Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
1

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RFID
4
1. Lịch sử công nghệ RFID
4
2. Các khái niệm cơ bản
6
3. Các đặc điểm của một hệ thống RFID
10
3.1 Tần số hoạt động 10
3.2 Phạm vi đọc 11
3.3 Phương pháp ghép nối 11
4. Các thành phần hệ thống RFID
12
4.1 Thành phần thẻ 14
4.2 Thiết bị đọc thẻ (Reader) 25
4.3 Giao tiếp giữa thiết bị đọc thẻ và thẻ 33
4.5 Máy chủ và hệ thống phần mềm 44
4.6 Cơ sở hạ tầng truyền thông 47
4.7 Các thành phần phụ khác 47
5. Các tiêu chuẩn công nghệ RFID
49
5.1 Tiêu chuẩn ANSI 50
5.2 Tiêu chuẩn EPCglobal 50
5.3. Tiêu chuẩn ISO 52
6. Quyền riêng tư và tính bảo mật trong công nghệ RFID
53

6.1. Quyền riêng tư 53
6.2. Tính bảo mật 55
7. So sánh giữa công nghệ RFID và công nghệ mã vạch
58
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
2

8. Kết luận
63
CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH
64
1. Một số khái niệm về hệ thống giao thông vận tải thông minh
64
2. Mối quan hệ giữa Dòng vật chất và Dòng thông tin
65
3. Ứng dụng trong công nghệ cao trong hệ thống GTVT
66
4. Mục tiêu chủ yếu của ITS
67
5. Kiến trúc thượng tầng ITS
69
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG
MINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID
71
1. Sơ đồ khối
71
2.


Mô tả hoạt động chung của hệ thống
71
3. Client/Server
74
3.1. Mô hình Client/ Server 74
3.2. Các kiến trúc Client / Server 74
3.3. Giao thức TCP 76
3.4. Kết nối Server – Client sử dụng socket hướng kết nối (TCP socket) 77
4. Giao tiếp giữa thẻ thụ động EM4001 và Chip EM4095
77
4.1. Hoạt động của chip EM4095: 77
4.2 Hoạt động của thẻ thụ động EM4001 84
4.3 Sơ đồ khối mạch RF và tính toán các thông số 85
4.4 Thiết kế anten cho reader: 89
4.5 Phương pháp điều chế sóng mang OOK: 96
5. Vi điều khiển Atmega128 và thiết kế mạch điều khiển:
100
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
3

5.1 Giới thiệu Vi điều khiển Atmega128 100
5.2 Thiết kế mạch điều khiển 102
6. Thiết kế hệ thống

105

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ
115

1. Module xác thực RFID và phần mềm thu nhận và chuyển tiếp dữ liệu 115
2. Đánh giá kết quả đạt được 117
3. Hướng phát triển của đề tài 118
KẾT LUẬN
120
TÀI LIỆU THAM KHẢO
121















Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
4

Chương 1
TỔNG QUAN CÔNG

NGHỆ RFID



Khoảng chục năm trở lại đây chúng ta đã 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 bất kì một siêu thị nào 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 đã được Walmart triển khai cho chuỗi siêu thị của họ trên
khắp thế giới. Từ đây chúng ta có thể thấy một điều rằng, công nghệ RFID đã 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. Lịch sử công nghệ RFID
RFID không phải là một khái niệm mới, mà lịch sử của nó đã bắt đầu từ thế
chiến thứ II. Thời đó các nước như Mỹ, Anh, Đức và Nhật Bản đã sử dụng radar để
xác định máy bay đi vào lãnh thổ của họ bởi vậy việc nhận dạng máy bay
đối phương đã trở thành một nhiệm vụ tối quan trọng. Nhận thức được vấn đề này,
người Đức đã tìm ra được rằng nếu như các phi công 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 đã 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 đã được nhận bằng sáng chế cho việc chế tạo
thành công 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 đã 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 còn được sử dụng trong ngành chăn
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
5


nuôi gia súc cho tới ngày nay. Các hệ thống 125 kHz đã được thương mại hóa trong
khoảng thời gian đó và từ đó các công 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 đã phát triển và sáng chế ra các hệ
thống UHF RFID. Tuy nhiên nửa đầu những năm chín mươi có thể được coi là quá
trình học tập công nghệ bởi các sản phẩm sản xuất ra có giá thành rất cao và không
có các 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 đã 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 đã nhận
được sự trợ giúp từ hơn một ngàn công 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
không lâu công nghệ đã được cấp phép cho Uniform Code Council vào năm 2003
để thực hiện thương mại hóa. Đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ này trong
thựctế có thể kể đến các tên tuổi lớn như Wal-Mart, Metro. Ngày nay công nghệ
này đã 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.

Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
6

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 hoàn chỉnh của một
dao động sóng được gọi là chu kỳ. Và thời gian cần thiết để một sóng hoàn 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

Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
7

Các sóng vô tuyến hay các sóng có tần số vô 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. Ngoài ra còn 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 quá trình thay đổi các đặc tính của một sóng vô tuyến để mã
hóamột 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
RFIDsử dụng, do vậy tôi không đề cập đến ở đây.

Tần số thấp LF: là các tần số nằm trong khoảng giữa 30 KHz đến 300 KHz
,hệthống RFID thông thường chỉ sử dụng các tần số trong phạm vi từ 125 KHz tới
134KHz.Còn với một hệ thống LF RFID điển hình thì thường hoạt động tại tần số
là125 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 rấtthấp.
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
đó13.56 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 không gây nhiễu cho các thiết bị y tế
đang hoạt động khác). Và có lẽ do vậy mà phạm vi tần số HF đã 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 1GHz.
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
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
8

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 đã 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 không được chấpnhận sử dụng
trên toàn thế giới. Dưới đây hình ảnh minh họa phạm vi các tần số mà ta đã nói ở
trên



Hình 1.2 Phổ tần số vô tuyến
Bây giờ ta sẽ nói thêm về các nguyên 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 đã 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 vô tuyến khác chẳng hạn như cell
phone, mobile radio,
• Các dòng tĩnh điện (ESD). ESD là một luồng dòng 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 vàtạo thành dòng điện.
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 :
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
9

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 xuấthiện 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 hòa 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

reader có thể nhận dạng được vài thẻ trong vùng đọc của nó với một chu kỳ thời
gian rất ngắn. Chính vì vậy, mà nó khiến cho ta có cảm giác reader đó liên lạc với
các thẻ gần như là đồng thời
Sự xung đột reader: Khi vùng đọc (hoặc là cửa sổ đọc) của hai hoặc nhiều
reader chồng lên nhau, thì tín hiệu từ một reader có thể giao thoa với tín 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 ngoài 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 không 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 không chồng
lên nhau. Ngoài ra, hai anten của cùng một reader cũng có thể tạo ra sự chồng lấp
lên nhau nhưng nó không tạo sự xung đột reader, bởi vì năng lượng đi tới các anten
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
10

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 không 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 một vấn 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 đã 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 liệutừ 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 công 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 công. Tức là xác suất thành công sẽ cao hơn.

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
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
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
11

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 .
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.
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 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.
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
12

• 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.
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 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
cácreader 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. Dưới đây là biểu
đồ một hệ thống RFID :
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
13


Hình 1.3 Biểu đồ hệ thống RFID
Còn dưới đây là mô hình một mẫu của biểu đồ trên với các thành phần cụ thể
trong thực tế:

Hình 1.4 Một ví dụ về hệ thống RFID trong thực tế
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
14

Bây giờ ta sẽ đi chi tiết vào từng thành phần của hệ thống RFID.
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 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)
4.1.1 Thẻ thụ động
Kiểu thẻ RFID này không có nguồn nuôi tích hợp cùng trên bảng mạch thẻ
(vídụ, 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. 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 9mét). 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
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
15

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
Còn tiếp theo đây là một số hình ảnh thực tế về các thẻ thụ động của một vài
hãng sản xuất lớn khác nhau:


Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
16



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
Hình1.6 Các thẻ LF của hãng Texas
Hình1.7 Các thẻ 2.45 GHz của hãng Alien
Hình1.8 Các thẻ 915 MHz của hãng Intermec
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
17


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
vichip. 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. Thông tin mà thẻ trả lại để truyền tới reader được nhúng vào bên trong
tínhiệu đã 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 đã được truyền,


Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
18

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. Ngoài ra còn 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 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”. Hình dưới chỉ ra hình dạng minh họa một vài kiểu
anten này.
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh

PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
19


Hình 1.10 Các kiểu anten lưỡng cực
Chiều dài anten của thẻ thường lớn hơn rất nhiều so với microchip của thẻ,
và do đó nó quyết định đến kích thước vật lý sau cùng của thẻ. Ngoài ra có một vài
thông số ta cần chú ý khi thiết kế thẻ:
• Khoảng cách đọc thẻ được tính từ reader
• Hướng nhận biết thẻ so với reader
• Hướng bất kỳ của thẻ so với reader
• Các kiểu riêng biệt của sản phẩm
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
20

• Tốc độ di chuyển của đối tượng được gắn thẻ
• Các điều kiện hoạt động đặc thù
• Sự phân cực của anten reader
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
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).
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.
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
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
21

• Các thành phần điện tử
Dưới đây là các hình ảnh minh họa các thành phần bên trong một thẻ tích
cực:

Hình 1.11 Các thành phần bên trong một thẻ tích cực
Còn tiếp theo là hình ảnh thực tế của thẻ tích cực của các hãng sản xuất lớn


Hình 1.12 Các thẻ tích cực dải UHF tần số thấp (303.8 MHz) của hãng RFCode, Inc
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
22


Do các thành phần vi chip và anten của thẻ tích cực cũng giống với thẻ thụ
động nên ta sẽ không 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 .
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 đã 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.
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 toán, hoặc hoạt động như một
cảm biến, Thành phần này cũng có thể cung cấp thông 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 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.
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
23

4.1.3 Thẻ bán tích cực (hoặc thẻ bán thụ 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 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. 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). Dưới đây là hình ảnh thực tế của thẻ bán tích cực từ các hãng
sản xuất lớn trên thế giới:

Hình 1.13 Các thẻ bán tích cực 2.45 GHz của hãng Alien Technology
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
24


Hình 1.14 Các thẻ bán tích cực 915 MHz/2.45 GHz của hãng TransCore
Ngoài cách phân loại trên còn 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.
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 hoàn 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 song công đoạn đó, thì dữ
liệu sẽ không thể ghi lần nữa lên thẻ trong suốt thời gian tồn tại của nó. Có lẽ do
vậy mà loại thẻ này còn 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 thông thường sẽ không 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.
Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh
PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3
25

4.1.5 Thẻ ghi một lần – đọc nhiều lần
Một thẻ WORM có thể được lập trình hay ghi lại một lần, thông 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
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 mậtdữ
liệu là một thử thách khá lớn cho loại thẻ này. Ngoài 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.
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. Reader là
hệ thống thần kinh trung tâm của toàn bộ phần cứng hệ thốngRFID. Một reader có
các thành phần chính dưới đây: