RFID技術(shù)在校園網(wǎng)應用研究的論文

　　【摘 要】射頻技術(shù)RFID的基本原理是電磁理論。射頻系統的優(yōu)點(diǎn)是不局限視線(xiàn)范圍，識別距離比光學(xué)系統遠，射頻識別卡可具有讀寫(xiě)能力，可攜帶大量數據、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)中應用。

　　【關(guān)鍵詞】RFID技術(shù)；校園網(wǎng)；射頻識別

　　射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是相對較新的自動(dòng)識別技術(shù)，它可以通過(guò)非接觸的方式識讀信息，通過(guò)感應、無(wú)線(xiàn)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[1]。

　　1.RFID射頻識別技術(shù)

　　RFID射頻識別，又稱(chēng)為感應式電子芯片或感應卡、非接觸卡、電子卷標、電子條形碼等。通過(guò)這種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，作為條形碼的無(wú)線(xiàn)版本，應用非常廣泛，如動(dòng)物芯片、門(mén)禁管制、停車(chē)場(chǎng)管制、生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化、物料管理等。標簽根據商家種類(lèi)的不同能儲存從512B～4MB不等的數據。卷標中儲存的數據是由系統的應用和相應的標準決定的。例如，卷標能夠提供產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸、存儲情況，也可以辨別機器、動(dòng)物和個(gè)體的身份。卷標還可以連接到數據庫，存儲產(chǎn)品庫存編號、當前位置、狀態(tài)、售價(jià)、批號的信息。相應的，射頻卷標在讀取數據時(shí)不用參照數據庫就可以直接確定代碼的含義[2]。

　　RFID系統至少包含電子卷標和閱讀器兩部分。電子卷標是射頻識別系統的數據載體，電子卷標由卷標天線(xiàn)和卷標專(zhuān)用芯片組成。依據電子卷標供電方式的不同，電子卷標可以分為有源電子卷標(Active tag)、無(wú)源電子卷標(Passive tag)和半無(wú)源電子卷標(Semi-passive tag)。有源電子卷標內裝有電池，無(wú)源射頻標簽沒(méi)有內裝電池，半無(wú)源電子卷標(Semi-passive tag)部分依靠電池工作。電子卷標依據頻率的不同可分為低頻電子卷標、高頻電子卷標、超高頻電子卷標和微波電子卷標。依據封裝形式的不同可分為信用卡卷標、線(xiàn)形卷標、紙狀卷標、玻璃管卷標、圓形卷標及特殊用途的異形標簽等。RFID閱讀器(讀寫(xiě)器)通過(guò)天線(xiàn)與RFID電子卷標進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，可以實(shí)現對卷標識別碼和內存數據的讀出或寫(xiě)入操作。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(xiàn)。

　　2.RFID技術(shù)的通信協(xié)議

　　RFID技術(shù)在標簽的數據格式上與目前國際主流的標準相匹配，這些主流的標準主要包含了以下幾類(lèi)：EPC、UID、ISO/IEC、AIM以及IP-X等標準所規定的數據格式，其中針對同一種標準也存在著(zhù)不同的數據編碼格式，如EPC標準中包含了64位、96位以及256位等多種編碼格式。而針對RFID系統的通信協(xié)議則包含了無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議與有線(xiàn)通信協(xié)議兩種，無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議主要是指電子標簽與讀寫(xiě)器間的數據傳輸協(xié)議，為了保證多個(gè)電子標簽與無(wú)線(xiàn)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)現網(wǎng)絡(luò )信道的動(dòng)態(tài)分配，并解決了在無(wú)線(xiàn)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)調關(guān)系的標簽共用單一共享信道使用權的應用場(chǎng)合，鑒于多個(gè)電子標簽工作在同一頻率，當它們處于同一個(gè)讀寫(xiě)器作用范圍內時(shí)，在沒(méi)有采取多址訪(fǎng)問(wèn)控制機制的情況下，當RFID標簽通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送信息時(shí)將會(huì )產(chǎn)生沖突，并導致信息讀取失敗。因此，一旦RFID系統檢測到信息“沖突”，則立即停止繼續發(fā)送數據幀，并且將已發(fā)送的數據幀拋棄，而不是繼續傳完它們的幀，因為反正數據幀已遭到破壞。

　　RFID系統所采用的技術(shù)稱(chēng)為微波反射技術(shù)，它基于電子標簽內微波天線(xiàn)的負載阻抗隨儲存的電子數據而變化的特點(diǎn)，來(lái)實(shí)現對電子標簽內電子數據的讀取。系統的基本工作流程是：識讀器通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送一定頻率的射頻信號，當電子標簽進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)工作區域時(shí)產(chǎn)生感應電流，電子標簽獲得能量被激活；電子標簽將自身編碼等信息通過(guò)卡內置發(fā)送天線(xiàn)發(fā)送出去；系統接收天線(xiàn)接收到從電子標簽發(fā)送來(lái)的載波信號，經(jīng)天線(xiàn)調節器傳送到識讀器，識讀器對接收的信號進(jìn)行解調和解碼然后送到后臺主系統進(jìn)行相關(guān)處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執行機構動(dòng)作。在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、從電子標簽到識讀器的數據傳輸方法(負載調制、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別，但所有的識讀器在功能原理上，以及由此決定的設計構造上都很相似，所有識讀器均可簡(jiǎn)化為高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊。

　　3.RFID系統應用體系結構

　　一般而言，軟件應用系統體系結構的意義在于發(fā)現高層的框架以便理解某類(lèi)系統或其子系統與相關(guān)系統的交互作用，并通過(guò)在一般化層次下揭示出不同應用系統共享的應用構件，有助于系統的基礎構件和業(yè)務(wù)系統的設計與實(shí)現，這些構件與子系統是可復用的、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)多層應用軟件體系結構，將各種應用作為被共享的服務(wù)集合，它是一種跨應用、可重用的服務(wù)平臺。在這個(gè)平臺上，各種應用作為組件可集成或者重組生成新的應用。由于具有靈活的可伸縮特性，非常適合于Internet/Intranet上的應用，并將成為應用系統開(kāi)發(fā)的主流基礎平臺[3]。由于多層軟件體系結構的層次劃分不是按物理上劃分的，而是從結構邏輯或應用目標來(lái)劃分，它可將應用程序和系統中的業(yè)務(wù)邏輯獨立出來(lái)，組成一層或多層。一方面用來(lái)簡(jiǎn)化和解決復雜的事務(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)現業(yè)務(wù)和數據的快速響應，并通過(guò)減少網(wǎng)絡(luò )負載，提高運算速度，最大程度地減少前端系統的數據獲取與客戶(hù)端的維護工作量。由于多層系統應用體系結構具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)可伸縮性好：可按應用要求部署邏輯層次，易于實(shí)現應用擴展。(2)網(wǎng)絡(luò )效率高：經(jīng)過(guò)合理的布局，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的傳輸數據量大大減少，提高了網(wǎng)絡(luò )效率。(3)可管理性強：系統客戶(hù)基本實(shí)現“零維護”，主要管理工作集中在應用邏輯層，業(yè)務(wù)邏輯的修改對客戶(hù)層沒(méi)有影響。(4)可重用性好。按可提供的服務(wù)構筑應用，每種服務(wù)可以被不同的應用重用。由于采用面向對象的組件構成，進(jìn)一步增加了系統的可重用性。 4.RFID技術(shù)在校園網(wǎng)中的應用

　　4.1 RFID在圖書(shū)館管理系統中的應用

　　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)上的任何一臺計算機經(jīng)過(guò)授權后都可以經(jīng)由服務(wù)器共享上網(wǎng)，當然服務(wù)器必須安裝相應的代理服務(wù)器軟件或進(jìn)行相關(guān)設置。比如校園網(wǎng)通過(guò)光纖連入互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)校內部的電腦可以共享這根光纖上網(wǎng)，光纖局域網(wǎng)內的傳播速率范圍為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)電腦的數據流量大小等諸多因素。共享上網(wǎng)是一種間接上網(wǎng)方式，對于服務(wù)器的上網(wǎng)方式并沒(méi)有嚴格的限制，比如ADSL、DDN專(zhuān)線(xiàn)、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)館管理系統實(shí)現圖書(shū)編目及維護、圖書(shū)和雜志查詢(xún)、借閱查詢(xún)、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(zhù)譯者等以及全文檢索)，進(jìn)行圖書(shū)、期刊的網(wǎng)上預約和取消預約；還可借助瀏覽器查詢(xún)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(xún)。圖書(shū)館是高校重要的資源場(chǎng)所，但傳統的圖書(shū)館管理效率卻很低。如館藏文獻資料除了以光學(xué)條碼作為辨識碼以外，為了防止圖書(shū)被竊，還要在書(shū)內粘貼磁條，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，甚至還能夠實(shí)現自助式借還圖書(shū)。由于RFID電子標簽具有體積小、放屏蔽效果好、能多標簽同時(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)禁系統中的應用

　　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)衛等管理人員解決過(guò)濾閑雜人員、監督校內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)及運用先進(jìn)的智能門(mén)禁系統。

　　RFID技術(shù)應用于智能門(mén)禁系統的.主要優(yōu)勢有：RFID卡可遠距離讀取、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標簽成本較低、ID號唯一、標簽讀取可有效防止屏蔽，用其來(lái)作為資產(chǎn)跟蹤，可對資產(chǎn)進(jìn)行有效監管，并可做到信息記錄無(wú)紙化和降低人為因素的效果；RFID卡的應用配合校園綜合管理系統，將會(huì )使高校更加安全，管理更加精準可靠。

　　對于新型門(mén)禁系統來(lái)說(shuō)，門(mén)禁制度也必須進(jìn)行調整。如教師的私家車(chē)貼有RFID標簽，教師帶有RFID卡；車(chē)出校時(shí)系統自動(dòng)檢測車(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，當事人可申請出校密碼，密碼由系統隨機產(chǎn)生，并連同帶出物清單一同打印交給當事人，同時(shí)申請信息則經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )送達至校門(mén)的監控微機，由校衛人工檢查，當事人出校時(shí)必須交驗本人信息憑證(RFID卡)和密碼單，此時(shí)系統自動(dòng)記錄以備查。

　　4.3 RFID在校園一卡通系統中的應用

　　在數字化校園中，將RFID與網(wǎng)絡(luò )和信息管理系統相結合，建立起完整的、統一的、資源共享的高校綜合管理系統，可極大地提升高校管理的效率和效度。其中，校園一卡通系統是數字化校園的基礎工程，以校園一卡通系統為平臺，實(shí)現以人為本，從高校環(huán)境、資源到活動(dòng)的全部數字化管理，將很好的滿(mǎn)足高校數字化建設的需求及目的�；�于RFID的校園一卡通系統是以RFID射頻卡為信息載體，適用于校園消費和管理的分布式系統。在該系統中，RFID卡取代了在學(xué)校管理和生活中所使用的多種個(gè)人證件和現金支付手段，實(shí)現了學(xué)籍管理、身份認證、生活消費等多種功能。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)校其他信息基礎設施相配合，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、醫療證、會(huì )員證、餐卡、錢(qián)包、存折等于一身，應用范圍可包括：①學(xué)生管理：成績(jì)單、注冊；②身份認證：圖書(shū)館、宿舍樓、實(shí)驗室、校醫院、機房；③交費：學(xué)費、上機、醫療；④用餐：餐廳、食堂；⑤購物：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。

　　校園一卡通系統的建設面臨部門(mén)多、資金流量大，存儲信息量大等問(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電子標簽存儲容量大、讀寫(xiě)性能好、經(jīng)久耐用、智能化等特點(diǎn)，可替代傳統的磁卡或IC卡，將高校傳統發(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在其他系統的應用

　　校園網(wǎng)設有安全防范系統、電視及廣播音樂(lè )系統、智能火災報警系統，使校園環(huán)境安全舒適。(1)校園安全防范系統校園安全防范及報警系統是智能校園實(shí)現安全管理的重要系統，主要包括電視監控、周界防范、出入口控制、消防報警等。在校園的出人口、周界、車(chē)庫以及重要場(chǎng)所設置監視點(diǎn)，電視攝像機的設置及顯示方式與通常的智能建筑基本相似。在校園的圍墻上設置主動(dòng)紅外對射式探測器，防止罪犯由圍墻翻入校園內作案，保證校園內師生們的安全。在校園內設置電子巡更系統，讓保安人員定時(shí)定路線(xiàn)對校園內進(jìn)行巡視，以彌補其他技防手段的不足，及時(shí)發(fā)現可疑情況，防患于未然。對校園的出入口、重要的儀器設備室進(jìn)行監視與控制，為學(xué)生與教師及保安人員配備不同級別的IC卡，對人員出入校園進(jìn)行身份鑒別、確認及出人信息登記，并提供人員出入校園信息的登記與查詢(xún)功能。在校園的各個(gè)樓棟內設置火災報警系統，并與消防控制中心聯(lián)動(dòng)控制，具體設置方法與一般智能建筑相似。(2)校園電視及廣播音樂(lè )系統校園電視包括有線(xiàn)電視系統、會(huì )議視頻系統等。有線(xiàn)電視系統用于校園廣播電視臺的廣播，是豐富師生校園生活、為教學(xué)服務(wù)的重要手段。每個(gè)教室至少放置一臺電視機(也可以是投影儀)，節目來(lái)源可以是校園電視臺的現場(chǎng)直播或錄像，也可以是自行接收的衛星電視節目，還可以播接城市有線(xiàn)電視系統，作為其主要的節目來(lái)源。該系統具有上行控制信號傳輸功能，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。

　　5.結論

　　RFID作為一項古老而年輕的技術(shù)，以其獨特的技術(shù)魅力被應用于社會(huì )生產(chǎn)和生活很多領(lǐng)域已有較長(cháng)時(shí)間了，但其在中國的應用還處于起步階段，隨著(zhù)成本的下降，性能的提升和標準化的實(shí)施，RFID的全面推廣和普遍應用將是不可逆轉的趨勢。RFID將以其自身獨特的技術(shù)優(yōu)勢為高校信息化、數字化建設作出杰出的貢獻。 [科]

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