RFID技術(shù)在校園網(wǎng)應(yīng)用研究的論文
【摘 要】射頻技術(shù)RFID的基本原理是電磁理論。射頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不局限視線范圍，識(shí)別距離比光學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)，射頻識(shí)別卡可具有讀寫(xiě)能力，可攜帶大量數(shù)據(jù)、難偽造和有智能等。本文在重點(diǎn)分析RFID射頻技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討RFID的通信協(xié)議，并重點(diǎn)分析RFID技術(shù)在校園網(wǎng)中應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】RFID技術(shù)；校園網(wǎng)；射頻識(shí)別
射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是相對(duì)較新的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它可以通過(guò)非接觸的方式識(shí)讀信息，通過(guò)感應(yīng)、無(wú)線電波或微波能量進(jìn)行雙向通信，保密性和抗惡劣環(huán)境的能力較強(qiáng)[1]。
1.RFID射頻識(shí)別技術(shù)
RFID射頻識(shí)別，又稱為感應(yīng)式電子芯片或感應(yīng)卡、非接觸卡、電子卷標(biāo)、電子條形碼等。通過(guò)這種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，作為條形碼的無(wú)線版本，應(yīng)用非常廣泛，如動(dòng)物芯片、門(mén)禁管制、停車(chē)場(chǎng)管制、生產(chǎn)線自動(dòng)化、物料管理等。標(biāo)簽根據(jù)商家種類(lèi)的不同能儲(chǔ)存從512B～4MB不等的數(shù)據(jù)。卷標(biāo)中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)的應(yīng)用和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)決定的。例如，卷標(biāo)能夠提供產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)情況，也可以辨別機(jī)器、動(dòng)物和個(gè)體的身份。卷標(biāo)還可以連接到數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)產(chǎn)品庫(kù)存編號(hào)、當(dāng)前位置、狀態(tài)、售價(jià)、批號(hào)的信息。相應(yīng)的，射頻卷標(biāo)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)不用參照數(shù)據(jù)庫(kù)就可以直接確定代碼的含義[2]。
RFID系統(tǒng)至少包含電子卷標(biāo)和閱讀器兩部分。電子卷標(biāo)是射頻識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，電子卷標(biāo)由卷標(biāo)天線和卷標(biāo)專(zhuān)用芯片組成。依據(jù)電子卷標(biāo)供電方式的不同，電子卷標(biāo)可以分為有源電子卷標(biāo)(Active tag)、無(wú)源電子卷標(biāo)(Passive tag)和半無(wú)源電子卷標(biāo)(Semi-passive tag)。有源電子卷標(biāo)內(nèi)裝有電池，無(wú)源射頻標(biāo)簽沒(méi)有內(nèi)裝電池，半無(wú)源電子卷標(biāo)(Semi-passive tag)部分依靠電池工作。電子卷標(biāo)依據(jù)頻率的不同可分為低頻電子卷標(biāo)、高頻電子卷標(biāo)、超高頻電子卷標(biāo)和微波電子卷標(biāo)。依據(jù)封裝形式的不同可分為信用卡卷標(biāo)、線形卷標(biāo)、紙狀卷標(biāo)、玻璃管卷標(biāo)、圓形卷標(biāo)及特殊用途的異形標(biāo)簽等。RFID閱讀器(讀寫(xiě)器)通過(guò)天線與RFID電子卷標(biāo)進(jìn)行無(wú)線通信，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)卷標(biāo)識(shí)別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮�。典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及閱讀器天線。
2.RFID技術(shù)的通信協(xié)議
RFID技術(shù)在標(biāo)簽的數(shù)據(jù)格式上與目前國(guó)際主流的標(biāo)準(zhǔn)相匹配，這些主流的標(biāo)準(zhǔn)主要包含了以下幾類(lèi)：EPC、UID、ISO/IEC、AIM以及IP-X等標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，其中針對(duì)同一種標(biāo)準(zhǔn)也存在著不同的數(shù)據(jù)編碼格式，如EPC標(biāo)準(zhǔn)中包含了64位、96位以及256位等多種編碼格式。而針對(duì)RFID系統(tǒng)的通信協(xié)議則包含了無(wú)線通信協(xié)議與有線通信協(xié)議兩種，無(wú)線通信協(xié)議主要是指電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)器間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，為了保證多個(gè)電子標(biāo)簽與無(wú)線讀寫(xiě)器在通信過(guò)程中能夠避免沖突的發(fā)生，通常采用ALOHA協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信道的動(dòng)態(tài)分配，并解決了在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸過(guò)程中的“沖突消解”問(wèn)題。其思想可用于任何無(wú)協(xié)調(diào)關(guān)系的標(biāo)簽共用單一共享信道使用權(quán)的應(yīng)用場(chǎng)合，鑒于多個(gè)電子標(biāo)簽工作在同一頻率，當(dāng)它們處于同一個(gè)讀寫(xiě)器作用范圍內(nèi)時(shí)，在沒(méi)有采取多址訪問(wèn)控制機(jī)制的情況下，當(dāng)RFID標(biāo)簽通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息時(shí)將會(huì)產(chǎn)生沖突，并導(dǎo)致信息讀取失敗。因此，一旦RFID系統(tǒng)檢測(cè)到信息“沖突”，則立即停止繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并且將已發(fā)送的數(shù)據(jù)幀拋棄，而不是繼續(xù)傳完它們的幀，因?yàn)榉凑龜?shù)據(jù)幀已遭到破壞。
RFID系統(tǒng)所采用的技術(shù)稱為微波反射技術(shù)，它基于電子標(biāo)簽內(nèi)微波天線的負(fù)載阻抗隨儲(chǔ)存的電子數(shù)據(jù)而變化的特點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽內(nèi)電子數(shù)據(jù)的讀取。系統(tǒng)的基本工作流程是：識(shí)讀器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被激活；電子標(biāo)簽將自身編碼等信息通過(guò)卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到識(shí)讀器，識(shí)讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、從電子標(biāo)簽到識(shí)讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法(負(fù)載調(diào)制、反向散射、高次諧波)以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別，但所有的識(shí)讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)造上都很相似，所有識(shí)讀器均可簡(jiǎn)化為高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊。
3.RFID系統(tǒng)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)
一般而言，軟件應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的意義在于發(fā)現(xiàn)高層的框架以便理解某類(lèi)系統(tǒng)或其子系統(tǒng)與相關(guān)系統(tǒng)的交互作用，并通過(guò)在一般化層次下揭示出不同應(yīng)用系統(tǒng)共享的應(yīng)用構(gòu)件，有助于系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)件和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，這些構(gòu)件與子系統(tǒng)是可復(fù)用的、便宜的、可修改的，并可確定關(guān)鍵的互操作性接口和服務(wù)。通過(guò)多層應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)，將各種應(yīng)用作為被共享的服務(wù)集合，它是一種跨應(yīng)用、可重用的服務(wù)平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)上，各種應(yīng)用作為組件可集成或者重組生成新的應(yīng)用。由于具有靈活的可伸縮特性，非常適合于Internet/Intranet上的應(yīng)用，并將成為應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主流基礎(chǔ)平臺(tái)[3]。由于多層軟件體系結(jié)構(gòu)的層次劃分不是按物理上劃分的，而是從結(jié)構(gòu)邏輯或應(yīng)用目標(biāo)來(lái)劃分，它可將應(yīng)用程序和系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)邏輯獨(dú)立出來(lái)，組成一層或多層。一方面用來(lái)簡(jiǎn)化和解決復(fù)雜的事務(wù)處理，同時(shí)也通過(guò)支持地理位置分散的業(yè)務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的快速響應(yīng)，并通過(guò)減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高運(yùn)算速度，最大程度地減少前端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取與客戶端的維護(hù)工作量。由于多層系統(tǒng)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)可伸縮性好：可按應(yīng)用要求部署邏輯層次，易于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用擴(kuò)展。(2)網(wǎng)絡(luò)效率高：經(jīng)過(guò)合理的布局，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的傳輸數(shù)據(jù)量大大減少，提高了網(wǎng)絡(luò)效率。(3)可管理性強(qiáng)：系統(tǒng)客戶基本實(shí)現(xiàn)“零維護(hù)”，主要管理工作集中在應(yīng)用邏輯層，業(yè)務(wù)邏輯的修改對(duì)客戶層沒(méi)有影響。(4)可重用性好。按可提供的服務(wù)構(gòu)筑應(yīng)用，每種服務(wù)可以被不同的應(yīng)用重用。由于采用面向?qū)ο蟮慕M件構(gòu)成，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的可重用性。 4.RFID技術(shù)在校園網(wǎng)中的應(yīng)用
4.1 RFID在圖書(shū)館管理系統(tǒng)中的應(yīng)用
局域網(wǎng)連入互聯(lián)網(wǎng)的方式非常普遍，基本原理是通過(guò)局域網(wǎng)上的服務(wù)器共享上網(wǎng)，也就是說(shuō)局域網(wǎng)上的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)授權(quán)后都可以經(jīng)由服務(wù)器共享上網(wǎng)，當(dāng)然服務(wù)器必須安裝相應(yīng)的代理服務(wù)器軟件或進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。比如校園網(wǎng)通過(guò)光纖連入互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)校內(nèi)部的電腦可以共享這根光纖上網(wǎng)，光纖局域網(wǎng)內(nèi)的傳播速率范圍為10～100MB/s[4]。共享上網(wǎng)的速度取決于服務(wù)器的帶寬和局域網(wǎng)同時(shí)上網(wǎng)電腦的數(shù)據(jù)流量大小等諸多因素。共享上網(wǎng)是一種間接上網(wǎng)方式，對(duì)于服務(wù)器的上網(wǎng)方式并沒(méi)有嚴(yán)格的限制，比如ADSL、DDN專(zhuān)線、光纜上網(wǎng)等都可以。共享上網(wǎng)的一個(gè)最大的優(yōu)越性是充分利用了服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)帶寬，并且容易管理，還可以節(jié)省寶貴的IP地址資源，特別適合于企事業(yè)單位、政府部門(mén)、高校等使用。
學(xué)校圖書(shū)館管理。學(xué)校圖書(shū)館管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖書(shū)編目及維護(hù)、圖書(shū)和雜志查詢、借閱查詢、圖書(shū)流通、圖書(shū)證管理等功能。師生可在網(wǎng)上通過(guò)Web瀏覽器進(jìn)行圖書(shū)、期刊的網(wǎng)上檢索(可按書(shū)名、著譯者等以及全文檢索)，進(jìn)行圖書(shū)、期刊的網(wǎng)上預(yù)約和取消預(yù)約；還可借助瀏覽器查詢個(gè)人借閱情況，檢索及修改借書(shū)證密碼，在網(wǎng)上進(jìn)行圖書(shū)證的掛失和查詢。圖書(shū)館是高校重要的資源場(chǎng)所，但傳統(tǒng)的圖書(shū)館管理效率卻很低。如館藏文獻(xiàn)資料除了以光學(xué)條碼作為辨識(shí)碼以外，為了防止圖書(shū)被竊，還要在書(shū)內(nèi)粘貼磁條，且在圖書(shū)借還時(shí)每本都需要翻到貼有條碼的那一頁(yè)，給圖書(shū)的借還帶來(lái)了不便，降低了工作效率。采用RFID技術(shù)給圖書(shū)貼上電子標(biāo)簽后，借還圖書(shū)就免除了消磁及上磁的工作，且能多本圖書(shū)同時(shí)借還，借助RFID借還書(shū)系統(tǒng)，甚至還能夠?qū)崿F(xiàn)自助式借還圖書(shū)。由于RFID電子標(biāo)簽具有體積小、放屏蔽效果好、能多標(biāo)簽同時(shí)讀取等優(yōu)點(diǎn)，還能有效地降低館藏圖書(shū)的失竊率。
4.2 RFID在門(mén)禁系統(tǒng)中的應(yīng)用
校園門(mén)禁管理，一直是困擾學(xué)校的大問(wèn)題。而很多學(xué)校都僅僅依靠門(mén)衛(wèi)等管理人員解決過(guò)濾閑雜人員、監(jiān)督校內(nèi)貴重物品出入等棘手問(wèn)題。這種方法往往需要較多人力物力卻存在很多漏洞，比如無(wú)法十分有效的準(zhǔn)確分辨出非在校人員，控制特定物品的出入等。這就需要開(kāi)發(fā)及運(yùn)用先進(jìn)的智能門(mén)禁系統(tǒng)。
RFID技術(shù)應(yīng)用于智能門(mén)禁系統(tǒng)的.主要優(yōu)勢(shì)有：RFID卡可遠(yuǎn)距離讀取、可多卡同時(shí)讀取，有效地解決了因校門(mén)人流量大而鑒別難的問(wèn)題；RFID標(biāo)簽成本較低、ID號(hào)唯一、標(biāo)簽讀取可有效防止屏蔽，用其來(lái)作為資產(chǎn)跟蹤，可對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行有效監(jiān)管，并可做到信息記錄無(wú)紙化和降低人為因素的效果；RFID卡的應(yīng)用配合校園綜合管理系統(tǒng)，將會(huì)使高校更加安全，管理更加精準(zhǔn)可靠。
對(duì)于新型門(mén)禁系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，門(mén)禁制度也必須進(jìn)行調(diào)整。如教師的私家車(chē)貼有RFID標(biāo)簽，教師帶有RFID卡；車(chē)出校時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)車(chē)主信息和車(chē)輛信息并記錄時(shí)間，如一致可放行，如不符，不予放行并報(bào)警；假如車(chē)主忘帶RFID卡，可輸入放行密碼，如正確可放行。以上制度即為：卡和密碼雙通行制。再如貴重物品出校，當(dāng)事人可申請(qǐng)出校密碼，密碼由系統(tǒng)隨機(jī)產(chǎn)生，并連同帶出物清單一同打印交給當(dāng)事人，同時(shí)申請(qǐng)信息則經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)送達(dá)至校門(mén)的監(jiān)控微機(jī)，由校衛(wèi)人工檢查，當(dāng)事人出校時(shí)必須交驗(yàn)本人信息憑證(RFID卡)和密碼單，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)記錄以備查。
4.3 RFID在校園一卡通系統(tǒng)中的應(yīng)用
在數(shù)字化校園中，將RFID與網(wǎng)絡(luò)和信息管理系統(tǒng)相結(jié)合，建立起完整的、統(tǒng)一的、資源共享的高校綜合管理系統(tǒng)，可極大地提升高校管理的效率和效度。其中，校園一卡通系統(tǒng)是數(shù)字化校園的基礎(chǔ)工程，以校園一卡通系統(tǒng)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)以人為本，從高校環(huán)境、資源到活動(dòng)的全部數(shù)字化管理，將很好的滿足高校數(shù)字化建設(shè)的需求及目的。基于RFID的校園一卡通系統(tǒng)是以RFID射頻卡為信息載體，適用于校園消費(fèi)和管理的分布式系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，RFID卡取代了在學(xué)校管理和生活中所使用的多種個(gè)人證件和現(xiàn)金支付手段，實(shí)現(xiàn)了學(xué)籍管理、身份認(rèn)證、生活消費(fèi)等多種功能。校園RFID卡的推廣使用將極大地方便學(xué)生、教工的生活，減輕攜帶各種證件的煩惱，并可與學(xué)校其他信息基礎(chǔ)設(shè)施相配合，促進(jìn)校園信息化管理水平的提高。校園RFID卡集：學(xué)生證、工作證、身份證、借書(shū)證、醫(yī)療證、會(huì)員證、餐卡、錢(qián)包、存折等于一身，應(yīng)用范圍可包括：①學(xué)生管理：成績(jī)單、注冊(cè)；②身份認(rèn)證：圖書(shū)館、宿舍樓、實(shí)驗(yàn)室、校醫(yī)院、機(jī)房；③交費(fèi)：學(xué)費(fèi)、上機(jī)、醫(yī)療；④用餐：餐廳、食堂；⑤購(gòu)物：校超市、教材部；⑥娛樂(lè)：俱樂(lè)部、體育館；⑦金融：存款、取款、匯款等。
校園一卡通系統(tǒng)的建設(shè)面臨部門(mén)多、資金流量大，存儲(chǔ)信息量大等問(wèn)題，但它的使用范圍廣、卡片利用率高，它的成功實(shí)施將給校園帶來(lái)極大的方便。充分利用RFID電子標(biāo)簽存儲(chǔ)容量大、讀寫(xiě)性能好、經(jīng)久耐用、智能化等特點(diǎn)，可替代傳統(tǒng)的磁卡或IC卡，將高校傳統(tǒng)發(fā)放的多種卡集成到一張RFID卡中，加上持卡人綜合信息的共享，可很好的解決這些問(wèn)題。
4.4 RFID在其他系統(tǒng)的應(yīng)用
校園網(wǎng)設(shè)有安全防范系統(tǒng)、電視及廣播音樂(lè)系統(tǒng)、智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，使校園環(huán)境安全舒適。(1)校園安全防范系統(tǒng)校園安全防范及報(bào)警系統(tǒng)是智能校園實(shí)現(xiàn)安全管理的重要系統(tǒng)，主要包括電視監(jiān)控、周界防范、出入口控制、消防報(bào)警等。在校園的出人口、周界、車(chē)庫(kù)以及重要場(chǎng)所設(shè)置監(jiān)視點(diǎn)，電視攝像機(jī)的設(shè)置及顯示方式與通常的智能建筑基本相似。在校園的圍墻上設(shè)置主動(dòng)紅外對(duì)射式探測(cè)器，防止罪犯由圍墻翻入校園內(nèi)作案，保證校園內(nèi)師生們的安全。在校園內(nèi)設(shè)置電子巡更系統(tǒng)，讓保安人員定時(shí)定路線對(duì)校園內(nèi)進(jìn)行巡視，以彌補(bǔ)其他技防手段的不足，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可疑情況，防患于未然。對(duì)校園的出入口、重要的儀器設(shè)備室進(jìn)行監(jiān)視與控制，為學(xué)生與教師及保安人員配備不同級(jí)別的IC卡，對(duì)人員出入校園進(jìn)行身份鑒別、確認(rèn)及出人信息登記，并提供人員出入校園信息的登記與查詢功能。在校園的各個(gè)樓棟內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，并與消防控制中心聯(lián)動(dòng)控制，具體設(shè)置方法與一般智能建筑相似。(2)校園電視及廣播音樂(lè)系統(tǒng)校園電視包括有線電視系統(tǒng)、會(huì)議視頻系統(tǒng)等。有線電視系統(tǒng)用于校園廣播電視臺(tái)的廣播，是豐富師生校園生活、為教學(xué)服務(wù)的重要手段。每個(gè)教室至少放置一臺(tái)電視機(jī)(也可以是投影儀)，節(jié)目來(lái)源可以是校園電視臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)直播或錄像，也可以是自行接收的衛(wèi)星電視節(jié)目，還可以播接城市有線電視系統(tǒng)，作為其主要的節(jié)目來(lái)源。該系統(tǒng)具有上行控制信號(hào)傳輸功能，可以在需要的時(shí)候直接點(diǎn)播存放在多媒體教學(xué)服務(wù)器上的視頻信號(hào)。
5.結(jié)論
RFID作為一項(xiàng)古老而年輕的技術(shù)，以其獨(dú)特的技術(shù)魅力被應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)和生活很多領(lǐng)域已有較長(zhǎng)時(shí)間了，但其在中國(guó)的應(yīng)用還處于起步階段，隨著成本的下降，性能的提升和標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施，RFID的全面推廣和普遍應(yīng)用將是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。RFID將以其自身獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)為高校信息化、數(shù)字化建設(shè)作出杰出的貢獻(xiàn)。 [科]
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