Khóa luận Công nghệ RFID

TRƯỜNG …………………. KHOA………………………. -----[\ [\----- Báo cáo tốt nghiệp Đề tài: CÔNG NGHỆ RFID Lời cảm ơn Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Ths. Hồ Đắc Phương về sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, cùng với những lời khuyên quý giá của thầy trong quá trình em học tập cũng như thực hiện khóa luận. Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giảng dạy tại Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội nói chung cũng như các thầy cô trong bộ môn Mạng truyền thông nói riêng đã trang bị cho em những kiến thức quý báu trong thời gian em học tại trường. Đó cũng là tiền đề cơ sở để em có thể thực hiện được tốt khóa luận của mình. Dù đã rất cố gắng hoàn thành khóa luận nhưng không thể tránh khỏi những sai xót vì vậy e rất mong nhận được ý kiến đánh giá của các thầy cô và các bạn để em có thể hoàn thiện đề tài khóa luận của em một cách tốt nhất. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Nguyễn Hải Triều Danh mục hình ảnh Hình 1 Các loại thẻ RFID.....................................................................................................5 Hình 2: Định dạng thẻ RFID ..............................................................................................21 Hình 3: Kiến trúc đa tầng của hệ thống eHealthCare.........................................................23 Hình 4: Kiến trúc hệ thống eHealthCare ............................................................................25 Hình 5: Cơ sở dữ liệu tại bệnh viện....................................................................................27 Hình 6: Vùng phạm vi đọc của antena ...............................................................................32 Hình 7 Reader Utility .........................................................................................................37 Hình 8 Thông tin bệnh nhân...............................................................................................40 Hình 9 Chương trình tại bệnh viện.....................................................................................41 TÓM TẮT NỘI DUNG Nội dung cơ bản của khóa luận gồm hai nội dung chính: tổng quát công nghệ RFID và triển khai một ứng dụng đơn giản. Phần thứ nhất giới thiệu về công nghệ RFID (nhận dạng sóng vô tuyến từ xa), các thành phần của một hệ thống RFID, nền tảng của công nghệ này, các thành phần liên quan trong một hệ thống RFID, những ứng dụng đang được áp dụng trong thực tiễn và tiềm năng phát triển của RFID. Phần thứ hai trình bày quá trình xây dựng một hệ thống đơn giản sử dụng công nghệ RFID – hệ thống eHealthCare, hệ thống chăm sóc, theo dõi bệnh nhân của bệnh viện nhằm mục đích xử lý sự cố khi xảy bệnh nhân một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất. Mục lục CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU.................................................................................................5 1.1 Tính năng và tiềm năng .........................................................................................5 1.2 Định hướng sử dụng ..............................................................................................2 1.3 Đề xuất ứng dụng eHealthcare ..............................................................................2 1.4 Mục lục ..................................................................................................................3 CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU RFID......................................................................................4 2.1 Lịch sử và nền tảng công nghệ ..............................................................................4 2.2 Các loại thẻ RFID ..................................................................................................5 2.3 Hệ thống RFID ......................................................................................................6 2.4 Hiện tại sử dụng.....................................................................................................7 2.4.1 Thanh toán di động ............................................................................................7 2.4.2 Quản lý giao thông.............................................................................................9 2.4.3 Quản lý kho và quản lý chuỗi cung ứng ..........................................................12 2.4.4 Thư viện ...........................................................................................................13 2.4.5 Nhận dạng người..............................................................................................14 2.5 Tiềm năng sử dụng ..............................................................................................16 2.5.1 Thay thế mã vạch .............................................................................................16 2.5.2 Xác định các bệnh nhân và nhân viên bệnh viện .............................................17 2.6 Thách thức ...........................................................................................................18 2.6.1 Các chuẩn RFID chưa thống nhất ....................................................................18 2.7 Riêng tư................................................................................................................19 2.8 Bảo mật ................................................................................................................20 CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG eHealthCare..................................................20 3.1 Mô tả tình huống..................................................................................................20 3.2 Kiến trúc hệ thống eHealthcare ...........................................................................20 3.2.1 Yêu cầu của hệ thống .......................................................................................20 3.2.2 Kiến trúc đa tầng của hệ thống E-healthcare ...................................................21 3.3 Vai trò các thành phần: ........................................................................................23 3.4 Quan hệ giữa các thành phần...............................................................................25 CHƯƠNG 4 CÀI ĐẶT HỆ THỐNG ..............................................................................29 4.1 Bộ toolkit .............................................................................................................29 4.1.1 Các transponder................................................................................................30 4.1.2 Antenna RI-ANT-S01C ...................................................................................31 4.1.3 Reader (RI-STU-MB2A) .................................................................................33 4.2 Triển khai.............................................................................................................34 4.2.1 Toolkit ..............................................................................................................34 4.2.2 Chương trình liên quan ....................................................................................36 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN.................................................................................................44 5.1 Tổng kết ...............................................................................................................44 5.2 Phương hướng phát triển .....................................................................................44 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính năng và tiềm năng RFID (nhận dạng tự động từ xa), là phương pháp nhận dạng tự động dựa trên khả năng lưu trữ và nhận dữ liệu từ xa bằng các thiết bị thẻ RFID. Thẻ RFID có kích thước nhỏ và có thể gắn vào sản phẩm, gắn trên người, động vật. Thẻ RFID chứa các chip silicon và các angten cho phép nhận lệnh và đáp ứng lại bằng tần số vô tuyến RF từ một RFID phát đáp. Đều là công cụ nhận dạng nhưng RFID đã phát triển hơn mã vạch - công cụ dùng để chứa thông tin về sản phẩm như: nước sản xuất, tên doanh nghiệp, lô hàng, tiêu chuẩn chất lượng đăng ký, thông tin về kích thước sản phẩm, nơi kiểm tra... RFID sử dụng phương pháp truyền và nhận dữ liệu từ một điểm đến các điểm khác có khoảng cách và đầu đọc không nhất thiết phải thấy thẻ; khả năng giả mạo gần như không thể (phương pháp mã vạch rất dễ giả mạo); có khả năng đọc/ghi khi cập nhật thông tin và dung lượng dữ liệu lớn; khả năng đồng thời quét nhiều thẻ một lúc. RFID tái sử dụng nhiều lần với thời gian lâu, chịu được các điều kiện khắc nghiệt hơn mã vạch. RFID xuất hiện từ hơn 50 năm trước. Gần đây RFID nổi lên tại Việt Nam nhờ có sự hỗ trợ hữu hiệu từ công nghệ số và bán dẫn, trong đó có những con chip nhận dạng rất nhỏ được gắn vào tem thuốc, động vật, sản phẩm. Hệ thống RFID cho phép dữ liệu được truyền qua thẻ đến một hoặc nhiều bộ đọc thẻ và bộ đọc xử lý thông tin trực tiếp hoặc truyền về máy chủ để xử lý theo yêu cầu của ứng dụng cụ thể. Mô hình hoạt động như sau: khi một thẻ RFID đi vào vùng điện từ trường, nó sẽ phát hiện tín hiệu kích hoạt thẻ; Bộ đọc giải mã dữ liệu đọc thẻ và dữ liệu được đưa vào một máy chủ; Phần mềm ứng dụng trên máy chủ sẽ xử lý dữ liệu. 2  1.2 Định hướng sử dụng Trên thực tế, RFID được ứng dụng rất nhiều như: cấy lên vật nuôi để nhận dạng nguồn gốc và theo dõi vật nuôi tránh thất lạc và bị đánh cắp; đưa vào sản phẩm công nghiệp để xác định thông tin mã số series, nguồn gốc sản phẩm, kiểm soát được sản phẩm nhập xuất... Trong thư viện, các thẻ RFID được gắn với các cuốn sách giúp giảm thời gian tìm kiếm và kiểm kê, chống được tình trạng ăn trộm sách. RFID còn có thể ứng dụng lưu trữ thông tin bệnh nhân trong y khoa (mang theo người bệnh nhân, đặc biệt là bệnh nhân tâm thần). Ngoài ra, kỹ thuật RFID còn xác định vị trí, theo dõi, xác thực sự đi lại của mọi người, các đối tượng giúp nâng cao an ninh ở biên giới và cửa khẩu như mô hình hệ thống quản lý bằng RFID tại sân bay được DHS (hội an ninh quốc gia Mỹ) áp dụng từ 1/2005. Tại Mỹ từ tháng 10/2006 và tại Anh, Đức, Trung Quốc từ 2008, hộ chiếu và CMND gắn chip RFID lưu các thông tin như tên tuổi, quốc tịch, giới tính, ngày tháng năm sinh, nơi sinh, ảnh số... của người sử dụng đã được áp dụng. 1.3 Đề xuất ứng dụng eHealthcare Các bệnh viện thường phải chi một khoản chi phí không nhỏ cho việc tổ chức cơ cấu và tính toán hành chính. Từ các dịch vụ xuất viện, nhập viện, các thủ tục khác mà hiệu quả và mức độ giám sát không cao, nhất là độ chính xác và thời gian xử lý. Trong những năm gần đây, dịch vụ y tế đã nỗ lực sử dụng công nghệ thông tin để giảm thiểu chi phí, nhanh chóng các thủ tục. Để giải quyết vấn đề trên, một yêu cầu đặt ra là cần xây dựng một hệ thống linh hoạt đóng vai trò cung cấp và cập nhật thông tin về bệnh nhân cho bác sỹ, hoặc nhân viên y tế và những người quản lý. Theo báo cáo của The U.S. Institute of Medicine (IOM năm 1999, các sai sót trong y tế là nguyên nhân dẫn đến tử vong nhiều thứ 8 tại Mỹ và con số này là 100.000 người chết mỗi năm do những sai sót này. Rất nhiều sự cố bất lợi có thể xảy ra trong suốt quá trình điều trị của một bệnh nhân như sai bệnh, sai thuốc, sai thủ tục dẫn đến những hậu quả vô cùng tai hại. Ví dụ như tại hầu hết bệnh viện hiện nay thường sử dụng công nghệ lưu trữ thông tin bệnh nhân đăng ký sẽ được cập nhật bởi các y tá và nộp lại cho những nhân viên tiếp theo 3  vào cuối mỗi ca. Mặc dù các y tá dành rất nhiều thời gian cập nhật giấy tờ tình hình của các bệnh nhân nhưng việc đó thường không chính xác bởi vì nó được thực hiện thủ công. Thời gian cũng là yêu cầu cực kỳ quan trọng. Khi có tai biến với bệnh nhân ngoài việc cơ quan cứu hộ khẩn cấp phải nhanh chóng xử lý sơ cứu thì sau khi đưa về bệnh viện nếu có đủ tất cả các điều kiện tiến hành chữa trị cũng đang là vấn đề với ngành y tế. Một tình huống cụ thể như bệnh nhân P mắc bệnh X được điều trị tại bệnh viện H dưới sự giám sát của bác sỹ D. Khi bệnh nhân P dần hồi phục, bệnh viện H cho P xuất viện và điều trị tại nhà. Trong quá trình sinh hoạt ở bên ngoài viện, bệnh X tự nhiên xuất hiện tai biến. Vấn đề ở đây làm thế nào để nhân viên cấp cứu có thể đưa bệnh nhân đến nơi có đủ điều kiện để chữa trị và bác sỹ tại bệnh viện đó có thể biết nhiều thông tin về bệnh nhân P nhất có thể. Hệ thống eHealthCare sử dụng công nghệ RFID có thể áp dụng giải quyết hầu hết các vấn đề đã đề cập ở trên. Công nghệ tiên tiến ngày nay có thể gắn kết thẻ RFID và dữ liệu trong hệ thống tích hợp đơn nhất. RFID đưa ra các biện pháp nhằm đáp ứng nhu cầu kinh doanh, nhanh chóng và chính xác của ngành y tế. Công nghệ RFID có thể tận dụng trên hạ tầng Internet nhằm phân bố các dịch vụ ở những khu vực xa xôi hẻo lánh. Ngành thương mại di động cũng được sử dụng để tự động hóa việc phân phối thuốc, thông báo đến những người liên quan đến sức khỏe ngày càng được ứng dụng rộng rãi ở những nước phát triển. 1.4 Mục lục Chương 2 giới thiệu khái quát các vấn đề liên quan đến RFID hiện nay.Chương 3 mô tả kiến trúc của hệ thống eHealthcare và các thành phần liên quan.Chương 4 mô tả chi tiết các thành phần trong bộ toolkit, những thiết bị sử dụng và chương trình để tạo ra hệ thống eHealthCare. 4  CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU RFID 2.1 Lịch sử và nền tảng công nghệ Có thể cho rằng, thiết bị đầu tiên được biết tới là một công cụ tình báo và được sáng chế bởi Lev Teremin cho chính phủ Liên xô cũ vào năm 1945. Đây là một thiết bị nghe trộm chứ không phải là nhãn nhận dạng. Công nghệ RFID được bắt đầu áp dụng từ những năm đầu thập niên 20 của thế kỷ trước. Một công nghệ tương tự đó là bộ tách sóng IFF, được sáng chế bởi người Anh vào năm 1939 và được quân đồng minh sử dụng trong thế chiến thứ II để nhận dạng máy bay ta và địch. Công trình sớm nhất về việc nghiên cứu RFID là tập tài liệu nổi tiếng của Harry Stockman, được mang tên "Communication by Means of Reflected Power" ("Phương tiện liên lạc dựa trên năng lượng phản hồi") (tháng 10 năm 1948). 5  2.2 Các loại thẻ RFID Hình 1 Các loại thẻ RFID Như đã đề cập, thẻ RFID có thể được phân thành các dạng: thụ động và chủ động. Thẻ RFID thụ động không có nguồn điện trong. Dòng điện được thu từ các tín hiệu vô tuyến, nó đảm bảo đủ năng lượng để truyền đi một phản hồi. Tín hiệu phản hồi của một thẻ RFID thụ động (tín hiệu năng lượng hạn chế) có dạng giản lược - thường là một mã số đơn trị (GUID). Do không có bộ nguồn cung cấp nên thẻ có kích thước khá nhỏ: đó là các sản phẩm thương mại có thể được gắn dưới da. Vào năm 2005, thẻ thương mại nhỏ nhất chỉ có kích thước 0,4x0,4mm, mỏng hơn tờ giấy, một thiết bị có thể không nhìn thấy được. Các thẻ thụ động có khoảng cách đọc thực tế trong phạm vi từ 10mm cho đến 6m. Khác với các thẻ thụ động, thẻ RFID chủ động có nguồn cấp bên trong, và có thể có tầm hoạt động rộng hơn và bộ nhớ nhiều hơn, do đó có khả năng lưu trữ thông tin từ các 6  bộ phát đáp. Hiện nay thẻ chủ động nhỏ nhất có kích thước tương đương một đồng xu. Rất nhiều thẻ chủ động có tầm hoạt động hàng chục mét và thời gian pin lên tới 10 năm. Vì các thẻ thụ động rẻ hơn đối với việc sản xuất và không có pin, nên phần lớn các thẻ RFID là thẻ thụ động với nhiều dạng khác nhau. Năm 2004, các thẻ này có giá từ 40 cent. Tạm thời thì tương đối đắt đối với việc ứng dụng đại trà, tuy nhiên với số lượng sản xuất lớn (10.000 tỷ đơn vị/năm), giá của một thẻ có thể giảm xuống đến 5 cent. Cho đến nay, đây là dự báo lạc quan nhất, các nhà phân tích của Gartner và Forrester Research đồng ý rằng các thẻ có thể giảm giá xuống đến 10 cent (với số lượng sản xuất 1.000 tỷ /năm), điều này có thể đạt được sau 6-8 năm, các nhà phân tích khác cho rằng, mức giá như vậy có thể đạt được sau 10-15 năm ( Bên cạnh các lợi thế rất lớn về giá của thẻ thụ động so với thẻ chủ động, cần xét các yếu tố khác, bao gồm tính chính xác và ổn định khi làm việc ở một số môi trường nhất định, chẳng hạn như nước và kim loại. Những yếu tố này đã làm cho việc sử dụng thẻ chủ động trở nên phổ biến. Có 4 loại thẻ thường được sử dụng. Chúng được phân loại dựa trên tần số sóng vô tuyến: thẻ hạ tần (125 hoặc 134,2 kHz), thẻ cao tần (13,56 MHz), thẻ siêu cao tần (UHF 868-956 MHz), thẻ vi sóng (2,45 GHz). Thẻ UHF không được sử dụng phổ biến vì không có những qui tắc chung cho việc sử dụng. Ngoài ra còn có một số thiết bị phát đáp, thẻ chip không tiếp xúc với những chức năng tương tự. 2.3 Hệ thống RFID Một hệ thống RFID có thể bao gồm một số cấu phần: thẻ, bộ đọc thẻ, máy chủ, phần mềm trung gian (Middleware) và phần mềm ứng dụng (Application software). Mục đích của một hệ thống RFID là cho phép dữ liệu được truyền bởi một thiết bị di động, được gọi là tem. Thông tin được bộ đọc xử lý theo yêu cầu của ứng dụng cụ thể. Dữ liệu truyền qua tem có thể cung cấp thông tin nhận dạng hoặc thông tin định vị hoặc những chi tiết về sản phẩm được dán thẻ như giá, màu sắc, ngày mua... Việc sử dụng 7  RFID trong theo dõi và trong ứng dụng truy nhập lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1980. RFID nhanh chóng thu hút sự chú ý bởi vì khả năng theo dõi các đối tượng chuyển động. Khi công nghệ được hoàn thiện, ngày càng đã có nhiều ứng dụng sử dụng thẻ RFID. Trong một hệ thống RFID điển hình, các đối tượng riêng biệt được trang bị một tem nhỏ có giá rẻ. Tem này chứa một bộ phát đáp với một chip nhớ để tạo ra một mã điện tử đơn trị. Bộ tích hợp, ăng-ten được kết hợp với bộ phát đáp và bộ giải mã, phát ra tín hiệu kích hoạt thẻ RFID và nhờ đó có thể đọc và ghi dữ liệu. Khi một thẻ RFID đi vào vùng sóng điện từ, nó sẽ phát hiện tín hiệu kích hoạt từ thiết bị đọc. Thiết bị đọc giải mã dữ liệu được mã hóa trong chip và được đưa vào một máy chủ để xử lý dữ liệu. Lấy ví dụ về 1 quyển sách trong thư viện. Các cổng an ninh có thể phát hiện ra xem quyển sách đã qua các thủ tục mượn sách hay chưa. Khi người sử dụng mang trở lại, một phần của công việc bảo mật được khởi động lại và bản ghi trong hệ thống thư viện sẽ tự động cập nhật. Trong một số giải pháp RFID, một biên lai nhận lại sẽ được tạo ra, và cuốn sách tự nó có thể được lưu trữ trong các khay của thiết bị nhận trả lại. 2.4 Hiện tại sử dụng Do giá thành giảm , tính tiện dụng và các ứng dụng nhiều nên RFID ngày càng trở nên phổ biến. Một số lĩnh vực đang sử dụng RFID rộng rãi như: thanh toán qua di động, quản lý hệ thống, quản lý các hệ thống cung ứng, dùng trong thư viện, nhận dạng người 2.4.1 Thanh toán di động Quy trình thông thường khi mua hàng bằng thẻ tín dụng - đưa tấm thẻ nhựa cho một nhân viên thanh toán hoặc tự cà qua máy, đợi xác nhận và thanh toán - có thể sẽ được cải tiến một cách thuận lợi và bảo mật hơn. Đó là sản phẩm thẻ tín dụng dùng tín hiệu radio, không cần tiếp xúc với máy thanh toán, hiện đang được các hãng thẻ tín dụng tại Mỹ thử nghiệm. Hơn 1 năm qua, MasterCard và American Express đã thử nghiệm các phiên bản sản phẩm thẻ tín dụng""không tiếp xúc""của mình. loại card này chỉ cần được đưa lại gần một 8  thiết bị đọc đặc biệt là có thể thanh toán - và khách hàng không cần rời tay khỏi tấm card của mình. Các công ty thẻ tín dụng cho biết hệ thống này nhanh và an toàn hơn nhiều so với loại card cũ, vì người chủ thẻ không phải rời tay khỏi thẻ tín dụng của mình. Điều này rất quan trọng, vì hiện nay các loại tội phạm có thể ăn cắp mã hoặc copy thẻ tín dụng trong chớp mắt bằng cách đưa thẻ của nạn nhân qua một thiết bị đọc đặc biệt để lưu lại các thông tin và tạo ra một bản sao khác nhanh chóng. MasterCard cũng đã thử nghiệm hệ thống PayPass của mình tại Orlando, bang Florida (Mỹ), và hứa hẹn sẽ tung ra toàn nước Mỹ trong năm2004. Ban đầu, dự kiến dịch vụ này sẽ được sử dụng tại các điểm thanh toán nhanh như nhà hàng và các điểm mua bán mà khách hàng thường vội. American Express cũng đang thử nghiệm dịch vụ Express Pay của mình tại vùng Phoenix, và chuẩn bị mở rộng sang các điểm thu