Tài liệu Công nghệ nhận dạng vô tuyến rfid

Giáo trình CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÔ TUYẾN RFID


Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ RFID
I - Công nghệ RFID
Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) cho phép một thiết bị đọc thông tin
chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giao
tiếp vật lý nào hoặc . Công nghệ này cho ta phương pháp
truyề .
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền
dữ liệu từ các tag ) đến các reader (bộ đọc). Tag có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối
tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc (pallet). Reader scan dữ liệu
của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của tag. Chẳng hạn, các tag có
thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh chóng nhận
dạng và thu tiền trên các tuyến đường.
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc như sau:
reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con chip. Reader
nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin
lấy được từ chip. Các chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử
dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởi reader.
II -
Lịch sử RFID đánh dấu từ những năm 1930 nhưng công nghệ RFID có nguồn gốc từ
năm 1897 khi Guglielmo Marconi phát ra radio. RFID áp dụng các nguyên tắc vật
lý cơ bản như truyền phát rad ng điện từ truyền và nhận
dạng dữ liệu khác nhau.
Để hiểu rõ hơn về sự giống nhau này, hình dung một trạm radio phát ra âm thanh hoặc
âm nhạc qua một bộ phát. Dữ liệu này cần phải mã hóa sang dạng sóng radio có tần số xác
định. Tại những vị trí khác nhau, người nghe có một máy radio để giải mã dữ liệu từ trạm
phát (âm thanh hoặc âm nhạc). Mọi người đều nhận biết được sự khác nhau về chất lượng
sóng radio khi ngồi trên xe hơi. Khi di chuyển càng xa bộ phát tín hiệu thu được càng yếu.
Khoảng cách theo các hướng hoặc các vùng mà sóng radio phát ra có thể bao phủ được xác
định bởi điều kiện môi trường, kích thước và năng lượng của anten tại mỗi đường giao tiếp.
Sử dụng thuật ngữ RFID, có chức năng như một trạm truyền gọi là một transponder
(tag) được tạo thành từ 2 thuật ngữ transmitter và responder; vật có chức năng như radio gọi
là reader (bộ đọc) hay interrogator. Anten xác định phạm vi đọc (range).
Ba thành phần tag, reader và anten là những khối chính của một hệ thống RFID. Khi
thay đổi về năng lượng, kích thước, thiết kế anten, tần số hoạt động, số lượng dữ liệu và
phần mềm để quản lý và xuất dữ liệu tạo ra rất nhiều ứng dụng. Công nghệ RFID có thể giải
quyết rất nhiều bài toán kinh doanh thực tế.
Trang 2
a. Thời kỳ đầu của RFID
Vào những năm 1930 cả Army và Navy đều gặp phải những thử thách khi xác định
những mục tiêu trên mặt đất, trên biển và trên bầu trời. Vào năm 1937 phòng thử nghiệm
nghiên cứu Naval U.S phát triển hệ thống xác định Friend-or-Foe (IFF) cho phép những đối
tượng thuộc về quân ta (friend) ví dụ máy bay Allied có thể phân biệt với máy bay địch. Kỹ
thuật này trở nên phổ biến trong hệ thống điều khiển lưu thông hàng không bắt đầu vào cuối
thập niên 50. Những ứng dụng của sóng RF vào trong việc xác định vật thể trong suốt thập
niên 50 giới hạn chủ yếu trong quân đội, phòng lab nghiên cứu, trong các doanh nghiệp lớn
bởi vì những thiết bị này có giá rất cao và kích thước lớn. Những thiết bị to lớn và cồng kềnh
này là tiền thân của những hệ thống gọi là RFID ngày nay. Hình 2.1 mô tả hình ảnh của một
thiết bị IFF kề bên là thiết bị RFID ngày nay.
Hình 2.1 Thiết bị IFF (bên trái), thiết bị RFID (tích cực) hiện đại ngày nay
ông nghệ mới những sản phẩm này gọn hơn và giá rẻ hơn như: công nghệ
tích hợp trong IC, chip nhớ lập trình được, vi xử lý, những phần mềm ứng dụng hiện đại
ngày nay và những ngôn ngữ lập trình làm cho công nghệ RFID đang có xu hướng chuyển
sang lĩnh vực thương mại rộng lớn.
Cuối thập kỉ 60 đầu thập kỉ 70 nhiều công ty như Sensormatic and Checkpoint Systems
giới thiệu những sản phẩm mới ít phức tạp hơn và ứng dụng rộng rãi hơn. Những công ty
này bắt đầu phát triển thiết bị giám sát điện tử (electronic article surveillance EAS) để bảo
vệ và kiểm kê sản phẩm như quần áo trong cửa hàng, sách trong thư viện. Hệ thống RFID
thương mại ban đần này chỉ là hệ thống RFID tag một bit (1-bit tag) giá rẻ để xây dựng, thực
hiện và bảo hành. Tag không đòi hỏi nguồn pin (loại thụ động) dễ dàng đặt vào sản phẩm và
thiết kế để khởi động chuông cảnh báo khi tag đến gần bộ đọc, thường đặt tại lối ra vào, phát
hiện sự có mặt của tag.
Trang 3
Hình 2.2 Các mốc quan trọng trong giai đoạn đầu của RFID
b. Phát hiện các vật thể riêng biệt
Suốt thập kỷ 70, công nghiệp sản xuất, vận chuyển bắt đầu nghiên cứu và phát
triển những dự án để tìm cách dùng IC dựa trên hệ thống RFID. Có nhiều ứng dụng trong
công nghiệp tự động, xác định thú vật, theo dõi lưu thông. Trong giai đoạn này tag có IC tiếp
tục phát triển và đặc tính: bộ nhớ ghi được, tốc độ đọc nhanh hơn và khoảng cách đọc
xa hơn.
Đầu thập niên 80 công nghệ phức tạp RFID được áp dụng trong nhiều ứng dụng: đặt tại
đường ray ở Mỹ, đánh dấu thú vật trên nông trại ở châu Âu. Hệ thống RFID còn dùng trong
nghiên cứu động vật hoang dã đánh dấu các loài nguy hiểm.
Vào thập niên 90, hệ thống thu phí điện tử trở nên phổ biến ở Thái Bình Dương: Ý, Tây
Ban Nha, Bồ Đào Nha và ở Mỹ: Dallas, New York và New Jersey. Những hệ thống này
cung cấp những dạng truy cập điều khiển phức tạp hơn bởi vì nó còn bao gồm cả máy trả
tiền.
Đầu năm 1990, nhiều hệ thống thu phí ở Bắc Mỹ tham gia một lực lượng mang tên E-ZPass Interagency Group (IAG) cùng nhau phát triển những vùng có hệ thống thu phí điện
tử tương thích với nhau. Đây là cột mốc quan trọng để tạo ra những ứng dụng tiêu chuẩn.
Hầu hết những tiêu chuẩn tập trung các đặc tính kỹ thuật như tần số hoạt động và giao thức
giao tiếp phần cứng.
E-Zpass còn là một tag đơn tương ứng với một tài khoản trên một phương tiện. Tag của
xe sẽ truy cập vào đường cao tốc của hệ thống thu phí mà không phải dừng lại. E-Z Pass
giúp lưu thông dễ dàng hơn và giảm lực lượng lao động để kiểm soát vé và thu tiền.
Cùng vào thời điểm này, khóa (card RFID) sử dụng phổ biến thay thế cho các thiết
bị máy móc điều khiển truy nhập truyền thống như khóa kim loại và khóa số. Những sản
phẩm này còn được gọi là thẻ thông minh không tiếp xúc cung cấp thông tin về người dùng,
trong khi giá thành thấp để sản xuất và lập trình. Bảng 2-1 so sánh các phương pháp điều
khiển truy cập thông thường và điều khiển truy cập RFID.
Trang 4
Phương pháp điều
khiển truy nhập
Ưu điểm
Chìa khóa kim loại
 Không cần nguồn
điện
 Dễ sử dụng
 Dễ dàng copy
 Khóa có thể bẻ
 Dễ bị trộm
Khóa kết hợp
 Có thể dễ dàng thay
đổi sự kết hợp
 Không có chìa khóa
nên không lo bị mất
hay bị đánh cắp
 Đắt hơn khóa kim loại
 Dễ bị tấn công
Thẻ đóng dấu
 Không thể nhân lên
dễ dàng như khóa
kim loại
 Sử dụng kỹ thuật c ít
linh hoạt
Thẻ dùng dải từ trường
 Khó copy
 Có sẵn bộ đọc card
 Sử dụng lâu thẻ sẽ hư
 Việc lắt đặt yêu cầu cơ
sở IT
Thẻ thông minh
 Cùng một thẻ có thể
sử dụng cho nhiều
ứng dụng
 Có khả năng bảo mật
cao hơn thẻ dùng dải
từ trường
 Đắt hơn thẻ từ trường
RFID
 Như thẻ thông minh
 Không cần phải tiếp
xúc
 Có thẻ gắn lên sản
phẩm và dưới da
 Đắt hơn thẻ thông
minh
Điều khiển truy nhập RFID tiếp tục có những bước tiến mới. Các nhà sản xuất xe hơi đã
dùng tag RFID trong gần một thập kỉ qua cho hệ thống đánh lửa xe hơi và nó đã làm giảm
khả năng trộm cắp xe.
Trang 5
Hình 2.3 Những mốc quan trọng từ năm 1960 đến 1990
c. RFID phát triển trên phạm vi toàn cầu
Cuối thế kỉ 20, số lượng các ứng dụng RFID hiện đại bắt đầu mở rộng theo hàm mũ trên
phạm vi toàn cầu. Dưới đây là một vài bước tiến quan trọng góp phần đẩy mạnh sự phát
triển này.
Texas Instrument đi tiên phong ở Mỹ
o 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
(Texas Instruments Radio Frequency Identification System) n tản cho phát
triển và thực hiện những lớp mới của ứng dụng RFID.
Châu Âu đã bắt đầu công nghệ RFID từ rất sớm
Ngay cả trước khi Texas Instrument giới thiệu sản phẩm RFID, vào năm 1970 EM
Microelectronic-Marin một công ty của The Swatch Group Ltd đã thiết kế mạch tích hợp
năng lượng thấp cho những đồng hồ của Thụy Sỹ. Năm 1982 Mikron Integrated
Microelectronics phát minh ra công nghệ ASIC và năm 1987 phát triển công nghệ đặc biệt
liên quan đến việc xác định thẻ thông minh. Ngày nay EM 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, như minh họa
trong bảng 2.2 mới được ứng dụng ở tần số thấp (LF) và tần số cao (HF) của phổ RF. Cả LF
và HF đều giới hạn khoảng cách và tốc độ truyền dữ liệu. Cho những mục đích thực tế
khoảng cách của những ứng dụng này đo bằng inch. Việc giới hạn tốc độ
ng khi hàng trăm thậm chí hàng ngàn tag cùng có mặt trong trường của bộ
đọc tại một thời điểm. Cuối thập niên 90 tag thụ động cho tần số siêu cao (UHF) làm cho
khoảng cách xa hơn, tốc độ cao hơn, giá cả rẻ hơn, tag thụ động này đã vư
những thuộc tính thêm vào hệ thống RFID dựa trên UHF được lựa
chọn cho những ứng dụng dây chuyền cung cấp như quản lý nhà kho, kiểm kê sản phẩm.
Trang 6
Bảng 2.2 Các ứng dụng tiêu biểu dùng công nghệ RFID LF và HF
Điều khiển truy nhập Xác định động vật
Xác định hàng hóa trên máy bay Thanh toán tiền
Chống trộm cho xe hơi Giám sát điện tử
Đánh dấu tài liệu Định thời cho thể thao
ng năm 1990 đầu năm 2000 các nhà phân phối như Wal-Mart, Target, Metro
Group và các cơ quan chính phủ như U.S. Department of Defense (DoD) bắt đầu phát triển
và yêu cầu việc sử dụng RFID bởi nhà cung cấp. 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.
Hình 2.4 Những mốc quan trọng từ năm 1990 đến nay
III - Thành phần của một hệ thống RFID
Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần mà nó thực thi giải pháp RFID. Một
hệ thống RFID bao gồm các thành phần sau :
 Tag: là một thành phần bắt buộc đối với mọi hệ thống RFID.
 Reader: là thành phần bắt buộc.
 Reader anten: là thành phần bắt buộc. Một vài reader 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 chấp hành (actuator) và bảng tín hiệu điện báo
(annunciator): những thành phần này hỗ trợ nhập và xuất của hệ thống.
Trang 7
 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 thành phần này.
 Cơ sở hạ tầng truyền thông: là thành phần bắt buộc, nó là một tập gồm cả hai
mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để kết nối các thành phần
đã liệt kê ở trên với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả.