Công nghệ RFID
Radio Frequency Identification (RFID) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến hay nói cách khác công nghệ này cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong thẻ chip không tiếp xúc ở khoảng cách xa, không thực hiện bất kì một giao tiếp vật lí nào. RFID cho phép ta truyền, nhận dữ liệu từ điểm này đến điểm khác.
RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền các dữ liệu từ thẻ chip đến đầu đọc reader. Chip được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng nhận dạng. Để hoạt động được công nghệ RFID cần có bộ thu (reader) và bộ phát tín hiệu (thẻ), hai thiết bị hoạt động cùng tần số với nhau. Tại bộ phát, một mã số nhận dạng được đính kèm trong quá trình phát tín hiệu.
Tag được chế tạo dưới nhiều dạng khác nhau cho phù hợp với nhu cầu sử dụng.
Thiết bị này thu sóng điện từ ở các dãy tần khác nhau:
- Tần số thấp (LF): 125 KHz – 134,2 KHz
- Tần số cao (HF): 13,56 MHz
- Tần số cực cao (UHF): 860 – 960 MHz
Lịch sử phát triển
Vào năm 1937 phòng thử nghiệm nghiên cứu Naval U.S phát triển hệ thống xác định Friend-or-Foe (IFF) cho phép những đối tượng thuộc về quân ta (friend) ví dụ máy bay Allied có thể phân biệt với máy bay địch. Kỹ thuật này trở nên phổ biến trong hệ thống điều khiển lưu thông hàng không bắt đầu vào cuối thập niên 50.
Cuối thập kỉ 60 đầu thập kỉ 70 nhiều công ty như Sensormatic and Checkpoint Systems giới thiệu những sản phẩm mới ít phức tạp hơn và ứng dụng rộng rãi hơn. Những công ty này bắt đầu phát triển thiết bị giám sát điện tử (electronic article surveillance EAS) để bảo vệ và kiểm kê sản phẩm như quần áo trong cửa hàng, sách trong thư viện. Hệ thống RFID thương mại ban đầu này chỉ là hệ thống RFID tag một bit (1-bit tag, hiện nay khoảng 32bit tương ứng với hơn 4 tỷ mã số khác nhau.) giá rẻ để xây dựng, thực hiện và bảo hành. Tag không đòi hỏi nguồn pin (loại thụ động) dễ dàng đặt vào sản phẩm và thiết kế để khởi động chuông cảnh báo khi tag đến gần bộ đọc, thường đặt tại lối ra vào, phát hiện sự có mặt của tag.
Suốt thập kỷ 70, công nghiệp sản xuất, vận chuyển bắt đầu nghiên cứu và phát triển những dự án để tìm cách dùng IC dựa trên hệ thống RFID. Có nhiều ứng dụng trong công nghiệp tự động, xác định thú vật, theo dõi lưu thông. Trong giai đoạn này tag có IC tiếp tục phát triển và đặc tính: bộ nhớ ghi được, tốc độ đọc nhanh hơn và khoảng cách đọc xa hơn.
Đầu thập niên 80 công nghệ phức tạp RFID được áp dụng trong nhiều ứng dụng: đặt tại đường ray ở Mỹ, đánh dấu thú vật trên nông trại ở châu Âu. Hệ thống RFID còn dùng trong nghiên cứu động vật hoang dã đánh dấu các loài nguy hiểm.
Vào thập niên 90, hệ thống thu phí điện tử trở nên phổ biến ở Thái Bình Dương: Ý, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha… và ở Mỹ: Dallas, New York và New Jersey. Những hệ thống này cung cấp những dạng truy cập điều khiển phức tạp hơn bởi vì nó còn bao gồm cả máy trả tiền.
Đầu năm 1990, nhiều hệ thống thu phí ở Bắc Mỹ tham gia một lực lượng mang tên EZPass Interagency Group (IAG) cùng nhau phát triển những vùng có hệ thống thu phí điện tử tương thích với nhau. Đây là cột mốc quan trọng để tạo ra những ứng dụng tiêu chuẩn. Hầu hết những tiêu chuẩn tập trung các đặc tính kỹ thuật như tần số hoạt động và giao thức giao tiếp phần cứng. E-Zpass còn là một tag đơn tương ứng với một tài khoản trên một phương tiện. Tag của xe sẽ truy cập vào đường cao tốc của hệ thống thu phí mà không phải dừng lại. E-Z Pass giúp lưu thông dễ dàng hơn và giảm lực lượng lao động để kiểm soát vé và thu tiền.
Cùng vào thời điểm này, khóa (card RFID) sử dụng phổ biến thay thế cho các thiết bị máy móc điều khiển truy nhập truyền thống như khóa kim loại và khóa số. Những sản phẩm này còn được gọi là thẻ thông minh không tiếp xúc cung cấp thông tin về người dùng, trong khi giá thành thấp để sản xuất và lập trình.
Điều khiển truy nhập RFID tiếp tục có những bước tiến mới. Các nhà sản xuất xe hơi đã dùng tag RFID trong gần một thập kỉ qua cho hệ thống đánh lửa xe hơi và nó đã làm giảm khả năng trộm cắp xe.
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 năm 1991, công ty đã tạo ra một hệ thống xác nhận và đăng ký Texas Instrument (TIRIS). Hệ thống TI-RFID (Texas Instruments Radio Frequency Identification System) n tản cho phát triển và thực hiện những lớp mới của ứng dụng RFID.
Châu Âu đã bắt đầu công nghệ RFID từ rất sớm
Ngay cả trước khi Texas Instrument giới thiệu sản phẩm RFID, vào năm 1970 EM Microelectronic-Marin một công ty của The Swatch Group Ltd đã thiết kế mạch tích hợp năng lượng thấp cho những đồng hồ của Thụy Sỹ. Năm 1982 Mikron Integrated Microelectronics phát minh ra công nghệ ASIC và năm 1987 phát triển công nghệ đặc biệt liên quan đến việc xác định thẻ thông minh. Ngày nay EM Microelectronic và Philips Semiconductors là hai nhà sản xuất lớn ở châu Âu về lĩnh vực RFID.
Phát triển thẻ thụ động trong thập niên 90
Cách đây một vài năm các ứng dụng chủ yếu của thẻ RFID thụ động, như minh họa trong bảng 2.2 mới được ứng dụng ở tần số thấp (LF) và tần số cao (HF) của phổ RF. Cả LF và HF đều giới hạn khoảng cách và tốc độ truyền dữ liệu. Cho những mục đích thực tế khoảng cách của những ứng dụng này đo bằng inch. Việc giới hạn tốc độ ngăn cản việc đọc của ứng dụng khi hàng trăm thậm chí hàng ngàn tag cùng có mặt trong trường của bộ đọc tại một thời điểm. Cuối thập niên 90 tag thụ động cho tần số siêu cao (UHF) làm cho khoảng cách xa hơn, tốc độ cao hơn, giá cả rẻ hơn, tag thụ động này đã vượt qua những giới hạn của nó.
Với những thuộc tính thêm vào hệ thống RFID dựa trên UHF được lựa chọn cho những ứng dụng dây chuyền cung cấp như quản lý nhà kho, kiểm kê sản phẩm
Cuối những năm 1990 đầu năm 2000, các nhà phân phối như Wal-Mart, Target, Metro Group và các cơ quan chính phủ như U.S. Department of Defense (DoD) bắt đầu phát triển và yêu cầu việc sử dụng RFID bởi nhà cung cấp. Vào thời điểm này EPCglobal được thành lập, EPCglobal đã hỗ trợ hệ thống mã sản phẩm điện tử (Electronic Product Code Network EPC) hệ thống này đã trở thành tiêu chuẩn cho xác nhận sản phẩm tự động.
Các ứng dụng nổi bật của công nghệ RFID
► Ứng dụng quản lý lưu thông hàng hóa
Đây là ứng dụng tuyệt vời nhất của công nghệ RFID trên cơ sở kết hợp với Internet + GPRS + Cloud cho phép chúng ta theo dõi được món hàng được vận chuyển đã đi đến đâu trong suốt lộ trình vận chuyển. Đặc biệt với những hàng hóa quan trọng, vận chuyển xuyên biển, đường dài… giúp việc theo dõi, kiểm tra, giám sát trở nên cực kỳ đơn giản.
► Ứng dụng quản lý kho hàng
Công nghệ RFID cho vấn đề kiểm tra kho hàng và hàng tồn kho, đặc biệt rất hữu ích cho những kho hàng với loại hàng nặng, cồng kềnh… Việc ứng dụng công nghệ RFID cho các kho hàng loại này, cuối mỗi ngày bạn chỉ cần bật thiết bị quét RFID lên nó sẽ giúp bạn thu thập dữ liệu tất cả các hàng hóa có dán nhãn RFID. Việc còn lại thật đơn giản, bạn chỉ cần đổ dữ liệu vào máy tính và phần mềm kiểm kho sẽ giúp bạn tất cả. Việc này giúp giảm rất nhiều chi phí quản lý kho hàng, kiểm kê kho hàng… tránh được nhiều thất thoát.
► Ứng dụng quản lý thu phí đường bộ tự động
Với tần số 900 Mhz và 2.45 Ghz cho phép đọc dữ liệu từ thẻ RFID ở khoảng cách xa (vài mét đến vài chục mét) và lướt rất nhanh qua đầu đọc đã mở ra khả năng ứng dụng hiệu quả vào việc thu phí giao thông đường bộ tự động, khi các xe không phải dừng lại mua vé như truyền thống mà chỉ cần gắn thẻ RFID trên xe, khi chạy qua đầu đọc sẽ tự nhận dạng và trừ phí tự động. Việc này giúp xe cơ giới lưu thông thuận tiện và tránh kẹt xe tại các điểm thu phí, cũng như thất thoát từ việc thu phí theo truyền thống.
► Bên cạnh những ứng dụng nổi bật đó còn rất nhiều những ứng dụng thiết thực cho quản lý như: quản lý nhà máy, quản lý thư viện, quản lý chấm công, quản lý bãi giữ xe, quản lý nhà ăn, quản lý sinh viên, quản lý bệnh viện, khóa cửa dùng công nghệ RFID, chống trộm xe honda…
Hệ thống RFID
Hệ thống RFID LF
Loại hệ thống LF có tần số từ 30 – 300 KHz. Thông thường hệ thống hoạt động ở mức sóng 125KHz, nhưng cũng có vài thiết bị hoạt động ở mức sóng 132KHz. Băng tần này cung cấp phạm vi đọc là 10cm. Nhược điểm lớn nhất của nó chính là tốc độ đọc rất chậm. Tuy nhiên, do hoạt động ở tần số thấp nên hệ thống ít bị nhiễu sóng hơn khi có sự can thiệp của kim loại và chất lỏng.
Ứng dụng phổ biến nhất của hệ thống dùng trong ngành chăn nuôi gia súc. Cụ thể ứng dụng vào việc theo dõi và kiểm soát sự phát triển của vật nuôi. Các điều kiện để áp dụng được định nghĩa cụ thể trong ISO 14.223 và ISO / IEC 18.000. Có thể nói, hệ thống RFID LF được xem là một ứng dụng phổ biến toàn cầu.
Hệ thống RFID HF
Hệ thống HF hoạt động ở mức tần sóng 3-30 MHz. Hầu hết, hệ thống HF hoạt động ở mức tiêu chuẩn 13,56 MHz, phạm vi đọc từ 10 cm – 1m. Độ nhạy của loại hệ thống này chỉ ở mức vừa phải và có thể dễ dàng can thiệp bởi các yếu tố bên ngoài.
Hệ thống RFID HF được ứng dụng phổ biến trong việc bán vé, thanh toán và truyền dữ liệu.
Có khá nhiều tiêu chuẩn dành cho hệ thống RFID HF loại cố định, ví dụ như chuẩn ISO 15693, tiêu chuẩn ECMA – 340, hay ISO/ IEC 18.092 cho NFC (Near Field Communication) – một loại công nghệ để chuyển tải dữ liệu giữa các thiết bị vô tuyến với nhau. Còn với các loại hệ thống HF khác có công nghệ MIFARE – loại công nghệ được sử dụng trong việc nhận dạng bằng quét các thẻ thông minh và các thẻ có khoảng cách từ xa, thì được yêu cầu bởi các tiêu chuẩn ISO / IEC 14443 A, ISO / IEC 14443. Và tiêu chuẩn JIS X 6319-4 quy định cho hệ thống thẻ từ Felica.
Hệ thống RFID UHF
Mức tần số hoạt động của hệ thống UHF là phạm vi từ 300 MHz đến 3 GHz. Để hoạt động, hệ thống phải đáp ứng được các tiêu chuẩn UHF Gen 2 cho RFID có mức băng tần là 860 – 960 MHz. Từng vùng sẽ có sự khác nhau do sự khác nhau về tần số, nhưg hệ thống RFID UHF Gen 2 hầu như hoạt động ở mức từ 900 đến 915 MHz.
Phạm vi đọc của hệ thống UHF thụ động là 12 m.Tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống UHF vẫn nhanh hơn so với LF hay HF. Trong các loại FFID, hệ thống UHF là loại có bước sóng nhạy cảm nhất, dễ bị ảnh hưởng nhất. Vì thế, nhiều nhà sản xuất đã cố gắng khắc phục hạn chế này bằng cách thiết kế thêm ăng-ten, thiết kế thẻ từ… để bước sóng mạnh, ổn định ngay cả khi trong môi trường hoạt động có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng. Trong số các thẻ từ ứng dụng, thì thẻ từ cho hệ thống UHF hoạt động linh hoạt và chi phí sản xuất thấp hơn so với thẻ từ chuyên dụng của hệ thống LF và HF.
Hệ thống UHF được sử dụng hàng loạt trong các ứng dụng khác nhau, từ quản lý hàng tồn kho, quản lý việc bán lẻ đến việc kiểm soát dược phẩm, chống hàng giả, cấu hình thiết bị truyền thông vô tuyến…
Hệ thống RFID chủ động, thụ động và BAP
Hệ thống RFID chủ động
Trong các hệ thống RFID chủ động, các thẻ điện tử đều có máy phát điện và nguồn năng lượng vận hành của mình. Thông thường, nguồn năng lượng vận hành được tích trữ dưới dạng pin. Các thẻ điện từ khi hoạt động sẽ phát sóng tín hiệu riêng của mình để truyền tải các dữ liệu, thông tin được lưu trữ trên các vi mạch.
Hệ thống RFID chủ động, thông thường là loại UHF, có băng tần số siêu cao và cung cấp một phạm vi quét khổng lồ có thể lên tới 100m. Nói chung, các thẻ từ trong hệ thống RFID chủ động được sử dụng trong các trường hợp mà đối tượng cần nhận dạng có kích cỡ lớn, ví dụ như xe hơi, container, đầu máy…và các đối tượng có chiều dài hay cần theo dõi trong một phạm vi lớn.
Đối với thẻ từ của hệ thống RFID chủ động gồm có 2 bộ phận: bộ phát đáp tín hiệu sóng vô tuyến ( transponder) và ra đa. Bộ phát đáp sẽ “ bừng tỉnh” khi chúng nhận được tín hiệu vô tuyến truyền từ đầu đọc của hệ thống RFID chủ động. Sau đó, bộ máy sẽ hoạt động và kết thúc bằng việc phát một tín hiệu phản hồi lại tới bộ phận đầu đọc của hệ thống.
Bởi vì, bộ phát tín hiệu của thẻ từ không phải là chủ động phát tín hiệu liên tục, mà chúng chỉ phát tín hiệu bằng sóng vô tuyến khi và chỉ khi chúng nhận được yêu cầu phát ra từ đầu đọc. Lý giải cho cơ chế này, đó là để tiết kiệm tối đa năng lượng của thẻ từ.
Bộ phận ra đa, không giống như một bộ phận dò tín hiệu thông thường, mà chúng hầu hết được sử dụng như một hệ thống định vị đồng thời xác định thời gian thực (RTLS), nhằm liên tục theo dõi vị trí chính xác của đối tượng, cụ thể là tài sản mà người dùng muốn kiểm soát. Không giống bộ phận phát đáp dữ liệu, ra đa của thẻ không hỗ trợ việc thu, quét tín hiệu của đầu đọc. Thay vào đó, chúng sẽ phát ra tín hiệu trong một khoảng thời gian định trước. Tùy thuộc vào mức yêu cầu, ra đa có thể được người dùng xác lập để phát tín hiệu vài giây/lần hay một ngày/lần. Mỗi lượt tín hiệu để định vị vật chủ mà ra đa phát ra sẽ được ăng-ten của đầu đọc của hệ thống RFID chủ động được bố trí xung quanh khu vực cần theo dõi thu nhận, kiểm định rồi truyền tải thông tin ID, bao gồm cả vị trí của thẻ đến đầu đọc của hệ thống.
Hệ thống RFID thụ động
Trong hệ thống RFID thụ động thì khác, đầu đọc và ăng ten đọc sẽ tự động gửi tín hiệu vô tuyến đến các thẻ từ. Thẻ từ RFID sẽ sử dụng chính các tín hiệu này để khởi động thẻ và phản ảnh lại cho đầu đọc.
Hệ thống RFID thụ động có thể hoạt động ở tần số thấp trong LF, tần số cao HF hay thậm chí cả tần số cực cao ở loại RFID UHF. Vì phạm vi hoạt động của dạng hệ thống thụ động này bị giới hạn bởi khả năng tán xạ ngược các tín hiệu vô tuyến của thẻ từ đến đầu đọc, cho nên, phạm vi đọc của hệ thống thụ động này thưởng chỉ giới hạn tối đa là 10m. Ưu điểm của loại hệ thống RFID này, đó là các thẻ từ, chúng không đòi hỏi phải có nguồn điện hay máy phát, pin mà chỉ cần bộ vi xử lý và ăng-ten. Do đó, so với các thẻ từ hệ thống RFID chỉ động, loại thẻ từ này rẻ hơn, kích thước nhỏ hơn và dễ sản xuất hơn.
Thẻ thụ động có thể được thiết kế dưới nhiều hình thái khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu ứng cụ thể của loại RFID mà nó ứng dụng vào. Ví dụ, thẻ có thể được gắn trên một chất nền, hoặc kẹp giữa một lớp keo dính và một nhãn giấy để tạo thành một nhãn RFID thông minh. Ngoài ra, thẻ thụ động cũng có thể được bao bọc bởi các hóa chất hay vật thể, bao bì.. nhằm làm thẻ tăng độ bền và khả năng chống nhiệt đối với môi trường nhiệt độ cao hay có các hóa chất ăn mòn mạnh.
Có thể nói, giải pháp sử dụng hệ thống RFID thụ động cũng rất hữu ích cho nhiều ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống. Ví dụ như để theo dõi hàng hóa trong chuỗi cung ứng, để kiểm kê tài sản trong ngành công nghiệp bán lẻ, để xác định chính xác nhiều sản phẩm phức tạp như dược phẩm, linh kiện… và hàng loạt các ứng dụng khác. Hệ thống RFID thụ động thậm chí còn được người ta chọn để sử dụng trong các kho hàng, trung tâm thương mại…mặc dù nhược điểm có phạm vi đọc ngắn của chúng…
Thẻ từ dùng năng lượng pin (BAP) trong hệ thống RFID thụ động
Loại thẻ RFID thụ động nhưng có sử dụng pin (BAP) cũng là một loại thẻ từ trong hệ thống RFID thụ động nhưng được tích hợp thêm tính năng của thẻ từ RFID chủ động, đó là có nguồn năng lượng bằng pin để vận hành. Trong khi hầu hết các thẻ RFID thụ động thông thường, chúng chỉ thu nhận, sử dụng năng lượng của tín hiệu mà đầu đọc hệ thống RFID phát ra rồi tán xạ ngược lại đến đầu đọc, còn thẻ BAP thì lại sử dụng một nguồn điện tích hợp ( thường là pin) có trên chip, vì thế thẻ không cần lấy tín hiệu vô tuyến từ đầu đọc RFID làm năng lượng nữa, mà có thể trực tiếp tán xạ tín hiệu thẳng tới đầu đọc RFID thụ động. Tuy nhiên, lưu ý rằng, không giống như như thẻ RFID trong hệ thống chủ động, thẻ BAP không có bộ phận phát đáp tín hiệu sóng.
|
|
|
Hệ thống RFID thụ động |
Thẻ RFID thụ động BAP |
||
|
Năng lượng hoạt động của thẻ |
Có sẵn trong thẻ |
Lấy năng lượng từ đầu đọc thẻ qua bước sóng và tán xạ ngược qua RF |
Thẻ sử dụng năng lượng từ pin bên trong để làm tăng khả năng tán xạ ngược bước sóng qua RF |
||
|
Pin trong thẻ |
Có |
Không |
Có |
||
|
Khả năng phát tín hiệu của thẻ |
Liên tục |
Chỉ khi nào có tín hiệu yêu cầu cần xác định của đầu đọc |
Chỉ khi nào có tín hiệu yêu cầu cần xác định của đầu đọc |
||
|
Yêu cầu khả năng phát tín hiệu từ đầu đọc đến thẻ |
Rất thấp |
Rất cao ( Để vừa cung cấp năng lượng hoạt động cho thẻ) |
Vừa phải ( Không cần đầu đọc cung cấp năng lượng, chỉ cần tán xạ ngược tín hiệu tốt) |
||
|
Khả năng phát tín hiệu từ thẻ đến đầu đọc |
Cao |
Rất yếu |
Trung bình |
||
|
Phạm vi đọc |
Phạm vi lớn ( đạt hơn 100m) |
Phạm vi ngắn ( nhỏ hơn 10m) |
Phạm vi vừa phải ( tầm 100m trở xuống) |
||
|
Độ nhạy cảm |
Có khả năng kiểm soát đối tượng liên tục và lưu lại dữ liệu. |
Chỉ có khả năng xác định và phản hồi tín hiệu, vị trí đối tượng khi nhận được lệnh từ đầu đọc. |
Cũng đợi có tín hiệu lệnh RF từ đầu đọc mới xác định và phản hồi tín hiệu lệnh. |
||
Với những tính năng, công dụng của mình, có thể nói, hệ thống RFID đã thổi những luồng gió đa tiện ích khiến cuộc sống con người trở nên hiện đại, phong phú và tiện nghi hơn.
Phan Trường Linh – Sinh viên kiến tập tại Công ty TNHH Siêu Nhật Thanh
Bài viết có sử dụng tài liệu tại:
http://smartid.com.vn/cong-nghe-rfid-la-gi-lich-su-phat-trien-cua-rfid.html
http://www.atdtech.com/index.php/vi/cong-nghe/108-cong-nghe-rfid-va-cac-ung-dung-noi-bat
http://smartid.com.vn/phan-loai-he-thong-rfid.html