›
›

Đồ án Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Từ Hữu Thắng

pdf 88 trang huongle 150
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Từ Hữu Thắng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_cong_nghe_nhan_dang_doi_tuong_bang_song_vo_tuyen_rfid.pdf

Nội dung text: Đồ án Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Từ Hữu Thắng

  1. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Ngƣời hƣớng dẫn: Kĩ sƣ Nguyễn Huy Dũng Sinh viên : Từ Hữu Thắng HẢI PHÕNG - 2010 Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 1
  2. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG ĐỐI TƢỢNG BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN RFID ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Ngƣời hƣớng dẫn : Kĩ sƣ Nguyễn Huy Dũng Sinh viên : Từ Hữu Thắng Hải Phòng - 2010 Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 2
  3. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 3
  4. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Sinh viên : Từ Hữu Thắng . Mã số : 100425. Lớp : ĐT1001. Ngành: Điện tử viễn thông. Tên đề tài : Công nghệ nhận dạng đối tƣợng bằng sóng vô tuyến RFID. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 4
  5. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 5
  6. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp. Đài phát thanh và truyền hình Hải Phòng CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên : Nguyễn Huy Dũng. Học hàm, học vị: Kĩ sƣ. Cơ quan công tác : Trƣờng Đại học Dân lập Hải Phòng. Nội dung hƣớng dẫn : . Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 6
  7. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hƣớng dẫn : Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày tháng năm 2010. Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày tháng năm 2010. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 7
  8. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2010. HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 8
  9. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 2. Đánh giá chất lƣợng của đồ án ( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi cả số và chữ) : Hải Phòng, ngày tháng năm 2010. Cán bộ hƣớng dẫn Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 9
  10. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN 1. Đánh giá chất lƣợng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phƣơng án tối ƣu, cách tính toán chất lƣợng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài. 2. Cho điểm của cán bộ phản biện. (Điểm ghi cả số và chữ). Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 10
  11. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hải Phòng, ngày tháng năm 2010. Ngƣời chấm phản biện LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật. Đặc biệt trong lĩnh vực điện tử viễn thông đã tạo nên một động lực thúc đẩy và phát triển các ngành công nghiệp khác nhằm phục vụ và đáp ứng đƣợc nhu cầu của con ngƣời trong cuộc sống. Con ngƣời với sự trợ giúp của máy móc, những công cụ thông minh đã không phải trực tiếp làm việc, hay những công việc mà con ngƣời không thể làm đƣợc với khả năng của mình mà chỉ việc điều khiển chúng hay chúng làm việc hoàn toàn tự động đã mang lại những lợi ích hết sức to lớn, giảm nhẹ và tối ƣu hóa công việc. Với sự tiến bộ này đã đáp ứng đƣợc những nhu cầu của con ngƣời trong cuộc sống hiện đại nói chung và trong sự phát triển hơn nữa của những ứng dụng trong việc nghiên cứu, phát triển của khoa học kĩ thuật nói riêng. Đối với những sinh viên điện tử chúng ta thì việc nghiên cứu, tìm hiểu các đặc tính của công nghệ nhận dạng đối tƣợng bằng sóng vô tuyến RFID có ý nghĩa thực tế hết sức quan trọng. Nó không những trang bị cho chúng ta những kiến thức sâu rộng hiện đại mà còn tạo cho chúng ta những kĩ năng Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 11
  12. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID làm việc trong lĩnh vực điện tử viễn thông để theo kịp với sự phát triển của khoa học kĩ thuật ngày nay khi tốt nghiệp ra trƣờng. Trong suốt thời gian qua, với những kiến thức đƣợc học ở trƣờng cùng với sự giúp đỡ của thầy Nguyễn Huy Dũng, em đi sâu nghiên cứu, tìm hiểu và khảo sát các đặc tính của công nghệ nhận dạng đối tƣợng bằng sóng vô tuyển RFID. Tuy đề tài không phải là mới nhƣng hiểu đƣợc nó và ứng dụng của nó có ý nghĩa hết sức thiết thực. Nó chính là cơ sở để thiết kế những hệ thống tự động hóa đơn giản, cũng nhƣ những hệ thống phức tạp đƣợc ứng dụng rộng rãi trong khoa học và đời sống. Do kiến thức còn hạn chế, cộng với thời gian tích lũy chƣa nhiều nên bản đồ án này không tránh khỏi thiếu sót và một số nội dung chƣa đƣợc chi tiết, mong các thầy cô giáo góp ý và thông cảm. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Huy Dũng cùng các thầy cô đã tận tình hƣớng dẫn và tạo điều kiện tốt trong quá trình học tập cũng nhƣ quá trình hoàn thành bản đồ án này. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 12
  13. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Chƣơng 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1.1 CÔNG NGHỆ RFID VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN : 1.1.1 Giới thiệu về công nghệ RFID: Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip không cần tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc giữa hai vật không nhìn thấy . Công nghệ này cho ta phƣơng pháp truyền , nhận dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác. Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các tag(thẻ) đến các reader (bộ đọc). Tag có thể đƣợc đính kèm hoặc gắn vào đối tƣợng đƣợc nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kê (pallet). Reader scan dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lƣu trữ dữ liệu của tag. Ví dụ : các tag có thể đƣợc đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đƣờng có thể nhanh chóng nhận dạng và thu tiền trên các tuyến đƣờng. Dạng đơn giản nhất đƣợc sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc nhƣ 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 đƣợc từ chip. Các chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lƣợng nhận từ tín hiệu đƣợc gửi bởi reader. 1.1.2 Lịch sử và quá trình phát triển : - Năm 1897: Guglielmo Marconi phát hiện ra sóng radio, tạo nền tảng để phát triển RFID. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 13
  14. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Năm 1937: phòng thử nghiệm nghiên cứu Naval U.S phát triển hệ thống xác định Friend – or – Foe (IFF) cho phép những đối tƣợng thuộc về quân ta với quân địch. - Trong suốt thập niên 50: chủ yếu dùng trong quân đội, phòng LAB nghiên cứu, các doanh nghiệp lớn và những thiết bị này có giá rất cao và kích thƣớc lớn. Hình 1.1 : Thiết bị IFF (trái) và thiết bị RFID (tích cực) hiện đại ngày nay - Cuối thập kỉ 60 đầu thập kỉ 70: nhiều công ty nhƣ Sensormatic and Checkpoint Systems giới thiệu những sản phẩm mới ít phức tạp hơn và ứng dụng rộng rãi hơn do công nghệ đƣợc tích hợp trong IC, chip nhớ lập trình đƣợc. Các công ty bắt đầu phát triển thiết bị giám sát điện tử để bảo vệ và kiểm kê sản phẩm nhƣ quần áo trong cửa hàng, sách trong thƣ viện. Hệ thống RFID thƣơng mại ban đầu này chỉ là hệ thống Tag 1 bit giá rẻ để xây dựng, thực hiện và bảo hành. Tag không đòi hỏi nguồn pin (thụ động) dễ dàng đặt vào sản phẩm và thiết kể để cảnh báo khi tag đến gần bộ đọc, thƣờng đặt tại lối ra vào để phát hiện sự có mặt của tag. - Suốt thập kỉ 70: 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 lƣu thông. Tag có đặc điểm: bộ nhớ ghi đƣợc, tốc độ đọc nhanh hơn và khoảng cách đọc xa hơn. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 14
  15. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Đầu thập niên 80: đƣợc áp dụng trong nhiều ứng dụng: đặt tại đƣờng 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 thú quý và nguy hiểm. - Đầu năm 1990: xuất hiện nhiều hệ thống thu phí điện tử, tiêu chuẩn hóa các đặc tính kĩ thuật nhƣ tần số hoạt động và giao thức giao tiếp phần cứng. - Cuối thế kỉ 20: phát triển nhanh trên phạm vi toàn cầu. Mỹ: tạo ra hệ thống xác nhận và đăng kí Texas instrument (TIRIS). Châu Âu: phát minh công nghệ liên quan đến việc xác định thẻ thông minh. - Cuối những năm 90 đầu năm 2000: EPCglobal đƣợc thành lập và hỗ trợ hệ thống mã sản phẩm điện tử (Electronic Product Code Network EPC) và hệ thống này đã trở thành tiêu chuẩn cho xác nhận sản phẩm tự động. 1.2 THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG RFID : Hình1.2 : Sơ đồ khối 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 : - Thẻ (Tags) : là một thành phần bắt buộc đối với mọi hệ thống RFID. Bao gồm: chip bán dẫn nhỏ và anten thu nhỏ trong một số hình thức đóng gói. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 15
  16. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Đầu đọc (Reader) : là thành phần bắt buộc, thực hiện việc đọc, ghi dữ liệu lên Tag, giao tiếp với máy chủ. - Ăngten (Antena) : làm nhiệm vụ bức xạ, thu sóng điện từ và gia công tín hiệu. - Mạch điều khiển (Controller) :là thanh phần bắt buộc, tuy nhiên hầu hết reader mới đều có thành phần này gắn liền với chúng. Cho phép các thành phần bên ngoài nhƣ con ngƣời, chƣơng trình máy tính giao tiếp điều khiển các chức năng của reader, annunciator, cơ cấu chấp hành kết hợp với reader. - Cảm biến (sensor), cơ cấu chấp hành (actuator) và bảng tín hiệu điện báo (annunciator) : hỗ trợ xuất và nhập của hệ thống. - Máy chủ và hệ thống phần mềm : về mặt lí thuyết, một hệ thống RFID có thể hoạt động mà không cần thành phần này. Thực tế, một hệ thống RFID gần nhƣ 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 2 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. 1.3 PHƢƠNG THỨC LÀM VIỆC CỦA RFID : Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: tag, đầu đọc, và một máy chủ. Mỗi tag đƣợc lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tƣợng hoặc con ngƣời đang gắn tag đó. Bởi vì các chip đƣợc sử dụng trong tag RFID có thể giữ một số lƣợng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin nhƣ chuỗi số, thời dấu, hƣớng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổ sách y học, và lịch trình. Cũng nhƣ phát sóng tivi hay radio, hệ thống RFID cũng sử dụng bốn băng thông tần số chính: tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) hoặc sóng cực ngắn (viba). Các hệ thống trong siêu thị ngày nay hoạt động ở băng thông UHF, trong khi các hệ thống RFID cũ sử dụng băng thông LF và HF. Băng thông viba đang đƣợc để dành cho các ứng dụng trong tƣơng lai. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 16
  17. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Các tag có thể đƣợc cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong tag (các tag tích cực) hoặc bởi reader mà nó “wake up” (đánh thức) tag để yêu cầu trả lời khi tag đang trong phạm vi (tag thụ động). Hình1.3 : Hoạt động giữa tag và reader RFID Tag tích cực đọc xa 100 feet tính từ reader và có thể là tag RW (với bộ nhớ đƣợc viết lên và xóa nhƣ một ổ cứng máy tính) hoặc là tag RO. Tag thụ động có thể đƣợc đọc xa reader 20 feet và có bộ nhớ RO. Kích thƣớc tag, giá cả, dải đọc, độ chính xác đọc/ghi, tốc độ dữ liệu và chức năng hệ thống thay đổi theo đặc điểm nêu ra trong thiết kế và dải tần hệ thống FRID sử dụng. Reader gồm một anten liên lạc với tag và một đơn vị đo điện tử học đã đƣợc nối mạng với máy chủ. Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy chủ và tất cả các tag trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc đồng thời với hàng trăm tag. Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật nhƣ mã hóa/ giải mã và xác thực ngƣời dùng. Reader có thể phát hiện tag ngay cả khi không nhìn thấy chúng. Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều tag và nhiều đầu đọc đƣợc nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm, hầu nhƣ thƣờng là một trạm Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 17
  18. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID làm việc gọn để bàn. Máy chủ xử lý dữ liệu mà các reader thu thập từ các tag và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực thi. Middleware là phần mềm nối hệ thống RFID với một hệ thống IT quản lý luồng dữ liệu. 1.4 CÁC ỨNG DỤNG CỦA RFID : RFID đƣợc ứng dụng trong các lĩnh vực : - Bảo mật, an ninh : Điều khiển truy nhập : khóa và các thiết bị cố định. Quy trình quản lí. Chống trộm : trong việc kinh doanh buôn bán. RFID trong việc xử phạt. - Giám sát : Dây truyền cung cấp : điều khiển kiểm soát trong các nhà kho. Ngƣời hoặc súc vật : trẻ em, bệnh nhân, vận động viên, gia súc, thú kiểng. Tài sản : hành lí trên máy bay, hàng hóa, thiết bị. - Hệ thống thanh toán điện tử : Lƣu thông : hệ thống thu phí tự động. Vé vào cổng. Thẻ tín dụng. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 18
  19. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Chƣơng 2 : THẺ RFID (TAG RFID) 2.1 CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA TAG : 2.1.1 Cấu tạo của Tag: Hình 2.1 : Một số Tag tiêu biểu Tag (thẻ) RFID là một thiết bị có thể lƣu trữ và truyền dữ liệu đến một reader trong một môi trƣờng không tiếp xúc bằng sóng vô tuyến. Tag RFID mang dữ liệu về một vật, một sản phẩm (item) nào đó và gắn lên sản phẩm đó. Mỗi tag có các bộ phận lƣu trữ dữ liệu bên trong và cách giao tiếp với dữ liệu đó. Thông thƣờng mỗi tag RFID có một cuộn dây hoặc anten nhƣng không phải tất cả đều có vi chip và nguồn năng lƣợng riêng. 2.1.2 Các khả năng cơ bản: Với tag RFID có 2 hoạt động cơ bản là : - Gắn tag : bất kì tag nào cũng đƣợc gắn lên item theo nhiều cách. - Đọc tag : tag RFID phải có khả năng giao tiếp thông tin qua sóng radio Nhiều tag còn có một hoặc nhiều đặc điểm sau : Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 19
  20. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Kill/disable : nhiều tag cho phép bộ đọc ra lệnh cho nó ngƣng các chức năng. Sau khi tag xác định chính xác “kill code”, tag sẽ không đáp ứng lại bộ đọc. - Ghi 1 lần (write once) : với tag đƣợc sản xuất có dữ liệu cố định thì các dữ liệu này đƣợc thiết lập tại nhà máy, nhƣng với tag ghi 1 lần dữ liệu của tag có thể đƣợc thiết lập một lần bởi ngƣời dùng sau đó dữ liệu này không thể thay đổi. - Ghi nhiều lần (write many) : nhiều tag có thể đƣợc ghi dữ liệu nhiều lần. - Anti – collision : khi nhiều tag đặt cạnh nhau, bộ đọc sẽ khó khăn để nhận biết khi nào đáp ứng của một tag kết thúc và khi nào bắt đầu một đáp ứng mới. Với tag anti – collision sẽ nhận biết đƣợc thời gian đáp ứng đến bộ đọc. - Mã hóa và bảo mật : nhiều tag có thể tham gia vào các giao tiếp có mật mã, khi đó tag đáp ứng lại bộ đọc chỉ khi cung cấp đúng password. 2.1.3 Đặc điểm vật lí: Tag RFID mang dữ liệu đƣợc gắn lên sản phẩm có hình dạng và kích thƣớc khác nhau và đặt trong môi trƣờng làm việc khác nhau, tag có thể đƣợc phân loại theo hình dạng và kích thƣớc. Hơn nữa tag có thể đƣợc tạo thành từ nhiều kiểu dữ liệu khác nhau. Một vài đặc điểm vật lí : - Tag hình cúc áo hoặc đĩa làm bằng PVC, nhựa thông thƣờng có lỗ ở giữa để móc. Tag này bền và có thể sử dụng lại đƣợc. - Tag RFID có hình dạng nhƣ thẻ tín dụng còn gọi là các thẻ thông minh không tiếp xúc. - Tag nhỏ gắn vào các sản phẩm nhƣ : quần áo, đồng hồ, Những tag này có hình dạng chìa khóa và chuỗi khóa. - Tag trong hộp thủy tinh có thể hoạt động trong các môi trƣờng ăn mòn hoặc chất lỏng. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 20
  21. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 2.1.4 Tần số hoạt động: Tần số hoạt động là tần số điện từ mà tag dùng để giao tiếp hoặc thu đƣợc năng lƣợng. Phổ điện từ mà RFID thƣờng hoạt động là tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) và vi sóng (Microwave). Vì hệ thống RFID truyền đi bằng sóng điện từ, chúng cũng đƣợc điều chỉnh nhƣ thiết bị radio. Hệ thống RFID không đƣợc gây cản trở các thiết bị khác, bảo vệ các ứng dụng nhƣ radio cho các dịch vụ khẩn cấp hoặc truyền hình. Khoảng tần số RFID Tên Khoảng tần số Tần số ISM LF 30300 kHz 3 GHz 2.45 GHz, 5.8 GHz, 24.125 GHz (Microwave) Trong hoạt động, tần số RFID thực tế bị giới hạn bởi những mức tần số nằm bên phần Industrial Scientific Medical (ISM). Tần số thấp hơn 135kHz không phải là tần số ISM, nhƣng trong khoảng này hệ thống RFID dùng nguồn năng lƣợng từ trƣờng và hoạt động ở khoảng cách ngắn vì vậy nhiễu phát ra ít hơn tại tần số khác. Khoảng đọc của tần số Tên Khoảng cách đọc lớn Các ứng dụng nhất cho tag thụ động LF 50 cm Xác định thú nuôi và những item đọc ở khoảng cách gần HF 3 m Cổng vào các tòa nhà UHF 9m Hộp hoặc kệ Vi sóng >10m Phân loại xe hơi (Microwave) Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 21
  22. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Gần đây tag UHF giảm giá dẫn đến việc sử dụng tag trong các ứng dụng tăng lên khi trƣớc đó tag LF và HF đƣợc dùng chủ yếu. Tuy nhiên tag UHF không đƣợc dùng thay thế cho tag LF trong kiểu tag cấy hoặc tag vi sóng trong các ứng dụng khoảng cách lớn (khoảng cách đọc hơn 10m). 2.2 PHÂN LOẠI TAG : Các tag RFID có thể đƣợc phân loại theo hai phƣơng pháp khác nhau. Danh sách sau trình bày việc phân loại thứ nhất, dựa trên việc tag có chứa nguồn cung cấp gắn bên trong hay là đƣợc cung cấp bởi reader: - Thụ động (passive) - Tích cực (Active) - Bán tích cực (Semi – active, cũng nhƣ bán thụ động semi – passive) 2.2.1 Tag thụ động : Loại tag này không có nguồn bên trong, sử dụng nguồn nhận đƣợc từ reader để hoạt động và truyền dữ liệu đƣợc lƣu trữ trong nó cho reader. Tag thụ động có cấu trúc đơn giản và không có các thành phần động. Tag nhƣ thế có một thời gian sống dài và thƣờng có sức chịu đựng với điều kiện môi trƣờng khắc nghiệt. Chẳng hạn, một số tag thụ động có thể chịu đựng các hóa chất gặm mòn nhƣ acid, nhiệt độ lên tới 400°F (xấp xỉ 204°C) và nhiệt độ cao hơn nữa. Đối với loại tag này, khi tag và reader truyền thông với nhau thì reader luôn truyền trƣớc rồi mới đến tag. Cho nên bắt buộc phải có reader để tag có thể truyền dữ liệu của nó. Tag thụ động nhỏ hơn tag tích cực hoặc tag bán tích cực. Nó có nhiều phạm vi đọc, ít hơn 1 inch đến khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 m). Tag thụ động cũng rẻ hơn tag tích cực hoặc bán tích cực. Thẻ thông minh (smart card) là một loại tag RFID thụ động, ngày nay nó đƣợc sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau (chẳng hạn nhƣ huy hiệu ID). Dữ liệu Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 22
  23. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID trên tag này đƣợc đọc khi nó gần reader. Tag này không cần phải tiếp xúc với reader trong quá trình đọc. Tag thụ động bao gồm những thành phần chính sau : - Vi mạch (microchip) - Anten Hình 2.2 : Các thành phần của một tag thụ động 2.2.1.1 Vi mạch : Hình 2.3 : Các thành phần chính của một vi mạch Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 23
  24. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Trong đó : - Bộ chỉnh lƣu : (Power control/rectifier) : chuyển nguồn AC từ tín hiệu anten của reader thành nguồn DC. Nó cung cấp nguồn đến các thành phần khác của vi mạch. - Máy tách xung : (Clock extractor) : rút tín hiệu xung từ tín hiệu anten của reader. - Bộ điều chế (Modulator) : điều chỉnh tín hiệu nhận đƣợc từ reader. Đáp ứng cùa tag đƣợc gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó đƣợc truyền trở lại reader. - Đơn vị logic (Logic unit) : chịu trách nhiệm cung cấp giao thức truyền giữa tag và reader. - Bộ nhớ vi mạch (Memory) : đƣợc dùng lƣu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này thƣờng đƣợc 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 tag. Một block nhớ của tag có thể giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau., ví dụ nhƣ một phần của dữ liệu nhận dạng đối tƣợng đƣợc gắn tag, các bit checksum (chẳng hạn kiểm tra lỗi CRC) kiểm tra độ chính xác của dữ liệu đƣợc truyền v.v Sự tiến bộ của kĩ thuật cho phép kích thƣớc của vi mạch nhỏ nhỏ đến mức nhỏ hơn hạt cát. Tuy nhiên, kích cỡ của tag không đƣợc xác định bới kích thƣớc vi mạch của nó mà bởi chiều dài anten của nó. 2.2.1.2 Anten : Anten của tag đƣợc dùng để lấy năng lƣợng từ tín hiệu của reader để làm tăng sinh lực cho tag hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu từ reader. Anten này đƣợc gắn vào vi mạch. Anten là trung tâm đối với hoạt động của tag. Có thể có nhiều dạng anten, nhất là với tần số UHF và thiết kế một anten cho một tag là cả một nghệ thuật. Chiều dài anten tƣơng ứng với bƣớc sóng hoạt động của tag. Một anten lƣỡng cực bao gồm một dây dẫn điện (chẳng hạn đồng) mà nó bị ngắt ở trung tâm. Chiều dài tổng cộng của một Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 24
  25. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID anten lƣỡng cực bằng nửa bƣớc sóng tần số đƣợc dùng nhằm tối ƣu năng lƣợng truyền từ tín hiệu anten của reader đến tag. Một anten lƣỡng cực bao gồm hai cực, có thể giảm đƣợc độ nhạy chuẩn trực của tag (tag’s alignment sensitivity). Reader có thể đọc tag này ở nhiều hƣớng khác nhau. Folded dipole bao gồm hai hoặc nhiều dây dẫn điện đƣợc nối song song nhau và mỗi dây bằng nửa chiều dài bƣớc sóng của tần số đƣợc dùng. Khi hai dây dẫn đƣợc cuộn vào nhau thì folded dipole đƣợc gọi là 2-wire folded dipole. Loại 3-wire folded dipole bao gồm ba dây dẫn điện đƣợc nối sóng song nhau. Hình 2.4 : Các loại anten lƣỡng cực Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 25
  26. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Chiều dài anten của tag thƣờng lớn hơn nhiều so với vi mạch của tag vì vậy nó quyết định kích cỡ vật lý của tag. Một anten có thể đƣợc thiết kế dựa trên một số nhân tố sau đây: - Khoảng cách đọc của tag với reader. - Hƣớng cố định của tag đối với reader. - Hƣớng tùy ý của tag đối với reader. - Loại sản phẩm riêng biệt. - Vận tốc của đối tƣợng đƣợc gắn tag. - Độ phân cực anten của reader. Những điểm kết nối giữa vi mạch của tag và anten là những kết nối yếu nhất của tag. Nếu có bất kỳ điểm kết nối nào bị hỏng thì xem nhƣ tag không làm việc đƣợc hoặc có thể hiệu suất làm việc giảm đáng kể. Anten đƣợc thiết kế cho một nhiệm vụ riêng biệt (nhƣ gắn tag vào một hộp) có thể hoạt động kém hơn khi thực hiện nhiệm vụ khác (nhƣ gắn tag vào một item riêng lẻ trong hộp). Việc thay đổi hình dáng anten một cách tự động (chẳng hạn giảm hoặc gấp nó lại) không phải là một ý tƣởng hay vì điều này có thể làm mất điều hƣớng tag, đƣa đến hiệu suất cũng giảm theo. Tuy nhiên, một số ngƣời biết họ sẽ phải làm gì để có thể giảm anten của tag để mất điều hƣớng nó (chẳng hạn nhƣ khoan một lỗ ở tag) và thật sự làm tăng khả năng đọc của tag. 2.2.2 Tag tích cực : Tag tích cực có một nguồn năng lƣợng bên trong (chẳng hạn một bộ pin hoặc có thể là những nguồn năng lƣợng khác nhƣ sử dụng nguồn năng lƣợng mặt trời) và điện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Tag tích cực sử dụng nguồn năng lƣợng bên trong để truyền dữ liệu cho reader. Nó không cần nguồn năng lƣợng từ reader để truyền dữ liệu. Thành phần bên trong gồm bộ vi mạch, cảm biến và các cổng vào/ra đƣợc cấp nguồn bởi nguồn năng lƣợng bên trong nó. Vì vậy, những thành phần này có thể đo đƣợc nhiệt độ xung quanh và phát ra dữ liệu nhiệt độ chuẩn. Những thành phần này Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 26
  27. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID có thể sử dụng dữ liệu này để xác định các tham số khác nhƣ hạn sử dụng của item đƣợc gắn tag. Tag có thể truyền thông tin này cho reader (cùng với từ định danh duy nhất của nó). Ta có thể xem tag tích cực nhƣ một máy tính không dây với những đặc tính thêm vào (chẳng hạn nhƣ một cảm biến hoặc một bộ cảm biến). Đối với loại tag này, trong quá trình truyền giữa tag và reader, tag luôn truyền trƣớc, rồi mới đến reader. Vì sự hiện diện của reader không cần thiết cho việc truyền dữ liệu nên tag tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân cận nó thậm chí trong cả trƣờng hợp reader không có ở nơi đó. Loại tag tích cực này (truyền dữ liệu liên tục khi có cũng nhƣ không có reader hiện diện) cũng đƣợc gọi là máy phát (transmitter). Loại tag tích cực khác ở trạng thái ngủ hoặc nguồn yếu khi không có reader. Reader đánh thức tag này khỏi trạng thái ngủ bằng cách phát một lệnh thích hợp. Trạng thái này tiết kiệm nguồn năng lƣợng, vì vậy loại tag này có thời gian sống dài hơn tag tích cực đƣợc gọi là máy phát kể trên. Thêm nữa là vì tag chỉ truyền khi đƣợc thẩm vấn nên số nhiễu RF trong môi trƣờng cũng bị giảm xuống. Loại tag tích cực này đƣợc gọi là một máy phát/máy thu hoặc một bộ tách sóng-tag có thể hoạt động ở chế độ máy phát và máy thu. Tag này chỉ truyền khi đƣợc reader thẩm vấn. Tag ở trạng thái ngủ hoặc nguồn giảm khi không đƣợc reader thẩm vấn. Vì vậy tất cả tag này có thể đƣợc gọi là transponder. Khoảng cách đọc của tag tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) hoặc hơn nữa khi máy phát tích cực của loại tag này đƣợc dùng đến. Tag tích cực bao gồm những thành phần chính sau : - Vi mạch (microchip). - Anten. - Cung cấp nguồn bên trong. - Điện tử học bên trong. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 27
  28. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 2.2.2.1 Nguồn năng lƣợng bên trong : Tất cả các tag tích cực đều mang một nguồn năng lƣợng bên trong để cung cấp nguồn và truyền dữ liệu. Nếu sử dụng bộ pin thì tag tích cực thƣờng kéo dài tuổi thọ từ 2 đến 7 năm tùy thuộc vào thời gian sống của bộ pin. Một trong những nhân tố quyết định thời gian sống của bộ pin là tốc độ truyền dữ liệu của tag. Nếu khoảng cách đó càng rộng thì bộ pin càng tồn tại lâu và vì thế thời gian sống của tag cũng dài hơn. Chẳng hạn, tag tích cực truyền mỗi lần vài giây. Nếu tăng thời gian này để tag có thể truyền mỗi lần vài phút hoặc vài giờ thì thời gian sống của bộ pin đƣợc kéo dài. Cảm biến và bộ xử lý bên trong sử dụng nguồn năng lƣợng có thể làm giảm thời gian sống của bộ pin. Khi bộ pin trong tag tích cực hoàn toàn phóng điện thì tag ngừng truyền thông điệp. Reader đang đọc những thông điệp này không biết bộ pin của tag có bị chết hay là sản phẩm đƣợc gắn tag biến mất khỏi phạm vi đọc của nó trừ khi tag truyền tình trạng pin cho reader này. 2.2.2.2 Điện tử học bên trong : Điện tử học bên trong cho phép tag hoạt động nhƣ một máy phát và cho phép nó thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng nhƣ tính toán, hiển thị giá trị các tham số động nào đó, hoặc hoạt động nhƣ một cảm biến, v.v Thành phần này cũng có thể cho phép chọn lựa kết nối với các cảm biến bên ngoài. Vì vậy tag có thể thực thi nhiều nhiệm vụ thông minh, tùy thuộc vào loại cảm biến đƣợc gắn vào. Nói cách khác thì phạm vi làm việc của thành phần này hầu nhƣ vô hạn. Vì vậy khả năng làm việc và kích thƣớc của thành phần này tăng thì tag cũng tăng kích thƣớc. Có thể tăng kích thƣớc với điều kiện là nó có thể đƣợc triển khai (nghĩa là đƣợc gắn đúng cách vào đối tƣợng cần đƣợc gắn tag). Điều này muốn nói các tag tích cực có thể đƣợc ứng dụng rộng rãi, có một số hiện nay không còn. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 28
  29. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình 2.5 : Tag tích cực và Tag bán tích cực. 2.2.3 Tag bán tích cực : Tag bán tích cực ó một nguồn năng lƣợng 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 tag hoạt động. Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ liệu, tag bán tích cực sử dụng nguồn từ reader. Tag bán tích cực đƣợc gọi là tag có hỗ trợ pin (battery-assisted tag). Đối với loại tag này, trong quá trình truyền giữa tag và reader thì reader luôn truyền trƣớc rồi đến tag. Tại sao sử dụng tag bán tích cực mà không sử dụng tag thụ động? Bởi vì tag bán tích cực không sử dụng tín hiệu của reader nhƣ tag thụ động, nó tự kích động, nó có thể đọc ở khoảng cách xa hơn tag thụ động. Bởi vì không cần thời gian tiếp năng lƣợng lực cho tag bán tích cực, tag có thể nằm trong phạm vi đọc của reader ít hơn thời gian đọc quy định (không giống nhƣ tag thụ động). Vì vậy nếu đối tƣợng đƣợc gắn tag đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu tag có thể vẫn đƣợc đọc nếu sử dụng tag bán tích cực. Tag bán tích cực cũng cho phép đọc tốt hơn ngay cả khi gắn tag bằng những vật liệu chắn tần số vô tuyến (RF-opaque và RF-absorbent). Sự có mặt Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 29
  30. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID của những vật liệu này có thể ngăn không cho tag thụ động hoạt động đúng dẫn đến việc truyền dữ liệu không thành công. Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề khó khăn đối với tag bán tích cực. Phạm vi đọc của tag bán tích cực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) với điều kiện lý tƣởng bằng cách sử dụng mô hình tán xạ đã đƣợc điều chế (modulated back scatter) trong UHF và sóng vi ba. Việc phân loại tag tiếp theo dựa trên khả năng hỗ trợ ghi chép dữ liệu : - Chỉ đọc.(Read only) - Ghi 1 lần, đọc nhiều lần.(Write once, read many) - Đọc – Ghi.(Read – Write) 2.2.4 Tag Read Only (RO) : Tag Read Only (RO) có thể đƣợc lập trình (tức là ghi dữ liệu lên tag RO) chỉ một lần. Dữ liệu có thể đƣợc lƣu vào tag tại nhà máy trong lúc sản xuất. Việc này đƣợc thực hiện nhƣ sau: các fuse riêng lẻ trên vi mạch của tag đƣợc lƣu cố định bằng cách sử dụng chùm tia laser. Sau khi thực hiện xong, không thể ghi đè dữ liệu lên tag đƣợc nữa. Tag này đƣợc gọi là factory programmed (lập trình tại nhà máy). Nhà sản xuất loại tag này sẽ đƣa dữ liệu lên tag và ngƣời sử dụng tag không thể điều chỉnh đƣợc. Loại tag 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 tag cần đƣợc làm theo yêu cầu của khách hàng dựa trên ứng dụng. Loại tag này đƣợc sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh và hàng không nhỏ. 2.2.5 Tag Write once, Read many (WORM) : Tag Write Once, Read Many (WORM) có thể đƣợc ghi dữ liệu một lần, mà thƣờng thì không phải đƣợc ghi bởi nhà sản xuất mà bởi ngƣời sử dụng tag ngay lúc tag cần đƣợc ghi. Tuy nhiên trong thực tế thì có thể ghi đƣợc vài lần (khoảng 100 lần). Nếu ghi quá số lần cho phép, tag có thể bị phá hỏng vĩnh viễn. Tag WORM đƣợc gọi là field programmable (lập trình theo trƣờng). Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 30
  31. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Loại tag này có giá cả và hiệu suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loại tag phổ biến nhất trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay. 2.2.6 Tag Read Write (RW) : Tag RW có thể ghi dữ liệu đƣợc 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 đƣợc ghi bởi reader hoặc bởi tag (nếu là tag tích cực). Tag RW gồm thiết bị nhớ Flash và FRAM để lƣu dữ liệu. Tag RW đƣợc gọi là field programmable hoặc reprogrammable (có thể lập trình lại). Sự an toàn dữ liệu là một thách thức đối với tag RW, thêm vào nữa là loại tag này thƣờng đắt nhất. Tag RW không đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay, trong tƣơng lai có thể công nghệ tag phát triển thì chi phí tag giảm xuống. 2.2.7 Một số kiểu Tag khác : 2.2.7.1 Tag SAW : (Surface Acoustic Wave) Tag SAW hoạt động ở tần số vi sóng nhƣ tag tán xạ ngƣợc và không có bộ xử lí, tag SAW có thể mã hóa thông số tại thời điểm sản xuất. Anten bên trái ở bên bộ nhận xung vi sóng từ bộ đọc và cấp cho nó bộ chuyển đổi cảm biến xen kẽ (khối ở phía bên trái). Bộ chuyển đổi bao gồm một áp điện sẽ rung khi nó nhận đƣợc xung vi sóng. Những rung động này tạo ra sóng âm di chuyển qua tag, tác động với những miếng phản xạ (ở bên phải). Tag SAW hoạt động ở chế độ giao tiếp SEQ. Hình 2.6 : Tag SAW. Tag SAW khác với các tag dựa trên vi mạch. Tag SAW bắt đầu xuất hiện trên thị trƣờng và có thể đƣợc sử dụng rộng rãi trong tƣơng lai. Hiện tại Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 31
  32. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID thì thiết bị SAW đƣợc sử dụng trong các mạng điện thoại tế bào, tivi màu, v.v Tag SAW sử dụng sóng RF năng lƣợng thấp hoạt động trong băng tần ISM 2.45 GHz. Không giống nhƣ các tag dựa trên vi mạch, tag SAW không cần nguồn DC để tiếp sinh lực hoạt động cho nó truyền dữ liệu. Sau đây là hình trình bày cách hoạt động của loại tag này. Tag SAW bao gồm một anten lƣỡng cực đƣợc gắn vào máy biến năng interdigital (IDT) đƣợc đặt trong nền áp điện (piezoelectric substrate) đƣợc làm bằng lithium niobate hoặc lithium tantalate. Một dòng điện cực riêng lẻ nhƣ những dòng phản xạ (đƣợc làm bằng nhôm hoặc khắc axit trên nền) đƣợc đặt trên nền. Anten đặt một xung điện vào IDT khi nó nhận tín hiệu RF của SAW reader. Xung này phát sinh sóng bề mặt (surface) còn gọi là sóng Raleigh, thƣờng đi đƣợc 3.000 m đến 4.000 m trên giây trên nền đó. Một số sóng này đƣợc phản xạ trở lại IDT bởi những dòng phản xạ (reflector), việc nghỉ đƣợc thu bởi nền này. Các sóng phản xạ tạo thành một mô hình duy nhất, đƣợc xác định bởi các vị trí phản xạ, miêu tả dữ liệu của tag. Các sóng này thƣờng đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu RF trong IDT và đƣợc truyền lại reader qua anten của tag. Reader giải mã tín hiệu nhận đƣợc để đọc dữ liệu của tag. Tag SAW có những ƣu điểm sau : - Sử dụng năng lƣợng rất thấp vì nó không cần nguồn DC để tiếp sinh lực hoạt động. - Có thể gắn tag vào những vật liệu chắn sóng vô tuyến nhƣ kim loại hoặc nƣớc. - Có phạm vi đọc lớn hơn tag vi mạch hoạt động trong cùng băng tần (2.45GHz). - Có thể hoạt động tín hiệu vô tuyến ngắn trái ngƣợc với tag (cần thời hiệu tín hiệu từ reader đến tag dài hơn nhiều). Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 32
  33. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - 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 thực hiện ở reader thay vì ở cả reader và tag nhƣ ở tag vi mạch. - Các SAW reader ít xảy ra nhiễu với các SAW reader khác. Tag SAW rất tốt, là lựa chọn duy nhất trong một số hoàn cảnh nào đó và cũng đƣợc sử dụng rộng rãi trong tƣơng lai. 2.2.7.2 Tag Non – RFID : Khái niệm gắn tag và truyền vô tuyến ID duy nhất của nó đến reader không phải là vùng sóng dành riêng. Có thể sử dụng các loại truyền vô tuyến khác cho mục đích này. Chẳng hạn có thể sử dụng sóng siêu âm hoặc sóng hồng ngoại đối với việc truyền thông giữa tag với reader. Việc truyền siêu âm có ƣu điểm là không gây ra nhiễu với thiết bị điện hiện có và không thể xuyên qua tƣờng. Vì thế những hệ thống gắn tag siêu âm có thể đƣợc triển khai trong bệnh viện mà nơi đó kỹ thuật nhƣ thế này có thể cùng tồn tại với thiết bị y tế hiện có. Thêm nữa là reader siêu âm và tag phải nằm trong cùng phòng reader đọc đƣợc dữ liệu của tag. Điều này giúp dễ kiểm soát tài sản. Tag hồng ngoại sử dụng ánh sáng để truyền dữ liệu đến reader. Vì ánh sáng không thể xuyên qua tƣờng nên tag và reader hồng ngoại phải đặt trong cùng phòng để truyền với nhau. Nếu có vật cản nguồn sáng của tag thì tag không còn truyền với reader nữa (đây là một nhƣợc điểm). 2.2.7.3 Tag một bit EAS : Tag giám sát điện tử (Electronic Article Surveillance) là loại tag tiêu biểu cho mục đích chống trộm. Sách thƣ viện hay các băng video cho thuê có thể đƣợc gắn tag EAS theo dạng mỏng hoặc nhãn. Thậm chí nhiều tag đƣợc thiết kế để có thể làm hỏng sản phẩm nếu sản phẩm bị di chuyển trái phép hoặc bị trộm. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 33
  34. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Tag EAS còn đƣợc gọi là tag “1 bit” vì chúng có truyền thông tin theo 1 bit. Với 1 bit thì chỉ biết đƣợc có sự hiện diện của tag hay không. Nếu phát hiện tag thì trả lời là “1” hoặc “yes”. Ngƣợc lại thì trả lời “0” hoặc “no”. Tag EAS là loại tag đơn giản nhất và giá rẻ. Tag EAS không có vi chip và bộ nhớ lƣu trữ, là loại tag thụ động dùng kiểu điều chế thích hợp cho những kiểu bộ ghép và tạo ra các kí tự đặc biệt để bộ đọc nhận biết đƣợc. Có rất nhiều kiểu bộ ghép có sẵn của tag EAS. Tag EAS tạo ra đáp ứng theo nhiều kiểu khác nhau. Với tag EAS cảm ứng thì đơn giản, mạch điện cộng hƣởng tạo ra một điện áp trên cuộn dây của bộ đọc. Bộ đọc quét tần số trong trƣờng của nó và cho phép điều chỉnh những lỗi nhỏ của tag. Còn với trƣờng hợp tag EAS tán xạ ngƣợc thƣờng dùng tại tần số vi sóng, một diode tạo ra một tần số điều hòa cơ bản, tần số này đƣợc điều chế theo kiểu ASK tạo ra những mẫu khác nhau. Tất cả tag của một kiểu riêng biệt có mẫu giống nhau, vì vậy không chỉ tạo ra một ID duy nhất. Mục đích là để phân biệt giữa đáp ứng tag và nhiễu môi trƣờng có cùng tần số. Tag chia tần số dùng một vi chip và một cuộn dây. Năng lƣợng tại tần số cơ bản đƣợc tạo ra bởi bộ đọc, chip sẽ chia tần số ra làm hai và điều chỉnh cho phù hợp với kiểu điều chế ASK hoặc FSK, bộ đọc sẽ phát hiện những sóng điều chế này. Tag chia tần số đơn giản và dễ dàng phân biệt tag với nhiễu môi trƣờng. Tag EAS điện từ dùng một băng kim loại có hình dạng không xác định tạo ra một sự thay đổi. Sự thay đổi này tại tần số dao động điều hòa của trƣờng (tần số cơ bản). Để phân biệt sự khác nhau giữa tag và nhiễu môi trƣờng bộ đọc còn điều chỉnh tần số cơ bản tạo ra tần số phù hợp. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 34
  35. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 2.3 GIAO THỨC TAG : 2.3.1 Thuật ngữ và khái niệm : - Singulation: Thuật ngữ này mô tả một thủ tục giảm một nhóm (group) thành một luồng (stream) để quản lý kế tiếp nhau đƣợc. Chẳng hạn một cửa xe điện ngầm là một thiết bị để giảm một nhóm ngƣời thành một luồng ngƣời mà hệ thống có thể đếm và yêu cầu xuất trình thẻ. Singulation cũng tƣơng tự khi có sự truyền thông với các tag RFID, vì không có cơ chế nào cho phép tag trả lời tách biệt, nhiều tag sẽ đáp ứng một reader đồng thời và có thể phá vỡ việc truyền thông này. Singulation cũng có hàm ý rằng reader học các ID của mỗi tag để nó kiểm kê. - Anti-collision: Thuật ngữ này mô tả một tập thủ tục ngăn chặn các tag ngắt mỗi tag khác và không cho phép có thay đổi. Singulation nhận dạng các tag riêng biệt, ngƣợc lại anti-collision điều chỉnh thời gian đáp ứng và tìm các phƣơng thức sắp xếp ngẫu nhiên những đáp ứng này để reader có thể hiểu từng tag trong tình trạng quá tải này. - Identity: Identity là một cái tên, một số hoặc địa chỉ mà nó chỉ duy nhất một vật hoặc một nơi nào đó. “Malaclyse the Elder” là một identity chỉ một con ngƣời cụ thể. “221b Baker Street London NW1 6XE, Great Britain” là identity chỉ một nơi cụ thể, “urn:epc:id:sgtin:00012345.054322.4208” là identity chỉ một widget. 2.3.2 Phƣơng thức lƣu trữ dữ liệu trên Tag : Giao thức truyền thông tag cấp cao hiểu đƣợc các loại ID và phƣơng thức lƣu trữ dữ liệu trên tag. Tuy nhiên vì một reader chỉ liên lạc với một tag nên sắp xếp về mặt vật lí thực tế của bộ nhớ trên tag thực tế tùy thuộc vào nhà sản xuất. Layout có cấu trúc logic nhƣ sau : Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 35
  36. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình 2.7 : Dữ liệu tag layout Trong đó : - CRC là một checksum. - EPC là ID của tag. - Password là một “mã chết” để làm mất khả năng hoạt động của tag. Chuẩn EPC phiên bản 1.1 (hay 1.26) định nghĩa EPC là mô hình meta – coding vì nó cho phép ID hiện tại đƣợc mã hóa sang ID EPC hoặc tạo ID mới hoàn toàn. Chuẩn này định nghĩa mã hóa General ID (GID) dùng để tạo mô hình nhận dạng mới và năm kiểu mã hóa cụ thể đƣợc gọi là các ID hệ thống cho những ứng dụng cụ thể. Các ID hệ thống dựa trên các ID GS1 hiện tại (EAN.UCC). Các bƣớc mã hóa EPC 96 bit thành chuỗi nhị phân nhƣ sau: + Tìm header phù hợp cho loại nhận dạng. + Tra cứu giá trị partition dựa vào chiều dài của Company Prefix + Ràng buộc các trƣờng header 8 bit, lọc 3 bit và partition 3 bit. + Gắn vào Company Prefix và các trƣờng khác phù hợp với nhận dạng ( Item Reference và Serial Namber cho SGTIN). + Tính CRC và them EPC vào cuối CRC. 2.3.2.1 Tìm Header : Header nhận biết mỗi loại nhận dạng và mã hóa của nó. Bảng giá trị header của SGTIN trình bày ví dụ mã hóa SGTIN đối với các thẻ 96 bit và 64 bit. Lƣu ý header của thẻ 64 bit chỉ có 2 bit. Bảng giá trị header của SGTIN Type Header SGTIN – 96 0011 0000 SGTIN – 64 10 Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 36
  37. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 2.3.2.2 Tìm Partition : Ta có 96 bit, đối với những bit này mã hóa chỉ định 44 cho Company Prefix và Item Reference. Các công ty khác có chiều dài Prefix khác nhau. Số partition cho ta biết phƣơng thức dùng bao nhiêu bit cho trƣờng Item Reference dựa vào phƣơng thức dùng bao nhiêu bit cho Company Prefix. Để biết phƣơng thức dùng bao nhiêu bit cho Company Prefix xem phần Company Prefix trong b-96 partition. Ví dụ minh họa về Company Prefix 00012345 (chiều dài 8 số) tƣơng tự với partition 4 trong b-96 partition. Từ những cột khác trong hàng này, ta sẽ thấy ta cần 27 bit để mã hóa Company Prefix trên thẻ và sẽ có 17 bit để mã hóa Item Reference. Bảng giá trị SGTIN – 96 partition Partition Company prefix Item reference Bits Digits Bits Digits 0 40 12 4 1 1 37 11 7 2 2 34 10 10 3 3 30 9 14 4 4 27 8 17 5 5 24 7 20 6 6 20 6 24 7 2.3.2.3 Ràng buộc Header, giá trị lọc và partition : Lƣu ý tên trƣờng “Filter Value”. Nó không phải là thành phần của SGTIN mà nó thay thế một phƣơng thức chọn EPC nhanh dựa trên các kiểu chung. Chẳng hạn giá trị filter 1 có thể sử dụng cho những item nhỏ hơn trong khi bằng 3 cho những item lớn đƣợc chuyên chở riêng lẻ nhƣ một tủ lạnh chẳng hạn. Bảng các giá trị fileter SGTIN liệt kê các giá trị lọc SGTIN. Ta sẽ sử dụng giá trị lọc 2 trong ví dụ để chỉ một nhóm sản phẩm thƣơng mại Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 37
  38. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID “Standard Trade Item Grouping” nhƣ một pallet hoặc carton (thùng đựng hàng). Tất cả các mã hóa đều hỗ trợ giá trị filter 0, SGTIN và SSCC cũng hỗ trợ 1 nghĩa là “không xác định”. SSCC định nghĩa 2 cho “Logistical/Shipping Unit”. Những giá trị filter thêm nữa có thể sẽ đƣợc định nghĩa trong tƣơng lai. Bảng các giá trị fileter SGTIN Giá trị Mã nhị lọc Ý nghĩa Ví dụ phân (fileter) 0 000 Không xác định Không xác định 1 001 Sản phẩm tiêu dùng bán lẻ Một dao cạo 2 010 Nhóm sản phẩm chuẩn Một bìa cứng hoặc giá kê 3 011 Sản phẩm tiêu dùng và hàng Một tủ lạnh hóa 4 100 Dự trữ Dự trữ cho tƣơng lai 5 101 Dự trữ Dự trữ cho tƣơng lai 6 110 Dự trữ Dự trữ cho tƣơng lai 7 111 Dự trữ Dự trữ cho tƣơng lai Khi ta xây dựng một SGTIN-96 giá trị header chuẩn là 00110000 hoặc một số hex 30. Việc xây dựng SGTIN-96 là một vấn đề đơn giản để ràng buộc các bit, bắt đầu với header là MSB (most significant bit) theo sau bởi các bit filter (3 bit) và partition (3 bit). Trƣờng này nhƣ sau (đƣợc trình bày từng chuỗi 4 bit với chuỗi bit cuối chƣa hoàn chỉnh): 0011 0000 0101 00 . Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 38
  39. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 2.3.2.4 Thêm Company Prefix, Item Reference và Serial number : Ta thêm Company Prefix vào các bit đầu tiên bằng cách chỉ định 27 bit dành sẵn cho nó để chúng biểu diễn giá trị phù hợp. Trƣờng này nhƣ sau: 0011 0000 0101 0000 0000 0000 0001 1000 0001 1100 1 mà nó có thể đƣợc trình bày thành dạng số hex bằng 305000181C với bit mở rộng 1. Sau đó thêm Item Reference 17 bit vào cuối số, trƣờng này bằng 305000181C B50C cộng thêm 2 bit 10. Ta lại thêm Serial Number 38 bit. Trƣờng này là một con số 12 byte hoặc 96 bit, nó bằng 305000181CB50C8000001070. 2.3.2.5 Tính CRC và thêm EPC vào nó : Giá trị này đƣợc lƣu trên tag với CRC 16 bit (CCITT-CRC), nó sẽ là FFF1 trong trƣờng hợp này. Giá trị này khi có CRC sẽ là FFF1305000181CB50C8000001070. Hình dƣới đây trình bày những phần mã hóa còn lại. Hình 2.8 : Mã hóa của một SGTIN – 96 với giá trị chia là 4. Đối với mỗi lần nhận dạng hệ thống sẽ có đặc tả mô tả một mã hóa khác cho các tag 64 bit. Để làm cho nhận dạng thành một mã hóa 64 bit, Company Prefix bị xóa và một Company Prefix Index thay thế. Index này là một offset trong bảng Company Prefix. Company Prefix Index đƣợc cung cấp vì GS1 cần những thực thể đó, vì chúng có ý định sử dụng các tag 64 bit. Bảng này giới hạn đến 16,384 mục, và mô hình mã hóa này nhƣ một giải pháp tạm thời cho đến khi công nghiệp chấp nhận các tag 96 bit hoặc lớn hơn nữa. Lƣu ý rằng mã hóa SGTIN-64 có header duy nhất chứa bit 1 trong MSB Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 39
  40. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID cho phép nó chỉ có chiều dài 2 số nhị phân (11 đƣợc dành riêng cho các mã hóa 64 bit khác). 2.3.3 Thủ tục Singulation và Anti – Collsion : Chủ đề kế tiếp liên quan tới phƣơng thức mà một reader và một tag sử dụng giao diện không gian (air interface). Có nhiều phƣơng thức khác nhau cho các reader và tag liên lạc với nhau nhƣng tất cả có thể đƣợc phân loại thành Tag Talks First (TTF) hoặc Reader Talks First (RTF). Đơn giản nhất là một tag ở trong môi trƣờng thông báo sự có mặt của nó cho những thứ có liên quan. Tuy nhiên trong thực tế, đây là một điều khó trừ những tag có khả năng dàn xếp, tag sẽ nói trƣớc. Một số tag tích cực đầu trên sử dụng các giao thức truyền TTF nhƣng một nhóm mới là các smart label và các tag thụ động sử dụng các giao thức RTF. Trong phần này, ta sẽ nghiên cứu các giao thức phổ biến nhất cho RFID: Slotted Aloha, Adaptive Binary Tree, Slotted Terminal Adaptive Collection và đặc tả EPC Gen2 mới. 2.3.3.1 Slotted Aloha : Slotted Aloha xuất phát từ một thủ tục đơn giản “Aloha” và đƣợc phát triển trong những năm 1970 bởi Norman Abramson của Aloha Network tại Hawaii trong truyền vô tuyến gói. Aloha đã là nguồn cảm hứng cho giao thức Ethernet và sự biến đổi của thủ tục này vẫn đƣợc dùng trong thông tin vệ tinh cũng nhƣ cho các thẻ RFID ISO 18000-6 Type B và EPC Gen2. Đối với thủ tục này, các tag bắt đầu broadcast (thông báo) ID của chúng ngay khi reader nạp năng lƣợng cho chúng. Mỗi tag gửi ID của nó và chờ một khoảng thời gian random (ngẫu nhiên) trƣớc khi broadcast lại. Reader nhận các ID, mỗi tag sẽ broadcast trong khoảng thời gian các tag khác im lặng. Dẫu sao thì reader cũng không trả lời các tag. Ƣu điểm của thủ tục này là tốc độ và tính đơn giản. Luận lý của tag rất nhỏ và với giao thức yếu nhƣ thế này thì tốc độ đọc chỉ đạt cao nhất khi chỉ có một vài tag hiện diện. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 40
  41. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Tuy nhiên, các tag thêm vào làm giảm cơ hội truyền. Có nghĩa là chờ các tag truyền lại đến khi truyền hết, nó phụ thuộc vào khoảng cách truyền, và không thể thực thi theo dõi item đƣợc khoảng 8 đến 12 tag. Slotted Aloha cải tiến giao thức bằng cách thêm vào khái niệm singulation và yêu cầu các tag chỉ broadcast vào lúc bắt đầu một khe thời gian nào đó vì thế nó làm giảm đụng độ một cách đáng kể. Và có khả năng đọc gần 1,000 tag trong một giây. Slotted Aloha sử dụng 3 lệnh chọn thẻ: REQUEST, SELECT và READ. Lệnh đầu tiên là REQUEST cung cấp một đánh dấu thời gian cho bất kỳ tag nào có trong dãy. Lệnh REQUEST cũng cho biết phƣơng thức các tag sử dụng các khe có sẵn. Mỗi tag chọn một trong những khe đó, nó dựa vào tổng số tùy chọn của reader, chúng chọn ngẫu nhiên khoảng thời gian chờ trƣớc khi trả lời lệnh REQUEST. Sau đó các tag broadcast ID ở những khe đã chọn. Khi nhận ID, reader phát lệnh SELECT chứa ID đó. Chỉ tag nào có ID này mới trả lời. Sau đó reader phát lệnh READ. Sau đó reader phát lại lệnh REQUEST. Các hình bên dƣới trình bày sự biến đổi trạng thái của reader và biến đổi trạng thái của thẻ. Hình 2.9: Sơ đồ trạng thái của Slotted Aloha reader. Càng ít khe thì việc đọc càng nhanh, càng nhiều khe thì đụng độ càng ít. Reader có thể tăng tổng số khe nếu REQUEST bị đụng độ và tiếp tục tăng lệnh REQUEST cho đến khi việc truyền ID không còn đụng độ nữa. Reader Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 41
  42. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID cũng có thể sử dụng một lệnh BREAK cho biết các tag chờ đợi. Trong một số trƣờng hợp, tag sẽ vào trạng thái SLEEP (cũng có thể gọi là DORMANT hoặc MUTE) khi đọc thành công, vì vậy cho phép các tag còn lại có nhiều cơ hội đƣợc chọn hơn. Hình 2.10 : Sơ đồ trạng thái của thẻ Slotted Aloha. 2.3.3.2 Adaptive Binary Tree : a – Các trạng thái Global : Sau đây là các trạng thái toàn cục có thể đƣợc vào bất kỳ điểm nào : - Dormant (không hoạt động): Trạng thái không hoạt động là trạng thái khởi tạo của tag khi nó đƣợc nạp năng lƣợng. Nó cũng là trạng thái của tag sau khi đã đƣợc đọc. - Global Command Start (Bắt đầu lệnh toàn cục): Sau khi định cỡ thành công, tag ở trạng thái Global Command Start và chờ bit 1 hoặc bit 0 từ reader. Bit 1 gửi thì tag vào trạng thái Global Command còn bit 0 gửi thì tag vào trạng thái Tree Traversal (trừ khi tag đã đƣợc đọc rồi, trong trƣờng hợp này 0 làm cho tag vào trạng thái Dormant). - Global Command (Lệnh toàn cục): Trong trạng thái này, tag sẵn sàng nhận và xử lý lệnh ảnh hƣởng đến tất cả tag hoặc nhóm tag không đƣợc singulate. Có một số lệnh nhƣ lệnh kill không thể dùng nhƣ lệnh toàn cục. - Calibration (Hiệu chỉnh): Mỗi khi một tag nhận một thông điệp “reset” từ reader gửi thì nó sẽ vào trạng thái Calibration, chờ máy tạo dao động và các xung định cỡ dữ liệu từ reader. Nếu không hợp lý, tag sẽ trở về trạng thái Dormant. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 42
  43. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình 2.11 : Sơ đồ trạng thái giao thức Adaptive Binary Tree. b – Các trạng thái Tree walking : Các trạng thái sau đây xảy ra khi giao thức qua cây nhị phân : - Tree Start: Trong trạng thái này, dữ liệu null sẽ tăng bộ đếm null bằng1. Nếu là 0 thì tag ở trạng thái Tree Traversal. Nếu là 1 thì tag ở trạng thái Traversal Mute trừ khi bộ đếm null là 2, trƣờng hợp này thì tag sẽ vào trạng thái Global Command. Kiểu null này nhắm vào những nhóm tag thỏa (hoặc không thỏa) với một chuỗi singulation cục bộ. - Tree Traversal: Khi tag ở trạng thái này thì nó gửi ngay bit đầu tiên (MSB) của nó. Sau đó reader đáp ứng bằng một bit. Nếu nó thỏa với bit mà tag đã gửi thì tag sẽ gửi bit kế tiếp v.v Nếu bit đó không thỏa thì tag vào trạng thái Traversal Mute và chờ một dữ liệu null. Nếu singulation đang sử dụng ID giả tạo (pseudo) thì cứ mỗi bit thứ 10 đƣợc Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 43
  44. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID xem là “bit biên”. Nếu singulation đang sử dụng EPC thì bit biên là bit cuối cùng của EPC cộng với CRC. Ở bit biên, tag gửi bit nhƣ thông thƣờng, nếu reader xác nhận tag này thì tag sẽ gửi bit tƣơng tự lại trong trƣờng hợp EPC hoặc bit kế tiếp trong trƣờng hợp ID giả tạo. Nếu reader đáp ứng với bit 1 hoặc bit 0 thì tag sẽ vào trạng thái Traversal Mute. Nếu đáp ứng từ reader là dữ liệu null thì tag vào trạng thái Singulated Command Start. Nếu tag nhận dữ liệu null vào một lúc nào khác thì tag sẽ vào trạng thái Traversal Mute. - Traversal Mute: tag chờ một cách im lặng trong trạng thái này cho đến khi nó nhận đƣợc dữ liệu null, tại điểm mà nó bắt đầu vào trạng thái Tree Start và reset bộ đếm null cục bộ. c – Các trạng thái Singulated : Các trạng thái này xảy ra khi một tag vẫn ở trạng thái cũ sau khi cây nhị phân đã đƣợc đi qua. - Singulated Command Start: tag đi vào trạng thái này từ trạng thái Tree Traversal sau khi bit cuối cùng của ID đƣợc xác nhận và nó nhận một giá trị null từ reader. Bất kỳ giá trị null thêm vào đều bị từ chối, trong khi gửi 1 cho tag thì tag sẽ ở trạng thái Singulated Command. Giá trị 0 sẽ đặt một cờ nhận dạng và tag sẽ vào trạng thái Dormant. Cờ nhận dạng này cho biết tag đã đƣợc đọc. - Singulated Command: Ngay tại đây tag nhận các lệnh 8 bit từ reader. Nếu có một lỗi xảy ra, tag sẽ ở trạng thái Singulated Command Mute. Ở trạng thái này tag sẽ chờ đợi cho đến khi nó nhận đƣợc dữ liệu null (data null) thì nó sẽ ở trạng thái Singulated Command Start. 2.3.3.3 Slotted Terminal Adaptive Collection (STAC) : Giao thức STAC tƣơng tự về nhiều mặt với Slotted Aloha, nhƣng có một số đặc điểm làm cho nó phức tạp hơn và phải có cách giải quyết riêng. STAC đƣợc xác định là một thành phần của đặc tả EPC đối với các tag HF. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 44
  45. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Bởi vì nó xác định đến 512 khe có chiều dài khác nhau, đặc biệt là nó phù hợp với singulation với mật độ tag dày đặc. Giao thức này cũng cho phép chọn các nhóm tag dựa trên chiều dài của mã EPC bắt đầu bằng MSB. Bởi vì mã EPC đƣợc tổ chức bởi Header, Domain Manager Number, Object Class và Serial Number từ MSB đến LSB, cơ chế này có thể dễ dàng chọn những tag chỉ thuộc về một Domain Manager hoặc Object Class nào đó. Vì các tag HF thƣờng đƣợc dùng xác thực item riêng lẻ nên điều này rất hữu dụng chẳng hạn nhƣ nếu ứng dụng muốn biết có bao nhiêu item trên một pallet hỗn hợp là những thùng giấy A4. Cũng nhƣ Slotted Aloha, STAC cũng sử dụng các khe. Hình dƣới minh họa phƣơng thức sử dụng các khe. Hình 2.12 : Khe STAC Khe F (hoặc “cố định”) luôn luôn tồn tại và luôn có chiều dài không đổi. Theo sau đó là các khe có chiều dài thay đổi và đƣợc đánh số. Các khe này phải bắt đầu bằng một khe “0” và phải có đủ các khe bằng lũy thừa nào đó của 2. Số khe chính xác đƣợc reader chọn và đƣợc điều chỉnh liên tục để cân bằng giữa nhu cầu đọc nhanh và một vài sự đụng độ. Càng ít khe hơn thì việc đọc nhanh hơn nhƣng nhiều khe hơn thì sẽ làm cho đụng độ ít hơn. STAC chỉ định nghĩa một tập nhỏ các trạng thái và các lệnh nhƣng các bƣớc trong giao thức đòi hỏi phải có một số giải thích. Hình dƣới đây trình bày các trạng thái và các lệnh gây ra sự chuyển đổi. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 45
  46. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình 2.13 : Sơ đồ trạng thái giao thức STAC Chú ý dù tag đang ở trạng thái nào nó cũng sẽ trở về trạng thái Unpowered (không đƣợc cung cấp lực) nếu nó di chuyển ra khỏi phạm vi của reader (Trƣờng hợp ngoại lệ của nguyên tắc này là tag ở trạng thái Destroyed có nghĩa là tag bị mất khả năng hoạt động vĩnh viễn và không thể đọc đƣợc hoặc sử dụng lại đƣợc). Một sự biến đổi trên giao thức này cho phép các tag nhớ đƣợc chúng đã ở trạng thái Fixed Slot trong một khoảng thời gian dù là năng lƣợng đã bị mất. Trong sự biến đổi này, một lệnh Complete Reset cho phép reader ép các tag vào trạng thái Ready khi cần thiết cho dù tag có nhớ ra nó trƣớc đó nó ở trạng thái Fixed Slot. Việc này có thể xảy ra trong trƣờng hợp một tag di chuyển dƣới băng tải giữa các reader. Tức là reader đầu tiên đã đọc tag, tag tin trạng thái của nó phải là Fixed Slot. Tuy nhiên reader mới lại chƣa nhìn thấy tag này và sẽ bắt tag vào trạng thái Ready khi đƣợc nạp năng lƣợng, do đó reader mới này phát lệnh Complete Reset. Danh sách dƣới đây mô tả từng trạng thái STAC kết hợp với singulation cộng thêm trạng thái Destroyed. Trạng thái Write (có trong các tag HF EPC lớp 0 hiện hành mà ID EPC chỉ đƣợc đặt bởi nhà sản xuất) không đƣợc trình bày. Sau đây là các trạng thái: - Unpowered: Khi tag ở ngoài phạm vi của reader, tag ở trạng thái Unpowered. Cho đến khi vào phạm vi của reader thì tag mới vào trạng thái Ready. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 46
  47. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Ready: Ở trạng thái này tag phải chờ lệnh Destroy, Write hoặc Begin Round. Nếu tag nhận lệnh Begin Round có hoặc không có sự lựa chọn chiều dài bằng với EPC của tag thì tag đều vào trạng thái Slotted Read. - Slotted Read: Trong trạng thái này tag sẽ chọn một khe ngẫu nhiên do reader đƣa ra. Khe này có thể là bất kỳ khe nào ngoại trừ khe F. Nếu tag nhận lệnh Fix Slot sau khi gửi thông tin của nó thì nó sẽ đi vào trạng thái Fixed Slot. Nếu lệnh Fix Slot, Close Slot hoặc Begin Round có thêm lựa chọn so khớp thì tag vẫn ở trạng thái Slotted Read. Nếu lệnh Begin Round có thêm lựa chọn không so khớp thì tag sẽ trở về trạng thái Ready. - Fixed Slot: Khi tag đang ở trạng thái Fixed Slot nó sẽ đáp ứng trên khe F và sẽ tiếp tục làm nhƣ thế đối với những đáp ứng sau đó cho đến khi năng lƣợng bị mất (tức là thoát ra khỏi phạm vi của reader) . - Destroyed: Nếu tag nhận đƣợc lệnh Destroyed và password ở trong lệnh này khớp với password trong tag thì tag sẽ gửi ID của nó và ngƣng hoạt động vĩnh viễn. Mỗi khi bị làm mất hiệu lực thì tag có thể không còn sử dụng đƣợc nữa. 2.3.3.4 EPC UHF lớp 1 Gen 2 : a – Bộ nhớ Tag : Giao thức Gen2 cho phép thêm user memory (bộ nhớ ngƣời dùng) và Tag Identifier (TID) vào CRC+EPC mà nó đƣợc gọi là Object Identifier (OID). Bộ nhớ tag gồm nhiều phần, mỗi phần đƣợc tổ chức thành một addressable bank (bank địa chỉ) (xem bảng các memory bank của thẻ), các lệnh đọc và ghi lấy bank address để xác định xem thao tác tác động vào bank nào. Mỗi thẻ phải có access password, mã kill. Tuy nhiên có thể là một giá trị Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 47
  48. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID zero. Lệnh chọn bank chỉ hoạt động trong bank đó. Để chuyển bank, reader phải phát lệnh mới. Bảng các memory bank của thẻ Bank Nội dung 00 Truy nhập password, kill code, protocol 01 OID (CRC + EPC) 10 TID serial number của nhà sản xuất tag ISO 15693 11 Ngƣời dùng b – Lệnh kiểm Tag : Khi reader bắt đầu kiểm một nhóm tag là lúc bắt đầu một session (phiên giao dịch). Trong một phiên, mỗi tag chỉ liên lạc với một reader nhƣng có thể time-slice đến 4 session làm cho một tag có thể liên lạc với 4 reader một lúc. Tag giữ 4 cờ: S0, S1, S2 và S3. Cờ có 1 trong 2 giá trị: A hoặc B. Reader làm việc ở phiên zero không thể thấy giá trị của cờ của 3 phiên kia nhƣng nếu có một reader thay đổi giá trị trên một số tag hoặc khóa OID bank thì tất cả các phiên đều bị ảnh hƣởng. Trong quá trình kiểm reader dùng phƣơng pháp Slotted Random Anticollision. Nó dùng các khe để xác định thời điểm tag sẽ đáp ứng reader, tag chọn khe bằng cách cài một bộ đếm khe với số ngẫu nhiên 16 bit giảm đến khi bằng zero. Khi khe của tag bằng zero, nó sẽ gửi số ngẫu nhiên 16 bit mới cho reader. Reader dùng số này để che các khối khi liên lạc với tag, do đó việc liên lạc giữa reader với tag đƣợc mật mã. Các lệnh kiểm: - Query: Reader bắt đầu kiểm từ lệnh Query, nó chỉ định phiên và tổng số khe. Tag phát số ngẫu nhiên và dùng chúng để xác định khe nào sẽ đáp ứng. Tag chọn khe zero vào trạng thái Reply, những tag ở khe khác vẫn ở trạng thái Arbitrate. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 48
  49. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Query Adjust: thay đổi tổng số khe trong một chu kỳ kiểm tag. Nó cũng có thể thêm, bớt một khe trong tổng số khe hoặc giữ nguyên. Tag phát sinh số ngẫu nhiên và chọn khe ngẫu nhiên từ phạm vi mới này. Tag chọn khe zero vào trạng thái Reply, tag chọn các khe khác vẫn ở trạng thái Arbitrate. - QueryRep: khi reader phát QueryRep, tag giảm bộ đếm khe đi một. Nếu bộ đếm về zero tag sẽ vào trạng thái Reply, nếu không tag vẫn ở trạng thái Arbitrate. - ACK: Reader đáp ứng tag bằng ACK, gửi giá trị 16 bit đến tag. - NAK: Reader phát NAK chiều dài 8 bit có giá trị 0xCO. Khi tag nhận NAK, nó chuyển về trạng thái Arbitrate trừ khi nó ở trạng thái Kill hoặc Ready thì tag sẽ lờ đi NAK. c – Lệnh Select : Reader có thể không kiểm tất cả các tag, lệnh Select yêu cầu tag so sánh nội dung của một bank bộ nhớ nào đó với bitmask. Nếu bitmask hợp với bộ nhớ của tag thì tag đặt cờ SL (selected flag) bằng true hoặc cờ inventoried flag (S0/S1/S2/S3) bằng một giá trị do lệnh Select chỉ định. Mỗi Select có thể đặt một trong hai giá trị: cờ select hoặc cờ inventoried. d – Lệnh Access : Lệnh access cho phép reader đổi nội dung bộ nhớ của tag, đọc bộ nhớ, khóa bank bộ nhớ, kill tag hoặc yêu cầu tag phát số ngẫu nhiên 16 bit. Reader phải nhận dạng tag để dùng một trong những lệnh access. Lệnh access truyền dữ liệu: password, ID từ reader cho tag dƣới dạng mật mã (ciphertext) sử dụng một cover code (nhƣ bitmask). Chuẩn Gen2 đòi hỏi cả tag và reader phải hỗ trợ các lệnh access sau đây: - Req_RN: yêu cầu một số ngẫu nhiên do tag phát. - Read: đọc dữ liệu từ một bank bộ nhớ của tag. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 49
  50. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Write: ghi dữ liệu vào một bank bộ nhớ của tag. Reader phát lệnh Req_RN trƣớc mỗi lần ghi. Tag đáp ứng bằng một số ngẫu nhiên 16 bit, sau đó reader dùng cover code để bảo vệ dữ liệu 16 bit đƣợc gửi trong lệnh Write. Đối với chuỗi dữ liệu dài hơn thì Req_RN-Write đƣợc lặp lại nhiều lần. - Kill: làm mất khả năng hoạt động của tag. Lệnh này giống lệnh Write là đầu tiên reader yêu cầu tag phát một số ngẫu nhiên 16 bit, nó dùng cover code cho 16 bit đầu tiên của kill password. Việc này lại đƣợc lặp lại đối với 16 bit thứ hai. Khi lệnh này hoàn tất tag sẽ không bao giờ đáp ứng lệnh nào khác. Tuy nhiên, nếu kill password của tag bằng zero thì tag không bị kill và sẽ lờ đi lệnh này. - Lock: đặt quyền đọc/ghi cho các bank bộ nhớ hoặc các password cụ thể. Đây có thể là “permalock” (khóa cố định), không thể thay đổi quyền lại đƣợc. - Access (optional): nếu tag có password khác 0 thì reader có thể dùng lệnh Access đặt tag ở trạng thái Open sang trạng thái Secured. Nếu tag đã Secured thì nó vẫn Secured. Do lệnh có chứa password nên nó đƣợc phát hai lần có cover code nghĩa là reader phát lệnh Req_RN, cung cấp cover code, dùng nó cho nửa đầu của password và lặp lại việc này cho nửa cuối của password. - BlockWrite (optional): giống lệnh Write nhƣng có thể ghi nhiều khối 16 bit một lần mà không có cover code. Vì vậy lệnh này không cần lặp lại từng khối, cũng không cần đến lệnh Req_RN trƣớc. - BlockErase (optional): cho phép reader xóa nhiều khối từ một bank bộ nhớ của tag. Lệnh này đƣợc bảo vệ bằng CRC-16. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 50
  51. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID e – Trạng thái Tag : - Ready: tag chờ khi hiện tại nó không đƣợc kiểm kê. - Arbitrate: tag chờ khi nó là một phần của bảng kiểm kê. - Reply: tag ở trạng thái Reply nó sẽ phát số ngẫu nhiên 16 bit gửi cho reader. Nếu nó nhận lại ACK thì nó vào trạng thái Acknowledged, nếu không nó sẽ trở về trạng thái Arbitrate. - Acknowledged: tag đi vào bất kỳ trạng thái nào ngoại trừ Killed. - Open: tag có nonzero password sẽ vào trạng thái này khi nó ở trạng thái Acknowledged và nhận lệnh Req_RN từ reader. Tag có thể đi vào bất kỳ trạng thái nào ngoại trừ Acknowledged. - Secured: tag có password zero sẽ vào trạng thái này khi nó nhận Req_RN khi đang ở trạng thái Acknowledged, tag có nonzero password sẽ vào trạng thái này từ trạng thái Open khi nó nhận lệnh Access. Tag có thể vào bất kỳ trạng thái nào ngoại trừ Open hoặc Acknowledged. - Killed: khi tag vào trạng thái Killed, nó sẽ gửi đáp ứng thành công cho reader, sau đó nó mất khả năng hoạt động vĩnh viễn, nó sẽ không bao giờ đáp ứng lệnh nào từ reader đƣợc nữa. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 51
  52. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Chƣơng 3: BỘ ĐỌC (READER) Reader RFID đƣợc gọi là vật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị đọc và ghi dữ liệu lên tag RFID tƣơng thích. Hoạt động ghi dữ liệu lên tag bằng reader đƣợc gọi là tạo tag. Quá trình tạo tag và kết hợp tag với một đối tƣợng đƣợc gọi là đƣa tag vào hoạt động (commissioning the tag). Decommissioning tag có nghĩa là tách tag ra khỏi đối tƣợng đƣợc gắn tag và tùy ý làm mất hiệu lực hoạt động của tag. Thời gian mà reader có thể phát năng lƣợng RF để đọc tag đƣợc gọi là chu kỳ làm việc của reader. Reader là hệ thần kinh trung ƣơng của toàn hệ thống phần cứng RFID thiết lập việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhất của bất kỳ thực thể nào muốn liên kết với thực thể phần cứng này. Tag thụ động (passive tag) đƣợc kích thích nguồn năng lƣợng bằng quá trình truyền sóng radio và bộ phận thu sẽ lắng nghe quá trình truyền này. Các tag tích cực cũng cần có giao tiếp với bộ phận thu đƣợc gắn vào hệ thống. Trong quy trình RFID, điểm cuối của thiết bị truyền/hệ thống đƣợc gọi là bộ đọc (reader). Reader đƣợc đặt giữa tag và bộ lọc sự kiện (event filter) trong một hệ thống RFID. Reader đóng vai trò giao tiếp với tag, tạo ra các sự kiện mức năng lƣợng thấp từ quá trình đọc và gởi những sự kiện này đến bộ lọc sự kiện. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 52
  53. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 3.1 CẤU TRÚC VẬT LÍ VÀ LOGIC CỦA BỘ ĐỌC : 3.1.1 Các thành phần vật lí của Reader : Một reader có các thành phần chính sau : Hình 3.1 : Các thành phần của một reader. 1. Máy phát : (Transmitter) Máy phát của reader truyền nguồn AC và chu kỳ xung đồng hồ qua anten của nó đến tag trong phạm vi đọc cho phép. Đây là một phần của máy thu phát, thành phần chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của reader đến môi trƣờng xung quanh và nhận lại đáp ứng của tag qua anten của reader. Anten của reader đƣợc kết nối với thành phần thu phát của nó. Anten của reader có thể đƣợc gắn với mỗi cổng anten. Hiện tại thì một số reader có thể hỗ trợ đến 4 cổng anten. 2. Máy thu : (Receiver) Thành phần này cũng là một phần của máy thu phát. Nó nhận tín hiệu tƣơng tự từ tag qua anten của reader. Sau đó nó gởi những tín hiệu này cho vi mạch của reader, tại nơi này nó đƣợc chuyển thành tín hiệu số tƣơng đƣơng (có nghĩa là dữ liệu mà tag đã truyền cho reader đƣợc biểu diễn ở dạng số). Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 53
  54. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 3. Vi mạch : (Microprocessor) Thành phần này chịu trách nhiệm cung cấp giao thức cho reader để nó truyền thông với tag tƣơng thích với nó. Nó thực hiện việc giải mã và kiểm tra lỗi tín hiệu tƣơng tự nhận từ máy thu. Thêm nữa là vi mạch có thể chứa luận lý để thực hiện việc lọc và xử lý dữ liệu đọc đƣợc từ tag. 4. Bộ nhớ : Bộ nhớ dùng lƣu trữ dữ liệu nhƣ các tham số cấu hình reader và một bản kê khai các lần đọc tag. Vì vậy nếu việc kết nối giữa reader và hệ thống mạch điều khiển/phần mềm bị hỏng thì tất cả dữ liệu tag đã đƣợc đọc không bị mất. Tuy nhiên, dung lƣợng của bộ nhớ sẽ giới hạn số lƣợng tag đọc đƣợc trong một khoảng thời gian. Nếu trong quá trình đọc mà việc kết nối bị hỏng thì một phần dữ liệu đã lƣu sẽ bị mất (có nghĩa là bị ghi đè bởi các tag khác đƣợc đọc sau đó). 5. Kênh vào/ra đối với các cảm biến, cơ cấu chấp hành, bảng tín hiệu điện báo bên ngoài : Các reader không cần bật suốt. Các tag có thể chỉ xuất hiện lúc nào đó và rời khỏi reader mãi mãi cho nên việc bật reader suốt sẽ gây lãng phí năng lƣợng. Thêm nữa là giới hạn vừa đề cập ở trên cũng ảnh hƣởng đến chu kỳ làm việc của reader. Thành phần này cung cấp một cơ chế bật và tắt reader tùy thuộc vào các sự kiện bên ngoài. Có một số loại cảm biến nhƣ cảm biến về ánh sáng hoặc chuyển động để phát hiện các đối tƣợng đƣợc gắn tag trong phạm vi đọc của reader. Cảm biến này cho phép reader bật lên để đọc tag. Thành phần cảm biến này cũng cho phép reader xuất tín hiệu điều khiển 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 chấp hành (ví dụ mở hoặc đóng van an toàn, di chuyển một cánh tay robot, v.v ). Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 54
  55. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 6. Mạch điều khiển : (có thể nó đƣợc đặt ở bên ngoài) Mạch điều khiển là một thực thể cho phép thành phần bên ngoài là con ngƣời hoặc chƣơng trình máy tính giao tiếp, điều khiển các chức năng của reader, điều khiển bảng tín hiệu điện báo và cơ cấu chấp hành kết hợp với reader này. Thƣờng thì các nhà sản xuất hợp nhất thành phần này vào reader (nhƣ phần mềm hệ thống (firmware) chẳng hạn). Tuy nhiên, có thể đóng gói nó thành một thành phần phần cứng/phần mềm riêng phải mua chung với reader. 7. Mạch truyền thông : Thành phần giao diện truyền thông cung cấp các lệnh truyền đến reader, nó cho phép tƣơng tác với các thành phần bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền dữ liệu của nó, nhận lệnh và gửi lại đáp ứng. Thành phần giao diện này cũng có thể xem là một phần của mạch điều khiển hoặc là phƣơng tiện truyền giữa mạch điều khiển và các thực thể bên ngoài. Thực thể này có những đặc điểm quan trọng cần xem nó nhƣ một thành phần độc lập. Reader có thể có một giao diện tuần tự. Giao diện tuần tự là loại giao diện phổ biến nhất nhƣng các reader thế hệ sau sẽ đƣợc phát triển giao diện mạng thành một tính năng chuẩn. Các reader phức tạp có các tính năng nhƣ tự phát hiện bằng chƣơng trình ứng dụng, có gắn các Web server cho phép reader nhận lệnh và trình bày kết quả dùng một trình duyệt Web chuẩn v.v 8. Nguồn năng lƣợng : Thành phần này cung cấp nguồn năng lƣợng cho các thành phần của reader. Nguồn năng lƣợng đƣợc cung cấp cho các thành phần này qua một dây dẫn điện đƣợc kết nối với một ngõ ra bên ngoài thích hợp. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 55
  56. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 3.1.2 Các thành phần logic của Reader : Hình 3.2 : Các thành phần logic của một reader. 1.Reader API : Mỗi reader thực hiện một giao diện lập trình ứng dụng (API) cho phép các ứng dụng khác để yêu cầu kiểm tra tag, kiểm soát tình trạng của reader hoặc kiểm soát thiết lập cấu hình nhƣ mức năng lƣợng, thời gian hiện hành. Thành phần này đề cập đến việc tạo ra mẫu tin để gởi đến hệ thống RFID và phân tích mẫu tin nhận từ hệ thống. API có thể đồng bộ hoặc không đồng bộ. 2.Giao tiếp : Hệ thống giao tiếp sẽ điều khiển việc truyền thông của bất cứ giao thức reader nào dùng để giao tiếp với phần mềm trung gian (middleware). Đây là bộ phận có thể thực thi Bluetooth, Ethernet hoặc các giao thức cá nhân cho quá trình nhận và gởi tin đến API. 3.Quản lí sự kiện : Khi reader nhận ra tag ta gọi là giám sát. Khi một giám sát khác với các giám sát trƣớc đó gọi là sự kiện. Phân biệt các sự kiện gọi là loại sự kiện. Hệ thống phụ quản lí sự kiện là xác định kiểu giám sát để xét đến sự kiện xem có cần gửi ngay sự kiện này đến các ứng dụng bên ngoài của hệ thống. Với reader thông minh, chúng ta có thể ứng dụng vào các xử lý phức tạp ở mức này để tạo ra lƣu thông hệ thống. Về bản chất một vài phần thiết bị quản lý sự Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 56
  57. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID kiện của middleware tự di chuyển và kết hợp với thành phần quản lý sự kiện của reader. 4.Anten phụ hệ thống : Anten phụ bao gồm giao diện và logic giúp reader RFID giao tiếp với tag RFID và điều khiển các anten vật lý. 3.2 PHÂN LOẠI REDER : 3.2.1 Phân loại theo giao diện của Reader : 3.2.1.1 Reader nối tiếp : Serial reader sử dụng liên kết nối tiếp để truyền trong một ứng dụng. Reader kết nối đến cổng nối tiếp của máy tính dùng kết nối RS-232 hoặc RS- 485. Cả hai loại kết nối này đều có giới hạn về chiều dài cáp sử dụng kết nối reader với máy tính. RS-485 cho phép cáp dài hơn RS-232. Ƣu điểm của serial reader là có độ tin cậy hơn network reader. Vì vậy sử dụng reader loại này đƣợc khuyến khích nhằm làm tối thiểu sự phụ thuộc vào một kênh truyền. Nhƣợc điểm của serial reader là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sử dụng để kết nối một reader với một máy tính. Thêm nữa là thƣờng thì trên một máy chủ thì số cổng nối tiếp bị hạn chế, có thể phải cần nhiều máy chủ (nhiều hơn số máy chủ đối với các network reader) để kết nối tất cả các serial reader. Một vấn đề nữa là việc bảo dƣỡng nếu phần mềm hệ thống cần đƣợc cập nhật chẳng hạn, nhân viên bảo dƣỡng phải xử lý mỗi reader. Tốc độ truyền dữ liệu nối tiếp thƣờng thấp hơn tốc độ truyền dữ liệu mạng. Những nhân tố này dẫn đến chi phí bảo dƣỡng cao hơn và thời gian chết đáng kể. 3.2.1.2 Reader hệ thống : Netword reader kết nối với máy tính sử dụng cả mạng có dây và không dây. Thực tế, reader hoạt động nhƣ thiết bị mạng. Tuy nhiên, chức năng giám sát SNMP (Simple Network Management Protocol) chỉ sẵn có đối với một vài Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 57
  58. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID loại network reader. Vì vậy, đa số reader loại này không thể đƣợc giám sát nhƣ các thiết bị mạng chuẩn. Ƣu điểm của network reader là không phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết nối reader với máy tính. Sử dụng ít máy chủ hơn so với serial reader. Thêm nữa là phần mềm hệ thống của reader có thể đƣợc cập nhật từ xa qua mạng. Do đó có thể giảm nhẹ khâu bảo dƣỡng và chi phí sở hữu hệ thống RFID loại này sẽ thấp hơn. Nhƣợc điểm của network reader là việc truyền không đáng tin cậy bằng serial reader. Khi việc truyền bị rớt, chƣơng trình phụ trợ không thể đƣợc xử lý. Vì vậy hệ thống RFID có thể ngừng lại hoàn toàn. Nói chung, reader có bộ nhớ trong lƣu trữ các lần đọc tag. Chức năng này có thể làm cho việc chết mạng trong thời gian ngắn đỡ hơn một ít. 3.2.2 Phân loại dựa trên tính chuyển động của Reader : 3.2.2.1 Reader cố định : Loại này đƣợc lắp trên tƣờng, trên cổng hoặc vài nơi thích hợp nằm trong phạm vi đọc. Những nơi lắp đặt là chỗ cố định. Chẳng hạn, có một số reader cố định đƣợc gắn trên thang máy, hoặc bên trong xe chở hàng. Trái ngƣợc với tag, reader không chịu đƣợc môi trƣờng khắc nghiệt. Vì vậy, nếu đặt reader ngoài cửa hoặc ở những đối tƣợng chuyển động, phải gắn đúng cách. Reader cố định thƣờng cần anten bên ngoài để đọc tag. Reader có thể cung cấp đến 4 cổng anten bên ngoài. Chi phí cho reader cố định thƣờng ít hơn reader cầm tay. Reader cố định là loại phổ biến nhất hiện nay. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 58
  59. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình3.3 : Reader mạng cố định UHF của Alien Technology. Hình 3.4 :Reader mạng có dây/không dây UHF thấp (303.8 MHz) của RFCode, Inc. Loại reader cố định đƣợc gọi là máy in RFID có thể in một mã vạch và tạo một tag RFID trên smart label (thẻ thông minh) trong quá trình hợp nhất. Smart label bao gồm một nhãn mã vạch có một tag RFID đƣợc gắn vào nó. Các loại thông tin khác nhƣ địa chỉ ngƣời gửi, ngƣời nhận, thông tin sản phẩm và chữ cũng có thể đƣợc in lên trên nhãn. Máy in RFID đọc tag smart label đã đƣợc ghi để xác nhận quá trình ghi là hợp lệ. Nếu việc xác nhận này thất bại thì máy in loại bỏ smart label đã đƣợc in. Thiết bị này tránh tình trạng tạo một tag RFID mà nơi đó mã vạch đang đƣợc sử dụng. Ngày nay, một công ty đang sử dụng mã vạch có thể sử dụng máy in RFID nhƣ bƣớc đầu chấp nhận kỹ thuật RFID. Thông tin mã vạch cung cấp một nhận dạng human-readable về đối tƣợng đƣợc gắn tag. Các hệ thống hiện tại cũng có thể tiếp tục sử dụng dữ liệu mã vạch nhƣ thế với một số thay đổi hoặc không thay đổi. Phạm vi của Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 59
  60. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID nhãn có thể cung cấp ID tag đƣợc gắn vào nó ở hình thức human-readable. Tag RFID có thể cung cấp khả năng object-level Auto-ID (tự động xác định mức đối tƣợng) và những lợi ích khác. Hình 3.5 : RFID smart label của Zebra Technologies. Hình3.6 : Máy in RFID của Zebra Technologies. RFID cố định có thể hoạt động ở hai chế độ sau : - Tự trị (antonomous). - Tƣơng tác (interactive). 3.2.2.2 Reader cầm tay : Reader cầm tay là dạng reader di động, thƣờng có anten bên trong. Mặc dù những reader này đắt nhất (và ít có) nhƣng những cải tiến hiện nay trong kỹ thuật reader cho phép các reader cầm tay phức tạp có giá thấp hơn. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 60
  61. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình 3.7 : Reader cầm tay UHF của Intermec Corporation. 3.3 CÁCH BỐ TRÍ (LAYOUT) READER VÀ ANTEN : 3.3.1 Cổng ra vào :(Portals) RFID ở cửa ra vào đƣợc thiết kế để nhận dạng tag vào hoặc rời khỏi cửa. Hệ thống này thƣờng đƣợc lắp đặt ở nhà kho, nơi mà sản phẩm thƣờng xuất nhập kho. Hệ thống RFID này còn rất hữu ích cho những sản phẩm thƣờng di chuyển giữa các khu vực của nhà máy tại đó sản phẩm mang tag thƣờng di chuyển qua các cửa. Hệ thống RFID này còn đƣợc dùng cho các ứng dụng lƣu động, bộ đọc và anten thƣờng đƣợc xây dựng trong các khung, trên bánh xe chúng ta có thể đẩy vào trong xe tải hoặc xuống các lối đi. Hình 3.8 : Một ứng dụng RFID cho cổng ra vào. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 61
  62. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 3.3.2 Đƣờng hầm : (Tunnel) Tunnel là một hàng rào nằm bên trên dây chuyền sản xuất tại đó lắp vào anten và reader. Một tunnel giống nhƣ một cửa ra vào kiểu nhỏ có thuận lợi là một tunnel cũng bao gồm phần chắn RF để hấp thụ bức xạ hoặc định hƣớng năng lƣợng RF sai gây cản trở cho reader và anten gần đó. Ứng dụng này thích hợp cho các dây chuyền lắp ráp và dây chuyền đóng gói, reader sẽ xác định những sản phẩm di chuyển trên băng tải. Hình 3.9 : Một tunnel. 3.3.3 Thiết bị cầm tay : (Handhelds) Một thiết bị cầm tay có sẵn anten, bộ điều khiển cho phép ngƣời dùng quét các sản phẩm gắn tag trong các trƣờng hợp không thể di chuyển sản phẩm tới reader. Việc dùng reader RFID cầm tay tƣơng tự nhƣ reader bar code cầm tay. Do đó, nhiều reader RFID cầm tay cũng có thể đọc bar code và sản xuất từ cùng nhà sản xuất chế tạo ra các reader bar code. Reader này còn có thể giao tiếp bằng Ethernet không dây, modem RF. Reader bằng tay này có thể kết nối với cổng bàn phím hoặc cổng USB trên máy tính cá nhân. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 62
  63. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình 3.10: Bộ đọc RFID cầm tay. 3.3.4 Kệ thông minh : Kệ thông minh là những kệ kết hợp với những anten để reader nhận ra việc xuất hiện và lấy đi các sản phẩn từ kệ, hoặc đọc tất cả sản phẩm từ kệ theo yêu cầu. Khả năng này cho phép kiểm kê tất cả các sản phẩm trong kho theo thời gian. Hệ thống không chỉ đếm lƣợng sản phẩm trong kho mà còn quản lý những thông tin dữ liệu ID của sản phẩm ví dụ nhƣ thời hạn sử dụng và báo cho ngƣời quản lý về các sản phẩm đã hết hạn. Hình 3.11 : Hệ thống kệ thông minh. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 63
  64. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID 3.4 ANTEN CỦA READER : 3.4.1 Giới thiệu : Reader truyền thông với tag thông qua anten của reader, là một thiết bị riêng mà nó đƣợc gắn vào reader tại một trong những cổng anten của nó bằng cáp. Chiều dài cáp thƣờng giới hạn trong khoảng 6-25 feet. Tuy nhiên, giới hạn này có thể khác nhau. Nhƣ đã đề cập ở trên, một reader có thể hỗ trợ đến 4 anten nghĩa là có 4 cổng anten. Anten của reader cũng đƣợc gọi là phần tử kết nối của reader vì nó tạo một trƣờng điện từ để kết nối với tag. Anten phát tán tín hiệu RF của máy phát reader xung quanh và nhận đáp ứng của tag. Vì vậy vị trí của anten chủ yếu là làm sao cho việc đọc chính xác (mặc dù reader phải đƣợc đặt hơi gần anten vì chiều dài cáp của anten bị hạn chế). Thêm nữa là một số reader cố định có thể có anten bên trong. Vì vậy trong trƣờng hợp này vị trí của anten đối với reader bằng 0. Nói chung anten của RFID reader có hình dạng hộp vuông hoặc chữ nhật. Hình 3.12 : Anten phân cực Circular UHF của Alien Technology. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 64
  65. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình 3.13: Anten phân cực Linear UHF của Alien Technology. 3.4.2 Phạm vi đọc : Dấu vết anten (Antenna Footprint) của reader xác định phạm vi đọc (đƣợc gọi là read window) của một reader. Nói chung, dấu vết anten cũng đƣợc gọi là mô hình anten, có 3 miền kích thƣớc có hình dáng gần giống hình elip hoặc hình cầu nhô ra trƣớc anten. Trong miền này, năng lƣợng của anten tồn tại, vì vậy reader có thể đọc tag đặt trong miền này dễ dàng. Hình 3.14 : Mô hình anten đơn giản. Trên thực tế thì do đặc tính của anten, dấu vết của anten không có hình dáng ổn định nhƣ một hình elip mà luôn méo mó, có chỗ nhô ra. Mỗi chỗ nhô ra bị bao quanh bởi miền chết, miền chết này đƣợc gọi là null. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 65
  66. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình 3.15 : Mô hình anten méo, nhô. Sự phản xạ tín hiệu anten của reader trên đối tƣợng chắn sóng RF gây ra multipath. Trong trƣờng hợp này, sóng RF bị phản xạ rải rác có thể tới anten của reader không đồng thời theo những hƣớng khác nhau. Một số sóng đến có thể cùng pha (nghĩa là hợp với mô hình sóng của tín hiệu anten gốc). Trong trƣờng hợp này, tín hiệu anten gốc tăng khi các sóng này áp đặt với các sóng gốc làm tăng méo dạng. Hiện tƣợng này đƣợc gọi là nhiễu có xây dựng. Một số sóng có thể đến ngƣợc pha nhau (nghĩa là ngƣợc lại với mô hình sóng anten gốc). Trong trƣờng hợp này tín hiệu anten gốc bị hủy khi hai dạng sóng này áp đặt vào nhau. Hiện tƣợng này đƣợc gọi là nhiễu tiêu cực. Kết quả là null. Hình3.16 : Mô hình Multipath. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 66
  67. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Tag đƣợc đặt tại một trong những miền nhô ra đó sẽ đƣợc đọc còn nếu tag di chuyển sao cho nó nằm trong miền chết bao quanh thì không thể đọc tag đƣợc nữa. Chẳng hạn đặt tag xa reader thì không thể đọc tag nhƣng khi di chuyển (cùng hƣớng) lại reader thì có thể đọc đƣợc tag, tuy nhiên nếu tag này di chuyển hƣớng khác thì không đọc đƣợc nó. Vì vậy việc đọc tag gần miền nhô ra không đáng tin cậy. Khi đặt anten quanh phạm vi đọc, làm sao để không phụ thuộc vào miền nhô ra để tăng tối đa khoảng cách đọc là điều quan trọng. Chiến lƣợc tối ƣu nhất là đặt bên trong miền có hình elip dù có nghĩa là bỏ qua một vài feet phạm vi đọc, nhƣng an toàn vẫn hơn. Điều quan trọng là xác định dấu vết của anten, dấu vết anten xác định những nơi mà có thể hoặc không thể đọc tag. Nhà sản xuất có thể quy định dấu vết anten nhƣ một đặc điểm kỹ thuật của anten. Tuy nhiên, nên sử dụng thông tin nhƣ một nguyên tắc chỉ đạo, vì trên thực tế dấu vết sẽ khác tùy môi trƣờng hoạt động. Có thể sử dụng kỹ thuật hoàn toàn chính xác nhƣ phân tích tín hiệu để vạch ra dấu vết anten. Phân tích tín hiệu là đo tín hiệu từ tag, sử dụng thiết bị nhƣ máy phân tích phổ hoặc máy phân tích mạng lƣới truyền thanh ở những điều kiện khác nhau (chẳng hạn trong không gian không có ràng buộc, những hƣớng tag khác nhau và trên những vật liệu dẫn hoặc vật liệu hút thu). Nhờ vào việc phân tích cƣờng độ tín hiệu có thể xác định chính xác dấu vết anten. 3.5 NHỮNG THÀNH PHẦN CỦA MỘT GIAO THỨC READER : 3.5.1 Giới thiệu một số thuật ngữ : - Alert (báo động): là một thông điệp từ reader gửi đến máy chủ cho biết tình trạng của reader thay đổi hoặc chứa thông tin mới nhất về sức khỏe của reader. - Command (lệnh): là một thông điệp từ máy chủ đến reader gây ra sự thay đổi trạng thái reader hoặc phản ứng của reader. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 67
  68. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Host (máy chủ): là một thành phần middleware hoặc ứng dụng liên lạc với các reader. - Observation (sự theo dõi): là một mẫu tin gồm một số giá trị ở một nơi hoặc một thời điểm nào đó, chẳng hạn nhiệt độ bên trong thiết bị làm lạnh tại một thời điểm nào đó hoặc sự xuất hiện của tag 42 tại cửa số 5 vào lúc 16:22:32 vào 23 tháng 7 năm 2005. - Reader: là một cảm biến liên lạc với các tag để theo dõi các nhận dạng rồi sau đó liên lạc những theo dõi này với máy chủ. - Transport (vận chuyển): là một cơ chế liên lạc đƣợc dùng bởi reader và máy chủ. - Trigger: Trigger là một số tiêu chuẩn, chẳng hạn nhƣ thời điểm trong ngày sẽ gây ra một số hoạt động. Ví dụ một trigger đọc có tính giờ, cứ mỗi 12 phút thì một reader sẽ đọc các tag nào có mặt ở đó. Với những thuật ngữ đƣợc mô tả, ta có thể định nghĩa giao thức reader là một bộ luật chính thức xác định phƣơng thức mà một hoặc nhiều máy chủ và một hoặc nhiều reader có thể truyền các command, observation, alert qua một transport. Bất kỳ giao thức reader nào cũng phải giải quyết ba kiểu truyền chính: các command từ máy chủ đến reader, các observation từ reader đến máy chủ và các alert từ reader đến máy chủ. Hình sau trình bày phƣơng thức thông tin xuất phát. Hình3.17 : Dòng thông tin trong hệ thống RFID. Mặc dù sơ đồ này chỉ trình bày một reader và một máy chủ nhƣng về mặt lý thuyết thì tổng số reader bất kỳ có thể liên lạc với tổng số máy chủ bất Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 68
  69. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID kỳ. Các giao thức reader hiện hành và đề xuất hƣớng tới việc giới hạn tổng số máy chủ mà một reader có thể liên lạc vì lợi ích của hiệu suất mạng đang thực thi giao thức đó. Tuy nhiên, máy chủ có thể liên lạc với tổng số reader bất kỳ bằng các giao thức này. 3.5.2 Các lệnh : Một máy chủ gửi các lệnh đến một reader để gây ra một vài phản ứng từ reader hoặc để thay đổi trạng thái của reader theo một số phƣơng thức. Ta có thể chia các lệnh mà máy chủ gửi đến reader thành ba loại: - Lệnh cấu hình: Những lệnh này để cài đặt và cấu hình reader. - Lệnh theo dõi: Những lệnh này để reader đọc, ghi hoặc sửa đổi thông tin tag ngay tức khắc. - Lệnh trigger: Những lệnh này thiết lập các trigger cho các sự kiện nhƣ đọc hoặc thông báo. 3.5.3 Thông báo : Mỗi khi một reader theo dõi hoặc phát một alert thì nó phải truyền thông báo liên quan đến những sự theo dõi hoặc alert này đến máy chủ. Sự liên lạc có thể đƣợc khởi tạo bởi reader (truyền bất đồng bộ) hoặc qua lệnh request từ máy chủ (truyền đồng bộ). 3.5.3.1 Bất đồng bộ : Với cách tiếp cận bất đồng bộ, reader báo cho máy chủ biết có một sự theo dõi hoặc alert ngay tức thì hoặc khi có một trigger xảy ra làm cho reader gửi thông báo nào đó. Hình3.18 : Thông báo bất đồng bộ. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 69
  70. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Phƣơng pháp này có thể là phƣơng pháp có hiệu quả đối với việc gửi các thông báo từ nhiều reader đến một máy chủ. Khía cạnh phức tạp của cách tiếp cận này là xác định cách thức điều khiển một máy chủ khi nó bị thất bại (fail). Nó phụ thuộc vào quá trình vậ chuyển (transport) và điều này có thể đƣợc xử lý bằng kỹ thuật cân bằng tải. 3.5.3.2 Đồng bộ : Đối với việc truyền đồng bộ, máy chủ gửi một lệnh cho reader và yêu cầu có sự theo dõi ngay hoặc một báo cáo về sự theo dõi hoặc alert nào đó. Reader trả lời bằng một danh sách thông tin đã yêu cầu. Tiến trình thực hiện các yêu cầu lặp đi lặp lại từ máy chủ đƣợc gọi là “polling” reader. Hình 3.19 : Thông báo đạt đƣợc đồng bộ Polling. Polling dễ đƣợc thực thi, cho phép các máy chủ fail nhƣng cách tiếp cận này áp đặt chu kỳ CPU thêm vào máy chủ, reader và đòi hỏi sử dụng transport nhiều hơn, yêu cầu các thông báo sẽ thƣờng trả về một danh sách rỗng, trong khi cách tiếp cận bất đồng bộ thì việc liên lạc thƣờng chỉ xảy ra khi thông tin mới sẵn có. Chú ý: Một số cách tiếp cận bất đồng bộ gồm có tính năng “keepalive” mà một thông báo rỗng từ reader đến máy chủ vào khoảng thời gian đã thiết lập cho thấy reader vẫn hoạt động dù không có sự theo dõi hoặc alert nào xảy ra. 3.6 CÁC GIAO THỨC CỦA ĐẠI LÍ CUNG CẤP : 3.6.1 Alien : Công nghệ của Alien sử dụng các thuật ngữ chế độ tƣơng tác (Interactive mode) và chế độ tự trị (Autonomous mode) đối với hai kiểu Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 70
  71. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID truyền đồng bộ và bất đồng bộ, nhƣng các bƣớc tƣơng ứng đƣợc thực thi bởi reader và máy chủ thì tƣơng tự nhau. Reader của Alien nhận các lệnh qua một cổng serial hoặc qua phiên telnet bằng giao thức TCP. Một số lệnh cấu hình cũng có thể đƣợc cung cấp qua giao diện web bằng các lệnh GET và POST HTTP (đƣợc thực thi nhƣ một web GUI). Alien hỗ trợ các thông báo về sự theo dõi hoặc alert bằng email (qua giao thức SMTP) qua một TCP socket hoặc qua cổng serial sử dụng một vài định dạng có thể cấu hình thông tin. Ta sử dụng một định dạng XML để trình bày một thông báo TCP socket. Máy chủ lắng nghe socket. Reader nối socket này, gửi một thông báo nhƣ sau đến cổng đó một XML text và sau đó đóng socket. Tuy nhiên, việc ghi một thực thi middleware hoàn chỉnh sẽ gặp nhiều thử thách khi ta xét đến nhu cầu giám sát và quản lý reader, cấu hình các reader thay thế và push phần mềm cập nhật reader. Alien cung cấp một bảng điều khiển quản lý các reader của nó nhƣng không thể quản lý các reader. 3.6.2 Symbol : Công nghệ AR-400 của Symbol nhận các lệnh XML qua HTTP hoặc qua TCP socket hoặc qua cổng serial, nó cũng hỗ trợ giao thức chuỗi byte của vendor cụ thể qua kết nối TCP hoặc serial. Các thông báo có thể đƣợc cấu hình đồng bộ mà Symbol gọi là “Query mode” hoặc bất đồng bộ gọi là “Publish/Subscribe mode” trong tài liệu. AR-400 hỗ trợ SNMP cho các alert và cấu hình và có thể nhận cấu hình XML hoặc các lệnh chuỗi byte. Nó hỗ trợ các transport Ethernet và serial. AR-400 có một server HTTP gắn kèm cung cấp bàn phím quản lý bộ đọc. Để có thông báo, đầu tiên ta đặt liên kết Host Notification vào trang Event Notification Preference của bàn phím (console) theo trang URL sau: Reader mong rằng servlet hoặc CGI script ở trang URL này sẽ nhận đối số oper, mà nó có thể test hoặc notify. Máy chủ của ta đang chạy web server và hỗ trợ các CGI script vì vậy khi reader thực hiện yêu cầu HTTP GET sau đây: Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 71
  72. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID thì giao thức đòi hỏi tập lệnh máy chủ trả lời đáp ứng HTTP chỉ những nội dung sau: Để cho biết có một sự kiện đã xảy ra, reader thực hiện một yêu cầu nhƣ sau: gi?oper=notify Trong trƣờng hợp này, máy chủ cần trả lời lại nhƣ sau: và thực hiện yêu cầu một danh sách sự kiện ở trang: er=queryEvents Danh sách trả về sẽ chứa tất cả các theo dõi do reader phát sinh từ lúc truy vấn sự kiện cuối cùng từ máy chủ. Danh sách có dạng nhƣ sau: Lƣu ý rằng dù máy chủ yêu cầu danh sách theo dõi trong cách tiếp cận đồng bộ nhƣng đây vẫn là một thông báo bất đồng bộ, bởi vì không phải polling là máy chủ chờ reader báo theo dõi đã sẵn sàng. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 72
  73. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hãy nhìn vào thông tin trả về bởi reader, ta thấy một tag XML đƣợc đặt là . Bảng các giá trị thuộc tính phân tích các thuộc tính khác nhau của . Bảng các giá trị thuộc tính Thuộc tính Giá trị Sự kiện 0 = tag mới 1 = không thấy tag 2 = phát hiện tag thay đổi 3= sự kiện THReshold id Giá trị số hex của tag Kiểu Giá trị số hex đại diện cho EPC hoặc kiểu Matrics (EPC kiểu 1 với 4 byte của General Manager và 3 byte của Object class) uid ID ngƣời dùng cho tag riêng biệt hoặc set tag Time Số giây từ Unix Epoch (0:00, JAN 1, 1970, GMT), kiểu số hex RPL Dấu phẩy biểu thị những điểm phát hiện tag (vd : 1,2) 3.7 TỔNG QUAN GIAO THỨC EPC GLOBAL: Các giao thức của các vendor (đại lý) đều có chung một mục đích nhƣng khác ở chỗ là không có client (khách hàng) nào có thể liên lạc với thẻ mà không có adapter biên dịch giao thức của mỗi vendor. EPCglobal cần đƣa ra một tiêu chuẩn mới cho các giao thức reader cho các chuẩn thẻ mới nhất. Chuẩn mới này sẽ cung cấp một tập giao thức cho tất cả các vendor thực thi và một phƣơng pháp mở rộng giao thức cho các tính năng cụ thể của từng vendor. EPCglobal định nghĩa giao thức Reader dƣới dạng 3 lớp nhƣ sau: Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 73
  74. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình 3.20 : Các lớp của giao thức reader EPCglobal. Trong đó : - MTB (Message Transport Binding): (encapsulate) các lớp Messaging và Transport và đƣa ra giao diện cho lớp Reader. - Lớp Reader: định nghĩa nội dung và định dạng của thông điệp đƣợc gửi giữa reader với máy chủ. Lớp này tƣơng đƣơng 2 lớp Presentation và Application của mô hình OSI. Giao thức cho phép lớp này dùng nhiều MTB, nhƣng thông thƣờng chỉ sử dụng một MTB. Reader chỉ có thể có một đối thoại với máy chủ. - Lớp Messaging: quản lý kết nối, bảo mật, đóng gói các lệnh của máy chủ, các đáp ứng và thông báo của reader. Việc mã hóa, xác thực hoặc quản lý phiên xảy ra ở đây. Lớp này mô tả phƣơng thức bắt đầu, kết thúc đối thoại giữa reader với máy chủ, định nghĩa dạng khung. Lớp này tƣơng đƣơng lớp Session của mô hình OSI. - Lớp Transport: là lớp thấp nhất, nó mô tả các dịch vụ từ OS hoặc phần cứng hỗ trợ mạng. Nó tƣơng ứng với các lớp Physical, Data Link, Network của mô hình OSI. 3.7.1 Lớp Reader : Gồm 4 hệ thống phụ: Read, Event, Output, Communication. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 74
  75. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Hình 3.21 : Bốn hệ thống phụ reader. 3.7.1.1 Hệ thống phụ Read : Đọc tag và cung cấp thông tin cho hệ thống phụ Event. Hình 3.22 : Các giai đoạn trong hệ thống phụ Read. Trong đó : - Source (nguồn đọc): đọc ID của tag, source có thể là một anten hoặc một nhóm anten hoặc một checkout scanner đọc mã vạch. Khi theo dõi nguồn đọc và chuyển thông tin này cho các giai đoạn tiếp theo thì giao thức cho phép hệ thống phụ Event, Output và máy chủ thực hiện các quyết định dựa trên nguồn đọc này. - Data Acquisition (thu nhận dữ liệu): điều hoà thời gian đọc. Ba tham số ảnh hƣởng việc làm này là: chu kỳ nhiệm vụ (duty cycle), số chu kỳ đọc trên một trigger, thời gian chờ đọc (read timeout). Chu kỳ nhiệm vụ xác định xem reader sẽ bắt đầu việc đọc có thƣờng hay không. Mỗi khi bắt đầu thì số chu kỳ đọc xác định reader sẽ đọc bao nhiêu lần. Thời gian chờ xác định reader sẽ chờ bao lâu trƣớc khi xác định không có tag nào có mặt. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 75
  76. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID - Read Filtering: drop hoặc “filter out” việc đọc tag không khớp với mô hình do máy chủ thiết lập. Chẳng hạn mô hình có thể nói “Trình cho tôi mọi tag có filter type 2”. - Dữ liệu rời ngăn xếp liên tục: giai đoạn Source cung cấp cho giai đoạn Data Acquisition, rồi lần lƣợt cung cấp cho giai đoạn Read Filtering. Vào cuối tiến trình này, giai đoạn Read Filtering sẽ cung cấp cho hệ thống phụ Event. Đối với hệ thống phụ Read, mỗi lần nó đọc một tag nó cứ nhƣ đang đọc tag lần đầu tiên. Hệ thống phụ này không biết sự khác nhau giữa một tag mới và một tag đã đƣợc nhận ở chu kỳ trƣớc đó, sự nhận thức đúng đắn này phải đƣợc thực hiện dây chuyền bởi hệ thống con Event. 3.7.1.2 Hệ thống phụ Event : Chuyển đọc thẻ thành sự kiện có ý nghĩa. Hình 3.23 : Giai đoạn của hệ thống phụ Event. Giai đoạn này chịu trách nhiệm áp dụng smooth filter (lọc nhẵn) dữ liệu để nhận ra sự khác biệt giữa một tag thiếu trong một vài lần đọc và một tag không có mặt lâu hơn. Hệ thống phụ Read sẽ báo cáo sự có mặt của tag mỗi khi nó đƣợc đọc. Giai đoạn Smoothing/Event Generation duy trì trạng thái theo thời gian vì vậy nó có thể so sánh việc đọc và chỉ đi tiếp sự kiện có ý nghĩa, chẳng hạn có một tag mới đến hoặc vắng tag đã đƣợc đọc trƣớc đó. Nó sàng lọc dữ liệu do hệ thống phụ Read phát sinh để có thể quản lý tốt hơn. Nó cũng kiểm tra mối liên hệ giữa nguồn và ID để phân biệt giữa tag gần nguồn A và tag đã di chuyển đến nguồn B (mà có thể anten khác đƣợc gắn vào cùng reader). Thông tin này sẵn có cho máy chủ truy vấn nhƣng điều này hiếm khi Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 76
  77. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID đựơc thực hiện. Các sự kiện do giai đoạn này phát sinh đƣợc gửi đến hệ thống phụ Output để đƣợc lọc và đặt vào các báo cáo gửi đến máy chủ. 3.7.1.3 Hệ thống phụ Output : Quyết định dữ liệu nào reader sẽ báo cáo, đệm dữ liệu và gửi báo cáo đáp ứng một trigger do máy chủ thiết lập hoặc lúc máy chủ yêu cầu trực tiếp. Hình dƣới đây trình bày các giai đoạn của hệ thống phụ Output. Hình 3.24 : Giai đoạn của hệ thống phụ Output. Trong đó : - Data Selector (lựa chọn dữ liệu): áp dụng filter do máy chủ thiết lập trƣớc đó và từ chối dữ liệu nào không phù hợp với filter đó. Giai đoạn này cũng xác định những trƣờng nào sẽ đƣợc báo cáo. Để sử dụng cơ sở dữ liệu tƣơng tự, mô hình filter thực hiện mệnh đề WHERE trong khi những lệnh khác do máy chủ phát có thể thiết lập các trƣờng tƣơng tự nhƣ việc SELECT trong truy vấn SQL. - Report Buffer (bộ đệm báo cáo): giữ vị trí cho các sự kiện chƣa đƣợc phát đến máy chủ. Các sự kiện đƣợc tập hợp thành một danh sách gọi là báo cáo. Máy chủ có thể yêu cầu các báo cáo này bằng cách poll reader, hoặc chúng đƣợc phát đến máy chủ qua kênh thông báo khi một vài trigger xảy ra. Các sự kiện luôn đƣợc xóa khỏi Report Buffer ngay khi chúng đƣợc phát đến máy chủ. Giao thức không chỉ rõ những gì sẽ xảy ra nếu reader hết năng lƣợng hoặc buffer đầy, nhƣng trong hầu hết các thực thi thì buffer sẽ mất nội dung khi năng lƣợng không còn và buffer Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 77
  78. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID là bufer FIFO hoặc ring tức là nó loại các sự kiện cũ nhất để nhận các sự kiện mới mỗi khi nó bị tràn bộ nhớ. - Trigger thông báo: xác định khi nào gửi report cho máy chủ theo trigger đã đƣợc máy chủ thiết lập trƣớc. Chẳng hạn, máy chủ yêu cầu nhận thông báo sau 2,000 mili giây. - Report: là danh sách các sự kiện với một tập các trƣờng đƣợc máy chủ cấu hình cho mỗi sự kiện. Giao thức mô tả một danh sách các trƣờng xuất hiện trong report nhƣng yêu cầu reader vendor chỉ thực thi một phần nhỏ. Đây là một trong những chi tiết sẽ đƣợc thay đổi trong tƣơng lai vì có nhiều trƣờng bắt buộc và có các trƣờng không bắt buộc mới thêm. Bảng các trƣờng report mà các reader phải hỗ trợ là cơ sở các trƣờng bắt buộc có khả năng xuất hiện trong các đặc tả giao thức tƣơng lai. Bảng các trƣờng report mà các reader phải hỗ trợ Tên Ví dụ Mô tả ReaderID urn : epc : id : giai : Một giá trị ID duy 007654321.12345 nhất do nhà sản xuất thiết lập. ReaderName Dock door three Tên đƣợc thiết lập bởi máy chủ. ReaderRole Receiving Những mô tả của Role đƣợc diễn tả bởi máy chủ. TagID 315461CE90773593FE000000 ID của tag có định dạng binary. Allsupported ReaderID, ReaderName, Tất cả các trƣờng ReaderRole, TagID, Allsupported. đƣợc hỗ trợ bởi bộ đọc. Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 78
  79. Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến RFID Bảng các trƣờng không bắt buộc quan trọng trình bày một số trƣờng không bắt buộc hữu ích nhất mà reader có thể hỗ trợ. Bảng các trƣờng không bắt buộc quan trọng Tên Ví dụ Mô tả EventTimeUTC urn:epc:id:sgtin:00012345.0 Thời gian sự kiện xuất hiện ở 54322.4208 UTC với độ chính xác mili giây (định dạng tùy thuộc MTB). TagIDasPureURI urn:epc:id:sgtin:00012345.0 Một pure identity trong kí 54322.4208 hiệu URI. TagIDasTagURI urn:epc:tag:sgtin- Một tag identity trong kí 96:2.00012345.054322.4208 hiệu URI. Trigger: giao thức reader định nghĩa một implicit trigger và hai explicit trigger. - Implicit trigger (trigger ẩn): là một yêu cầu thông tin từ máy chủ qua kênh lệnh (các kênh đã đƣợc thảo luận ở phần trƣớc “The Messaging Layer”). Có nghĩa là giai đoạn Data Acquisition sẽ thực hiện một chu kỳ đọc qua nguồn và sau đó chuyển dữ liệu qua các giai đoạn, đƣa đến giai đoạn Report Buffer để phát đến máy chủ trong một đáp ứng trên kênh lệnh. - Explicit trigger (trigger rõ ràng): Có hai loại explicit trigger:  Read trigger (trigger đọc): nó thực thi giai đoạn Data Acquisition nhƣ thực hiện lệnh READ máy chủ, nhƣng dữ liệu đƣợc đệm trong Report Buffer.  Notify trigger (trigger thông báo): gây ra report trong Report Buffer để phát đến máy chủ nhƣng không gây ra việc đọc mới nào. Máy chủ cũng có thể tạo ra việc đọc bằng cách dùng trực tiếp một lệnh IssueReadTrigger. Nó tạo ra việc đọc chứ không tạo ra thông báo. Bảng các Sinh viên: Từ Hữu Thắng - Lớp ĐT1001 79