết hợp thông tin từ hệ thống giám sát thực thi nằng hình ảnh VES, hệ thống phân loại phương tiện tự động VAC ( là 2 hệ thống gồm camera và công cụ đo điện tử để xác định các thông số của phương tiên như : loại

xe, biển số nhằm cung cấp thêm thông tin cho hệ thống xử lý, tranh gian lận) để tiến hành đối chiếu , so sanh với thông tin trên hệ thông để nhận dạng đối tượng

và ra nhưng thông báo cụ thể cho người giữ trạm hoặc hệ thông barrier

Sau đây là thuật toán hoạt động của phần mềm tại trạm thu phí

hệ thống ( chưa đăng kí thu phí điện tử)…Ta sẽ xét xem mô hình bài toán thu phí thực tế sẽ ra sao?

Mô tả thuật toán :

Hình 7: Thuật toán thu phí

Khi một xe chuẩn bị đi qua trạm thì angten đầu đọc phát tín hiệu để đợi nhận tín hiệu phản hồi từ thẻ của phương tiện Trong trường hợp thuận lợi là thẻ phản hồi và được nhận dạng dễ dàng thì hoạt động xác thực tài khoản bắt đầu với việc đối chiếu thông tin khách hàng trong cơ sở dữ liệu với đối tượng qua trạm

và thực hiện giao dịch online với một bản kê khai thông tin giao dịch như : mã thẻ, chủ thẻ, biển số, ngày giờ, tên trạm… Nhưng trong trường hợp không thuận lợi là không quét được mã thẻ ( do lỗi thẻ hay lỗi dữ liệu ) thì phần mềm sẽ tự động tìm kiếm khách hàng thủ công từ thông tin của khách hàng cung cấp ( số CMT, ảnh khuôn mặt… chủ phương tiện có thể mất chút thời gian chờ tại trạm) cũng như thông tin của phương tiên ( biến số, loại xe …) Nếu tài khoản được tìm thấy thì việc thu phí tiếp tục được thực hiện online bằng không nếu vẫn không thể tìm thấy thì bắt buộc phương tiện phải vào bãi chờ để thu phí thủ công,

nguyên nhân có thể do mất kết nối mạng hay tài khoản khách hàng hết tiền thì phần mềm cũng thông báo chuyển sang thu phí thủ công Sau khi thu phí thủ công hoàn tất thì phần mềm sẽ gửi một bản kê giao dịch về trung tâm Kết thúc quá trình thu phí dù là điện tử hay thủ công thì lệnh cuối cùng đều là mở Barrier

để phương tiện tiếp tục lưu thông Ngoài ra từ những thông tin về trang thái của đối tượng qua trạm mà sẽ có những chỉ thị phụ phù hợp ví dụ như : Xe chạy không làm chủ được tốc độ, xe có biểu hiện trở hàng vượt tải trọng… thì thông tin sẽ được chuyển đến trạm giao thông gần đó để có hình thức xử lý phù hợp.[3]Còn về giao diện cơ bản của một phần mềm quản lý thu phí địa phương hiển thị các thông tin của quá trình thu phí gồm :

Giao diện 1: thông tin đối tượng thu phí.

- Thông báo cước phí

- Ngày giờ qua trạm

- Hình thức thu phí ( điện tử hay thủ công)

- Tình trang phương tiện qua trạm ( hỗ trợ quản lý giao thông)

Giao diện 2: Gồm lịch sử thu phí trong ngày và tài khoản đăng nhập của

nhân viên trực trạm Phần mềm thu phí cũng cung cấp các công cụ truy cập như

đăng nhập dành cho nhân viên quản lý tại trạm thu để đễ dàng xác định ca trức

cũng như mục tìm kiếm các giao dịch diễn ra gần đây trong lịch sử thu phí nhằm khi cần truy vấn ngay tại trạm