内容简介:RFID(Radio Frequency IdenTIficaTIon)无线射频识别技术近几年受到重视,各种应用也相继出现。许多国际大厂商的推广及技术开发,使得RFID技术日趋成熟,使用成本也越来越低。RFID技术主要是由感应标签(tag)、读写器(reader/writer)以及中间件(middleware)所形成的架构。例如日本利用RFID追踪生鲜蔬果的流通以保证质量,全球第五大零售商Metro Group结合RFID与无线网络管理仓库库存及出货信息。国内在最近几年才开始注意到RFID这项科技,相关的
RFID(Radio Frequency IdenTIficaTIon)无线射频识别技术近几年受到重视,各种应用也相继出现。许多国际大厂商的推广及技术开发,使得RFID技术日趋成熟,使用成本也越来越低。RFID技术主要是由感应标签(tag)、读写器(reader/writer)以及中间件(middleware)所形成的架构。例如日本利用RFID追踪生鲜蔬果的流通以保证质量,全球第五大零售商Metro Group结合RFID与无线网络管理仓库库存及出货信息。国内在最近几年才开始注意到RFID这项科技,相关的应用与研究陆续出现。本文将以西南石油大学校史馆的应用为例,举出RFID与无线局域网络结合的两种主要应用模式,并探讨RIFD在系统研发上的相关议题。
除了RFID识别技术,还将RFID与WLAN结合,探讨无线及移动计算的新运作模式。将探讨两种可能应用架构:移动用户结合无线RFID标签读取器,以及移动用户结合RFID标签。当RFID标签数据用来作为身份识别与访问控制依据时,需考虑可能的安全问题,以防止RFID标签被恶意使用,达到身份伪造或越权使用的目的,因此本文也将设计一个简易的RFID数据保护机制,以保障RFID标签的验证与授权安全。
1 相关文献探讨
1.1 无线射频识别技术
RFID主要由读取器发出无线电波,可在特定的感应范围内感应到RFID标签,不需要实体接触即可读取或写入卷标数据。RFID标签通常贴附于物品上,读取器感应此标签,快速地获取物品相关信息并进一步处理,非常适合自动化应用。图1是RFID系统运作示意图。目前RFID标签因所采用的频段与感应技术不同,有多个标准。其中频率13.56 MHz以下的RFID通常采用电磁感应方式,标签天线在接收到读写器所发出射频信号时,将信号转换为启动IC芯片的电力,同时从信号中读取指令,标签同样以无线电波回传数据至读写器。
RFID标准主要由两大标准组织EPC与ISO负责制订。依照ISO标准,RFID依所使用的调频可分为135kHz以下的低频、主要为13.56 MHz的高频、860~930MHz的超高频,以及2.45 GHz与5.8 GHz的微波。使用的频段越高,感应距离相对增加,发射半径较大,具有更快的读取速度,不过成本也较高。RFID可分为主动式卷标与被动式卷标两大类。本文采用符合ISO 14443A标准的RFID设备,并支持MIFARE免接触式与双接口智能卡的业界标准。
1.2 无线局域网
近年来符合IEEE 802.11标准的WLAN已逐渐成为校园网络、企业网络以及ISP的基本网络存取服务。目前IEEE 802.11 WLAN以11 Mbps的IEEE 802.11b和54Mbps的IEEE 802.11g两种WLAN最为常见。另一方面,提供上述WLAN标准的PDA、笔记本电脑也渐趋普遍,基本上WLAN所提供的带宽已能满足大部份网络应用的需求。由于WLAN网络布线的方便性,它十分适于在一些特殊公共场合提供网络接入服务,因此以WLAN为基础的相关网络应用也应运而生。
IEEE 802.11 WLAN提供两种运作模式:Ad Hoc模式与Infrastructure模式,二者主要差别在于是否采用了接入点(Access Point,AP)。目前大部分WLAN采用In—frastructure模式,亦即移动设备藉由AP达到通信或接入有线网络的目的,图2为Infrastructure模式WLAN运作示意图。
在室外空旷没有障碍物的环境,一个标准的IEEE802.11 AP信号涵盖范围大约可达100 m,室内环境通信的范围大约为30 m。所有使用存取同一AP的移动设备,利用AP所提供的相同频道进行通信,并形成一个基本服务集(Basic Setvice Set,BSS)。AP通常会连至有线网络,可与其他连接同一有线网络的AP构成一个分布式系统(DistrmuTIon Syslcln,DS),并可以使用此种方式结合多个BSS与有线网络,组成延伸服务集(Extended Service Set,ESS)。ESS是为了扩展无线局域网络的服务范围,藉由此种设置方式,使用者可以在不同无线局域网络基站的通信范围间漫游(roaming),但网络联机不中断,适合大范围应用。本文以Infrastructure模式的802.11b WLAN、多个AP与有线网络形成的ESS为基础,建立结合RFID与WLAN的应用系统。
1.3 数字导览系统
数字导览意指将导览内容通过数字设备输出声音、文字、图片、影片等给用户,让用户对导览内容能够有大概的认识,并能够与系统有良好的互动。透过这些互动,让使用者在导览时得到更多的乐趣。目前大多数的导览系统为单机模式,所有的导览内容预先存于导览装置中,由用户自行选择导览内容,在使用上并不方便。近年来由于计算机与移动通信技术的进步,智能型的数字导览技术被提出,本文也是着眼于此,探讨如何应用RFID与WLAN技术提供更佳数字导览方式。目前新的导览系统多采用PDA作为用户的移动导览设备,并可配合RFID或WLAN技术,提供智能型的导览功能。以下探讨两个导览系统个案。
(1) Tempies of TIbet
Temples of Tibet主要设计供游人参观西藏庙宇时所使用的单机导览系统,导览设备使用PDA,所有导览内容预先储存于PDA。最大的特色是导览内容完全以Flash方式在移动装置中呈现,使用接口容易操作,介绍也相当完整。不过由于其内容的丰富性,档案大小约有19.4MB,对于只有64MB容量的PDA而言,占了将近三分之一的容量,因此单机导览系统毕竟在功能上还是有很大的限制。
(2)西南石油大学校史馆数字导览系统
用户利用已装上RFID读取器与耳机的PDA,读取黏贴于展览品展览柜上的RFID,PDA会由WLAN从服务器传回相对应的导览图文及语音内容,因而可以依据使用者面前的展览品进行导览。该系统也将RFID应用在导览设备的租借管理上,服务人员在处理租借、归还时仅需将导览设备与管理系统中RFID传感器互相感应即完成作业。此导览系统已大致呈现了RFID与WLAN在展览品解说服务上的优势。事实上,结合RFID与WLAN的可能应用还有许多,例如票务、使用者个性化服务、定位服务、即时消息通知等。
2 研究构想
RFID可以扮演不同角色,配合使用具有WLAN网卡的PDA所开发的无线RFID标签读取器,可依RFID读取器与RFID标签的使用对象不同,分为两种应用模式。第一种应用模式是用户持有RFID读取器,而RFID标签则贴附于应用对象上;另一种应用模式则是用户持有RFID标签,用户移动靠近RFID读取器。在校史馆的应用上,第一种使用模式便是数字导览系统的应用。不仅如此,第一种应用模式也可应用于用户的定位服务或其他个性化服务,而若加上PDA本身的计算与通信能力,各式情境感知以及需要大量运算的应用均符合此应用模式。导览系统利用RFID短距离非接触式感应的特性,让游客使用PDA感应展览品标签,并藉由WLAN至从网络取得展览信息进行导览。除此之外,由于所采用的PDA具有蓝牙(Bluetooth)通信能力,将在导览系统的语音导览功能上利用蓝牙耳机,充分发挥无线通信技术给数字导览带来的便利性。RFID结合WLAN的第二种应用模式是用户持有RFID标签。在校史馆票务系统上,利用RFID标签的数据存储能力,记录不同参观者的购票内容。该票务系统利用RFID读取器读取参观者的RFID标签内容,提供多样化的票务应用,例如依年龄、身份、参观内容、场次,记录不同的信息于RFID标签中,达到利用RFID技术达到身分验证与访问控制目的。
基于以上研究构想,首先虚拟一个能展现RFID结合WLAN特性的小型校史馆空间,然后为此虚拟校史馆规划、开发导览及票务系统。
2.1 导览系统
在每个欲提供导览服务的展览对象附近放置RFID标签,并建立WLAN基站,使WLAN基站信号能涵盖参观者所有可能的活动范围。WLAN基站连至有线网络,有线网络架有一台Web服务器作为导览网站,所有的导览内容将被制成网页放于此网站,每个导览项目对应一个唯一的网址。另外必须记录所有RFID标签的标识符与展览对象对应,利用此对应数据,网站中网页转向(redi—rect)程序可依据由导览PDA所传来的RFID标签标识符提供正确的导览内容。图3显示所规划的导览系统示意图,其本过程是:a.RFID读取器读取标签ID;b.PDA经由WLA至Web服务器读取导览内容;c.PDA显示导览内容;d.利用蓝牙技术将导览声音解说传输至蓝牙耳机。
2.2 票务系统
RFID在票务系统的应用,有别于导览系统。用户持有RFID标签取代传统门票,而RFID读取器则用来验证门票。因此,票务系统设计重点在于如何利用RFID标签作为校史馆的门票以及如何有效验证门票合法性。通常校史馆的门票可依据参观者身份、年龄或依参观项目或场次提供不同票价门票,使用RFID标签取代传统的门票也应能够提供相同的功能。一般RFID标签都有一个独一无二且不能被拷贝、篡改的ID标识符,可以辨别合法的RFID标识符以达到基本的门票验证功能。有两种记录RFID门票方式:记录于票务系统服务器数据库,储存于RFID卷标本身的内存。图4显示第一种记录售票内容方式的票务系统示意图,基本过程是:a.参观者购票,RFID读取器读取RFID标签ID;b.售票系统存储售票内容至票务管理系统;c.参观者持RFID门票参观,馆务人员持RFID读取器读取RFID标签ID;d.PDA利用WLAN至票务管理系统读取门票内容。
2.3 RFID票务安全机制
由于RFID与WLAN的无线通信特性,在实际应用中必须考虑可能的安全问题,RFID标签标识符无法覆盖的功能至少可保障每个RFID标签的唯一性,防止使用复制RFID标签方式的安全攻击,因此基本上不用担心RFID门票被违法复制的问题。然而RFID标签内存内容允许读写,如果RFID门票的内容直接以明文方式储存于内存,则恶意攻击者可以很容易分析所读取的内容,并加以修改,然后重新写入RFID标签内存达到安全攻击的目的。因此,使用RFID标签内存存储购票内容时,必须有一套票务安全机制,避免上述安全威胁。本文提出使用单向哈希(hash)函数的票务安全机制,利用RFID标签唯一性,使存储于每个RFID的门票内容数据均不相同,以防止恶意攻击者猜测门票内容。图5说明此RFID票务安全机制运作过程。
3 系统实现
基于以上构想,搭建系统以验证架构的可行性。系统所需RFID设备购自Giga—Tms公司。RFID标签内含1KB的只读存储器(EEPROM),RFID读写器则采用CF适配卡形式的读写器插于HP iPAQ 4700 PDA,所采用的RFID设备符合ISO 14443A及MIFARE工业标准,电波频率13.56 MHz,接口传输速率19 200 bps,感应距离约2~3 cm。WLAN部分使用符合IEEE 802.11b标准的Cisco Aironet 350 AP连接至有线网络,有线网络端的导览系统与票务系统服务器使用PC,内建网站伺服程序。在软件设计上,使用C#语言在Pocket PC操作系统利用COM接口通信程序与RFID读写器通信,并利用Web浏览器控件及HTTP通信协议开发导览系统。图6显示本系统设计的系统架构。
本系统包括导览系统与票务系统两大部分。导览系统执行前必须先设定RFID读写器(CF接口)所在PDA串行通信端口位置并设定该串行通信端口的传输速率(baud rate)与读写器无线频率(RF)相同。当PDA顺利地与RFID读写器建立连接后,导览程序便开始执行并持续监控RFID读写器传回来的数据。当RFID读写器感应到RFID标签后会自动传入ID标识符,导览程序将ID标识符当作一个网址参数,启动内建的浏览器,浏览器从导览服务器加载相关介绍网页。内嵌Flash动画、文字及语音的导览网页便开始播放,导览语音经由蓝牙传至蓝牙耳机。图7显示PDA导览画面。
在票务系统方面,于PC上开发售票管理系统,使用连至PC的COM通信端口与RFID读写器建立连接。之后售票管理系统会与票务数据库建立连接,待锁定一张RFID门票后,便从票务数据库中取得门票票价、剩余可售门票信息并进行售票。此外,售票管理系统也兼负导览PDA租用业务。在确认购票内容后,售票管理系统便将售票记录存至票务数据库,并将售票内容依据本文RFID票务安全机制写入RFID门票的内存。另外在负责验票的PDA上设计门票验证程序,该PDA经由CF接口RFID读取器读取RFID门票RFID标签标识符以及2个512位数据,安全机制进行验证。图8显示售票管理系统实际操作画面,图9显示门票验证程序验证RFID门票后在PDA上显示的画面。
结 论
针对如何发挥RFID与WLAN的无线通信应用,本文提出了两种可能的应用模式,并以校史馆导览系统和票务系统为例展现其特性。在研究过程,发现RFID内存数据保护的重要性,因此设计了RFID票务安全机制。该安全机制可以广泛用于RFID内存数据的保护。随着RFID相关技术的发展,它也能像WLAN一样普遍并具有较低的价格,届时各种结合RFID与WLAN的应用将会更加容易。
以上就是本文的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,也希望大家多多支持 码农网
猜你喜欢:本站部分资源来源于网络,本站转载出于传递更多信息之目的,版权归原作者或者来源机构所有,如转载稿涉及版权问题,请联系我们。
Learn Python 3 the Hard Way
Zed A. Shaw / Addison / 2017-7-7 / USD 30.74
You Will Learn Python 3! Zed Shaw has perfected the world’s best system for learning Python 3. Follow it and you will succeed—just like the millions of beginners Zed has taught to date! You bring t......一起来看看 《Learn Python 3 the Hard Way》 这本书的介绍吧!