Công nghệ RFID là gì ? lịch sử phát triển của RFID.

Công nghệ RFID viết tắt bởi Radio Frequency Identification là một trong những công nghệ nhận dạng dữ liệu tự động tiên tiến nhất hiện nay có tính khả thi cao và áp dụng trong thực tế rất hiệu quả. RFID đang hiện diện trong rất nhiều lĩnh vực tự động hóa, rất nhiều ứng dụng quản lý và các mô hình tổ chức khác nhau nhằm đem lại những giải pháp nhận dạng dữ liệu tự động tối ưu và hiệu quả hơn. Trong loạt bài về công nghệ RFID, chúng tôi xin trích dẫn những tài liệu khảo cứu khá chuyên sâu về lĩnh vực RFID đã được những người tâm huyết đam mê về RFID đăng tải.

Đầu tiên, trong bài này xin được giới thiệu trước về chủ đề: Công nghệ RFID là gì và lịch sử phát triển của RFID.

1. Công nghệ RFID là gì:

Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc giữa hai vật không nhìn thấy. . Công nghệ này cho ta phương pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác. 

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các tag (thẻ) đến các reader (bộ đọc). Tag có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kệ (pallet). Reader scan dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của tag. Chẳng hạn, các tag có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh chóng nhận dạng và thu tiền trên các tuyến đường

Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc như sau: reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con chip. Reader nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin lấy được từ chip. Các chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởi reader.

2. Lịch sử phát triển của công nghệ RFID:

Lịch sử RFID đánh dấu từ những năm 1930 nhưng công nghệ RFID có nguồn gốc từ năm 1897 khi Guglielmo Marconi phát ra radio. RFID áp dụng các nguyên tắc vật lý cơ bản như truyền phát rad ng điện từ truyền và nhận dạng dữ liệu khác nhau.

Để hiểu rõ hơn về sự giống nhau này, hình dung một trạm radio phát ra âm thanh hoặc âm nhạc qua một bộ phát. Dữ liệu này cần phải mã hóa sang dạng sóng radio có tần số xác định. Tại những vị trí khác nhau, người nghe có một máy radio để giải mã dữ liệu từ trạm phát (âm thanh hoặc âm nhạc). Mọi người đều nhận biết được sự khác nhau về chất lượng sóng radio khi ngồi trên xe hơi. Khi di chuyển càng xa bộ phát tín hiệu thu được càng yếu. Khoảng cách theo các hướng hoặc các vùng mà sóng radio phát ra có thể bao phủ được xác định bởi điều kiện môi trường, kích thước và năng lượng của anten tại mỗi đường giao tiếp. Sử dụng thuật ngữ RFID, có chức năng như một trạm truyền gọi là một transponder (tag) được tạo thành từ 2 thuật ngữ transmitter và responder; vật có chức năng như radio gọi là reader (bộ đọc) hay interrogator. Anten xác định phạm vi đọc (range).

Ba thành phần tag, reader và anten là những khối chính của một hệ thống RFID. Khi thay đổi về năng lượng, kích thước, thiết kế anten, tần số hoạt động, số lượng dữ liệu và phần mềm để quản lý và xuất dữ liệu tạo ra rất nhiều ứng dụng. Công nghệ RFID có thể giải quyết rất nhiều bài toán kinh doanh thực tế.

2.1 Thời kỳ đầu của RFID:

Vào những năm 1930 cả Army và Navy đều gặp phải những thử thách khi xác định những mục tiêu trên mặt đất, trên biển và trên bầu trời. 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. Những ứng dụng của sóng RF vào trong việc xác định vật thể trong suốt thập niên 50 giới hạn chủ yếu trong quân đội, phòng lab nghiên cứu, trong các doanh nghiệp lớn bởi vì những thiết bị này có giá rất cao và kích thước lớn. Những thiết bị to lớn và cồng kềnh này là tiền thân của những hệ thống gọi là RFID ngày nay. Hình 2.1 mô tả hình ảnh của một thiết bị IFF kề bên là thiết bị RFID ngày nay.

Những công nghệ mới những sản phẩm này gọn hơn và giá rẻ hơn như: công nghệ tích hợp trong IC, chip nhớ lập trình được, vi xử lý, những phần mềm ứng dụng hiện đại ngày nay và những ngôn ngữ lập trình làm cho công nghệ RFID đang có xu hướng chuyển sang lĩnh vực thương mại rộng lớn

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 đần này chỉ là hệ thống RFID tag một bit (1-bit tag) 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

2.2 Phát hiện các vật thể riêng biệt:

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. Bảng 2-1 so sánh các phương pháp điều khiển truy cập thông thường và điều khiển truy cập RFID:

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.

2.3 RFID phát triển trên toàn cầu:

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.