Tìm hiểu về tần số vô tuyến RF và RFID

Tìm hiểu về tần số vô tuyến RF và RFID

Đã bao giờ bạn đi qua cửa của một cửa hàng hay siêu thị bạn đã bị bối rối bởi tín hiệu âm thanh phát ra từ cổng an ninh? Thật dễ dàng gặp phải điều đó, ngay cả khi bạn đã trả tiền cho mặt hàng của mình và đã "vô hiệu hóa" khi thanh toán.
Báo động chống trộm sử dụng một công nghệ gọi là RF (tần số vô tuyến) , trong khi một công nghệ tương tự (nhưng tiên tiến hơn) được gọi là RFID (nhận dạng tần số vô tuyến) có nhiều ứng dụng khác, từ theo dõi vật nuôi và kiểm kê thư viện, đến thu tiền vé từ hành khách xe buýt, sản phẩm siêu thị.
Chúng ta cùng xem xét kỹ hơn về công nghệ hiện đại này và cấu tạo cũng như chức năng của nó!
Ảnh: Một cổng an ninh RF điển hình trong cửa hàng thời trang 

Thế giới kết nối không dây
Tín hiệu Radio không dây được ứng dụng như là cách truyền tín hiệu qua không, tức là thay vì sử dụng cáp dây. Năng lượng được mang theo bởi các sóng điện vô hình và từ tính rung động trong không khí với tốc độ ánh sáng. Khoa học công nghệ thực tế của truyền thông không dây được phát triển vào nửa sau của thế kỷ 19. 
Trong đầu thế kỷ 20, "đài phát thanh" có nghĩa là các chương trình âm thanh phát ra từ không trung từ các máy phát khổng lồ đến các hộp điện tử cồng kềnh ở nhà mọi người. Khi đó các nhà phát minh đã tìm thấy một cách gửi hình ảnh, cũng như âm thanh, truyền hình từ các máy thu đến các thiết bị nhận. Ngày nay, tất cả mọi thứ hoạt động bằng cách sử dụng cùng một công nghệ không dây, từ đài phát thanh kỹ thuật số và truyền hình đến điện thoại di động (điện thoại di động) và Internet không dây .

Đài phát thanh và truyền hình chỉ liên quan đến việc gửi sóng radio theo một hướng: từ máy phát tại đài phát thanh hoặc đài truyền hình đến máy thu (đài hoặc TV) trong nhà bạn. Internet không dây và điện thoại di động tinh vi hơn vì chúng liên quan đến giao tiếp hai chiều. Ví dụ, điện thoại di động của bạn chứa cả máy thu radio (để nhận tín hiệu đến từ người bạn đang nói chuyện) và máy phát radio (để gửi lại giọng nói của bạn cho người khác). Radar là một công nghệ khác sử dụng sóng radio. Máy bay và tàu được trang bị các máy phát radar phát ra các chùm sóng vô tuyến và lắng nghe tiếng vang của chùm sóng vô tuyến phản xạ phản xạ dội lại từ các máy bay và tàu khác gần đó. Các thiết bị chống trộm hơi giống với radar: chúng phát sóng vô tuyến ra xung quanh cổng từ với hy vọng bắt được một cuốn sách hoặc đĩa CD bị đánh cắp khi nó đi ngang qua. 
Nhưng chính xác thì chúng hoạt động như thế nào?
Ảnh: Một ví dụ về loại tem từ RFID được sử dụng trong thư viện. Nó giúp kiểm soát kho tự động và (trong một số hệ thống) có thể thêm chức năng chống trộm. Bạn có thể thường xuyên nhìn thấy những thứ này bằng cách đưa bìa trang sách ra ánh sáng mặt trời. Tem này là một RaceTrack UPM có thể chứa tới 1 kilobyte (1024 ký tự) thông tin. Nó hoạt động ở tần số sóng vô tuyến tương đối cao là 13,56MHZ.

Cách thức hoạt động của RF

Hãy tưởng tượng nhiệm vụ của bạn là thiết kế một thiết bị chống trộm bằng cách sử dụng một số bộ radio cũ mà bạn tìm thấy trong nhà để xe. Bạn có thể chế tạo một cái gì đó giống như một radar (với một máy phát và máy thu radio kết hợp), đặt nó ở cửa ra vào và chỉ vào những người đi ngang qua. Sóng radio sẽ phát ra từ máy phát của bạn, chạm vào mọi người đi qua và sau đó phản xạ lại máy thu radio của bạn. Vấn đề là, điều này thực sự sẽ không cho bạn biết bất cứ điều gì hữu ích, bởi vì mọi người sẽ phản xạ sóng radio theo cùng một cách! Bạn sẽ không biết liệu mọi người có mua sắm hay không, bởi vì sẽ không có cách nào để phân biệt người bán hàng với khách hàng bình thường hoặc những người không mua gì cả. Những gì bạn thực sự cần cho những người bán hàng để phản xạ sóng radio theo một cách khác với những người khác. Nhưng bằng cách nào?
Ảnh: Nhìn kỹ nhãn giá với kích cỡ nhỏ như thế này từ một đôi giày và bạn sẽ thấy nó ghi "RFID" ở phía dưới. Bóc nó ra, lật nó lại, và bạn sẽ tìm thấy ăng-ten ở mặt sau.

Các thiết bị chống trộm đã làm được đề này. Cũng như có một máy phát và máy thu ở cửa, mỗi sản phẩm trong cửa hàng đều chứa một "chíp" RF được ngụy trang. 
Trong các nhà sách và thư viện, bạn sẽ thấy các "tem từ mềm" rất kín đáo bị kẹt ở một trong các trang bên trong. Trong các cửa hàng băng đĩa, bọc nhựa co rút có thể có tem RF được dán vào hoặc CD có thể bị khóa trong các hộp nhựa lớn có gắn tem RF, chỉ có thể được gỡ bỏ là một công cụ đặc biệt khi thanh toán. Trong các cửa hàng quần áo, thường có một "tem từ cứng" (một tem nhựa tròn, trắng, chunky) được gắn vào mỗi sản phẩm bằng một mũi nhọn bằng kim loại (đôi khi tem từ có mực bên trong nó để nó tràn ra khắp bạn và làm hỏng sản phẩm mà bạn đang cố gắng loại bỏ nó).
Một số tem này được che giấu khéo léo để bạn có thể không phát hiện ra chúng.
Nhân viên rất dễ dàng để ngăn chặn bạn thực hiện hành vi trộm cắp đó. Các cổng trên ô cửa (sẽ báo động) lúc này nhân viên sẽ dựa vào báo động của cổng từ để ngăn chặn mọi hành vi chưa vô hiệu hóa tem từ.
Nếu bạn đi qua cổng từ khi có sản phẩm được gắn tem từ mà không trả tiền, sóng vô tuyến từ máy phát (ẩn một trong các cửa) được thu bởi ăng ten kim loại cuộn trong tem từ. Điều này tạo ra một dòng điện nhỏ làm cho nhãn truyền tín hiệu vô tuyến mới của chính nó ở tần số rất rõ ràng được phát ra. Máy thu (ẩn trong cổng khác) nhận tín hiệu radio mà thẻ truyền và phát âm báo.
Tại sao âm thanh không báo động khi bạn trả tiền cho một cái gì đó?
Bạn có thể nhận thấy rằng nhân viên thanh toán lấy sản phẩm của bạn qua hoặc thông qua một thiết bị hủy kích hoạt (đôi khi nó được tích hợp vào cơ chế quét mã vạch thông thường và đôi khi nó hoàn toàn tách biệt). Điều này sẽ phá hủy hoặc hủy kích hoạt các thành phần điện tử trong tem từ RF để chúng không còn nhận hoặc truyền tín hiệu khi bạn đi qua cổng từ an ninh nữa.

Sự khác biệt giữa các tem từ RF và RFID là gì?

Tất cả đều phức tạp hơn một chút so với những gì tôi viết ra từ trên đến bây giờ bởi vì trên thực tế, có hai loại tem RF khá khác nhau và chúng hoạt động theo một cách hơi khác nhau. Thông thường thuật ngữ "RFID" được sử dụng một cách mơ hồ để mô tả cả hai, nhưng có một sự khác biệt lớn giữa chúng: tất cả các tem từ RF đều gửi cùng một tín hiệu đơn giản như kiểu chỉ thông báo với cổng từ rằng có gì đó hiện diện; Thẻ RFID gửi các tín hiệu phức tạp hơn để xác định chính xác và duy nhất tất cả mọi thứ được gắn vào bên trong sản phẩm.

Tem từ RF

Đây là những tem từ RF đơn giản nhất và chúng được sử dụng chủ yếu trong cái gọi là kỹ thuật chống trộm bằng điện tử ( cổng từ an ninh) mà tôi đã mô tả ở trên. Tất cả các thẻ giống hệt nhau và không cái nào trong số chúng xác định các thông tin tín hiệu được ghi nhận lại trong tem từ. Vì vậy, trong một cửa hàng, tem từ RF sẽ phát ra báo động khi bạn cố gắng để ăn cắp một cái gì đó, nhưng cơ chế báo động không biết bạn đang ăn cắp cái gì, nó chỉ báo ra rằng bạn đang ăn cắp một cái gì đó : không có cách nào nhận diện ra bất cứ sản phẩm bị lấy trộm là gì.
Một trong những công nghệ RF phổ biến nhất được gọi là acousto-magnetic (AM) .
Một chùm sóng vô tuyến từ máy phát chạm vào tem từ, làm cho nó phát ra tín hiệu vô tuyến tần số chính xác ví dụ là 8.2mhz hay 58mhz. Cổng thu nhận tín hiệu, xác minh rằng nó ở tần số chính xác và sau báo động lien tục. Một lợi thế lớn của tem từ AM là chúng có thể được quét ở khoảng cách khá xa và tốc độ nhanh , khiến chúng trở nên phổ biến trong các hệ thống chống trộm (chỉ mất vài giây để nhận tín hiệu từ ai đó đi hoặc chạy qua cửa ra vào cửa hàng).
Tem RF đôi khi được gọi là bộ tiếp sóng hoặc thẻ RFID không có chíp .

Tem từ RFID

Các thẻ này tiên tiến hơn và khác với các tem từ RF đơn giản ở chỗ chúng xác định duy nhất một mã định danh kỹ thuật số mà chúng được đính kèm: tín hiệu vô tuyến truyền từ mã định danh này đến máy thu chứa thông tin các mã định danh được mã hóa kỹ thuật số. Đó là cách các cổng từ an ninh trong thư viện hoạt động: chúng chiếu sóng vô tuyến vào tem RFID ở mặt sau của cuốn sách, nhận lại tín hiệu vô tuyến từ cuốn sách và giải mã mã này để tìm ra mã kỹ thuật số xác định duy nhất trong cuốn sách bạn muốn kiểm tra. Một máy tính được gắn vào máy quét sẽ làm phần còn lại (vì vậy trong thư viện, cổng từ an ninh được kết nối với máy tính của thư viện để cập nhật cơ sở dữ liệu bất cứ khi nào bạn kiểm tra hoặc trả sách). Không giống như thẻ RF, thẻ RFID có xu hướng hoạt động trên khoảng cách ngắn hơn nhiều. Một số trường hợp thực sự phải được xử lý ngay bên cạnh một thiết bị đọc,
Thẻ RFID đơn giản được mô tả là thụ động . Thay vì chứa pin , chúng hoạt động hoàn toàn bằng cách phản hồi sóng vô tuyến đến từ máy quét hoặc máy phát. Có đủ năng lượng trong các sóng vô tuyến đó để kích hoạt chíp RFID. Thẻ thụ động thường gửi và nhận tín hiệu chỉ vài cm,không nhiều hơn. Một dạng thay thế của công nghệ RFID, được gọi là thẻ hoạt động , chứa chip tiên tiến hơn và pin nhỏ để cung cấp năng lượng cho chúng. Họ có thể gửi và nhận tín hiệu qua khoảng cách lớn hơn nhiều. Ảnh: RFID thụ động: Bạn có thể thấy các rãnh kim loại của ăng-ten trong thẻ RFID này khá rõ ràng. Đây là loại thẻ được sử dụng trong các hệ thống tự kiểm tra thư viện.


Thẻ RFID thụ động chỉ chứa ba thành phần:

• Ăng-ten bắt sóng vô tuyến đến và gửi chúng trở lại.
• Chip,chip tạo ra một mã định danh duy nhất cho thẻ cụ thể.
• Chất nền là vật liệu lót (thường là giấy hoặc nhựa ) ăng-ten và chip được cố định.

Như bạn có thể thấy từ bức ảnh này, hầu hết không gian trong thẻ RFID bị chiếm bởi ăng-ten: các rãnh hình bầu dục quanh rìa. Ăng-ten cần phải lớn để thu sóng vô tuyến từ máy phát và (vì không có pin) để chuyển đổi chúng thành năng lượng để cung cấp năng lượng cho chip. Bản thân con chip này rất nhỏ, đôi khi nhỏ như một ngòi bút chì. Tem từ an ninh RF chống trộm trong siêu thị và shop thời trang thường nhỏ hơn và đơn giản hơn thế này: thay vì cần một con chip để tạo mã nhận dạng duy nhất, tất cả những gì chúng phải làm là nhận sóng vô tuyến đến và truyền lại cùng một năng lượng điện từ ở tần số mà cổng từ có thể nhận được.
Hình ảnh một người mua hàng đang cố gắng ăn cắp một cuốn sách từ một cửa hàng. 
Điều ông ta không nhận ra là cửa hàng đang sử dụng cổng từ an ninh (EAS): cuốn sách có gắn tem từ an ninh RF dán ngay bên trong bìa sau. Đây là chuỗi các bước kích hoạt báo động thông báo chống trộm của cổng từ an ninh:

1. Cánh cổng ở một bên của ô cửa chứa một máy phát radio ( các mạch của cổng từ an ninh mạch RX). Phát ra liên tục tần số sóng vô tuyến đến cổng ở phía đối diện của ô cửa, nơi chứa một máy thu radio ( mạch TX).
2. Một người mua hàng bước qua ngưỡng cửa mang theo một cuốn sách bị lấy chộm.
3. Cuốn sách chứa một tem RF ngụy trang được dán vào nhãn bên trong, nó thu sóng vô tuyến.
4. Sau khi được kích hoạt, tem từ an ninh RF truyền một sóng vô tuyến của chính nó với tần số rất chính xác.
5. Cổng thu nhận sóng vô tuyến và xác định tần số của chúng.
6. Nếu tần số là chính xác trùng khớp giữa cổng từ an ninh và tem từ an ninh, cổng sẽ chỉ ra rằng một mặt hàng bị đánh cắp đang di chuyển qua và phát ra âm thanh báo động.

Các ứng dụng khác của tem từ an ninh RF

Ảnh: Quân đội Hoa Kỳ hiện đang sử dụng thẻ RFID để theo dõi kho dự trữ thiết bị khổng lồ của mình. Tại đây, một nhà công nghệ quân sự đang giữ một số ví dụ về các thẻ RFID trước một poster quảng cáo về lợi ích của công nghệ. Ảnh của Vicky Falcon do Hải quân Hoa Kỳ cung cấp .

Bạn không thể đổ lỗi cho các cửa hàng vì cài đặt các hệ thống như thế này nhất là khi bạn nghe rằng khoảng 10 % "người mua hàng" có ý định lấy cắp một sản phẩm trong siêu thị, cửa hàng mà họ đang mua sắm.
 Nhưng việc không cần đến nhân viên bán hàng chỉ là một trong những điều mà chúng ta có thể sử dụng công nghệ RF, đặc biệt là công nghệ RFID, phức tạp hơn nhiều.
Một số thành phố đã sử dụng các tem từ RFID chúng được nhúng trong kính chắn gió xe hơi để thu phí tự động trên cầu hoặc đường cao tốc khi mọi người lái xe qua. Điều này giúp các tài xế phải giảm tốc độ, dừng lại để kiểm xoát. Thẻ thông minh được sử dụng trên xe buýt, tàu điện ngầm và các hình thức giao thông công cộng khác cũng chứa chip RFID.
Khi bạn chạm vào thẻ thông minh của mình trên đầu đọc, thẻ sẽ tự động ghi nợ tài khoản của bạn với chi phí hành trình.

Thẻ thông minh được chia làm 2 loại được gọi là tiếp xúc và không tiếp xúc tùy theo việc bạn phải giữ thẻ của mình cho người đọc hay cách đó một quãng ngắn (và điều đó phụ thuộc vào loại công nghệ RFID mà nó sử dụng).
Trong khi một số thẻ tín dụng và thẻ ghi nợ không tiếp xúc sử dụng RFID, một số khác sử dụng công nghệ khác được gọi là giao tiếp từ trường gần (NFC),
Các thư viện sử dụng rộng rãi các tem từ RF và RFID:
Tem từ an ninh RF sử dụng để cảnh báo chống trộm.

Sử dụng thẻ RFID có thể để mọi người sử dụng các máy thanh toán tự phục vụ. Khi bạn kiểm tra sách vào hoặc ra khỏi thư viện bằng một trong những hệ thống đó, có lẽ bạn đã tự hỏi làm thế nào để biết cuốn sách nào bạn đang mượn mà không phải quét mã vạch. Câu trả lời là có một con chip RFID gắn trong bìa sách. Khi bạn đặt sách của mình lên tấm kính, máy sẽ đọc chi tiết mã nhận danh của sách ngay lập tức và tự động bằng cách gửi tín hiệu radio đến chip. Vì sóng radio truyền thẳng qua bìa cứng và giấy, bạn thậm chí không phải mở sách ra!

Tem từ RFID có thể sẽ trở nên phổ biến hơn nữa trong tương lai. 
Một ngày nào đó bạn có thể có một chip RFID được nhúng trong hộ chiếu để tăng tốc độ khi đi qua các cảng và sân bay.
 Một con chip RFID được cấy dưới da của bạn có thể cứu mạng bạn trong một vụ tai nạn bằng cách truyền thông tin y tế của bạn đến một đội cấp cứu. Các bác sĩ chỉ cần vẫy một đầu đọc qua tay bạn (hoặc bất cứ nơi nào con chip được cấy ghép) để có quyền truy cập ngay vào hồ sơ y tế của bạn. 
Các hệ thống như thế này rõ ràng làm tăng mối lo ngại lớn về quyền riêng tư của mọi người, có khả năng giám sát mọi thứ bạn làm và ở mọi nơi bạn đến.
Mặc dù có thể có những lợi ích to lớn, hầu hết mọi người sẽ cần rất nhiều sự thuyết phục để chấp nhận sự xâm phạm đến quyền riêng tư của họ!
 
Chỉ khi bạn đã quen với một công nghệ, một cái gì đó mới xuất hiện thay thế! RFID đã xuất hiện trong nhiều năm và, như tên gọi của nó, nó thường được tập trung vào việc xác định mọi thứ (và con người) bằng sóng radio. 
Nhưng nó không bao giờ thực sự được thiết kế cho công nghệ thế kỷ 21, nơi mọi người cần xác định hoặc kết nối với mọi thứ theo một cách rất đặc biệt, thường bằng cách lên mạng để xác thực dữ liệu hoặc thanh toán. Và dù sao đi nữa, bây giờ hầu hết chúng ta đều mang theo điện thoại thông minh, tại sao chúng ta cũng cần một loạt thẻ thông minh RFID mà chúng ta phải tiếp tục sử dụng tiền bằng thẻ tín dụng?
Tại sao không chỉ mang theo một thiết bị thực hiện mọi thứ bằng cách sử dụng một bộ ứng dụng bảo mật và kết nối với Internet bất cứ khi nào nó cần?
Đối với điều này, chúng ta có giao tiếp từ trường gần (NFC) , cho phép điện thoại thông minh (hoặc các thiết bị khác) có chip nhúng để đọc, ghi và kết nối với các thiết bị NFC khác gần đó (đầu đọc thẻ trên xe buýt hoặc truy cập các cửa quay tại sân vận động thể thao ). Sử dụng sóng vô tuyến tần số 13,56Mhz trong khoảng cách 10cm (4 in) trở xuống, nó hơi giống như sự giao thoa giữa "ghép đôi" với Bluetooth và Bluetooth (cách hai thiết bị Bluetooth gần đó kết nối với nhau).
Ảnh chụp màn hình: Android Pay hoạt động bằng NFC. Khi NFC được bật trên điện thoại Android, bạn sẽ thấy một biểu tượng "N" nhỏ xuất hiện ở phía trên màn hình cùng với những thứ như trạng thái pin và tín hiệu. Bạn có thể tắt hoàn toàn NFC để giúp điện thoại của bạn an toàn hơn. Trên điện thoại LG của tôi, tôi thực hiện việc này trong Cài đặt → Mạng → Chia sẻ & Kết nối → NFC.

Cho đến nay, việc sử dụng NFC nổi tiếng nhất là trong các hệ thống thanh toán điện thoại thông minh không tiếp xúc như Android Pay, nhưng có khả năng sẽ có nhiều ứng dụng hơn trong tương lai, nhà thông minh (nơi bạn mở khóa cửa bằng ứng dụng điện thoại) và giao thông công cộng đến vé buổi hòa nhạc rock điện tử và thẻ ATM.

Một trong những lợi thế của NFC so với RFID là nó có thể được sử dụng thông minh hơn nhiều bởi các thiết bị tự động như điện thoại thông minh để thực hiện nhiều thứ khác nhau. 
Sony là ví dụ, đã trang bị chip NFC vào nhiều sản phẩm mới của mình để họ có thể nói chuyện với nhau và trao đổi dữ liệu dễ dàng hơn. Điều đó giúp dễ dàng tải ảnh từ máy ảnh kỹ thuật số của bạn lên phương tiện truyền thông xã hội hoặc để xem ảnh từ máy ảnh của bạn trên TV. 

Giống như NFC mang lại nhiều tiện lợi hơn, do đó, nó mang lại thêm các vấn đề về bảo mật và quyền riêng tư. 
Điều gì sẽ xảy ra nếu thiết bị NFC của người khác bắt đầu đọc dữ liệu từ điện thoại thông minh trong túi của bạn khi bạn đứng gần đó?
Còn phần mềm độc hại (vi rút và mã độc khác) truyền vào điện thoại thông minh của bạn từ người khác thì sao? 
có vẻ như mọi công nghệ mới đều phải có những hạn chế cũng như lợi ích!

Xem thêm tư vấn về cổng từ an ninh để có thêm kiến thức và kinh nghiệm trong quá trình lựa chọn nhà cung cấp cổng từ và các thiết bị siêu thị khác.