Chương trình quản lí học sinh ứng dụng công nghệ RFID

Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RFID
Khoảng chục năm trở lại đây chúng ta đa bắt đầu bắt gặp nhiều ứng dụng công nghệ
RFID trong thực tiễn cuộc sống hàng ngày. Đơn giản nhất có thể thấy, mỗi khi chúng ta
vào chuỗi siêu thị của Walmart để mua hàng,khi ra ta chỉ cần đưa từng sản phẩm lại gần
một thiết bị đọc và sau đó thực hiện trả tiền.Đó chính là một hệ thống RFID điển hình mà
đa được Walmart triển khai cho chuỗi siêu thị của họ trên khắp thế giới.Từ đây chúng ta
có thể thấy một điều rằng, cơng nghệ RFID đa giúp chúng ta tiện lợi hơn rất nhiều trong
cuộc sống hằng ngày. Bây giờ chúng ta hãy cùng đi tìm hiểu một hệ thống RFID nói
chung để hiểu rõ hơn hoạt động của nó.
1.1. Lịch sử cơng nghệ RFID
RFID không phải là một khái niệm mới ,mà lịch sử của nó đa bắt đầu từ thế
chiến thứ II. Thời đó các nước như Mỹ, Anh, Đức và Nhật Bản đa sử dụng radar để xác
định máy bay đi vào lãnh thổ của họ bởi vậy việc nhận dạng máy bay đối phương đa trở
thành một nhiệm vụ tối quan trọng. Nhận thức được vấn đề này, người Đức đa tìm ra
được rằng nếu như các phi cơng lộn vòng máy bay của họ trong khi quay trở lại căn cứ
thì nó sẽ thay đổi tín hiệu phản xạ trở lại và cái này có thể coi như là hệ thống RFID thụ
động đầu tiên. Bên cạnh đó ,Watson-Watt đa phát triển được việc nhận dạng tích cực đối
tượng bạn/kẻ thù đầu tiên hay còn được gọi là hệ thống IFF cho nước Anh trong cùng
thời gian đó.
Năm 1973 Mario W. Cardullo đa được nhận bằng sáng chế cho việc chế tạo
thành cơng thẻ tích cực RFID với bộ nhớ có thể ghi được. Và cũng trong năm đặc biệt đó
ở California, một doanh nhân có tên là Charles Walton đa được nhận giải thưởng nhờ
việc sáng chế ra các transponder thụ động để mở cửa mà không cần sử dụng tới chìa
khóa. Thời kỳ này chứng kiến các công ty phát triển các hệ thống tần số thấp với các
transponder nhỏ và nó vẫn cịn được sử dụng trong ngành chăn nuôi gia súc cho tới ngày
nay. Các hệ thống 125 kHz đa được thương mại hóa trong khoảng thời gian đó và từ đó
các cơng ty bắt đầu tiến tới các tần số cao hơn để có thể sử dụng được tại một vài vùng
trên thế giới.

Các công ty lớn bắt đầu nhận thấy tầm quan trọng của RFID là vào những năm
chín mươi của thế kỷ trước,cụ thể là IBM đa phát triển và sáng chế ra các hệ thống UHF
RFID. Tuy nhiên nửa đầu những năm chín mươi có thể được coi là q trình học tập cơng
nghệ bởi các sản phẩm sản xuất ra có giá thành rất cao và khơng cócác tiêu chuẩn cụ thể
nào.
Năm 1999 có thể coi là năm vàng của công nghệ này khi mà các tổ chức như : tổ
chức quốc tế EAN, Gillette, Uniform Code Council và P&G đa tạo ra một quỹ cho việc
thành lập trung tâm Auto-ID tại học viện công nghệ MIT. Hai giáo sư của MIT là Sanjay
Sharma và David Brock, là những người đầu tiên nghĩ ra việc đưa các mã số lên trên các
thẻ RFID để cho biết giá trị của chúng và điều này có thể làm thay đổi cách thức ứng
dụng công nghệ này trong một chuỗi cung ứng.Trong khoảng giữa những năm từ 1999
tới 2003 trung tâm Auto-ID đa nhận được sự trợ giúp từ hơn một ngàn cơng ty , các nhà
cung cấp RFID chính và Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ. Các phòng nghiên cứu được mở ra ở
nhiều nước và sau đó khơng lâu cơng nghệ đa được cấp phép cho Uniform Code Council

1


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
vào năm 2003 để thực hiện thương mại hóa . Đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ này
trong thực tế có thể kể đến các tên tuổi lớn như Wal-Mart,Metro. Ngày nay công nghệ
này đa được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như ứng dụng vào việc chấm công
tại các công ty, hay ứng dụng vào việc ghi nhớ nguồn gốc thủy sản đông lạnh xuất
khẩu,...Và theo nhận định của nhiều chuyên gia thì trong tương lai gần công nghệ này
vẫn luôn là một lựa chọn tối ưu.
1.2. Các khái niệm cơ bản
Sóng là một dao động vận chuyển năng lượng từ một điểm này tới điểm khác.Sóng
điện từ là sóng được tạo ra bởi các electron chuyển động và dao động điện từ trường. Các
sóng này có thể đi xuyên qua một số kiểu chất liệu khác nhau.
Điểm có vị trí cao nhất trên một sóng được gọi là một đỉnh sóng, và điểm thấp nhất

được gọi là một lõm sóng. Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp hoặc hai lõm sóng
liên tiếp thì được gọi là một bước sóng. Một bước sóng hồn chỉnh của một dao động
sóng được gọi là chu kỳ. Và thời gian cần thiết để một sóng hồn thành một chu kỳ,được
gọi là chu kỳ dao động . Số các chu kỳ trong một giây được gọi là tần số của sóng. Tần
số có đơn vị là hertz (ký hiệu Hz). Và nếu như tần số của một sóng là 1 Hz,thì có nghĩa là
sóng đang dao động với tốc độ một chu kỳ trên giây. Các đơn vị khác thường được dùng
là KHz (= 1,000 Hz), MHz (= 1,000,000 Hz), hoặc GHz (= 1,000,000,000 Hz).
Hình dưới đây chỉ ra một vài bộ phận của một sóng.

Hình 1.1 Các thành phần của sóng
Các sóng vơ tuyến hay các sóng có tần số vơ tuyến (RF) là các sóng điện từ với chiều
dài bước sóng ở giữa khoảng 0.1 cm và 1,000 km hoặc là có tần số nằm trong khoảng
giữa 30 Hz và 300 GHz.Ngồi ra cịn có nhiều kiểu sóng điện từ khác như : tia hồng
ngoại, tia tử ngoại, tia gamma, tia x, và các tia vũ trụ.
Điều chế là q trình thay đổi các đặc tính của một sóng vơ tuyến để mã hóa một vài
tín hiệu thông tin mang theo .Công nghệ RFID chủ yếu dùng ba loại tần số là : tần số thấp
LF, tần số cao HF, tần số siêu cao UHF .Còn loại tần số rất cao VHF thì chưa thấy có hệ
thống RFID sử dụng, do vậy tôi không đề cập đến ở đây.

2


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
Tần số thấp LF: là các tần số nằm trong khoảng giữa 30 KHz đến 300 KHz ,hệ
thống RFID thông thường chỉ sử dụng các tần số trong phạm vi từ 125 KHz tới 134
KHz.Còn với một hệ thống LF RFID điển hình thì thường hoạt động tại tần số là 125
KHz hoặc là 134.2 KHz. Hệ thống RFID hoạt động tại tần số thấp thường sử dụng các thẻ
thụ động, nên tốc độ truyền dữ liệu từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ là rất thấp. Song tuy nhiên,
các thẻ tích cực LF cũng có thể được sử dụng bởi các nhà cung cấp. Ngày nay phạm vi
tần số LF được chấp nhận sử dụng ở khắp mọi nơi trên thế giới.

Tần số cao HF:là các tần số nằm trong phạm vi từ 3 MHz tới 30 MHz, trong đó
13.56 MHz là tần số điển hình thường được sử dụng cho các hệ thống RFID. Hệ thống
HF RFID thường sử dụng các thẻ thụ động,nên có tốc độ truyền dữ liệu khá thấp từ thẻ
tới thiết bị đọc thẻ. Ngày nay các hệ thống HF được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong
các bệnh viện (vì ở đó nó khơng gây nhiễu cho các thiết bị y tế đang hoạt động khác). Và
có lẽ do vậy mà phạm vi tần số HF đa được chấp nhận sử dụng hầu như khắp thế giới.
Tần số siêu cao UHF: là các tần số nằm trong khoảng từ 300 MHz tới 1 GHz .Hệ
thống UHF RFID thụ động thường hoạt động tại tần số 915 MHz tại Hoa Kỳ và tại 868
MHz ở các nước Châu Âu. Còn hệ thống UHF RFID tích cực hoạt động tại tần số 315
MHz và 433 MHz.Và vì vậy hệ thống UHF có thể sử dụng được cả hai loại thẻ tích cực
và thụ động và có thể đạt được một tốc độ truyền dữ liệu khá nhanh giữa thẻ và thiết bị
đọc thẻ. Các hệ thống UHF RFID hiện tại đa bắt đầu được triển khai rộng rãi trong các tổ
chức chính phủ các nước như bộ quốc phòng Mỹ và các tổ chức quốc tế, ... Tuy nhiên
phạm vi tần số UHF vẫn khơng được chấp nhận sử dụng trên tồn thế giới. Dưới đây hình
ảnh minh họa phạm vi các tần số mà ta đa nói ở trên

Hình 1.2 Phổ tần số vơ tuyến
Bây giờ ta sẽ nói thêm về các ngun nhân gây nhiễu cho sóng điện từ.Nói chung,
sóng điện từ thường bị nhiễu từ nhiều nguồn khác nhau, song chủ yếu là các nguồn dưới
đây:
- Các điều kiện thời tiết như mưa ,tuyết, ... Tuy nhiên, như đa nói trước đó,nguồn
nhiễu này ít ảnh hưởng với các phạm vi tần số LF và HF.
- Sự có mặt của một vài nguồn sóng vơ tuyến khác chẳng hạn như cell phone, mobile
radio,...
- Các dòng tĩnh điện (ESD). ESD là một luồng dịng điện bất ngờ đi qua một chất liệu
trong tình huống chất liệu đó có sự cách điện ở dưới mức chuẩn.Nếu như có một sự khác
nhau lớn về điện áp tồn tại giữa hai điểm trên chất liệu, thì các nguyên tử ở giữa hai điểm
này có thể trở thành các điện tích và tạo thành dịng điện.

3

Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
Ngoài ra chúng ta cũng cần biết thêm các khái niệm khác dưới đây có liên quan đến
hệ thống RFID.
Sự xung đột thẻ : Một reader chỉ có thể liên lạc được với một thẻ tại một thời điểm.
Khi có nhiều hơn một thẻ cố gắng liên lạc với reader, thì lúc đó xuất hiện hiện tượng có
tên gọi là “sự xung đột thẻ”. Trong trường hợp này, để đáp lại truy vấn từ reader, nhiều
thẻ sẽ phản hồi các tín hiệu của chúng tới reader tại cùng một thời điểm. Reader cần thiết
phải liên lạc sau đó với các thẻ bằng cách sử dụng một giao thức có ứng dụng một thuật
toán đặc biệt. Thuật toán mà được sử dụng để hịa giải các xung đột thẻ thì được gọi với
cái tên là “các thuật toán chống xung đột”. Hiện tại, hai kiểu thuật toán chống xung đột
dưới đây là được sử dụng rộng rãi nhất:
- ALOHA cho các kiểu tần số HF
- Tree Walking cho các kiểu tần số UHF
Bằng cách sử dụng một trong các thuật toán chống xung đột ở trên, một readercó thể
nhận dạng được vài thẻ trong vùng đọc của nó với một chu kỳ thời gian rấtngắn. Chính vì
vậy, mà nó khiến cho ta có cảm giác reader đó liên lạc với các thẻgần như là đồng thời.
Sự xung đột reader :Khi vùng đọc (hoặc là cửa sổ đọc) của hai hoặc nhiều hiệu từ
các reader khác, gây ra nhiễu tín hiệu. Hiện tượng này được gọi “sự xung đột reader”.
Tình trạng này có thể phát sinh nếu như các anten hai reader này được cài đặt theo cách
thức nào đó mà dẫn đến sự can thiệp phá hoại lẫn nhau (ví dụ như, vùng phủ sóng của
anten). Dẫn đến một hệ quả là, năng lượng RF từ một trong các anten của một reader sẽ
bị loại ra ngồi vì năng lượng RF từ một trong các anten của reader khác. Để tránh vấn đề
này, ta phải điều chỉnh lại vị trí các anten của các reader để sao cho anten của một reader
không đối diện trực tiếp với anten của reader khác. Nếu như khơng thể tránh khỏi việc có
hai anten đối diện nhau, thì giải pháp nên làm là phân chia khoảng cách hiệu quả cho
chúng để vùng đọc của chúng khơng chồng lên nhau. Ngồi ra, hai anten của cùng một
reader cũng có thể tạo ra sự chồng lấp lên nhau nhưng nó khơng tạo sự xung đột reader,
bởi vì năng lượng đi tới các anten là các chuyển dịch vật lý được thực hiện bởi reader

theo cách mà chỉ có một anten hoạt động tại một thời điểm.
Điều đó dẫn đến, sẽ khơng có cơ hội để hai hay nhiều anten của reader này phát ra
các tín hiệu cùng lúc. Chúng ta cũng có thể sử dụng kỹ thuật khác, có tên gọi là TDMA,
để tránh sự xung đột reader.
Trong kỹ thuật này, các reader sẽ được hướng dẫn để đọc tại các thời điểm khác nhau
chứ không phải tất cả cùng đọc một lúc. Và như vậy, chỉ có anten của một reader là được
hoạt động tại một thời điểm. Nhưng có mộtvấn đề phát sinh với phương pháp này là, một
thẻ có thể được đọc nhiều hơn một lần bởi các reader khác nhau trong vùng đọc chồng
chéo lên nhau. Do đó, cần phải áp dụng một vài cơ chế lọc thông minh bởi khối điều
khiển để lọc ra các thẻ đa được đọc.
Khả năng đọc thẻ: của một hệ thống RFID trong một môi trường hoạt động phổ biến
có thể được định nghĩa là khả năng của hệ thống để đọc thành công dữ liệu từ một thẻ cụ
thể. Khả năng đọc thẻ phụ thuộc vào một số các yếu tố. Để cung cấp khả năng đọc thẻ tốt
thì hệ thống RFID cần phải đọc thành cơng một thẻ ít nhất một lần. Để đảm bảo điều này,
thì hệ thống nên được thiết kế sao cho số lần đọc một thẻ vừa đủ để ngay cả khi thẻ đọc
lỗi vài lần thì vẫn có cơ hội tốt để một trong số lần đọc đó thành cơng. Tức là xác suất
thành công sẽ cao hơn.

4


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
1.3. Các đặc điểm của một hệ thống RFID
Các hệ thống RFID có thể được phân biệt với nhau theo ba cách khác nhau dựa trên
các thuộc tính đặc trưng dưới đây:
- Tần số hoạt động
- Phạm vi đọc
- Phương pháp ghép nối vật lý
1.3.1. 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 .
1.3.2. 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.
1.3.3. Phương pháp ghép nối
Việc ghép nối vật lý mà ta đề cập tới ở đây là nói tới phương pháp sử dụng để ghép 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 làcác hệ
thống backscatter. Các hệ thống RFID hoạt động trong phạm vi dải tần số UHF và vi ba
thuộc về nhóm này.
1.4. Các thành phần 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 đa được tích hợp anten lên trên nó,vì vậy kích
thước của nó đa giảm đi rất nhiều.

5


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
- Khối điều khiển : Đây là một thành phần quan trọng. Tuy nhiên hầu hết các reader
thế hệ mới đều đa 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 khơng 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 khơng dây và cơ sở hạ tầng kết nối nối tiếp, để có thể kết nối các thành
phần đa liệt kê phía trên với nhau.
Dưới đây là biểu đồ một hệ thống RFID :

Hình 1.3 Biểu đồ hệ thống RFID
Bây giờ ta sẽ đi chi tiết vào từng thành phần của hệ thống RFID.
1.4.1. Thành phần 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 vơ
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)

6


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
1.4.1.1. Thẻ thụ động
Kiểu thẻ RFID này khơng có nguồn ni 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 khơng 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.
Đối với loại thẻ này,để thực hiện truyền thông tin giữa thẻ và reader thì reader ln
ln 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 thơng 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
Dưới đây là hình ảnh minh họa các thành phần thẻ thụ động trong thực tế:

Hình 1.5 Các thành phần của thẻ thụ động
Cịn tiếp theo đây là một số hình ảnh thực tế về các thẻ thụ động của một vài hãng sản
xuất lớn khác nhau:

7

Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID

Hình1.7 Các thẻ 2.45 GHz của hãng Alien Technology

Hình1.8 Các thẻ 915 MHz của hãng Intermec Corporation

8


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
1.4.1.1.1. Thành phần vi chip
Một vi chip của thẻ thụ động bao gồm các khối như chỉ ra ở hình vẽ dưới đây:

Hình 1.9 Sơ đồ các khối của vi chip
Khối Power control/rectifier thực hiện chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thu được từ
tín hiệu phát ra ở anten của reader thành nguồn điện một chiều.Chính nguồn điện một
chiều này sẽ cung cấp năng lượng tới các thành phần khác của vi chip. Xung từ khối
Clock Extractor thực hiện tách xung tín hiệu từ tín hiệu thu được do anten của reader phát
ra. Sau đó khối Modulator sẽ điều chế tín hiệu nhận được.Thơng tin mà thẻ trả lại để
truyền tới reader được nhúng vào bên trong tín hiệu đa được điều chế.Bộ nhớ của vi chip
được sử dụng để lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này thường được chia thành các phần (bao gồm
các khối hoặc là các trường). Ở đây ta cần chú ý đến thuật ngữ addressability ,nghĩa là
khả năng đánh địa chỉ (đọc hoặc ghi) các vị trí bộ nhớ riêng lẻ của một vi chip. Một khối
bộ nhớ của thẻ có thể lưu trữ được nhiều kiểu dữ liệu khác nhau,chẳng hạn như một phần
của đối tượng dữ liệu được sử dụng để nhận dạng thẻ, các bit kiểm tra tổng (ví dụ, cyclic
redundancycheck [CRC]) để kiểm tra độ chính xác của dữ liệu đa được truyền,...
1.4.1.1.2. Thành phần anten
Anten của thẻ được sử dụng để đưa tín hiệu thu được từ reader thành năng lượng cho

thẻ ,phục vụ cho việc gửi hoặc nhận dữ liệu tới reader.Anten này được gắn tiếp xúc vật lý
với vi chip của thẻ. Trong thực tế có rất nhiều cách thiết kế anten,tuy nhiên chúng ta cần
phải chú ý rằng chiều dài của anten tỷ lệ trực tiếp với chiều dài bước sóng hoạt động của
thẻ.Ngồi ra cịn có một khái niệm nữa cũng rất quan trọng ,đó là “lưỡng cực” (dipole).
Một anten lưỡng cực có thể là một dây điện thẳng (ví dụ,với chất liệu là đồng) bị đứt
quãng tại điểm giữa. Chiều dài tổng cộng của một anten lưỡng cực bằng một bước sóng
của tần số được sử dụng để tối ưu hóa năng lượng chuyển từ tín hiệu của anten reader tới
thẻ. Với một anten lưỡng cực kép (dual dipole) thì nó bao gồm hai lưỡng cực, nên có thể
giảm đi rất nhiều tính nhạy cảm thẳng hướng của thẻ .Chính vì vậy mà, reader có thể đọc

9


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
thẻ tại nhiều hướng khác nhau.Còn một lưỡng cực gấp (folded dipole) là bao gồm hai
hoặc nhiều dây điện thẳng kết nối song song và mỗi cái có chiều dài bằng nửa chiều dài
bước sóng (của tần số được sử dụng). Khi hai dây được nối lại, thì kết quả tạo ra “một
lưỡng cực gấp-2 dây”.Tương tự như vậy ba dây kết nối song song sẽ tạo ra “một lưỡng
cực gấp-3 dây”.
Chiều dài anten của thẻ thường lớn hơn rất nhiều so với microchip của thẻ, vàdo đó
nó quyết định đến kích thước vật lý sau cùng của thẻ. Ngồi ra có một vài thơng số ta cần
chú ý khi thiết kế thẻ:
• Khoảng cách đọc thẻ được tính từ reader
• Hướng nhận biết thẻ so với reader
1.4.1.2. 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 khơng 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 thơng tin này tới
reader. Chúng ta có thể hình dung thẻ tích cực giống như một chiếc máy tính khơng dây
cộng thêm với vài thuộc tính khác (ví dụ, có thể bao gồm thêm một cảm biến hoặc một
tập hợp các cảm biến).
Trong giao tiếp truyền thông tin giữa thẻ và reader, thì thẻ ln ln 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 khơng có reader. 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

10


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID

Do các thành phần vi chip và anten của thẻ tích cực cũng giống với thẻ thụ động nên ta sẽ
khơng nói tới ở đây.Bây giờ ta chỉ nói qua về hai thành phần còn lại là khối nguồn và các
thành phần điện tử.
1.4.1.2.1. Khối nguồn
Tất cả các thẻ tích cực đều có mang một nguồn năng lượng trên nó (ví dụ, có một pin
nhỏ kèm theo) để cung cấp năng lượng tới các thành phần điện tử và để nó thực hiện

truyền dữ liệu đi. Nếu như sử dụng một pin làm nguồn năng lượng , thì một thẻ tích cực
có thể sử dụng được ít nhất khoảng từ 2 tới 7 năm phụ thuộc vào độ bền của pin. Một
trong những nhân tố quyết định độ bền của pin là tốc độ truyền dữ liệu của thẻ. Ví dụ, giả
thiết rằng một thẻ tích cực được chế tạo mặc định là cứ thực hiện truyền một lần sau vài
giây. Nếu như bạn tăng nó lên,tức là thiết lập cứ truyền một lần sau một vài phút thậm chí
là một vài giờ,thì bạn đa làm cho tuổi thọ sử dụng pin lâu hơn. Ngoài ra, các cảm biến
nằm trên bảng mạch thẻ và các bộ xử lý tiêu thụ năng lượng ít cũng có thể góp phần làm
cho tuổi thọ của pin ngắn đi.
1.4.1.2.2. Các thành phần điện tử
Các thành phần điện tử nằm trên bảng mạch thẻ cho phép thẻ hoạt động như một bộ
phát tín hiệu (transmiter), và tùy theo lựa chọn cụ thể mà nó có thể thực hiện được các
chức năng đặc biệt chẳng hạn như việc tính tốn, hoặc hoạt động như một cảm
biến,...Thành phần này cũng có thể cung cấp thơng tin cho việc kết nối với các cảm biến
ở bên ngoài. Cho nên, tùy theo kiểu cảm biến gắn vào, mà thẻ có thể thực hiện được rất
nhiều các chức năng cảm biến. Nói chung, phạm vi các chức năng của thành phần này là
không giới hạn. Ta cần chú ý rằng khi số các chức năng tăng nên thì kích thước vật lý của
phần này tăng nên ,và vì vậy kích thước thẻ cũng tăng lên. Tuy nhiên điều này hoàn toàn

11


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
có thể chấp nhận được với các thẻ tích cực . Vì vậy mà, các thẻ tích cực có thể triển khai
tới một phạm vi rộng các ứng dụng hiện nay.
1.4.1.3. Thẻ bán tích cực (hoặc thẻ bán tự động)
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 ln
ln 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.
Vậy tại sao lại dùng thẻ bán thụ động mà khơng dùng thẻ thụ động ? Là bởi vì thẻ
bán tích cực khơng 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).

Các thẻ bán tích cực 2.45 GHz của hãng Alien Technology

Các thẻ bán tích cực 915 MHz/2.45 GHz của hãng TransCore

12


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID

Ngồi cách phân loại trên cịn có cách phân loại dựa trên cơ sở về việc hỗ trợ khả
năng ghi lại dữ liệu như dưới đây :
· Chỉ đọc (RO)
· Ghi một lần ,đọc nhiều lần (RW)
· Đọc, ghi (WORM)
Ta cần chú ý rằng cả hai loại thẻ thụ động và tích cực đều có thể là RO,
WORM, và RW.Dưới đây ta sẽ đi qua chi tiết hơn một chút về cách phân loại này.
1.4.1.4. Thẻ chỉ đọc
Một thẻ RO chỉ có thể lập trình một lần trong suốt thời gian nó tồn tại. Dữ liệu có thể
được “burn” vào bên trong thẻ tại nhà máy trong suốt giai đoạn chế tạo. Để hồn thành
cái này,các cầu chì riêng lẻ trên vi chip của thẻ được “burn” vĩnh cửu bằng cách dùng

một chùm laser có đầu nhọn. Sau khi xong cơng đoạn đó ,thì dữ liệu sẽ khơng thể ghi lần
nữa lên thẻ trong suốt thời gian tồn tại của nó. Có lẽ do vậy mà loại thẻ này cịn có tên
gọi khác là “factory programmed” (có nghĩa là , được lập trình bởi nhà sản xuất). Nhà
sản xuất thẻ thực hiện đưa dữ liệu lên trên thẻ,còn người dùng thẻ thơng thường sẽ khơng
có bất cứ điều khiển nào trên nó. Kiểu thẻ này khá thích hợp cho các ứng dụng nhỏ,
nhưng không thực tế khi chế tạo số lượng lớn hoặc khi dữ liệu trên thẻ cần được tùy
chỉnh dựa trên cơ sở ứng dụng triển khai.
1.4.1.5. Thẻ ghi một lần – đọc nhiều lần
Một thẻ WORM có thể được lập trình hay ghi lại một lần, thơng thường việc này sẽ
không phải được thực hiện bởi nhà sản xuất mà bởi người dùng thẻ tại thời điểm họ thực
hiện công đoạn tạo thẻ. Trong thực tế ,các thẻ loại này thường chỉ được ghi đè với một số
lần cố định (khoảng 100 lần) ! Nếu như dữ liệu ghi đè lên thẻ vượt quá số lần quy định
đó, thì thẻ có thể bị hư hỏng vĩnh viễn.
Đây là kiểu thẻ có giá cả phải chăng để có thể thực hiện với số lượng lớn và có tính
bảo mật dữ liệu cao,có lẽ vậy mà nó là kiểu thẻ được sử dụng thịnh hành nhất trong các
nghiệp vụ kinh doanh ngày nay.
1.4.1.6. Thẻ ghi – đọc
Một thẻ RW có thể được lập trình lại hay là ghi lại nhiều lần. Thông thường, con số
này nằm trong khoảng giữa 10,000 và 100,000 lần và có thể hơn nữa! Khả năng ghi đè
này đưa ra một đặc trưng to lớn ,đó là dữ liệu có thể được ghi hoặc bởi reader hoặc bởi
chính bản thân thẻ (trong trường hợp là các thẻ tích cực). Thẻ RW thường có chứa một bộ
nhớ Flash hoặc FRAM để lưu trữ dữ liệu của nó. Bảo mật dữ liệu là một thử thách khá
lớn cho loại thẻ này. Ngồi ra, chi phí thực hiện chế tạo chúng cũng khá đắt đỏ. Có lẽ vì
vậy nên các thẻ RW không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay.
1.4.2. Thiết bị đọc thẻ (reader)
Một RFID reader là một thiết bị cho phép đọc hoặc ghi tới các thẻ RFID thích hợp.
Hành động ghi dữ liệu lên thẻ bởi một reader được gọi là công đoạn tạo thẻ.Công đoạn
tạo thẻ cùng với việc gắn thẻ đó lên một đối tượng nào đó được gọi là quy trình đưa thẻ
đi vào hoạt động. Quãng thời gian một reader có thể phát xạ năng lượng RF để đọc các
thẻ được gọi là chu trình hoạt động của reader.

13


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
Reader là hệ thống thần kinh trung tâm của toàn bộ phần cứng hệ thống
RFID .Một reader có các thành phần chính dưới đây:
· 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 thơng
· Khối nguồn

1.4.2.1 Khối truyền tín hiệu
Bộ truyền tín hiệu của reader được sử dụng để truyền năng lượng điện xoay chiều và chu
kỳ xung thông qua anten của chính nó tới các thẻ nằm trong phạm vi đọc của nó. Đây là
một phần của bộ thu phát tín hiệu, là thành phần mà chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của
reader tới mơi trường xung quanh và nhận thông tin trả lại từ thẻ thông qua anten của
reader. Các cổng anten của reader sẽ được kết nối tới thành phần thu phát của chính nó.
Hiện nay, một vài reader có thể hỗ trợ nên tới bốn cổng anten. Điều đó có nghĩa là reader
có thể nhận dạng được nhiều thẻ tại cùng một thời điểm.
1.4.2.2 Khối nhận tín hiệu
Thành phần này cũng là một phần của khối thu phát. Nó nhận các tín hiệu tương tự từ thẻ
thơng qua anten của reader. Sau đó nó gửi các tín hiệu này tới bộ vi xử lý của reader, ở đó
nó sẽ thực hiện chuyển đổi sang định dạng số.
1.4.2.3 Khối vi xử lý
Thành phần này chịu trách nhiệm thực hiện các giao thức của reader để liên lạc với từng

loại thẻ phù hợp. Nó sẽ thực hiện giải mã và kiểm tra lỗi của các tín hiệu tương tự từ bộ
nhận tín hiệu. Ngồi ra, nó cịn bao gồm thêm logic tùy chỉnh để lọc mức thấp và xử lý
dữ liệu đọc được từ thẻ.
1.4.2.4 Khối bộ nhớ

14


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
Bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ dữ liệu chẳng hạn như các thơng số cấu hình của reader
và danh sách các thẻ có thể đọc được. Nếu như kết nối giữa reader và thành phần điều
khiển hoặc hệ thống phần mềm bị ngắt,thì tất cả dữ liệu đọc được từ thẻ sẽ bị mất.
1.4.2.5 Các kênh vào/ra cho cảm biến, bộ truyền động, và bộ báo hiệu ở bên ngồi
Các reader khơng phải ln hoạt động để đọc thẻ tại tất cả các thời điểm. Xét cho cùng,
thì các thẻ chỉ phải xuất hiện tại các thời điểm chính trong vùng đọc của nó, và cũng để
cho reader được rảnh rỗi để tiết kiệm năng lượng. Chính vì mục đích đó mà ta phải sử
dụng thành phần này. Nó cung cấp một kết cấu cơ học để bật hay tắt reader phụ thuộc
vào các sự kiện ở bên ngồi. Thơng thường ta hay gặp các loại cảm biến, chẳng hạn như
một cảm biến chuyển động hay một cảm biến ánh sáng, để phát hiện sự hiện diện của các
đối tượng được gắn thẻ trong vùng đọc của reader. Sau đó cảm biến có thể thiết lập
reader để đọc thẻ này. Tương tự, thành phần này cũng cho phép reader cung cấp một vài
đầu ra nội bộ phụ thuộc vào một vài điều kiện nào đó qua một bộ báo hiệu (ví dụ như,
phát ra một âm thanh cảnh báo).
1.4.2.6 Khối điều khiển
Khối điều khiển là một thực thể mà cho phép một thực thể ở bên ngoài, hoặc là con người
hoặc là một chương trình máy tính, thực hiện liên lạc với reader và điều khiển các chức
năng của nó cũng như điều khiển bộ báo hiệu và bộ truyền động được kết hợp với reader
đó. Thơng thường,các nhà sản xuất sẽ tích hợp thành phần này vào bên trong bản thân
reader (ví dụ như firmware). Tuy nhiên, nó cũng có thể được đóng gói lại như một thành
phần phần cứng hoặc phần mềm riêng biệt mà người sử dụng sẽ phải mua nó đi kèm cùng

với reader.
1.4.2.7 Khối giao tiếp truyền thông
Thành phần giao tiếp truyền thông cung cấp cách thức truyền thông tin tới
reader ,cho phép nó tương tác với các thực thể ở bên ngồi, thông qua một thành phần
điều khiển , để chuyển dữ liệu lưu trữ trong nó và để nhận lệnh và gửi trở lại các phản hồi
tương ứng. Thực thể này có các đặc tính quan trọng khiến nó cần phải được chế tạo ra
như một thành phần độc lập. Một reader cũng có thể có kiểu truyền thơng nối tiếp giống
như giao tiếp mạng máy tính ta thường thấy. Đó là kiểu giao tiếp có khả năng phổ biến
thịnh hành nhất trong các kiểu giao tiếp có thể của reader , tuy nhiên các phiên bản reader
sắp tới đây lại đang phát triển các giao diện mạng như là các chuẩn đặc trưng tiến tiến
của tương lai.
1.4.2.8 Khối nguồn
Thành phần này thực hiện việc cung cấp năng lượng để nuôi các thành phần khác trên
reader.
1.4.2.9 Phân loại thiết bị đọc thẻ
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
Tiếp sau đây ta sẽ mô tả qua về các kiểu reader này.
1.4.2.9.1 Thiết bị đọc thẻ nối tiếp

15


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
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 thơng đáng tin cậy hơn so với
các reader mạng, bởi vì nó khơng 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. Ngồi 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.
1.4.2.9.2 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 khơng 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 thơng 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 đa có thêm bộ nhớ trong để lưu trữ dữ liệu đọc được từ thẻ. Tính năng này dù
không tối ưu nhưng đa phần nào giảm bớt được hậu quả gây ra do mất liên kết mạng.
Tiêu chí phân loại thứ hai được tạo ra dựa trên cơ sở tính di động của nó, như
chỉ ra dưới đây:
· Reader cố định
· Reader cầm tay
Dưới đây ta sẽ mô tả về các kiểu reader này.
1.4.2.9.3 Thiết bị đọc thẻ cố định
Các reader loại này được gắn vào tường, cổng, hoặc một vài cấu trúc phù hợp trong vùng
đọc. Các cấu trúc mà trên đó reader được gắn vào có thể khơng cần phải là tĩnh! Ví dụ ,
một vài reader loại này có thể được gắn lên các xe nâng hàng. Tương tự, ta cũng có thể

16


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
gắn các reader này ở bên trong các xe tải giao nhận hàng. Trái ngược với các thẻ, các
reader không chịu được với các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Do đó, nếu như chúng
ta cài đặt một reader ở ngoài trời hoặc trên các đối tượng đang chuyển động, thì chúng ta
phải chú ý tới các điều kiện xung quanh nó.
Các reader cố định nói chung thường phải cần tới anten ở bên ngồi để có thể đọc được
thẻ. Một reader có thể cung cấp lên tới bốn cổng anten ở bên ngoài.
Giá cả của các reader cố định thường thấp hơn nhiều so với các reader cầm
tay.Chính vì vậy các reader loại này là kiểu reader được sử dụng thơng dụng nhất
hiện nay.
Một kiểu reader có tên gọi là reader agile có thể hoạt động trong các tần số khác
nhau hoặc có thể sử dụng các giao thức liên lạc từ thẻ tới reader khác nhau. Ngày
nay các reader agile là loại reader cố định thường được sử dụng nhất.

Một kiểu reader cố định có tên gọi là máy in RFID, có thể in ra một mã vạch và đồng thời
tạo ra một thẻ RFID trên một nhãn thông minh. Một nhãn thông minh bao gồm một nhãn
mã vạch và có một thẻ RFID được nhúng trong nó. Các kiểu thông tin khác nhau, chẳng
hạn như người gửi và địa chỉ người nhận, thông tin sản phẩm, cũng có thể được in trên
nhãn đó. Sau đó, máy in RFID sẽ đọc các thẻ nhãn thơng minh mà nó vừa mới ghi lên để
xác thực thông tin. Nếu như thơng tin này có lỗi, thì tức là máy in đa từ chối nhãn thơng
minh và nó chỉ thực hiện việc duy nhất là in ra.Một nghiệp vụ nào đó mà hiện đang sử
dụng mã vạch cho các thao tác của nó thì ta có thể sử dụng RFID printer như là bước đầu
tiên tiếp cận làm quen với công nghệ RFID. Dưới đây là một vài hình ảnh trong thực tế
về các nhãn thông minh và máy in RFID:

17


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID

Máy in RFID của hãng Zebra Technologies
1.4.2.9.4. Thiết bị đọc thẻ cầm tay
Một reader cầm tay là một reader di động mà người sử dụng có thể thao tác nó như
một vật cầm tay. Một reader cầm tay nói chung được xây dựng đa bao gồm cả anten ở
bên trong nó. Mặc dù các reader này có giá cả rất đắt (và ít được thương mại hóa), tuy
nhiên, gần đây với những tiến bộ trong công nghệ chế tạo reader thì giá cả của các thiết
bị loại này đang có xu hướng giảm dần. Dưới đây là hình thiết bị reader cầm tay trong
thực tế.

1.4.3. Giao tiếp giữa thiết bị đọc thẻ và thẻ
Tùy thuộc vào kiểu sử dụng giao tiếp, giao tiếp truyền thông tin giữa một reader và
một thẻ có thể là một trong các cách sử dụng dưới đây:
- Kiểu điều chế backscatter
- Kiểu transmitter

- Kiểu transponder

18


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
Trước khi đi vào từng kiểu giao tiếp truyền thông đó , ta sẽ tìm hiểu qua về hai khái
niệm là “trường gần” và “trường xa” .
Khu vực nằm giữa một anten của reader và một bước sóng đầy đủ của sóng RF được
phát ra từ anten được gọi là trường gần. Cịn khu vực nằm ở phía ngồi bước sóng đầy đủ
đó thì được gọi là trường xa. Các hệ thống RFID thụ động hoạt động tại các tần số LF và
HF thì sử dụng liên lạc trường gần,cịn tại các tần số UHF thì sử dụng liên lạc trường xa.
Cường độ của tín hiệu trong liên lạc trường gần bị giảm đi một lượng bằng lũy thừa bậc
ba của khoảng cách tới anten của reader. Còn trong trường xa, nó giảm đi một lượng
bằng bình phương của khoảng cách tới anten của reader.Từ đó dẫn đến một hệ quả là,liên
lạc trường xa sẽ phù hợp hơn với phạm vi đọc lớn hơn so với liên lạc trường gần.Dưới
đây là các hình ảnh minh họa trường gần và trường xa:

Tiếp theo ta sẽ đi so sánh sự giống nhau cũng như khác nhau giữa hai thao tác “đọc
thẻ” và “ghi thẻ” với các thẻ có khả năng ghi được nên nó, ví dụ thẻ EM4150 của hãng
EM microelectronic.
Thao tác “ghi thẻ” sẽ mất nhiều thời gian hơn thao tác “đọc thẻ” dưới cùng một điều
kiện bởi vì một thao tác ghi bao gồm nhiều bước, cụ thể là bao gồm, bước kiểm tra khởi
tạo, bước xóa đi bất cứ dữ liệu gì đang tồn tại trên thẻ,bước ghi dữ liệu mới lên thẻ , và
bước kiểm tra cuối cùng. Ngoài ra, dữ liệu được ghi lên thẻ thành các khối theo nhiều
bước.Và kết quả là,với thao tác ghi lên một thẻ độc lập có thể mất tới hàng trăm mili giây
để hồn thành và thời gian đó sẽ tăng lên khi kích thước dữ liệu tăng lên. Trái ngược lại
với điều đó, thì nhiều thẻ có thể được đọc trong cùng khoảng thời gian bởi cùng một
reader. Bởi vậy, thao tác ghi thẻ là một quá trình nhạy cảm và cần phải xác định thẻ đích,
cụ thể là thẻ mà ta sẽ thực hiện

thao tác ghi lên. Nên,trong suốt thao tác ghi thẻ,bất cứ thẻ nào khác không phải là thẻ
đích thì ta khơng nên để trong phạm vi ghi của reader.
1.4.3.1. Kiểu điều chế backscattle
Phương pháp truyền thông tin theo kiểu điều chế backscatter được triển khai với cả
các thẻ thụ động cũng như là với các thẻ bán tích cực. Trong kiểu truyền thơng tin này,
reader gửi đi một tín hiệu sóng liên tục (CW) RF có bao gồm thêm tín hiệu năng lượng
điện xoay chiều và tín hiệu xung tới thẻ tại tần số của sóng mang (là tần số mà tại đó
reader hoạt động). Thơng qua đầu nối vật lý , anten của thẻ sẽ cung cấp năng lượng tới vi
chip trên thẻ. Thông thường để phục vụ cho mục đích đọc thẻ,thành phần vi chip phải
được đưa lên tới mức điện áp 1.2 vôn .Còn để thực hiện ghi, vi chip thường phải đưa lên
khoảng 2.2 vơn từ tín hiệu của reader. Sau đó vi chip thực hiện điều chế hoặc phân chia
tín hiệu đầu vào thành một dãy các mẫu on và off biểu thị dữ liệu của nó và thực hiện

19


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
truyền dữ liệu đó trở lại. Khi reader nhận được tín hiệu đa được điều chế này, nó thực
hiện giải mã mẫu và nhận được dữ liệu trên thẻ.
Do đó, trong phương pháp truyền thông tin theo kiểu điều chế backscatter, reader
luôn luôn phải thực hiện "bắt chuyện" trước ,tiếp sau đó mới tới phiên thẻ.
Thẻ sử dụng kiểu truyền thông này sẽ không thể liên lạc được tại các thời điểm vắng
mặt reader bởi vì nó phụ thuộc vào lượng năng lượng có trên reader để truyền dữ liệu của
bản thân nó. Hình dưới minh họa kiểu truyền thơng backscatter.

1.4.3.2. Kiểu transmitter
Kiểu truyền thông tin này chỉ được triển khai với các thẻ tích cực. Trong kiểu truyền
thơng này, thẻ phát đi các thơng điệp của nó tới mơi trường xung quanh theo các khoảng
cách chuẩn, bất chấp có sự hiện diện hay vắng mặt reader. Do đó,trong kiểu truyền thông
tin này, thẻ luôn luôn phải thực hiện "bắt chuyện" trước reader. Hình dưới minh họa

phương pháp truyền thơng tin theo kiểu transmitter.

1.4.3.3. Kiểu transponder
Kiểu truyền thông tin này được triển khai với kiểu thẻ đặc biệt có tên gọi là
transponder. Trong kiểu truyền thông tin này, thẻ thường ở trạng thái "ngủ" khi khơng có
truy vấn từ bất cứ reader nào. Trong trạng thái này, thẻ phải gửi đi theo chu kỳ một thông
điệp để kiểm tra xem có reader nào đang lắng nghe nó khơng. Khi một reader nhận được
chẳng hạn một thơng điệp truy vấn, nó có thể "đánh thức " thẻ để nó kết thúc trạng thái
”ngủ”. Khi thẻ nhận được lệnh này từ reader, nó thốt khỏi trạng thái hiện tại và bắt đầu
hoạt động trở lại như một thẻ transmitter ở trên. Dữ liệu trên thẻ chỉ được gửi đi khi có
một reader cụ thể truy vấn nó. Hình dưới chỉ ra kiểu truyền thông tin transponder.

20


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
1.4.4. Anten của thiết bị đọc thẻ
Thiết bị đọc thẻ (reader) liên lạc với thẻ thơng qua anten của nó, đó là một thiết bị
riêng biệt được gắn kết vật lý với nó, tại một trong các cổng anten. Như đa nói ở phần
trước,một reader độc lập có thể hỗ trợ lên tới bốn cổng anten.Khối phát tín hiệu trên
reader sẽ điều khiển anten phát đi tín hiệu RF ra bên ngồi xung quanh nó và nhận về
thơng tin phản hồi từ thẻ.Do đó anten có một vị trí quan trọng tương đương với reader
trong hệ thống RFID. Thông thường trong thực tế anten thường được chế tạo theo cách
quấn dây theo dạng hình vng, hoặc cũng có thể chế tạo theo kiểu các đường mạch
PCB. Dưới đây là một số hình ảnh trong thực tế về antencủa reader của các hãng chế tạo
nổi tiếng.

Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu qua một vài khái niệm rất quan trọng của anten, đó là
vùng phủ sóng của anten,sự phân cực của anten và năng lượng của anten. Chú ý rằng , ở
đây nói đề cập đến các vấn đề chung về anten ,tức là nó có thể liên quan đến cả anten của

thẻ và anten của reader.
1.4.4.1. Vùng phủ sống của anten
Vùng phủ sóng của anten reader chính là vùng đọc (cũng được gọi với cái tên khác
là ,cửa sổ đọc) của reader đó. Nói chung, vùng phủ sóng của một anten là một miền ba
chiều có hình dạng phần nào đó giống với một hình elip trịn xoay. Trong miền này, năng
lượng của anten là hiệu dụng nhất; do đó, một reader có thể đọc được một thẻ đặt ở phía
trong miền này mà ít gặp khó khăn nhất.

Mơ hình anten mẫu

21


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID

Một ví dụ anten có chứa các biến dạng lồi
1.4.4.2. Sự phân cực của anten
Khơng giống như các sóng nước, các sóng điện từ khơng bị ảnh hưởng bởi lực hấp
dẫn , và điện trường tại các điểm có thể trong bất cứ hướng nào trên mặt phẳng vng
góc với hướng truyền. Nên thông thường các anten định hướng phân cực thẳng theo chiều
dọc hoặc theo chiều ngang

Phân cực tuyến tính
Hướng phân cực của nó cũng có khả năng phụ thuộc vào thời gian. Ví dụ, trường
điện từ có thể xoay xung quanh một trục mà nó lan truyền là một hàm phụ thuộc vào thời
gian, nếu như khơng có sự thay đổi về biên độ của nó, thì sẽ tạo ra một bức xạ phân cực
tròn.

Phân cực tròn

22


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID

Bức xạ phân cực trịn có thể được coi như là tổng hợp của các sóng phân cực dọc
và phân cực ngang có sự sai khác 90 độ về pha. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ của các thành
phần ngang và dọc, và mối quan hệ về pha giữa chúng, chúng ta có thể tạo ra các sóng
phân cực elip được định hướng tùy ý.
Tầm quan trọng của phân cực trong RFID: nhiều anten của các thẻ RFID bao gồm
chủ yếu là các đường dây kim loại đi theo cùng một hướng. Nếu như điện trường được
định hướng dọc theo dây, thì nó có thể hoạt động để đẩy các electron quay trở lại và tiến
về phía trước từ một đầu của dây dẫn tới một dây khác, để tạo ra một điện áp nuôi chip
trên thẻ hoạt động. Nếu như điện trường được định hướng vng góc với trục của dây, thì
nó chỉ đơn thuần dich chuyển các electron quay lại và tiến lên trước dọc theo đường kính
của dây, thì sẽ khơng tạo ra điện áp để ni chip của thẻ.

Sóng phân cực tuyến tính tương tác với anten tuyến tính
Khi một sóng phân cực trịn đi tới một anten tuyến tính, thì chỉ có các thành phần
dọc theo trục của anten là có hiệu ứng nào đó xảy ra. Do đó, một sóng phân cực trịn sẽ
tương tác với một anten tuyến tính tại bất cứ góc nghiêng nào trong mặt phẳng vng góc
với trục lan truyền, nhưng trong mọi trường hợp thì chỉ có một nửa năng lượng truyền đi
là được nhận.
Nên cách tiếp cận tốt nhất để chế tạo các thẻ phân cực độc lập là kết hợp hai anten
lưỡng cực lên trên một thẻ được định hướng trực giao với một cái khác; các thẻ đó được
biết đến như là các thiết kế lưỡng cực đơi (cái này đa nói qua ở phần anten của thẻ).
Với các anten của reader chúng ta cần chú ý rằng, khả năng đọc thẻ, khoảng cách
đọc thẻ là phụ thuộc rất nhiều vào sự phân cực của anten reader và góc tạo với thẻ.Với
các loại reader hoạt động tại các tần số UHF thì các anten của nó được chế tạo dựa trên cả
hai kiểu phân cực : phân cực thẳng và phân cực tròn.

1.4.4.3. Năng lượng của anten
Đơn vị đo lường năng lượng phát xạ của anten có tên gọi là ERP đối với các nước
châu âu và là EIRP đối với Hoa Kỳ. ERP và EIRP không giống nhau nhưng được liên hệ
với nhau bởi hệ thức EIRP = 1.64 ERP. Giá trị lớn nhất có thể của năng lượng anten được
điều chỉnh giới hạn bởi các quốc gia và quốc tế (ví dụ, là FCC với Hoa Kỳ).

23


Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
1.4.5. Máy chủ và hệ thống phần mền
Máy chủ và hệ thống phần mềm là một cách nói gọn nhằm chỉ các thành phần
phần cứng và phần mềm tồn tại riêng biệt với phần cứng RFID (đó là, reader, thẻ, và
anten). Nó bao gồm nhiều thành phần, nhưng ở mức độ đồ án này ta chỉ quan tâm đến
thành phần middleware .
Để có thể thu được lợi ích đầy đủ từ RFID, thì những người thực hiện các giải
pháp RFID phải tìm cách để kết hợp dữ liệu RFID vào bên trong các quy trình ra quyết
định của họ. Hệ thống các doanh nghiệp công nghệ thông tin là trung tâm của các quy
trình đó. Do đó, trừ khi các hệ thống RFID được kết hợp vào bên trong các hệ thống
thông tin doanh nghiệp và các tổ chức đầu tư vào RFID thì mới có thể cải thiện được tình
hình kinh doanh và hiệu quả tổ chức. Và đó chính là nơi, middleware hướng đến.
Middleware là một phần mềm chịu trách nhiệm kết nối phần cứng RFID mới với
một hệ thống thơng tin doanh nghiệp hiện có. Middleware chính là các công cụ phần
mềm giúp người sử dụng làm việc trên các phần cứng RFID.Vì vậy nếu thiếu
Middleware thì phần cứng RFID sẽ khơng bị ảnh hưởng gì cả nhưng nó sẽ trở nên vơ giá
trị.
Middleware cịn được sử dụng để định tuyến dữ liệu giữa các mạng RFID và các
hệ thống thông tin ở bên trong một tổ chức. Nó thực hiện sáp nhập các hệ thống RFID
mới với các hệ thống thơng tin hiện có. Nó cũng chịu trách nhiệm về chất lượng và khả
năng sử dụng thông tin được tạo ra từ các hệ thống RFID. Một vài middleware cịn có

chức năng giống như một cảnh sát giao thông , quản lý các luồng dữ liệu giữa nhiều
reader và các ứng dụng, chẳng hạn như quản lý dây chuyền cung ứng và kế hoạch về các
tài nguyên của ứng dụng, trong một tổ chức.
Thuật ngữ middleware đa được áp dụng rất rộng rãi, không chỉ trong RFID mà
trong cả nghành cơng nghệ thơng tin, chính vì vậy mà nó đa bắt đầu mất đi nghĩa thực
của nó. Khơng giống với các cách dùng middleware khác, RFID middleware thông
thường được thiết kế để hoạt động tại vùng biên của một mạng thông tin hơn là gần vùng
trung tâm. Ví dụ, thành phần middleware của một mạng RFID thường được cài đặt sử
dụng tại các nhà máy hoặc các kho hàng, không phải tại trung tâm của tổ chức hệ thống
thông tin . Điều này đoi hỏi phải sử dụng tới mạng lưới phân phối và sự phân cấp cơ sở
hạ tầng thông tin.
RFID middleware thực hiện nhiệm vụ dịch chuyển dữ liệu tới và từ các điểm giao
dịch. Ví dụ, trong một quy trình đọc thẻ, middleware sẽ dịch chuyển dữ liệu được chứa
bên trong một thẻ từ reader tới hệ thống thơng tin doanh nghiệp thích hợp. Ngược lại,
trong một quy trình ghi lên thẻ, middleware sẽ di chuyển dữ liệu từ hệ thống thông tin
doanh nghiệp tới reader thích hợp và cuối cùng tới các thẻ thích hợp.
Tóm lại ,RFID middleware có bốn chức năng chính là :
- Tập hợp dữ liệu - Middleware sẽ chịu trách nhiệm khai thác, tập hợp và lọc dữ liệu
từ nhiều RFID reader thơng qua một mạng RFID. Nó phục vụ như một vùng đệm giữa dữ
liệu được thu thập bởi các reader RFID và khối lượng dữ liệu cần thiết được yêu cầu bởi
các hệ thống thông tin doanh nghiệp trong một quy trình tạo quyết định. Nếu như khơng
sử dụng tới bộ đệm này thì các hệ thống thông tin doanh nghiệp sẽ bị quá tải bởi các
luồng dữ liệu, và có thể dẫn đến mất các dữ liệu quan trọng có tính nhạy cảm.
- Định tuyến dữ liệu - Middleware tạo điều kiện thuận lợi để kết hợp các mạng RFID
với các hệ thống nghiệp vụ doanh nghiệp. Nó thực hiện việc đó bằng cách định hướng dữ
liệu tới hệ thống nghiệp vụ doanh nghiệp thích hợp ở bên trong một tổ chức. Ví dụ, một

24

Chương trình Quản Lí Học Sinh ứng dụng cơng nghệ RFID
số dữ liệu được tập hợp bởi mạng reader phải được đưa đến để làm đầu vào cho hệ thống
quản lý kho hàng để theo dõi hàng tồn kho, trong khi đó các dữ liệu khác phải được đưa
đến các ứng dụng khác như ứng dụng đặt hàng hoặc ứng dụng ghi nợ.
- Quản lý các quy trình - Middleware có thể được sử dụng để kích hoạt các sự kiện
dựa trên cơ sở các quy tắc nghiệp vụ. Ví dụ, một đơn đặt hàng được tạo ra trên trang web
của một cơng ty cịn kho hàng thì được đặt ở xa , bao gồm các khay hàng được dán các
thẻ RFID. Sau khi đơn hàng đa được thiết lập trên trang web, thì hệ thống thơng tin
doanh nghiệp sẽ chịu trách nhiệm khởi tạo thông tin vận chuyển và sau đó các thơng tin
này được chuyển đến middleware, Rồi middleware có nhiệm vụ xác định vị trí khay hàng
cần thiết và ghi thơng tin vận chuyển đó lên thẻ dán trên khay hàng đó. Các sự kiện và
các quá trình khác mà middleware có thể chịu trách nhiệm quản lý như kiểm kê, giấy
phép vận chuyển, phiếu vào ,phiếu ra....
- Quản lý thiết bị - Middleware cũng có thể được sử dụng để giám sát và điều phối
các reader. Với một tổ chức lớn thì phải có đến hàng trăm , hàng nghìn các thiết bị reader
trên mạng của nó. Nên kết nối mạng và theo dõi tình trạng hoạt động cũng như trạng thái
của các reader này là một cơng việc hết sức quan trọng và có thể thực hiện hiệu quả nhất
điều đó là ở mức middleware.Ngồi ra thơng qua middleware ta cũng có thể quản lý từ xa
một mạng RFID. Nhiều sản phẩm middleware hiện tại là được phát triển dựa trên cơ sở
tiêu chuẩn EPCglobal, hoặc biết đến với cái tên là Savant. Các đặc điểm kỹ thuật Savant
phân loại các thành phần middleware dựa theo các chức năng mà chúng phục vụ như hình
ở bên dưới. (các tiêu chuẩn EPCglobal được nói đến kỹ hơn ở phần các tiêu chuẩn).

1.4.6. Cơ sở hạ tầng truyền thông
Thành phần này cung cấp khả năng kết nối,khả năng bảo mật và các chức năng
quản lý hệ thống cho các thành phần khác nhau của một hệ thống RFID, và do đó nó là
phần khơng thể thiếu của hệ thống. Nó bao gồm dây và mạng khơng dây, và các kết nối
nối tiếp giữa các reader, bộ điều khiển, và máy vi tính. Kiểu mạng khơng dây ở đây có
thể là mạng PAN, mạng LAN hoặc mạng WAN .
1.4.7. Các thành phần phụ khác

Các thành phần phụ khác nói đến ở đây , bao gồm các cảm biến, thành phần báo
hiệu ,bộ truyền động.
Một reader không thể để cho hoạt động tại tất cả các thời điểm; ngoài ra nó có thể
được khởi động (hoặc là dừng lại) một cách tự dộng nếu cần . Có đuwocj như vậy là do

25