Các giao thức chống xung đột trong hệ thống RFID (P1)

Bên cạnh đó, RFID cũng gặp phải các vấn đề can nhiễu tín hiệu giống như các hệ thống truyền thông vô tuyến khác. Vì vậy, việc nghiên cứu, phát triển các giao thức chống can nhiễu nhằm tăng hiệu năng của hệ thống RFỈD đóng vai trò rất quan trọng.

VẤN ĐỀ XUNG ĐỘT TRONG HỆ THỐNG RFID

Hệ thống RFID gồm hai thành phần chính là đầu đọc (reader) và thẻ ID tag. Khi reader phát yêu cầu tới tag, nó cũng đồng thời cấp nguồn cho tag (tag thụ động). Nếu reader và tag đủ gần, reader có thể nhận được tín hiệu phản hồi từ tag. Với mỗi trường hợp như vậy có nghĩa là tag nằm trong vùng chất vấn của reader. Khi hai hay nhiều reader quá gần nhau hay nhiều tag xuất hiện trong vùng chất vấn của một reader thì tại đó sinh ra các vấn đề về can nhiễu hay xung đột. Các vấn đề xung đột này được phân làm hai loại chính: xung đột reader và xung đột tag [1]. Có thể miêu tả hai loại này như sau:

Xung đột reader: Do tag được cấp nguồn bởi reader, vì vậy vùng trả lời của tag sẽ nhỏ hơn vùng phát của reader (cũng được gọi là vùng can nhiễu). Khi một tag nằm trong vùng chất vấn của cả reader A và reader B thì xảy ra can nhiễu giữa hai reader, hay tag không thể nhận được câu lệnh yêu cầu đúng từ reader A, hoặc reader A không thể phân tích đúng đáp ứng từ tag. Điều này được gọi là các vấn đề xung đột reader. Ví dụ trong Hình 1, tag T trong vùng chất vấn của reader A và cả reader B và trường hợp này xảy ra xung đột.

Xung đột tag: Để xác định các tag trong vùng chất vấn của mình hay không, reader gửi đi yêu cầu hỏi ID của các tag này. Khi nhiều tag nằm trong vùng chất vấn của reader trả lời đồng thời, xung đột sẽ xảy ra và reader không thể nhận dạng đúng bất kỳ tag nào. Điều này được gọi là vấn đề xung đột tag. Như trong Hình 1, Tag S và T nằm trong vùng chất vấn của reader A. Nếu tag S và T gửi ID đáp trả yêu cầu của reader A đồng thời thì vấn đề xung đột tag sẽ xảy ra và không tag nào được nhận ra bởi reader A.

Các xung đột gây trở ngại và làm chậm quá trình chất vấn thẻ ID. Do đó, cần có các giao thức chống xung đột để giảm các loại xung đột trên. Tương ứng với hai loại xung đột, các giao thức chống xung đột cũng được phân làm hai loại: Các giao thức chống xung đột reader và các giao thức chống xung đột tag.

CÁC GIAO THỨC CHỐNG XUNG ĐỘT

Các giao thức chông xung đột cho Reader

Một số giao thức chống xung đột Reader đã được đề xuất được phân làm ba loại: Giao thức dựa trên TDMA, FDMA và CSMA.

Giao thức dựa trên TDMA

Ý tưởng cơ bản của giao thức chống xung đột dựa trên TDMA là chia toàn bộ thời gian truyền dẫn thành các khoảng thời gian và cho phép mỗi reader chỉ phát bản tin trong khoảng thời gian đã được ấn định trước. Quá trình ấn định các khoảng thời gian theo kiểu phân phối hoặc tập trung. Waldrop [1] đề xuất hai giao thức chống xung đột reader dựa trên TDMA kiểu phân phối là DCS (Distributed Color Selection) và Colorwave. Xét trường hợp có hai reader là hàng xóm của nhau và chúng có thể gây can nhiễu lẫn nhau. Mỗi reader được ấn định một "màu“ tượng trưng cho sự dành trước khe thời gian xác định để phát tín hiệu. Nếu tất cả các reader cạnh nhau có "màu“ khác nhau thì xung đột reader có thể tránh được. Trong giao thức DSC, số lượng màu cực đại (max_colors) là cố định và một reader chỉ được phát trong khoảng màu duy nhất được ấn định trước. Ngược lại, trong giao thức Colorwave có giá trị max_colors thay đổi, nó có cơ chế ấn định màu động để cực tiểu hóa số lượng màu yêu cầu trong một nhóm các reader. Với việc giảm số lượng màu được sử dụng, hiệu suất truyền bản tin được tăng lên.

Giao thức dựa trên FDMA

Giao thức dựa trên FDMA chia toàn bộ băng tần sẵn có thành các kênh không can nhiễu lên nhau. Các reader có thể sử dụng các kênh khác nhau để truyền thông đồng thời với các tag. Ho et al. [1] đã đề xuất giao thức HiQ, là sự kết hợp dựa trên TDMA và cả FDMA. Nó cố gắng tối thiểu hóa các xung đột reader bằng cách học các mô hình xung đột của các reader và bằng ấn định hiệu quả tài nguyên tần số theo thời gian. HiQ dựa vào phương pháp học trực tuyến, sự phân cấp và quá trình phân phối (được gọi là Q-learning) để xác định việc ấn định thời gian và tần số. Bằng tương tác lặp đi lặp lại với hệ thống, Q-learning cố gắng tìm ra phương án ấn định tần số theo thời gian tối ưu. EPCGlobal Gen 2 là một giao thức nổi tiếng kế thừa kỹ thuật FDMA để giải quyết vấn đề xung đột. Các reader có thể chọn các kênh truyền riêng biệt để tránh can nhiễu bằng kỹ thuật trải phổ nhảy tần. Hình 2 minh họa cấu trúc điều khiển phân cấp của giao thức HiQ.

Giao thức dựa trên CSMA

Đa truy nhập cảm nhận sóng mang - CSMA là cơ chế phổ biến được sử dụng trong các hệ thống vô tuyến hay hữu tuyến để tránh xung đột. Trong cơ chế này, mỗi thiết bị cần kiểm tra kênh truyền thông có rảnh hay không trước khi phát các bản tin. Nếu kênh truyền đã bị chiếm, thiết bị sẽ đợi cho đến khi nó được giải phóng. Chuẩn EN 302 208 của Viện chuẩn hóa Viễn thông châu Âu (ETSI) sử dụng cơ chế "Listen Befor Talk (LBT)" dựa trên ý tưởng CSMA để giải quyết vấn đề xung đột reader.

ThS. Trần Thị Lan, TS. Trịnh Quang Khải, ThS. Mai Thị Thu Hương

(còn nữa)