tài liệu TÌM HIỂU VỀ RFID

Nói chung một hệ thống RFID bao gồm các thành phần dưới đây: • Thẻ : Đây là một thành phần bắt buộc của bất cứ hệ thống RFID nào • Thiết bị đọc thẻ: Đây cũng là một thành phần bắt buộc

A TÌM HIỂU VỀ RFID:

1.1) Khái niệm:

Là công nghệ xác nhận dữ liệu bằng sóng vô tuyến, từ đó cho phép nhận dạng, theo dõi,

lưu trữ thông tin

Các đặc trưng của RFID:

+) Tần số hoạt động

+) Phạm vi đọc

+) Phương pháp ghép nối vật lý

Hình 1: Sơ đồ của một hệ thống RFID đơn giản 1.1.1) Tần số hoạt động.

Tần số hoạt động là thuộc tính quan trọng nhất của một hệ thống RFID Đó là tần số mà tại đó , reader sẽ truyền đi các tín hiệu của nó Nó gắn kết chặt chẽ với một thuộc tính điển hình, đó là đọc từ một khoảng cách xa Trong hầu hết các trường hợp,tần số của một hệ thống RFID được quyết định bởi khoảng cách cần thiết để việc thực hiện đọc thành công

1.1.2) Phạm vi đọc.

Phạm vi đọc của một hệ thống RFID được xác định là khoảng cách giữa thẻ và reader Từ đây ta thấy một hệ thống RFID có thể được phân chia thành ba kiểu dưới đây:

• Trực tiếp : Đó là các hệ thống có phạm vi đọc thấp hơn 1 cm Một vài hệ

thống LF và HF RFID thuộc về nhóm này.

• Tầm gần : Đó là các hệ thống có phạm vi đọc từ 1 cm tới 100 cm Đa phần

các hệ thống RFID hoạt động tại các dải tần LF và HF thuộc về nhóm này

• Tầm xa : Đó là các hệ thống có phạm vi đọc lớn hơn 100 cm Các hệ thống

RFID đang hoạt động trong dải tần UHF và phạm vi tần số vi ba thuộc về

nhóm này

1.1.2) Phương pháp ghép nối vật lý.

Việc ghép nối vật lý mà ta đề cập tới ở đây là nói tới phương pháp sử dụng để ghép nối giữa thẻ và anten (tức là, đó là một cơ chế mà theo đó năng lượng được dịch chuyển từ thẻ tới anten) Dựa trên tiêu chí này, có ba kiểu hệ thống RFID khác nhau dưới đây:

• Từ trường : Đó là các kiểu hệ thống RFID được biết tới như là các hệ thống được ghép nối theo kiểu điện kháng Một vài hệ thống RFID LF và HF là thuộc về nhóm này

• Điện trường : Đó là các kiểu hệ thống RFID được biết tới như là các hệ

thống được ghép nối theo kiểu điện dung Nhóm này cũng chủ yếu bao gồm

các hệ thống RFID LF và HF

• Điện từ trường : Phần lớn các hệ thống RFID thuộc lớp này cũng được gọi là các hệ thống backscatter Các hệ thống RFID hoạt động trong phạm vi dải

tần số UHF và vi ba thuộc về nhóm này

Các thành phần của hệ thống RFID:

Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần nhằm thực hiện một giải pháp RFID Nói chung một hệ thống RFID bao gồm các thành phần dưới đây:

• Thẻ : Đây là một thành phần bắt buộc của bất cứ hệ thống RFID nào

• Thiết bị đọc thẻ: Đây cũng là một thành phần bắt buộc

• Anten của thiết bị đọc thẻ : Đây là cũng là một thành phần bắt buộc phải có Ngày nay một số reader đã được tích hợp anten lên trên nó,vì vậy kích thước của nó đã giảm đi rất nhiều

• Khối điều khiển : Đây là một thành phần quan trọng Tuy nhiên hầu hết các reader thế

hệ mới đều đã tích hợp thành phần này lên trên chúng

• Các cảm biến, bộ truyền động ,bộ báo hiệu : Đây là các thành phần tùy chọn, được sử dụng ở đầu vào và đầu ra hệ thống RFID

• Máy chủ và hệ thống phần mềm :Về mặt lý thuyết ,một hệ thống RFID có thể hoạt động một cách độc lập mà không cần tới thành phần này.Tuy nhiên trong thực tế, nếu không có thành phần này thì hệ thống RFID gần như vô giá trị

• Cơ sở hạ tầng truyền thông: Thành phần quan trọng này là một tập hợp bao gồm cả mạng có dây và không dây và cơ sở hạ tầng kết nối nối tiếp, để có thể kết nối các thành phần

đã liệt kê phía trên với nhau

Sơ đồ hệ thống RFID:

Hình 2: Sơ đồ tổng quát của hệ thống RFID 1.2) Thẻ Tag:

1.2.1) Khái niệm : Tag (thẻ) RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền dữ liệu đến một

reader trong một môi trường không tiếp xúc bằng sóng vô tuyến

Phân loại thẻ Tag: Dựa trên việc tag có chứa nguồn cung cấp gắn bên trong hay là được cung cấp bởi reader:

- Thụ động (Passive)

- Tích cực (Active)

- Bán tích cực (Semi-active, cũng như bán thụ động semi-passive)

1.2.2) Phân loại thẻ

Một thẻ RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền được được dữ liệu tới reader không phải theo cách tiếp xúc trực tiếp mà bằng cách sử dụng các sóng vô tuyến Các thẻ RFID có thể được phân loại theo hai cách khác nhau Dưới đây là cách phân loại thứ nhất, dựa trên

cơ sở thẻ đó có chứa nguồn năng lượng ngay trên bảng mạch thẻ hay không hoặc dựa trên cơ

sở các chức năng đặc biệt mà nó cung cấp:

• Thẻ thụ động

• Thẻ tích cực

• Thẻ bán tích cực (hoặc bán thụ động)

a) Thẻ thụ động.

Kiểu thẻ RFID này không có nguồn nuôi tích hợp cùng trên bảng mạch thẻ (ví dụ,pin),thay

vì vậy nó sử dụng năng lượng được phát ra từ reader để làm nguồn năng lượng cho bản thân

nó hoạt động và thực hiện truyền dữ liệu mà nó lưu trữ tới reader Thẻ thụ động khá đơn giản

về cấu tạo và không có các bộ phận rời rạc.Và có lẽ chính vì vậy các thẻ thụ động tồn tại khá lâu trong điều kiện môi trường khắc nghiệt

Hình 3: Cấu trúc của một thẻ thụ động

Đối với loại thẻ này,để thực hiện truyền thông tin giữa thẻ và reader thì reader luôn luôn phải liên lạc trước tiên,tiếp sau đó mới tới lượt thẻ Vì vậy sự hiện diện của reader là bắt buộc

để thẻ có thể truyền được dữ liệu của nó

Thẻ thụ động thông thường nhỏ hơn so với thẻ tích cực và thẻ bán tích cực Nó có một phạm vi đọc khá đa dạng từ 1 inch (=2.54cm) tới khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 mét) Có lẽ bởi vậy mà thẻ thụ động bao giờ cũng rẻ hơn thẻ tích cực hay thẻ bán tích cực

Một thẻ thụ động bao gồm các thành phần chính dưới đây:

• Thành phần vi chip

• Thành phần anten

b) Thẻ tích cực.

Các thẻ RFID tích cực có sẵn một nguồn năng lượng ở trên bảng mạch thẻ (ví dụ như ,có pin kèm theo;hoặc là dạng nguồn năng lượng khác) và các bộ phận điện tử để thực hiện các chức năng đặc biệt Một thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng ở trên bảng mạch thẻ của chính nó để truyền dữ liệu của nó tới reader Nó không phải cần đến năng lượng phát ra từ reader để truyền dữ liệu Các bộ phận điện tử ở trên bảng mạch thẻ có thể bao gồm bộ vi xử

lý, cảm biến, và các cổng vào/ra Ví dụ, các thành phần điện tử này thực hiện đo một khoảng nhiệt độ nào đó và sinh ra dữ liệu về giá trị nhiệt độ trung bình.Sau đó chúng sẽ sử dụng dữ liệu này để quyết định các tham số khác chẳng hạn như ngày kết thúc của mặt hàng được gắn thẻ

Rồi tiếp đó thẻ có thể truyền thông tin này tới reader Chúng ta có thể hình dung thẻ tích cực giống như một chiếc máy tính không dây cộng thêm với vài thuộc tính khác (ví dụ, có thể bao gồm thêm một cảm biến hoặc một tập hợp các cảm biến)

Trong giao tiếp truyền thông tin giữa thẻ và reader, thì thẻ luôn luôn phải thực hiện liên lạc trước tiên, tiếp sau đó mới tới phiên reader Bởi vậy sự hiện diện của reader không cần thiết cho sự truyền đi của dữ liệu, một thẻ tích cực có thể phát đi dữ liệu lưu trữ trong nó tới các khu vực xung quanh ngay cả khi không có reader

Hình 5: Các thành phần bên trong một thẻ tích cực

Có lẽ vì vậy mà kiểu thẻ này cũng được gọi là một bộ phát tín hiệu Khoảng cách đọc thẻ của một thẻ tích cực có thể là 100 feet (xấp xỉ 30.5 mét) hoặc lớn hơn

Một thẻ tích cực bao gồm các thành phần:

• Vi chip

• Anten

• Nguồn năng lượng nuôi thẻ

• Các thành phần điện tử

c) Thẻ bán tích cực

Các thẻ bán tích cực cũng có một nguồn năng lượng nằm trên nó và có kèm thêm các thành phần điện tử để thực hiện các chức năng đặc biệt Nguồn năng lượng nằm trên bảng mạch thẻ cung cấp năng lượng cho các hoạt động của thẻ Tuy nhiên,để truyền dữ liệu đi, thẻ bán tích cực phải sử dụng năng lượng phát ra từ reader.Đây là một đặc điểm giống với thẻ thụ động Vì vây kiểu thẻ này cũng được gọi dưới cái tên khác là “thẻ được trợ giúp bởi pin” Trong việc giao tiếp truyền thông tin giữa thẻ và reader, thì reader luôn luôn phải thực hiện liên lạc trước tiên, tiếp sau đó mới tới phiên thẻ Cũng có các đặc điểm tương tự như trên là các thẻ bán thụ động

Hình 6: Thẻ bán tích cực

Vậy tại sao lại dùng thẻ bán thụ động mà không dùng thẻ thụ động ? Là bởi vì thẻ bán tích cực không sử dụng các tín hiệu của reader để kích thích bản thân nó như các thẻ thụ động, và nó có thể đọc được từ một khoảng cách xa hơn so với thẻ thụ động Và cũng bởi lý

do các thẻ bán thụ động có thể tự kích thích chính bản thân nó Do vậy, ngay cả khi đối tượng được gắn thẻ đang di chuyển với một tốc độ lớn,thì dữ liệu trên thẻ vẫn có thể đọc được khi ta sử dụng thẻ bán thụ động (hoặc bán tích cực)

1.3) Reader.

1.3.1) Khái niệm:

RFID reader là 1 thiết bị cho phép đọc hoặc ghi tới các thẻ RFID thích hợp Hành động ghi dữ liệu lên thẻ bởi 1 reader được gọi là công đoạn thẻ Công đoạn tạo thẻ cùng với việc gắn thẻ đó lên 1 đối tượng nào đó được gọi là qui trình đưa thẻ đi vào hoạt động Quãng thời gian 1 reader có thể phát xạ năng lượng RF để đọc các thẻ gọi là chu trình hoạt động của reader

Reader là 1 hệ thống thần kinh trung tâm của toàn bộ phần cứng hệ thống RFID Nó gồm các thành phần chính:

• Bộ truyền tín hiệu

• Bộ nhận tín hiệu

• Bộ vi xử lý

• Bộ nhớ

• Các kênh vào/ra cho các cảm biến, bộ truyền động, và bộ báo hiệu ở bên

ngoài

• Khối điều khiển

• Khối giao tiếp truyền thông

• Khối nguồn

1.3.2) Phân loại.

Cũng giống như các thẻ, các reader cũng có thể được phân loại bằng cách sử dụng hai tiêu chí khác nhau Tiêu chí đầu tiên là dựa trên cách cung cấp giao tiếp liên lạc cho reader Dựa trên cái này, các reader có thể được phân loại như dưới đây:

• Reader nối tiếp

• Reader mạng

a)Thiết bị đọc thẻ nối tiếp

Các reader nối tiếp sử dụng một liên kết truyền thông nối tiếp để liên lạc với một ứng dụng Reader được liên kết vật lý tới một cổng nối tiếp trên máy tính sử dụng một kết nối nối tiếp RS-232 hoặc RS-485 Chú ý rằng cả hai kiểu kết nối này đều có một giới hạn về chiều dài cáp có thể được sử dụng để nối từ reader tới máy tính Với kiểu RS-485 cho phép chiều dài cáp sử dụng dài hơn so với kiểu RS-232

Ưu điểm của các reader nối tiếp là có các liên kết truyền thông đáng tin cậy hơn so với các reader mạng, bởi vì nó không ra các hiện tượng mất gói tin như trong reader mạng Do

đó, việc sử dụng các reader loại này được khuyến khích để giảm thiểu sự phụ thuộc vào một kênh truyền thông

Tuy nhiên, nhược điểm của các reader nối tiếp là phụ thuộc vào chiều dài lớn nhất của cáp được sử dụng để nối từ reader tới máy tính Ngoài ra, bởi vì số lượng cổng nối tiếp thường được giới hạn trên một máy chủ, nên phải cần tới một lượng lớn máy chủ để có thể kết nối được với tất cả các reader nối tiếp.Và để cập nhật firmware cho reader thì người bảo dưỡng phải thực hiện tiến hành vói từng reader

Vì vậy đội ngũ bảo dưỡng cũng phải cần tới với số lượng nhiều Ngoài ra, tốc độ truyền

dữ liệu nối tiếp thường thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền dữ liệu mạng Tất cả các yếu tố này có thể dẫn đến một kết quả là , chi phí bảo dưỡng sẽ cao hơn và thời gian ngừng hoạt động là đáng kể

b)Thiết bị đọc thẻ mạng.

Các reader mạng có thể được kết nối tới một máy tính bằng cách sử dụng cả mạng có dây

và mạng không dây Trong thực tế, loại reader này có thể được cài đặt vận hành giống như một thiết bị mạng thông thường mà không cần yêu cầu kiến thức chuyên môn về phần cứng Tuy nhiên cần phải chú ý rằng, tính năng giám sát SNMP hiện đang có sử dụng trên một vài kiểu reader mạng Do đó, phần lớn các reader này không thể được giám sát như với các thiết

bị mạng chuẩn được

Ưu điểm của các reader mạng là nó không phụ thuộc vào chiều dài lớn nhất của dây cáp được nối từ reader tới máy tính Và nó cũng cần số lượng máy chủ ít hơn so với các reader nối tiếp Ngoài ra, firmware của reader có thể được cập nhật từ xa thông qua mạng mà không cần tới bất cứ tiếp xúc vật lý nào với reader Cái này khiến cho hệ thống dễ dàng bảo dưỡng hơn và cho thấy nỗ lực hạ thấp chi phí của một hệ thống RFID

Nhược điểm của các reader mạng là các liên kết truyền thông kém tin cậy hơn so với các reader nối tiếp Ví dụ, có thể do lý do nào đó liên kết mạng bị trục trặc trong khoảng thời gian ngắn, khiến cho mất gói dữ liệu trong quá trình chuyển dữ liệu từ reader về máy chủ Và

có thể dẫn đến sai kết quả về dữ liệu trên thẻ Để giải quyết vấn đề này, nói chung các reader

đã có thêm bộ nhớ trong để lưu trữ dữ liệu đọc được từ thẻ Tính năng này dù không tối ưu nhưng đã phần nào giảm bớt được hậu quả gây ra do mất liên kết mạng

B: TÌM HIỂU VỀ ITS

Hình 7: Sơ đồ hệ thống ITS 2.1) ITS (Intelligent Transport System) là gì?

ITS là công nghệ mới phát triển trên thế giới, được sử dụng để giải quyết các vấn đề của giao thông đường bộ, bao gồm tai nạn và ùn tắc giao thông ITS sử dụng các tiến bộ của công nghệ thông tin và viễn thông để liên kết giữa con người, hệ thống đường giao thông và phương tiện giao thông lưu thông trên đường thành một mạng lưới thông tin và viễn thông phục vụ cho việc lưu thông tối ưu trên đường cao tốc

2.2) Thành phần của hệ thống ITS:

Thành phần của hệ thống bao gồm:

Thẻ trả phí ETC(Electronic Toll Collection): Là một loại thẻ sử dụng công nghệ RFID Khi đi qua các trạm thu phí, thông tin về thẻ sẽ được thiết bị đọc thẻ nhận dạng và kiểm tra trước khi thực hiện quá trình thu phí

Thiết bị đọc thẻ tại trạm thu phí: Khi xe đi vào tầm hoạt động của hệ thống thông tin giữa

xe và trạm thu phí, các anten của thiết bị đọc thẻ tại trạm thu phí sẽ tự động thu thập thông tin về xe cộ Sau đó giao dịch trả phí sẽ được tiến hành tự động Quá trình xử lý này nhanh hơn rất nhiều so với quá trình thu tiền bằng tay Các thiết bị đọc thẻ tại các trạm thu phí cũng

sẽ được kết nối với mạng truyền thông công cộng để gửi dữ liệu, thông tin thu phí về cơ sở

dữ liệu trung tâm

Thiết bị trả phí tự động đặt trên xe(OBU): thiết bị này sẽ quyết định thông tin riêng biệt của từng chiếc xe

Các thiết bị trên có thể liên lạc với nhau qua sóng DSRC, UHF, mạng thông tin di động và internet

2.3 )Ứng dụng công nghệ RFID vào thu phí:

Công nghệ RFID được đưa vào trạm thu phí để thực hiện những công việc sau: Mỗi Chip nhớ sẽ chứa một mã số mang thông tin về xe và chủ xe đang lưu thông Khi xe đi qua trạm thu phí thì đầu đọc 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 đọc về máy tính Chương trình lúc này sẽ tự động đối chiếu các thông tin về xe và kiểm tra tài khoản của chủ

xe Tại đây máy tính sẽ tự động trừ số tiền qua trạm của xe tương ứng đồng thời thông báo cho chủ xe biết được là phí giao thông đã được thanh toán Trong trường hợp phí chưa được thanh toán máy tính sẽ in hóa đơn và gửi đến chủ xe

Như 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

Các cảm biến sẽ được lắp đặt trên mặt đường để thu thập các thông tin về luồng giao thông, khí hậu, thời tiết,…các thông tin này được hệ thống máy tính phân tích và xử lý, sau

đó cung cấp trở lại cho tài xế về tình hình giao thông trên đường (tai nạn, ùn tắc giao thông, thời tiết…) để tài xế chọn giải pháp giao thông tối ưu, giúp hạn chế tối đa tai nạn và ùn tắc giao thông, đảm bảo thời gian đi lại ngắn nhất và an toàn nhất cho các phương tiện đang lưu thông trên đường

Theo ông Seong J.Namkoong, Giám đốc trung tâm dữ liệu về đường cao tốc Hàn Quốc, giao thông cũng là một cách để hiểu được con người Bởi vậy, khái niệm ITS có 3 yếu tố tham gia là con người- xe cộ- đường sắt

Thông minh hóa hệ thống giao thông chính là giảm vai trò của con người trong điều hành giao thông Khi con người không còn vai trò gì thì sẽ đạt đến mức tự động hóa Đây chính là mục tiêu cao nhất của ITS Để đạt được mục tiêu này, ITS phải có 3 giai đoạn: thu thập thông tin, xử lý thông tin và đưa thông tin được xử lý tới người tham gia giao thông