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RFID技術在校園網應用研究的論文

實用文 時間:2021-08-31 手機版

  【摘 要】射頻技術RFID的基本原理是電磁理論。射頻系統的優點是不局限視線范圍,識別距離比光學系統遠,射頻識別卡可具有讀寫能力,可攜帶大量數據、難偽造和有智能等。本文在重點分析RFID射頻技術的基礎上,探討RFID的通信協議,并重點分析RFID技術在校園網中應用。

【關鍵詞】RFID技術;校園網;射頻識別

  射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)技術是相對較新的自動識別技術,它可以通過非接觸的方式識讀信息,通過感應、無線電波或微波能量進行雙向通信,保密性和抗惡劣環境的能力較強[1]。

1.RFID射頻識別技術

  RFID射頻識別,又稱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。通過這種非接觸式的自動識別技術,作為條形碼的無線版本,應用非常廣泛,如動物芯片、門禁管制、停車場管制、生產線自動化、物料管理等。標簽根據商家種類的不同能儲存從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,卷標能夠提供產品生產、運輸、存儲情況,也可以辨別機器、動物和個體的身份。卷標還可以連接到數據庫,存儲產品庫存編號、當前位置、狀態、售價、批號的信息。相應的,射頻卷標在讀取數據時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和卷標專用芯片組成。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)、無源電子卷標(Passive tag)和半無源電子卷標(Semi-passive tag)。有源電子卷標內裝有電池,無源射頻標簽沒有內裝電池,半無源電子卷標(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(讀寫器)通過天線與RFID電子卷標進行無線通信,可以實現對卷標識別碼和內存數據的讀出或寫入操作。典型的閱讀器包含有高頻模塊(發送器和接收器)、控制單元以及閱讀器天線。

2.RFID技術的通信協議

  RFID技術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: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系統的通信協議則包含了無線通信協議與有線通信協議兩種,無線通信協議主要是指電子標簽與讀寫器間的數據傳輸協議,為了保證多個電子標簽與無線讀寫器在通信過程中能夠避免沖突的發生,通常采用ALOHA協議來實現網絡信道的動態分配,并解決了在無線網絡中信息傳輸過程中的“沖突消解”問題。其思想可用于任何無協調關系的標簽共用單一共享信道使用權的應用場合,鑒于多個電子標簽工作在同一頻率,當它們處于同一個讀寫器作用范圍內時,在沒有采取多址訪問控制機制的情況下,當RFID標簽通過無線網絡發送信息時將會產生沖突,并導致信息讀取失敗。因此,一旦RFID系統檢測到信息“沖突”,則立即停止繼續發送數據幀,并且將已發送的數據幀拋棄,而不是繼續傳完它們的幀,因為反正數據幀已遭到破壞。

  RFID系統所采用的技術稱為微波反射技術,它基于電子標簽內微波天線的負載阻抗隨儲存的電子數據而變化的特點,來實現對電子標簽內電子數據的讀取。系統的基本工作流程是:識讀器通過發射天線發送一定頻率的射頻信號,當電子標簽進入發射天線工作區域時產生感應電流,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卡內置發送天線發送出去;系統接收天線接收到從電子標簽發送來的載波信號,經天線調節器傳送到識讀器,識讀器對接收的信號進行解調和解碼然后送到后臺主系統進行相關處理;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,發出指令信號控制執行機構動作。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,所有識讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個基本模塊。

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現高層的框架以便理解某類系統或其子系統與相關系統的交互作用,并通過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務系統的設計與實現,這些構件與子系統是可復用的、便宜的、可修改的,并可確定關鍵的互操作性接口和服務。通過多層應用軟件體系結構,將各種應用作為被共享的服務集合,它是一種跨應用、可重用的服務平臺。在這個平臺上,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發的主流基礎平臺[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劃分,它可將應用程序和系統中的業務邏輯獨立出來,組成一層或多層。一方面用來簡化和解決復雜的事務處理,同時也通過支持地理位置分散的業務模式,實現業務和數據的快速響應,并通過減少網絡負載,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端的維護工作量。由于多層系統應用體系結構具有以下優點。(1)可伸縮性好:可按應用要求部署邏輯層次,易于實現應用擴展。(2)網絡效率高:經過合理的布局,通過網絡的傳輸數據量大大減少,提高了網絡效率。(3)可管理性強:系統客戶基本實現“零維護”,主要管理工作集中在應用邏輯層,業務邏輯的修改對客戶層沒有影響。(4)可重用性好。按可提供的服務構筑應用,每種服務可以被不同的應用重用。由于采用面向對象的組件構成,進一步增加了系統的可重用性。 4.RFID技術在校園網中的應用


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