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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
=====***=====
BÁO CÁO
Đề tài: Tổng quan công nghệ RFID ứng dụng
trong thu phí đường bộ
GVHD : TS. Bùi Đăng Thảnh

Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
Hà Nôi, 2014
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 4
CHƯƠNG 1: 5
TỔNG QUAN HỆ THỐNG RFID 5
1.1 Công nghệ RFID là gì và có ứng dụng như thế nào? 6
1.1.1 Khái niệm 6
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ RFID 6
1.1.3 Ứng dụng của công nghệ RFID 9
1.2 Công nghệ RFID ứng dụng trong thu phí đường bộ 9
1.2.1 Đặt vấn đề 9
1.2.2 Mô hình hệ thống thu phí điện tử ứng dụng công nghệ RFID 9
1.3 Cấu tạo của một hệ thống ứng dụng công nghệ RFID 10
1.3.1 Phần cứng của hệ thống ứng dụng công nghệ RFID 10
1.3.2 Tổng quan về phần mềm thu phí điện tử ETC 20
1.4 Tổng kết 31
CHƯƠNG 2: 32
HỆ THỐNG THU PHÍ ĐƯỜNG BỘ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
RFID 32
2.1 Vấn đề áp dụng công nghệ RFID trong thu phí đường bộ 33
2.1.1 Ưu điểm của công nghệ RFID 33
2.1.2 Nhược điểm của công nghệ RFID 34

2.1.3 RFID trong thu phí điên tử trên thế giới 34
2.1.4 RFID trong thu phí điện tử ở Việt Nam 35
2.2 Khối chức năng 37
2.2.1 Khối bán hàng-khách hàng 37
2.2.2 Khối thu phí địa phương 38
2.2.3 Khối quản lý hệ thống 47
2.3 Tổng kết 48
CHƯƠNG 3: 49
2
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
MỘT SỐ LĨNH VỰC KHÁC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID 49
3.1 Các lĩnh vực có ứng dụng RFID 50
3.1.1 Trong công nghiệp: 50
*Tài liệu tham khảo 54
3
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
LỜI NÓI ĐẦU

Có bao giờ bạn nghĩ sẽ đi siêu thị mà không phải xếp hang để chờ thanh
toán. Việc đi siêu thi sẽ thật dễ dàng hơn nhiều nếu ta chỉ cần vào đó, lấy những
gì mình cần và ra về, tiền vẫn sẽ trừ vào thẻ mà bạn không phải xếp hang thanh
toán thật mệt mỏi. Hay bạn có nghĩ sẽ chạy băng băng trên các đường quốc lộ
mà không phải dừng lại tại mỗi trạm thu phí nhất là khi công việc đang thúc rục
hay con đường đang chở nên đông đúc hơn , không còn dùng tiền mặt, không tốn
thời gian thì chắc chắn chặng đường của bạn sẽ “ngắn“ đi rất nhiều Nghe thì
có vẻ những điều trên ở một tương lai rất xa nhưng nó thực sự đã hiện diện và
đang ngày ngày thay đổi cuộc sống của chúng ta.
Ở đây, tôi đang nói đến một công nghệ, một bước ngoặt, giải pháp hiệu quả
cho nhiều bài toán : công nghệ nhận dạng bằng tần số vô tuyến hay công nghệ
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ cho phép đọc dữ liệu lưu

trữ trong thẻ ( tag RFID) ở phạm vi ngắn mà không cần tiếp xúc. RFID là công
nghệ nhận dạng mới nhằm bù đắp những hạn chế của hình thức nhận dạng bằng
mã vạch cũ nhờ khả năng giao tiếp nhiều với nhiều và nhận dạng qua sóng vô
tuyến thay vì quang học. Ở đè tài này ta sẽ tập trung nghiên cứu và làm rõ hệ
thống thu phí điện tử ETC có ứng dụng công nghệ RFID,một công nghệ cũ mà
mới đầy tiềm năng này…
Và đây là thành quả sau một thời gian nhiên cứu nghiêm túc cùng sự
hướng dẫn tận tình của các thầy trong ngành điều khiển và tự động hóa em đã
hoàn thành bản báo cáo đề tài “ tìm hiểu hệ thống RFID ứng dụng trong thu
phí đường bộ”. Nhưng do còn nhiều hạn chế về kiến thức và cùng là bản báo
cáo đầu tiên nên còn nhiều thiếu sót .Em rất mong nhận được sự góp ý của các
thầy để rút kinh nghiệm cho những bài báo báo sau. Cuối cùng , em rất cảm ơn
các thầy trong nhóm nghiên cứu đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo em trong suốt thời
gian nghiên cứu để hoàn thành đề tài.

4
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN HỆ THỐNG
RFID
5
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
Trong chương 1 này ta sẽ tập trung nghiên cứu một cách tổng quan về công
nghệ RFID cũng như hệ thống thu phí có ứng dụng công nghệ RFID này. Đầu
tiên ta sẽ bắt đầu từ những khái niệm cơ bản.
1.1Công nghệ RFID là gì và có ứng dụng như thế nào?
1.1.1 Khái niệm
RFID (viết tắt của từ Radio Frequency Identification) là một công nghệ
nhận dạng đối tượng bằng công nghệ sóng vô tuyến, cho phép một thiết bị đọc
thông tin chứa trong chip ở khoảng cách xa, không cần tiếp xúc trực tiếp, không

thực hiện bất kì giao tiếp vật lý nào giữa hai vật không nhìn thấy. Công nghệ này
cho ta phương pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác.
Nói thì như vậy nhưng thực tế để có được một công nghệ mang tên RFID
như ngày nay thì các nhà khoa học đã phải trải qua một chặng đường nghiên cứu
và thử nghiệm rất lâu từ những thập niên đầu của thế kỉ 20 và đến tận đến cuối
thế kí này mới hoàn chỉnh. Vậy chặng đường đó ra sao ?
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ RFID
a. Giai đoạn 1880-1960
Bảng 1: Sự kiện nổi bật về phát triển RFID giai đoạn 1880-1960
Năm Sự kiện
1880 Xuất hiện nền tảng về năng lượng điện từ
1897 Gulielmo Marconi sáng chế ra Radio
1922 Sự ra đời kỹ thuật RFID đầu tiên
1937 NRL phát triển hệ thống IFF
1950 RFID được nghiên cứu trog Labs
1958 Jack Kibly sáng chế mạch tích hợp tại Texas Instrunment
Công nghệ RFID có nguồn gốc từ năm 1897 khi Guglielmo Marconi phát
hiện ra sóng radio. RFID áp dụng các nguyên tắc vật lý cơ bản như truyền phát
radio,sóng radio một dạng năng lượng điện từ truyền và nhận dạng dữ liệu khác
nhau. Dần sau đến 1930 lịch sử phát triển RFID được bắt đầu đánh có sự chuyển
biến rõ.
Lần đầu tiên một công nghệ tương tự công nghệ RFID ra đời, đó là bộ tách
sóng IFF (Identification Friend or Foe) được phát minh năm 1937 bởi người Anh
và được quân đồng minh sử dụng trong Thế Chiến lần thứ II để nhận dạng máy
bay ta và địch. Kỹ thuật này trở thành nền tảng cho hệthống kiểm soát không lưu
6
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
thếgiới vào thập niên 50. Nhưng trong khoảng thời gian này do chi phí quá cao
và kích thước quá lớn của hệthống nên chúng chỉ được sử dụng trong quân đội,
phòng nghiên cứu và những trung tâm thương mại lớn.

Cuối thập niên 50, RFID đã trở thành nền tảng cho hệ thống không lưu thế
giới.
b. Giai đoạn 1960-1990
Bảng 2: Sự kiện nổi bật về phát triển RFID giai đoạn 1960-1990
Năm Sự kiện
1960 Xuất hiện hệ thống nhận biết điện từ EAS
1970 Những bằng sáng chế về RFID liên tục được cấp
1970-1980 Phát triển hệ thống quản lý đàn gia súc tự động bằng RFID
1987
Ứng dụng thương mại đầu tiên trong việc thu phí giao thông tại
Nauy
1989 Thu phí điện tử của hãng Dallas North Turnpike
Cuối thập niên 60 và đầu thập niên 70, bắt đầu xuất hiện những công ty giới
thiệu những ứng dụng mới cho RFID mà không quá phức tạp và đắt tiền. Ban
đầu phát triển những thiết bị giám sát điện tử (Electronic Article Surveillance-
EAS) để kiểm soát hàng (quần áo, sách,…).
Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiều người biết đến trong những thập niên
60 và 70, bắt đầu xuất hiện nhiều hơn ứng dụng và kỹ thuật này càng được hoàn
thiện, từ nhận biết trở thành nhận dạng.
Đến năm 1973, Mario Cardullo (USA) chính thức trở thành người đầu tiên
hoàn thiện công nghệ RFID.
Việc khảo sát tỉ mỉ kỹthuật radio được đem nghiên cứu và phát triển trong
các hoạt động thương mại cho đến thập niên 1960 và tiến triển rõ vào những năm
1970 bởi các công ty, học viện và chính phủ Mỹ. Bộ năng lượng Los Alamos
Nation Laboratory đã phát triển hệthống theo dõi nguyên liệu hạt nhân bằng cách
đặt thẻvào xe tải và đặt các đầu đọc tại các cổng của bộ phận bảo vệ. Đây là hệ
thống được sử dụng ngày nay trong các hệ thống trả tiền lệ phí tự động.
RFID càng phát triển vào đầu những năm 80, có những ứng dụng rộng rãi
trong việc kiểm soát xe tại Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc tại Châu Âu. Hệthống
RFID cũng được ứng dụng trong việc nghiên cứu đời sống hoang dã, các thẻ

RFID được gắn vào trong những con vật, nhờ đó có thểlần theo dấu vết của
chúng trong môi trường hoang dã.
7
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
Đến thập niên 90, khi mà tần số UHF được sử dụng và thể hiện được những ưu điểm của
mình về khoảng cách và tốc độ truyền dữ liệu thì công nghệ RFID đã đạt được những thành tựu
rực rỡ.[1]
c. Giai đoạn 1990-nay
Bảng 3: Sự kiện nổi bật về phát triển RFID từ 1990
Năm Sự kiện
1990
Hệ thống tàu lửa được trang bị RFID tại Mỹ
Thẻ UHF ra đời đã mở ra giải pháp sản xuất hàng loạt
1991 Hãng Texas Instrument thành lập TIRIS (TI_RFID)
2000 Hệ thống bán hàng Wal-Mart ứng dụng công nghệ RFID
2003
Kỹ thuật RFID được quân đội Mỹ sử dụng trong chiến tranh
IRAC
Chuẩn EPCglobal ra đời
Cuối thế kỉ 20, số lượng các ứng dụng RFID hiện đại bắt đầu mở rộng theo
hàm mũ trên phạm vi toàn cầu. Dưới đây là một vài bước tiến quan trọng góp
phần đẩy mạnh sự phát triển này.
Texas Instrument đi tiên phong ở Mỹ
Vào năm 1991, Texas Instrument đã đi tiên phong trong hệ thống RFID ở
Mỹ, công ty đã tạo ra một hệ thống xác nhận và đăng ký Texas Instrument
(TIRIS). Hệ thống TI-RFID đã trở thành nền tảng cho phát triển và thực hiện
những lớp mới của ứng dụng RFID.
Châu Âu đã bắt đầu công nghệ RFID từ rất sớm với nhiều công ty có thành
công trong lĩnh vực RFID như Texas Instrument (giới thiệu sản phẩm RFID),
EM Microelectronic-Marin công ty của The Swatch Group Ltd (đã thiết kế mạch

tích hợp),Microelectronic và Philips Semiconductors là hai nhà sản xuất lớn ở
châu Âu về lĩnh vực RFID.
Phát triển thẻ thụ động trong thập niên 90
Cách đây một vài năm các ứng dụng chủ yếu của thẻ RFID thụ động, thẻ
dần được sử dụng tần số siêu cao (UHF) làm cho khoảng cách đo dần xa ra, tốc
độ cũng được cải thiện. Vào thời điểm này EPCglobal được thành lập, EPCglobal
đã hỗ trợ hệ thống mã sản phẩm điện tử (Electronic Product Code Network EPC)
hệ thống này đã trở thành tiêu chuẩn cho xác nhận sản phẩm tự động.
Vậy ngày nay công nghệ RFID được ứng dụng ra sao?
8
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
1.1.3 Ứng dụng của công nghệ RFID
RFID được ứng dụng trong các lĩnh vực: quản lý đối tượng, nhân sự; quản
lý hàng hóa bán lẻ trong siêu thị; nghiên cứu động vật học; quản lý hàng hóa
trong xí nghiệp, kho hàng ; quản lý các phương tiện giao thông qua trạm thu
phí; lưu trữ thông tin bệnh nhân trong y khoa; làm thẻ hộ chiếu, chứng minh
nhân dân, Nhiều công ty đã và đang áp dụng RFID vào quản lý kinh doanh,
kho hàng, kiểm soát tồn kho như : Wal-mart, Boeing, Toyota, Harley
Davidson,
Còn trong thu phi và kiểm soát giao thông thì FRID đứng nghĩa là một cuộc
cách mạng. Ta sẽ cùng tìm hiểu .
1.2 Công nghệ RFID ứng dụng trong thu phí đường bộ
1.2.1 Đặt vấn đề
Xã hội ngày một phát triển , con người sẽ phải bận rộn với trăm công ngàn
việc vì vậy mà họ cần những công cụ giúp giảm bớt gánh nặng công việc với
hiệu quả cao, đó chính là máy móc tự động . Tự động tự động hoá đã suất hiên và
dần dần khẳng định được vai trò cực kì quan trọng và tính tất yếu của mình và
ngày một hiệu quả hơn cùng sự phát triển không nghừng của khoa học công
nghệ. Đặc biệt ở một vài lĩnh vực kiểm soát đối tượng số lượng lớn đòi hỏi chi
phí rất lớn về nhân lực và vật chất mà hiệu quả lại chưa cao . Nhưng với công

nghệ RFID chúng ta có thể giám sát và quản lý được công việc một cách dễ
dàng, giảm thiểu chi phí và tiết kiệm tối đa nguồn nhân lưc nhất là trong giao
thông , một vấn đề quan trọng của xã hội quan tâm vì tồn tại quá nhiều bài toán
khó cần giải quyết trong đó có vấn đề thu phí. Vì hiện nay tại các trạm thu phí
giao thông đường bộ số lượng nhân viên trực còn khá nhiều, xe qua trạm còn
phải qua nhiều giai đoạn xử lí như mua vé, soát vé nên làm mất nhiều thời gian,
giảm tốc độ lưu thông, gây ùn tắc vào giờ cao điểm. Ngoài ra còn xuất hiện một
số hiện tượng tiêu cực không đáng có. Chính vì những điều này sẽ mang lại hiệu
quả kinh tế không cao và không văn minh. Xuất phát từ thực tại trên mà công
nghệ RFID được nghiên cứu ứng dụng vào viêc thu phí nhằm giải quyết các bài
toán thu phí hiệu quả.
1.2.2 Mô hình hệ thống thu phí điện tử ứng dụng công nghệ RFID
Công nghệ RFID được đưa vào trạm thu phí để thực hiện những công việc
sau: Mỗi Chip nhớ của thẻ tag sẽ gắn với một xe và chứa một mã số mang thông
tin về xe và chủ xe. Khi xe đi qua trạm thu phí thì đầu đọc ( reader) được bố trí
xung quanh trạm sẽ đọc mã số này và truyền về PC/PLC, sau đó mã số này sẽ
được PC so sánh với mã số đã có sẵn trong cơ sở dữ liệu của máy tính.
9
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
Sau đó toàn bộ thông tin về xe mang Chip nhớ tương ứng sẽ được Visual
Basic đọc về máy tính và hiển thị lên giao diện HMI. Chương trình lúc này sẽ tự
động đối chiếu các thông tin về xe và kiểm tra tài khoản của chủ xe. Nếu các
thông tin là hợp lệ và số tiền trong tài khoản đủ cho chuyến đi thì chương trình
Visual Basic sẽ tự động trừ số tiền qua trạm của xe tương ứng và đồng thời sẽ
đưa tín hiệu điều khiển xuống PLC để điều khiển mở Barier cho phép xe qua
trạm, ngoài ra chương trình cũng gửi số tài khoản còn lại đến PLC để hiển thị
cho chủ xe biết đồng thời xuất hóa đơn in các thông tin cần thiết. Ngược lại số
tiền trong tài khoản không đủ cho chuyến đi hoặc các thông tin về xe không hợp
lệ thì chương trình sẽ thông báo cho chủ xe biết thông qua bảng thông báo và xe
đó không được phép qua trạm. Lúc này Barier ở cổng phụ sẽ được mở để xe vào

bãi bên cạnhNhư vậy xe qua trạm sẽ bỏ qua được giai đoạn mua và soát vé đồng
thời, thời gian trao đổi dữ liệu giữa Chip nhớ và PC được diễn ra trong thời gian
rất ngắn do đó sẽ giảm thời gian lưu thông của xe khi qua trạm. . Đậy là nguyên
lý hoạt động của hệ thông thu phi điện tử, sau đây ta sẽ đi vào cấu tạo chi tiết của
nó.
1.3 Cấu tạo của một hệ thống ứng dụng công nghệ RFID
Các hệ thông RFID thường khá phức tạp nhưng có thể được phân chia theo
3 cách khác nhau ựa trên thuộc tính dặc trưng như :
- Tần số hoạt đông
- Phạm vi đọc
- Phương pháp ghép nối vật lý
Nhưng mọi hệ thống ứng dụng công nghệ RFID cơ bản chia làm 2 mảng lớn
là phần cứng ( các trang thiết bị điện tử cấu thành hệ thống) và phần mềm ( các
trình quản lý, điều khiển hoạt động của hệ thống) . Ta sẽ đi vào tìm hiểu từng
mảng lớn này.
1.3.1 Phần cứng của hệ thống ứng dụng công nghệ RFID
Một hệ thông RFID bao gồm 3 thành phần chính là :
- Thẻ (tag)
- Đầu đọc (reader)
- Máy chủ (Host computer – server)
a. Thẻ RFID ( Tag)
- Thế nào là thẻ RFID?
10
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
Thẻ RFID là một cấu trúc điện tử gồm 2 phần chính là angten và chip. Mỗi
thẻ chứa một mã kí tự hay thông tin duy nhất trên thế giới để định danh một đối
tượng tương ứng duy nhất gắn với nó. Thẻ có nhiệm vụ phát thông tin trên thẻ
cho đầu đọc để nhận đạng đối tượng.
Thẻ RFID gồm nhiều loại khác nhau. Người ta phân loại theo nhiều tiêu chí
khác như:

11
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
- Phân loại thẻ RFID.
Hình 1: Phân loại thẻ RFID
- Phân loại dựa trên nguồn năng lượng
+ Thẻ RFID thụ động
Thẻ thụ động gồm 2 phần là : + vi chip (Microchip)
+ Angten
Các thẻ RFID thụ động không có nguồn cung cấp bên trong. Do vậy nó
không thể tự hoạt đông nếu không có thành phần cung cấp công suất cho nó. Vì
vậy angten của thẻ thụ động cho phép đảm nhiệm thời việc tạo ra dòng điện cảm
ứng bởi sóng đến từ đầu đọc nhưng chỉ đủ cung cấp công suất cho mạch tích hợp
trong thẻ để phát đi đáp ứng rất hạn chế, đồng thời angten đảm nhiệm nhiệm vụ
là bộ phận phát tín hiệu cho tag. Đáp ứng đó của một thẻ thụ động RFID không
chỉ là một số nhận dạng ID, con chíp của thẻ có thể chứa bộ nhớ EEPROM để
12
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
lưu trữ dữ liệu nhưng khá khiêm tốn về dung lượng do khả năng đáp ứng nguồn
không có. Do không có bộ nguồn cung cấp gắn liền trên mạch nên thẻ có kích
thước khá nhỏ: đó là các sản phẩm thương mại sẵn có có thể được gắn dưới lớp
da. Kích thước của những thiết bị như vậy chỉ khoảng 0.15 mm x 0.15 mm, và
còn mỏng hơn độ dày của một trang giấy (7.5 µm).
Hình2 : Cấu tạo thẻ RFID thụ đông
Các thẻ thụ động có khoảng cách đọc thực tế khoảng 2 mm lên đến một vài
mét tùy thuộc vào tần số vô tuyến lựa chọn và tỉ lệ kích thước/ thiết kế của
anten. Do các thẻ thụ động RFID không yêu cầu nguồn và có thể nhỏ hơn nữa
với thời gian tồn tại không giới hạn. Đặc biệt với công nghệ ngày nay đang thay
thế dần thẻ silicon tốn kém bằng thẻ polime dễ ghi và bền hơn rất nhiều, giá
thành cũng hạ đáng kể
Ưu điểm:

+ Chi phí sản xuất thẻ thấp
+ Các chức năng của thẻ có thể hoạt động khi không có pin,thời gian hoạt
động thường rất lâu
+ Kích thước thẻ nhỏ và có thể được ứng dụng rộng rãi trông nhiều lĩnh vực
Nhược điểm:
+ Thẻ chỉ đọc được ở những khoảng cách rất ngắn
+ Thẻ không có cảm biến để tạo thành nguồn cho thẻ vì vậy thời gian đọc
thẻ cung lâu hơn so với thẻ tích cực do mất thời gian nạp năng lượng.
13
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
+ Có thể dễ dàng bị đọc thông tin bởi các đầu đọc khách
+ Làm ảnh hưởng tới hệ thống RFID bởi vì thẻ được bao bọc bởi nhiều lớp
kim loại ( angten ) thì sẽ chặn các tín hiệu radio
+ Thẻ RFID bán thủ động (semi-active tag)
Các thẻ RFID bán thụ động khá giống với các thẻ thụ động nhưng có tích
hợp pin . Loại pin này cho phép IC của thẻ được cấp nguồn năng lượng không
đổi, và loại bỏ nhu cầu thiết kế anten để lấy nguồn từ tín hiệu đưa đến. Vì thế các
angten được tối ưu trong việc phát tín hiệu bị. Do đó các thẻ RFID bán thụ động
sẽ đáp ứng nhanh hơn , mạnh hơn các thẻ thụ động nhưng còn kém ổn định và
không hiệu quả bằng các thẻ tích cực.
+Thẻ RFID tích cực (active tag)
Không như các thẻ thụ động, các thẻ RFID tích cực có cấu trúc khá phức
tạp với nguồn cấp bên trong để cung cấp cho các IC tạo thành tín hiệu đầu ra.
Các thẻ tích cực thường ổn định hơn (ít lỗi hơn) các thẻ thụ động do khả năng kết
nối "phiên" với đầu đọc. Nhờ có nguồn cung cấp trên vi mạch ( onboard) nên
các thẻ tích cực có thể phát công suất cao hơn , nhanh hơn các thẻ thụ động do
không cần thời gian cấp năng lượng ( rất hữu dụng khi các đối tượng chuyển
động với vận tốc cao như : các phương tiện trên đường cao tốc), cho phép chúng
hoạt động hiệu quả hơn trong các môi trường có tần số vô tuyến thay đổi như
nước, kim loại nặng hoặc ở các khoảng cách xa hơn. Nhiều thẻ tích cực có

khoảng cách hoạt động vài trăm mét và thời gian pin lên tới 10 năm. Để ngày
một đáp ứng đồi hỏi ngày càng cao thì một số thẻ tích cực còn bao gồm các bộ
cảm biến (sensor) như cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, va đập/biến động, ánh
sáng, phóng xạ, nhiệt độ và không khí. Các thẻ tích cực cũng thường có dải hoạt
động dài hơn (trên 90m ) và nhờ bộ nhớ lớn hơn các thẻ thụ động và do đó có thể
lưu trữ them các thông tin từ bộ phát đáp. Hiện tại, thẻ tích cực nhỏ nhất có kích
thước tương đương một đồng xu .
14
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
Hình 3: cấu tạo tag active RFID
Và thẻ bán tích cực ( semi-active tag)
Ưu điểm:::
+ Có thể truyền dữ liệu ở khoảng cách 300 feet ( khoảng 91.44m)
+ Có thể có cảm biến khác sử dụng một nguồn điện
+ Có khả năng hoạt động bền vững trong nhiều năm ở nhiều môi trường
khác nhau
+ Thẻ là một nguồn điện một chiều và có thể truyền tải liên tục hoặc được
kích hoạt bởi một tín hiệu từ Reader
+ Khả năng chuẩn đoán các tín hiệu từ Reader
+ Khả năng giám sát độc lập và kiểm soát
+ Khả năng phát truyền thông
Nhược điểm:
15
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
+ Không thể hoạt động nếu không có pin và bị hạn chế thời gian hoạt động
của thẻ
+ Chi phí thẻ mắc hơn thẻ RFID thụ động
+ Các thẻ thường có kích thước lơn và bị giới hạn ứng dụng
+ Sai sót xảy ra khi pin của thẻ hết năng lượng
-Phân loại theo khả năng đọc ghi

+ Thẻ chỉ đọc (Read only)
Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần. Dữ
liệu có thể được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất. Việc này được thực
hiện như sau: các fuse riêng lẻ trên vi mạch của thẻ được lưu cố định bằng cách
sử dụng chùm tia laser. Sau khi thực hiện xong, không thể ghi đè dữ liệu lên thẻ
được nữa đảm bảo tính duy nhất, bất biến cho thẻ. Thẻ này được gọi là factory
programmed. Nhưng chính do nhà sản xuất loại thẻ này làm nhiệm vụ sẽ đưa dữ
liệu lên thẻ và người sử dụng thẻ không thể điều chỉnh được. Vì vậy loại thẻ này
chỉ tốt đối với những ứng dụng nhỏ mà không thực tế đối với quy mô sản xuất
lớn hoặc khi dữ liệu của thẻ cần được làm theo yêu cầu, mục đích của khách
hàng.
+ Thẻ ghi một lần đọc nhiều lần (Write once – Read many)
Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì không phải
được ghi bởi nhà sản xuất mà bởi người sử dụng thẻ ngay lúc thẻ cần được ghi.
Tuy nhiên trong thực tế thì có thể ghi được vài lần (khoảng 100 lần). Nếu ghi quá
số lần cho phép, thẻ có thể bị phá hỏng vĩnh viễn. Loại thẻ này có giá cả và hiệu
suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổ biến nhất trong lĩnh vực kinh doanh
ngày nay.
+ Thẻ đọc ghi (Read – Write)
Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng từ 10.000 đến 100.000
lần hoặc có thể hơn nữa. Việc này đem lại lợi ích rất lớn vì dữ liệu có thể được
ghi bởi reader hoặc bởi thẻ (nếu là thẻ tích cực). Thẻ RW gồm thiết bị nhớ Flash
và FRAM để lưu dữ liệu. Thẻ RW được gọi là field programmable hoặc
reprogrammable. Sự an toàn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ RW do các
hacker có thể xâm nhập để thay đổi nội dung của thẻ không khác gì thay đổi đối
tượng gắn với thẻ. Thêm vào nữa là loại thẻ này thường rất đắt . Vì vậy thẻ RW
không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay, trong tương lai có thể
công nghệ thẻ phát triển hứa hẹn chi phí thẻ giảm xuống mở rộng cơ hội ứng
dụng của loại thẻ này.
16

Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
b. Đầu đọc ( Reader)
- Đầu đọc là gì ?
Đầu đọc (Reader) hay còn gọi là vật tra hỏi ( interrogator) là bộ phần được
coi là thần kinh trưng ương của phần cứng hệ thống RFID vì thực hiện chức năng
điều khiển hoạt động và liên kết, xử lý thông tin từ thẻ , liên kết hệ thống …
- Cấu tạo đầu đọc :
Hinh 4 : Cấu tạo đầu đọc Reader
Cấu tạo của reader bao gồm :
+Máy phát (transmitter)
+Máy thu ( Receiver)
+Vi mạch
+Bộ nhớ
+Kênh vào /ra
+Mạch điều khiển
+Mạch truyền thông
+Nguồn năng lượng
Ta đi vào chức năng từng bộ phận:
17
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
+Máy phát : Phát ra tín hiệu nhân diện của reader thông qua angten đến các
tags trong vùng phát để kích thích tag phản hồi. Thông thường các angten phát
thường đặt trên cổng quét hay tại lóc trạm thu phí tại mỗi làn xe.
+Máy thu : Đảm nhiệm chức năng thu nhận các thông tin phản hồi từ tag
thu được qua angten để khuếch đại tín hiệu và truyền đến vi mạch xử lý.
+Vi mạch : Cung cấp giao thức cho reader và đảm nhiệm chức năng quản
lý, xử lý nhận diện thẻ từ thông tin nhận được và báo về hệ thông qua mạch
truyền thông
+Bộ nhớ : Thực hiện chưc năng lưu chữ một vài tham số của hệ thống như
bản kê khai các tag đã đọc để đảm bảo dữ liệu không mất khi gặp sự cố kết nối

+ Kênh vào/ra : Thực hiện liên kết reader với các thiết bị ngoại vi khác
+Mạch điều khiển : Cho phép con người giao thức với reader để diều
khiển hoặc lập trình hoạt động cho trạm thu
+Mạch truyền thông : Thực hiện liên hệ với Internet, LAN, cung cấp
môi trường làm việc cho đầu đọc.
+Nguồn năng lượng : Cung cấp năng lượng ổn định cho hệ thống hoạt
động liên tục 24/24.
- Các thành phần logic của đầu đọc reader.
Phần mạch điều khiển của đầu đọc có thể chia làm 4 khối chúc năng khác nhau
là:
+ Reader API : Mỗi đầu đọc thực hiện một giao diện lập trình ứng dụng
( API) cho phép các ứng dụng khác có thể yêu cầu kiểm tra tag, kiểm soát tình
trạng đầu đọc hoặc kiểm soát thiết lập cấu hình như : mức năng lượng, thời gian
hiện hành…nhằm tạo ra một bản mẫu tin gửi về hệ thống trung tâm RFID và
phân tích mẫu tin nhận từ hệ thống. API cố thể đồng bộ hoặc không đồng bộ.
+ Giao tiếp : Dùng để điều khiển việc truyền thông của bất kì giao tiếp
reader nào với phần mềm trung gian ( middleware). Đây là bộ phận có thể thực
thi những kết nối không dây như Bluetooth hay kết nối Internet cho giao thức cá
nhân trong quá trình nhận và gửi tin đến API.
+Quản lý sự kiên: Trước tiên a xét một vài khái niệm : Khi reader nhận ra
thẻ tag gọi là giám sát, khi một giám sát khác với các giám sát trước đó thì gọi là
sự kiện. Phân biệt giữa các sự kiện ta có loại sự kiện. Quản lý sự kiện là xác định
kiểu giám sát đối với các sự kiện xem có cần gửi ngay sự kiện này đến các bộ
phận bên ngoài hệ thống xem xét hay không
18
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
+Angten phụ hệ thống: Angten phụ này bao gồm giao diện và logic giúp
reader giao tiếp với tag và điều khiển các angten phụ.
- Phân loại reader :
+ Phân loại theo giao diện của reader:

Reader nối tiếp ( serial reader) : Sử dụng liên kết nối tiếp để truyền trong
ứng dụng. Ta có 2 loại cổng để liên kết nối tiếp giũa đầu đọc và máy tính lá RS
232 vá 485. Hạn chế của kết nối này là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết
nối ( RS 485 cho phép cáp dài hơn RS 232) đồng thời số lượng ổ kết nối trên
mấy tính có hạn nên phải cần nhiều mấy chủ mới liên kết được các reader loại
này , chi phí bảo dưỡng , nâng cấp cũng cao và thời gian “chết” lớn do phỉa bảo
dưỡng riêng với từng reader và tốc độ truyền tín hiệu không cao. Nhưng bù lại
serial reader lại cố độ tin cậy hơn network reader nên vẫn được khuyến khích sử
dụng nhằm hạn chế sự phụ thuộc vào một kênh truyền.
Reader hệ thống (Network read) Cố thể kết nối với máy tính bằng cả mạng
dây và không dây. Với ưu điểm là kết nối không phụ thuộc vào dây cáp kết nối,
tốc độ cao hơn mà không cần nhiều máy chủ cũng như có thể cập nhật từ xa qua
mạng Internet giúp làm giảm nhẹ chi phí khấu hao, bảo dưỡng. Nhưng nhược
điểm của Reader hệ thống là không đáng tin cậy bằng reader liên kết,độ an toàn
không cao, phụ thuộc vào đường truyền mạng và rất dễ rơi rới thông tin khi
mạng lỗi.
+ Phân loại dựa trên tính chuyển động của reader
Reader cố định : Được đặt cố định tại cống quét và có phạm vi quét khá xa
nhờ heeh thống angten ngoài. Loại này khá phổ biến so với reader cầm tay.
Reader cầm tay: Có kích thước gọn nhè , cơ động có thể cầm đi nhưng có
chi phí khá đắt đỏ và khoảng cách quét gần vì angten bố chí bên trong đầu đọc .
c. Máy chủ ( Host computer –server)
Hầu hết hệ thống RFID gồm nhiều tag và nhiều đầu đọc được nối mạng với
nhau bởi một hay nhiều máy chủ trung tâm chính là cơ quan đầu não của hệ
thống . Là bộ phận ẩn , máy chủ lưu trữ dữ liệu của toàn hệ thống , là cơ quan
vận hành, điều phối hoạt động toàn hệ thống . Mọi bộ phận khác của hệ thống
đều được liên kết với máy chủ server để khai thác dữ liệu đồng thời đáp trả
những truy vấn của nó về những vấn đè mà bộ phận quản lý . Là bộ phận thực
hiện liên kết với các tài khoản thu phí và thu phí khoản khách hàng để đưa vào
tài khoản thu phí nhà nước.

19
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
Hình 5: Máy chủ liên kết hệ thống
1.3.2 Tổng quan về phần mềm thu phí điện tử ETC
Nếu phần cứng là cơ sở vật chết, là điều kiện tiên quyêt để có một hệ
thống thu phí điện tử thì phần mềm là dòng chảy vận hành hệ thống đó .
a. Các khối chức năng
Phần mềm của một hệ thống thu phí sử dụng công nghệ RFID cơ bản gồm 3
thành phần là :
- Điểm bán hàng với các máy chủ cài đặt phần mềm ứng dụng bán hàng.
- Trung tâm quản lý và thu phí với các máy chủ lưu trữ toàn bộ cơ sở dữ
kiệu hệ thống và phần mềm làm việc trên cơ sở dữ liệu đó
- Trạm thu phí địa phương với máy chủ cài đặt phần mềm giao tiếp với đầu
đọc thẻ ,các tag RFID và các thiết bị ngoai vi thu cũng như thực hiện thu phí của
khách hang.
Tương ứng với 4 khối chức năng chính gồm : ( trích tài liệu tham khảo về
RFID)
+ Khối quản trị hệ thống
+ Khối thu phí địa phương
+ Khối bán hàng
+ Khối khách hàng
20
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
Hình 6: Mô hình mối quan hệ giữa các khối trong hệ thống thu phí điện tử
Chức năng của tường khối:
- Khối quản lý hệ thống : là khối có quyền cao nhất quản lý hoạt động của cả hệ
thống, điều hành các khối chức năng khác vì vậy có chức năng:
+ Khởi tạo ,cấp phát hay đóng các loại tài khoản trong hệ thống
+ Giám sát các trạng thái hoạt động của hệ thống như : hệ thống server,
reader, trạng thái hoạt động của các tài khoản.

+ Xóa bỏ hoặc thêm người dùng vào danh mục người dùng đặc biệt
+ Quản lý kho thẻ
+ Tạo báo cáo về các tài khoản
- Khối thu phí địa phương : là khối trực tiếp thực thi việc thu phí điện tử , có
quyền quản lý và vận hành mọi hoạt động tại trạm thu phí gồm các chức năng:
+ Giám sát trạng thái hoạt động của đầu đọc thẻ Reader và gửi báo cáo về
trung tâm.
+ Cập nhật thông tin mới nhất của khách hàng từ trung tâm đồng thời báo
cáo tình trạng khách hàng tại tram thu.
+ Trao đổi dữ liệu với đầu đọc .
+ Điều khiển barrier
+ Xác thực tài khoản khách hàng.
+ Thực hiện thu phí điên tử hoặc thủ công.
+ Gửi báo cáo dịch vụ về trung tâm và khách hàng
+ Thống kê, báo cáo số giao dịch được chấp thuận và từ chối.
21
Khối bán hàng
Khối khách
hàng
Khối thu phí
địa phương
Khối quản trị hệ
thống
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
- Khối bán hàng : là khối khởi đầu của hệ thống và có vai trò quan trọng trong
việc đưa hệ thống vào vận hành và duy trì vận hành vì là khối trược tiếp làm việc
với khách hàng sẽ gồm các chức năng :
+ Khởi tạo thẻ,bán , cung cấp thẻ cho khách hàng mới
+ Đổi thẻ cũ lấy thẻ mới
+ Nạp lại mã xác thực ngẫu nhiên

+ Nạp tiền vào tài khoản khách hàng
+ Hủy tài khoản khi không còn sử dụng dịch vụ
+ Thống kê báo cáo số tài khoản mới , số tài khoản hủy, số thẻ tồn.
-Khối khách hàng : là khối thục chất bao gồm tag và tài khoản thu phí. Nếu thiếu
thì hệ thống vận hành sẽ chẳng có nghĩa lý gì hay nói cách khác thi đây là mục
đích của toàn hệ thống. Đối tượng trong khối được cung cấp các chức năng:
+ Cài đặt tài khoản : cập nhật ,thay đổi thông tin, đổi mật khẩu
+ Nạp tiền vào tài khoản
+ Xem lịch sử giao dịch
+ Đóng góp ý kiến.
b. Các phần mềm ứng dụng và website bán hàng
Để thực hiện được các chức năng của từng khối thì cần các phần mềm ứng
dụng bao gồm :
- Wedsite bán hàng của hệ thống thu phí điện tử
- Phần mềm quản lý tại trạm thu phí địa phương
-Website bán hàng
Đây là công cụ cần thiết cho một hệ thống tư động nhằm giảm bớt gánh
năng giấy bút và tạo sự thuận tiên cho cả bên cung cấp và khách hàng. Cấu tạo
của một web thu phi sẽ bao gồm các mục cơ bản trên giao diện web, cung cấp
các quyền cho tường đối tượng:
Mục đăng kí : tạo công cụ cho khách hàng muốn tạo mới tài khoản thu phí
qua internet mà không cần đến tận điểm bán hàng. Khi tạo tài khoản khách hàng
có thẻ nạp tiền qua chuyển khoản hoặc trực tiếp đống bằng tiền mặt và sẽ được
cấp thẻ gắn với phương tiện của họ.
Mục đăng nhập:
22
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
+ Giao diện cho khách hàng : cung cấp các quyền truy vấn cần thiết để họ
quản lý và theo dõi tài khoản của mình cũng như thông tin cá nhân và quyền
đống góp ý kiến phát triển hệ thống , đồng thời tự nạp tài khoản khi hết tiền.

+ Giao diện cho nhân viên bán hàng : cung cấp các công cụ để hỗ trợ khách
hàng như : khởi tạo tài khoản cho khách hàng, quản lý kho thẻ ( xuất, nhập , đổi
mới, hủy thẻ .), nạp tiền hộ khác hàng…Tài khoản nhân viên cũng giúp lưu trữ
các thông tin về ca làm viêc giúp bên quản lý nhân sự dễ dàng quản lý và theo
dõi.
+ Giao diện cho Admin ( người quản trị) : cung cấp các quyền truy cập sâu
hơn như : quản lý nhân viên, quản lý tài khoản khách hàng, quản lý cơ sở thiết
bị…Đây chính là những người vận hành hệ thống.
+ Mục khác ( about, quên mật khẩu ) hỗ trợ khác hàng về thông tin cũng
như những trục chặc trong đăng nhập đảm bảo luôn cung cấp thông tin đầy đủ
cũng như hỗ trợ khách hàng kịp thời khi có sự cố nào đó.
- Phần mềm thu phí địa phương
Là phần mềm trực tiếp quản lý việc vận hành tại tram thu phí. Phần mềm
được thiết kế chạy trên nền tảng hệ điều hành quen thuộc như : Windown, cung
cấp khả năng liên kết rộng rãi với nhiều máy chủ trung tâm của hệ thống cũng có
thể cả máy chủ nhiều cơ quan có liên quan như : sở giao thông vận tải, cục kiểm
định đo lường, phòng cảnh sát giao thông quận, huyên ,thành phố,… nhằm hỗ trợ
công tác thu phí được hiệu quả đồng thời hỗ trợ quản lý giao thông đường bộ .
Bằng việc truy cập vào kho dữ liêu của hệ thống trên máy chủ (server) , lấy dữ
liệu đã được xử lý từ reader kết hợp thông tin từ hệ thống giám sát thực thi nằng
hình ảnh VES, hệ thống phân loại phương tiện tự động VAC ( là 2 hệ thống gồm
camera và công cụ đo điện tử để xác định các thông số của phương tiên như : loại
xe, biển số nhằm cung cấp thêm thông tin cho hệ thống xử lý, tranh gian lận) để
tiến hành đối chiếu , so sanh với thông tin trên hệ thông để nhận dạng đối tượng
và ra nhưng thông báo cụ thể cho người giữ trạm hoặc hệ thông barrier.
Sau đây là thuật toán hoạt động của phần mềm tại trạm thu phí.
Đặt vấn đề :
Cũng như mọi hệ thống điện tử khác thì quá trình vần hành của hệ thống thu
phí điện tử không chỉ đơn giản là xe đến trạm-quét thẻ-thu phí điện tử-mở barrier
và đi mà sẽ nảy sinh nhiều vấn đề khác khiến thuật toán thu phí phải phức tạp

hơn nhiều như : lỗi không xác định thẻ do nhiều nguyên nhân( lỗi thẻ, đụng độ
thẻ ), lỗi xác định tài khoản hay tài khoản hết tiền thậm chí là phương tiện ngoài
23
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
hệ thống ( chưa đăng kí thu phí điện tử)…Ta sẽ xét xem mô hình bài toán thu phí
thực tế sẽ ra sao?
24
Tổng quan hệ thống thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID
25