tài liệu TÌM HIỂU VỀ RFID

A. TÌM HIỂU VỀ RFID:
I)
1.1)

RFID
Khái niệm:

Là công nghệ xác nhận dữ liệu bằng sóng vô tuyến, từ đó cho phép nhận dạng, theo dõi,
lưu trữ thông tin.
Các đặc trưng của RFID:
+) Tần số hoạt động
+) Phạm vi đọc
+) Phương pháp ghép nối vật lý

Hình 1: Sơ đồ của một hệ thống RFID đơn giản
1.1.1) Tần số hoạt động.
Tần số hoạt động là thuộc tính quan trọng nhất của một hệ thống RFID. Đó là tần số mà
tại đó , reader sẽ truyền đi các tín hiệu của nó. Nó gắn kết chặt chẽ với một thuộc tính điển
hình, đó là đọc từ một khoảng cách xa. Trong hầu hết các trường hợp,tần số của một hệ thống
RFID được quyết định bởi khoảng cách cần thiết để việc thực hiện đọc thành công.
1.1.2) Phạm vi đọc.
Phạm vi đọc của một hệ thống RFID được xác định là khoảng cách giữa thẻ và reader. Từ
đây ta thấy một hệ thống RFID có thể được phân chia thành ba kiểu dưới đây:
• Trực tiếp : Đó là các hệ thống có phạm vi đọc thấp hơn 1 cm. Một vài hệ


thống LF và HF RFID thuộc về nhóm này.
• Tầm gần : Đó là các hệ thống có phạm vi đọc từ 1 cm tới 100 cm. Đa phần
các hệ thống RFID hoạt động tại các dải tần LF và HF thuộc về nhóm này.
• Tầm xa : Đó là các hệ thống có phạm vi đọc lớn hơn 100 cm. Các hệ thống
RFID đang hoạt động trong dải tần UHF và phạm vi tần số vi ba thuộc về

nhóm này.
1.1.2) Phương pháp ghép nối vật lý.
Việc ghép nối vật lý mà ta đề cập tới ở đây là nói tới phương pháp sử dụng để ghép nối
giữa thẻ và anten (tức là, đó là một cơ chế mà theo đó năng lượng được dịch chuyển từ thẻ
tới anten). Dựa trên tiêu chí này, có ba kiểu hệ thống RFID khác nhau dưới đây:
• Từ trường : Đó là các kiểu hệ thống RFID được biết tới như là các hệ thống được ghép nối
theo kiểu điện kháng. Một vài hệ thống RFID LF và HF là thuộc về nhóm này.
• Điện trường : Đó là các kiểu hệ thống RFID được biết tới như là các hệ
thống được ghép nối theo kiểu điện dung. Nhóm này cũng chủ yếu bao gồm
các hệ thống RFID LF và HF.
• Điện từ trường : Phần lớn các hệ thống RFID thuộc lớp này cũng được gọi là các hệ thống
backscatter. Các hệ thống RFID hoạt động trong phạm vi dải
tần số UHF và vi ba thuộc về nhóm này.
Các thành phần của hệ thống RFID:
Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần nhằm thực hiện một giải pháp RFID.
Nói chung một hệ thống RFID bao gồm các thành phần dưới đây:
• Thẻ : Đây là một thành phần bắt buộc của bất cứ hệ thống RFID nào
• Thiết bị đọc thẻ: Đây cũng là một thành phần bắt buộc
• Anten của thiết bị đọc thẻ : Đây là cũng là một thành phần bắt buộc phải có. Ngày nay
một số reader đã được tích hợp anten lên trên nó,vì vậy kích thước của nó đã giảm đi rất
nhiều.
• Khối điều khiển : Đây là một thành phần quan trọng. Tuy nhiên hầu hết các reader thế
hệ mới đều đã tích hợp thành phần này lên trên chúng.


• Các cảm biến, bộ truyền động ,bộ báo hiệu : Đây là các thành phần tùy chọn, được sử
dụng ở đầu vào và đầu ra hệ thống RFID.
• Máy chủ và hệ thống phần mềm :Về mặt lý thuyết ,một hệ thống RFID có thể hoạt động
một cách độc lập mà không cần tới thành phần này.Tuy nhiên trong thực tế, nếu không có
thành phần này thì hệ thống RFID gần như vô giá trị.

• Cơ sở hạ tầng truyền thông: Thành phần quan trọng này là một tập hợp bao gồm cả
mạng có dây và không dây và cơ sở hạ tầng kết nối nối tiếp, để có thể kết nối các thành phần
đã liệt kê phía trên với nhau.
Sơ đồ hệ thống RFID:

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

Thẻ Tag:

1.2.1) Khái niệm : Tag (thẻ) RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền dữ liệu đến một
reader trong một môi trường không tiếp xúc bằng sóng vô tuyến
Phân loại thẻ Tag: Dựa trên việc tag có chứa nguồn cung cấp gắn bên trong hay là được cung
cấp bởi reader:
- Thụ động (Passive)
- Tích cực (Active)
- Bán tích cực (Semi-active, cũng như bán thụ động semi-passive)
1.2.2) Phân loại thẻ


Một thẻ RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền được được dữ liệu tới reader không
phải theo cách tiếp xúc trực tiếp mà bằng cách sử dụng các sóng vô tuyến. Các thẻ RFID có
thể được phân loại theo hai cách khác nhau. Dưới đây là cách phân loại thứ nhất, dựa trên
cơ sở thẻ đó có chứa nguồn năng lượng ngay trên bảng mạch thẻ hay không hoặc dựa trên cơ
sở các chức năng đặc biệt mà nó cung cấp:
• Thẻ thụ động
• Thẻ tích cực
• Thẻ bán tích cực (hoặc bán thụ động)
a) Thẻ thụ động.
Kiểu thẻ RFID này không có nguồn nuôi tích hợp cùng trên bảng mạch thẻ (ví dụ,pin),thay

vì vậy nó sử dụng năng lượng được phát ra từ reader để làm nguồn năng lượng cho bản thân
nó hoạt động và thực hiện truyền dữ liệu mà nó lưu trữ tới reader. Thẻ thụ động khá đơn giản
về cấu tạo và không có các bộ phận rời rạc.Và có lẽ chính vì vậy các thẻ thụ động tồn tại khá
lâu trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Hình 3: Cấu trúc của một thẻ thụ động
Đối với loại thẻ này,để thực hiện truyền thông tin giữa thẻ và reader thì reader luôn luôn
phải liên lạc trước tiên,tiếp sau đó mới tới lượt thẻ. Vì vậy sự hiện diện của reader là bắt buộc
để thẻ có thể truyền được dữ liệu của nó.
Thẻ thụ động thông thường nhỏ hơn so với thẻ tích cực và thẻ bán tích cực. Nó có một
phạm vi đọc khá đa dạng từ 1 inch (=2.54cm) tới khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 mét). Có lẽ bởi
vậy mà thẻ thụ động bao giờ cũng rẻ hơn thẻ tích cực hay thẻ bán tích cực.
Một thẻ thụ động bao gồm các thành phần chính dưới đây:
• Thành phần vi chip
• Thành phần anten


b) Thẻ tích cực.
Các thẻ RFID tích cực có sẵn một nguồn năng lượng ở trên bảng mạch thẻ (ví dụ như ,có
pin kèm theo;hoặc là dạng nguồn năng lượng khác) và các bộ phận điện tử để thực hiện các
chức năng đặc biệt. Một thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng ở trên bảng mạch thẻ của
chính nó để truyền dữ liệu của nó tới reader. Nó không phải cần đến năng lượng phát ra từ
reader để truyền dữ liệu. Các bộ phận điện tử ở trên bảng mạch thẻ có thể bao gồm bộ vi xử
lý, cảm biến, và các cổng vào/ra. Ví dụ, các thành phần điện tử này thực hiện đo một khoảng
nhiệt độ nào đó và sinh ra dữ liệu về giá trị nhiệt độ trung bình.Sau đó chúng sẽ sử dụng dữ
liệu này để quyết định các tham số khác chẳng hạn như ngày kết thúc của mặt hàng được gắn
thẻ .
Rồi tiếp đó thẻ có thể truyền thông tin này tới reader. Chúng ta có thể hình dung thẻ tích
cực giống như một chiếc máy tính không dây cộng thêm với vài thuộc tính khác (ví dụ, có
thể bao gồm thêm một cảm biến hoặc một tập hợp các cảm biến).

Hình 4: Thẻ tích cực dải UHF tần số thấp (303.8 MHz) của hãng RFCode, Inc
Trong giao tiếp truyền thông tin giữa thẻ và reader, thì thẻ luôn luôn phải thực hiện liên
lạc trước tiên, tiếp sau đó mới tới phiên reader. Bởi vậy sự hiện diện của reader không cần
thiết cho sự truyền đi của dữ liệu, một thẻ tích cực có thể phát đi dữ liệu lưu trữ trong nó tới
các khu vực xung quanh ngay cả khi không có reader.

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


Có lẽ vì vậy mà kiểu thẻ này cũng được gọi là một bộ phát tín hiệu. Khoảng cách đọc thẻ
của một thẻ tích cực có thể là 100 feet (xấp xỉ 30.5 mét) hoặc lớn hơn.
Một thẻ tích cực bao gồm các thành phần:
• Vi chip
• Anten
• Nguồn năng lượng nuôi thẻ
• Các thành phần điện tử
c) Thẻ bán tích cực
Các thẻ bán tích cực cũng có một nguồn năng lượng nằm trên nó và có kèm thêm các
thành phần điện tử để thực hiện các chức năng đặc biệt. Nguồn năng lượng nằm trên bảng
mạch thẻ cung cấp năng lượng cho các hoạt động của thẻ. Tuy nhiên,để truyền dữ liệu đi, thẻ
bán tích cực phải sử dụng năng lượng phát ra từ reader.Đây là một đặc điểm giống với thẻ
thụ động. Vì vây kiểu thẻ này cũng được gọi dưới cái tên khác là “thẻ được trợ giúp bởi pin”.
Trong việc giao tiếp truyền thông tin giữa thẻ và reader, thì reader luôn luôn phải thực hiện
liên lạc trước tiên, tiếp sau đó mới tới phiên thẻ. Cũng có các đặc điểm tương tự như trên là
các thẻ bán thụ động.

Hình 6: Thẻ bán tích cực
Vậy tại sao lại dùng thẻ bán thụ động mà không dùng thẻ thụ động ? Là bởi vì thẻ bán
tích cực không sử dụng các tín hiệu của reader để kích thích bản thân nó như các thẻ thụ

động, và nó có thể đọc được từ một khoảng cách xa hơn so với thẻ thụ động. Và cũng bởi lý
do các thẻ bán thụ động có thể tự kích thích chính bản thân nó . Do vậy, ngay cả khi đối
tượng được gắn thẻ đang di chuyển với một tốc độ lớn,thì dữ liệu trên thẻ vẫn có thể đọc
được khi ta sử dụng thẻ bán thụ động (hoặc bán tích cực).

1.3) Reader.
1.3.1) Khái niệm:


RFID reader là 1 thiết bị cho phép đọc hoặc ghi tới các thẻ RFID thích hợp. Hành động
ghi dữ liệu lên thẻ bởi 1 reader được gọi là công đoạn thẻ. Công đoạn tạo thẻ cùng với việc
gắn thẻ đó lên 1 đối tượng nào đó được gọi là qui trình đưa thẻ đi vào hoạt động. Quãng thời
gian 1 reader có thể phát xạ năng lượng RF để đọc các thẻ gọi là chu trình hoạt động của
reader.
Reader là 1 hệ thống thần kinh trung tâm của toàn bộ phần cứng hệ thống RFID. Nó gồm
các thành phần chính:
• Bộ truyền tín hiệu
• Bộ nhận tín hiệu
• Bộ vi xử lý
• Bộ nhớ
• Các kênh vào/ra cho các cảm biến, bộ truyền động, và bộ báo hiệu ở bên
ngoài.
• Khối điều khiển
• Khối giao tiếp truyền thông
• Khối nguồn.
1.3.2) Phân loại.
Cũng giống như các thẻ, các reader cũng có thể được phân loại bằng cách sử dụng hai
tiêu chí khác nhau. Tiêu chí đầu tiên là dựa trên cách cung cấp giao tiếp liên lạc cho reader.
Dựa trên cái này, các reader có thể được phân loại như dưới đây:
• Reader nối tiếp

• Reader mạng
a)Thiết bị đọc thẻ nối tiếp
Các reader nối tiếp sử dụng một liên kết truyền thông nối tiếp để liên lạc với một ứng
dụng. Reader được liên kết vật lý tới một cổng nối tiếp trên máy tính sử dụng một kết nối nối
tiếp RS-232 hoặc RS-485. Chú ý rằng cả hai kiểu kết nối này đều có một giới hạn về chiều
dài cáp có thể được sử dụng để nối từ reader tới máy tính. Với kiểu RS-485 cho phép chiều
dài cáp sử dụng dài hơn so với kiểu RS-232.
Ưu điểm của các reader nối tiếp là có các liên kết truyền thông đáng tin cậy hơn so với
các reader mạng, bởi vì nó không ra các hiện tượng mất gói tin như trong reader mạng . Do


đó, việc sử dụng các reader loại này được khuyến khích để giảm thiểu sự phụ thuộc vào một
kênh truyền thông.
Tuy nhiên, nhược điểm của các reader nối tiếp là phụ thuộc vào chiều dài lớn nhất của
cáp được sử dụng để nối từ reader tới máy tính. Ngoài ra, bởi vì số lượng cổng nối tiếp
thường được giới hạn trên một máy chủ, nên phải cần tới một lượng lớn máy chủ để có thể
kết nối được với tất cả các reader nối tiếp.Và để cập nhật firmware cho reader thì người bảo
dưỡng phải thực hiện tiến hành vói từng reader.
Vì vậy đội ngũ bảo dưỡng cũng phải cần tới với số lượng nhiều. Ngoài ra, tốc độ truyền
dữ liệu nối tiếp thường thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền dữ liệu mạng. Tất cả các yếu tố
này có thể dẫn đến một kết quả là , chi phí bảo dưỡng sẽ cao hơn và thời gian ngừng hoạt
động là đáng kể.
b)Thiết bị đọc thẻ mạng.
Các reader mạng có thể được kết nối tới một máy tính bằng cách sử dụng cả mạng có dây
và mạng không dây. Trong thực tế, loại reader này có thể được cài đặt vận hành giống như
một thiết bị mạng thông thường mà không cần yêu cầu kiến thức chuyên môn về phần cứng.
Tuy nhiên cần phải chú ý rằng, tính năng giám sát SNMP hiện đang có sử dụng trên một vài
kiểu reader mạng. Do đó, phần lớn các reader này không thể được giám sát như với các thiết
bị mạng chuẩn được.
Ưu điểm của các reader mạng là nó không phụ thuộc vào chiều dài lớn nhất của dây cáp

được nối từ reader tới máy tính. Và nó cũng cần số lượng máy chủ ít hơn so với các reader
nối tiếp. Ngoài ra, firmware của reader có thể được cập nhật từ xa thông qua mạng mà không
cần tới bất cứ tiếp xúc vật lý nào với reader. Cái này khiến cho hệ thống dễ dàng bảo dưỡng
hơn và cho thấy nỗ lực hạ thấp chi phí của một hệ thống RFID.
Nhược điểm của các reader mạng là các liên kết truyền thông kém tin cậy hơn so với các
reader nối tiếp. Ví dụ, có thể do lý do nào đó liên kết mạng bị trục trặc trong khoảng thời
gian ngắn, khiến cho mất gói dữ liệu trong quá trình chuyển dữ liệu từ reader về máy chủ. Và
có thể dẫn đến sai kết quả về dữ liệu trên thẻ . Để giải quyết vấn đề này, nói chung các reader
đã có thêm bộ nhớ trong để lưu trữ dữ liệu đọc được từ thẻ. Tính năng này dù không tối ưu
nhưng đã phần nào giảm bớt được hậu quả gây ra do mất liên kết mạng.
B: TÌM HIỂU VỀ ITS

II)

TỔNG QUAN HỆ THỐNG:


Hình 7: Sơ đồ hệ thống ITS

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

2.2) Thành phần của hệ thống ITS:
Thành phần của hệ thống bao gồm:
Thẻ trả phí ETC(Electronic Toll Collection): Là một loại thẻ sử dụng công nghệ RFID.
Khi đi qua các trạm thu phí, thông tin về thẻ sẽ được thiết bị đọc thẻ nhận dạng và kiểm tra

trước khi thực hiện quá trình thu phí.
Thiết bị đọc thẻ tại trạm thu phí: Khi xe đi vào tầm hoạt động của hệ thống thông tin giữa
xe và trạm thu phí, các anten của thiết bị đọc thẻ tại trạm thu phí sẽ tự động thu thập thông
tin về xe cộ. Sau đó giao dịch trả phí sẽ được tiến hành tự động. Quá trình xử lý này nhanh
hơn rất nhiều so với quá trình thu tiền bằng tay. Các thiết bị đọc thẻ tại các trạm thu phí cũng
sẽ được kết nối với mạng truyền thông công cộng để gửi dữ liệu, thông tin thu phí về cơ sở
dữ liệu trung tâm.


Thiết bị trả phí tự động đặt trên xe(OBU): thiết bị này sẽ quyết định thông tin riêng biệt của
từng chiếc xe.
Các thiết bị trên có thể liên lạc với nhau qua sóng DSRC, UHF, mạng thông tin di động và
internet.

2.3 )Ứng dụng công nghệ RFID vào thu phí:
Công nghệ RFID được đưa vào trạm thu phí để thực hiện những công việc sau: Mỗi Chip
nhớ sẽ chứa một mã số mang thông tin về xe và chủ xe đang lưu thông. Khi xe đi qua trạm
thu phí thì đầu đọc được bố trí xung quanh trạm sẽ đọc mã số này và truyền về PC/PLC, sau
đó mã số này sẽ được PC so sánh với mã số đã có sẵn trong cơ sở dữ liệu của máy tính.
Sau đó toàn bộ thông tin về xe mang Chip nhớ tương ứng sẽ được đọc về máy tính.
Chương trình lúc này sẽ tự động đối chiếu các thông tin về xe và kiểm tra tài khoản của chủ
xe. Tại đây máy tính sẽ tự động trừ số tiền qua trạm của xe tương ứng đồng thời thông báo
cho chủ xe biết được là phí giao thông đã được thanh toán. Trong trường hợp phí chưa được
thanh toán máy tính sẽ in hóa đơn và gửi đến chủ xe
Như vậy xe qua trạm sẽ bỏ qua được giai đoạn mua và soát vé đồng thời thời gian trao đổi
dữ liệu giữa Chip nhớ và PC được diễn ra trong thời gian rất ngắn do đó sẽ giảm thời gian
lưu thông của xe khi qua trạm.
Các cảm biến sẽ được lắp đặt trên mặt đường để thu thập các thông tin về luồng giao
thông, khí hậu, thời tiết,…các thông tin này được hệ thống máy tính phân tích và xử lý, sau
đó cung cấp trở lại cho tài xế về tình hình giao thông trên đường (tai nạn, ùn tắc giao thông,

thời tiết…) để tài xế chọn giải pháp giao thông tối ưu, giúp hạn chế tối đa tai nạn và ùn tắc
giao thông, đảm bảo thời gian đi lại ngắn nhất và an toàn nhất cho các phương tiện đang lưu
thông trên đường.
Theo ông Seong J.Namkoong, Giám đốc trung tâm dữ liệu về đường cao tốc Hàn Quốc,
giao thông cũng là một cách để hiểu được con người. Bởi vậy, khái niệm ITS có 3 yếu tố
tham gia là con người- xe cộ- đường sắt .
Thông minh hóa hệ thống giao thông chính là giảm vai trò của con người trong điều hành
giao thông. Khi con người không còn vai trò gì thì sẽ đạt đến mức tự động hóa. Đây chính là
mục tiêu cao nhất của ITS. Để đạt được mục tiêu này, ITS phải có 3 giai đoạn: thu thập thông
tin, xử lý thông tin và đưa thông tin được xử lý tới người tham gia giao thông.


Hình 8: Hệ thống ITS Hong Kong sử dụng hệ thống CCTV và các cảm biến để thu
thập thông tin
Chính vì vậy, sẽ có nhiều camera và cảm biến được lắp đặt trên mặt đường để thu thập các
thông tin về luồng giao thông, khí hậu, thời tiết,... các thông tin này được hệ thống máy tính
phân tích và xử lý, sau đó cung cấp trở lại cho tài xế về tình hình giao thông trên đường để
tài xế chọn giải pháp giao thông tối ưu, giúp hạn chế tối đa tai nạn và ùn tắc giao thông, đảm
bảo thời gian đi lại ngắn nhất và an toàn nhất cho các phương tiện đang lưu thông trên
đường.
Đây là hệ thống bao gồm các phương tiện truyền hình, nối mạng quản lý toàn quốc. Nhà
quản lý chỉ cần ngồi một chỗ vẫn có thể bao quát được toàn bộ hệ thống đường toàn quốc.
Đơn cử, một sự kiện đang xảy ra trên một điểm của đường cao tốc có thể lập tức được thông
báo trong toàn hệ thống quản lý và sử dụng đường cao tốc, đồng thời kết nối với tổ chức
thanh tra giao thông trên toàn quốc để kịp thời xử lý.
Tại một số cuộc hội thảo gần đây, nhiều chuyên gia trong và ngoài nước còn đưa ra rất
nhiều lợi ích khác của ITS như: nâng cao được tính an toàn cho các phương tiện tham gia
giao thông; giảm ô nhiễm môi trường, tối ưu hóa nhu cầu giao thông, hệ thống quản lý xe
tiên tiến, tăng cường hiệu quả trong việc vận chuyển hàng hóa; tăng cường được tính tiện
nghi cho các cá nhân; thúc đẩy các hoạt động kinh tế trong khu vực; tạo lập được một nền

tảng chung và xúc tiến các tiêu chuẩn quốc tế và quy trình kỹ thuật toàn cầu.
Thời gian tới đây, Việt Nam sẽ đầu tư mạnh mẽ vào đường bộ cao tốc. Tại Quy hoạch phát
triển mạng đường bộ cao tốc Việt Nam đến năm 2020 và tầm nhìn sau năm 2020 được Thủ
tướng phê duyệt tại Quyết định số 1734/QĐ-TTg - đã xác lập mạng đường bộ cao tốc Việt
Nam gồm 22 tuyến, với tổng chiều dài 5.873 km.


Trong đó, riêng tuyến cao tốc Bắc-Nam có tổng chiều dài khoảng 3.262km, gồm tuyến cao
tốc Bắc - Nam phía Đông dài khoảng 1.941km và tuyến cao tốc Bắc-Nam phía Tây dài
khoảng 1.321 km. Hơn nữa, trong năm 2010 này, ngoài 40km của tuyến TP HCM- Trung
Lương, dự kiến một tuyến cao tốc khác cũng sẽ đưa vào sử dụng là Cầu Giẽ - Ninh Bình. Do
vậy, việc gấp rút triển khai hệ thống ITS là yêu cầu hết sức cấp bách với Việt Nam.