GIỚI THIỆU ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG RFID

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến. Công nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng. Là một phương pháp nhận dạng tự động dựa trên việc lưu trữ dữ liệu từ xa, sử dụng thiết bị thẻ RFID và một đầu đọc RFID.

1. Đặc điểm

Hệ thống RFID có thể được phân loại theo các băng tần số hoạt động của mình, như: tần số thấp (LF), tần số cao (HF) và tần số siêu cao (UHF). Tuy nhiên, thông thường người ta phân hệ thống RFID thành 2 loại chính là RFID chủ động và RFID thụ động.

Nếu một hệ thống RFID hoạt động bằng tần số thấp, nó sẽ có phạm vi đọc ngắn và tốc độ đọc dữ liệu bị hạn chế hơn, nhưng khả năng nhận dạng đối tượng ở phạm vi gần hay đối tượng gắn trên bề mặt là chất liệu là kim loại, chất lỏng thì lại tốt hơn.

Nếu một hệ thống hoạt động ở tần số cao hơn, nó thường có khả năng truyền dữ liệu nhanh hơn và nhận dạng được dãy số dài hơn, nhưng bước sóng lại nhạy cảm hơn, dễ bị nhiễu do ảnh hưởng bởi vật liệu kim loại hay chất lỏng xuất hiện trong phạm vi đọc.

a. Hệ thống RFID LF

Loại hệ thống LF có tần số từ 30 KHz đến 300 KHz. Thông thường hệ thống LF RFID hoạt động ở mức sóng 125 KHz, mặc dù vẫn có một số loại hoạt động ở tần số 134 KHz. Băng tần này cung cấp một phạm vi đọc là 10 cm. Nhược điểm là tốc độ đọc của chúng vẫn còn ở mức chậm so với các loại hệ thống RFID hoạt động với mức tần số cao hơn, ưu điểm là chúng ít bị nhiễu sóng hơn khi có sự can thiệp của các chất kim loại rắn và lỏng.

Vì thế, hệ thống RFID LF được ứng dụng rộng rãi trong ngành chăn nuôi, cụ thể là ứng dụng vào việc kiểm soát và theo dõi 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.

b. 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.

c. 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…

2. Hệ thống RFID chủ động, thụ động và BAP

a. 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.

b. 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 thường 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 chủ 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 dụng 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…

c. 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 thẻ RFID trong hệ thống chủ động, thẻ BAP không có bộ phận phát đáp tín hiệu sóng.

Hệ thống RFID chủ động 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 Không
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 lớn (đạt hơn 100m) 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.