（计算机科学与技术专业论文）基于rfid的跟踪算法设计及在访客系统中的应用.pdf

北京邮电大学硕士学位论文幕于r f i d 的跟踪算法设计及在访客系统中的应用 独创性。或创新性，声明f 懒 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我- - n t 作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 量翌 日期：壁! ：! 兰：! ! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电人学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校 攻读学位期间论文= 作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 加0 9 12 i v 加7 i7 ，y 0硝 北京邮电大学硕十学位论文基于r f i d 的跟踪算法设计及在i 方客系统中的应用 基于r f id 的跟踪算法设计及在访客系统中的应用 摘要 访客管理作为国家机构或者企事业单位安全管理中的一部分，其 重要性曰益显现。因为访客的随机性，大量性的特点在管理时存在着 一定难度。出于对安全性、信息化等方面的要求，需要一种访客管理 系统，实现对访客的实时性、便捷性管理，完成对访客的登记，定位 跟踪等管理功能。 r f i d 设备在定位跟踪方面具有灵活性、可维护性和可扩展性的 巨大潜力，但是现有r f i d 定位跟踪应用系统多为对静态或运动轨迹 固定的目标为跟踪对象的系统，可移植性差，不能用于访客管理。 本课题提出了将r f i d 技术用于访客管理平台，实现对访客的实 时定位跟踪功能。基于r f i d 的访客跟踪管理系统，必须能够具有快 速定位访客和计算访客行踪的能力，并且具有一定的统计管理功能。 要达到此目的，基于r f i d 的跟踪算法的设计是关键。本文在充分阐 述物联网与r f i d 技术的基础上，设计了访客管理系统框架，详细分 析了各个模块的功能，提出了适用于本访客系统的访客跟踪算法。 系统基于s q ls e r v e r2 0 0 8 数据库，分为访客系统客户端、访 客系统服务器端、，访客系统w e b 服务器端、r f i d 读卡器应用接口 四个模块，模块之间通过局域网相连，使用x m l 消息交互。系统最 终实现并通过了模拟测试，运行可靠，达到了预期效果。 关键词：物联网r f i d 访客管理系统跟踪算法 冬 - 一j 吒；：广 k s e c u r i t ya n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , w en e e d av i s i t o ri n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m c a na c h i e v er e a l t i m ei n f o r m a t i o no fv i s i t o r s e f f i c i e n t l y r f i de q u i p m e n th a sf l e x i b i l i t y , m a i n t a i n a b i l i t ya n ds c a l a b i l i t yw h e n a p p l i e d i nl o c a t i o nt r a c k i n g ，b u tt h e e x i s t i n gr f i dl o c a t i o nt r a c k i n g a p p l i c a t i o n s ，m o s t l yo nt h es t a t i co rf i x e dt a r g e tt r a j e c t o r ys y s t e m s t h em a i nw o r ko ft h i st h e s i si st o p r o v i d ea v i s i t o ri n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mi n t e g r a t e dw i t hr f i dt e c h n o l o g yw h i c hc a na c h i e v e r e a l - t i m el o c a t i o ni n f o r m a t i o na n dt r a c k i n go fv i s i t o r s r f i d - b a s e d v i s i t o ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mm u s tb ea b l et o q u i c k l ym a t c h r f i d t a g sa n dv i s i t o r s ，w i t ht h ea b i l i t yo fl o c a t i n gv i s i t o r sa n dc a l c u l a t i n g t h et r a c k i n go fv i s i t o r s i nt h i st h e s i s ，w ei n t r o d u c et h ei n t e r n e to ft h i n g s a n dt h er f i dt e c h n o l o g yf i r s t l y t h e nw ed e s i g nt h ev i s i t o ri n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mf r a m e w o r ka n dp r o v i d ea d e t a i l e da n a l y s i so ft h e f u n c t i o n so fe a c hm o d u l e t h es y s t e mi sb a s e do nd a t a b a s es q ls e r v e r2 0 0 8 ，t h e r ea r ef o u r m o d u l e s ：c l i e n tm o d u l e ，s e r v e rm o d u l e ，w e bs e r v e rm o d u l e ，r f i d r e a d e rc o n t r o l l e rm o d u l e t h em o d u l e sc o n n e c tt ot h el a na n du s et h e x m lm e s s a g e st oi n t e r a c t n o wt h ev i s i t o ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e mh a sb e e nf i n i s h e d t h es y s t e mp a s s e dt h et e s ta n dt u r n e do na g o o dp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：t h ei n t e r n e to f t h i n g s ，r f i d ，v i s i t o r i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m ，t r a c k i n ga l g o r i t h m i i ， 一 蕊 一 ； l 广 牡十r f i d 的跟踪算法设计及4 j 访客系统中的j 遁用 目录 i 。1 1 1 ：! 2 z i 2 1 物联网概述4 2 2r n d 技术一4 2 2 1r f i d 技术原理5 2 2 2r f i d 系统组成6 2 2 4r f i d 技术标准7 2 2 4r f i d 技术在行踪定位中的应用7 第三章访客信息管理系统需求分析9 3 1 访客系统客户端功能9 3 1 1 访客信息管理模块1 l 3 1 2 信息识别和输入输出模块1 1 3 1 ，3 通信模块。1 2 3 1 4 告警提示模块1 2 3 2 访客系统服务器功能一1 2 3 3 访客系统w e b 服务器1 3 3 3 1 公司普通员工需求1 3 3 3 2 公司相关部fj 领导1 4 3 3 3 系统管理员1 4 3 4 读卡器应用接1 ：3 机1 5 3 5 访客系统数据库服务器1 5 3 6 性能需求一1 5 3 6 1 数据海量存储1 5 3 6 2 故障处理要求1 6 第四章基y - r f i d 的跟踪算法设计1 7 4 1 跟踪算法研究现状。1 7 4 2 访客系统跟踪算法分析。1 7 4 2 1 跟踪算法基本原理1 7 4 2 2 跟踪向量1 8 4 2 3r f i d 数据不可靠性1 8 4 2 4 跟踪算法1 9 第五章访客信息管理系统的设计与实现2 3 5 1 访客管理系统开发技术选择一2 3 北京| | | i j i u 人学顺i ：学位论文埔十r f d 的球踪箅：法改汁及舀：i 方客系统中的j 啦用 5 2 软1 i ，l ：架构总体设计2 3 5 3 访客系统客户端( c l i e n t ) 2 5 5 3 1 功能说明2 5 5 3 2 模块设计2 5 5 4 访客系统服务f f $ ( s e r v e r l 3 0 5 4 1 功能说明3 0 5 4 2 概要设计3 1 5 5w e b 服务器3 5 5 5 1 功能分解3 5 5 5 2w e b 页面实现：3 5 5 5 3 页面具体模块设计3 6 5 6 读 器应川接口机( a s ) 3 6 5 6 1 功能说明3 7 5 6 2x m l 消息设计3 7 5 6 3 读卡器及接口机互连关键技术问题3 8 5 7 数据库服务- 器( d b m s ：s o l s e r v e r ) 3 9 5 7 1 功能说明3 9 5 7 2 数据库表初步设计( v m i s ) 3 9 5 7 3 备份及还原功能设计4 7 5 8 系统展示。4 7 第六章访客信息管理系统测试一5 0 6 1 测试环境5 0 6 2 系统模块测试一5 0 6 3 集成测试相关用例5 1 6 4 缺陷统计与分析。5 l 第七章总结与展望5 3 参考文献5 4 致谓十5 6 攻读学位期间发表的学术论文目录5 7 研究生期间的主要工作5 8 2 应用 物联网( t h ei n t e m e to f t h i n g s ) 是把物品通过射频识别等信息传感设备与互 联网结合起来，实现智能化识别和管理，被认为是继计算机、互联网之后，世界 信息产业的第三次浪潮。当前，物联网概念与r f i d 技术发展迅速，由于r f i d 产品近年来成本下降，性能高速提升，r f i d 技术近年来获得了工业巨头f 沃尔 玛、i b m 等) 的大力支持和推动，被迅速应用在零售业、制造业、物流业、医疗 和供应链管理等领域，r f i d 技术在这些领域的成熟应用，大幅降低了生产运维 成本、提高了生产效率，提升了业界对r f i d 技术的信心，为其更广泛的应用奠 定了基础。r f i d 技术当前被广泛应用于对物体的识别，但是随着r f i d 技术不 断改进，r f i d 电子标签受环境影响越来越小，可靠性越来越高，国际上已经开 始将r f i d 技术应用于对人，动物等动态目标的定位跟踪等领域。 访客管理系统是指对来访客人进行登记管理的系统，是国家机构或者企事业 单位安全管理系统的重要组成部分。传统的访客管理多采用手工方式，需要访客 出示身份证件，由管理员或者访客本人填写访客单等步骤，当前大多访客管理系 统，也仍限于一套管理公司外部人员以及内部人员进出公司大门所需要填写进出 记录等相关信息的管理软件。现有系统在很多地方仍存在缺陷，如对于访客在访 问过程中的活动情况，访客管理系统没有收集能力，更没有管理功能，那么当发 生安全问题时，不易进行事件的追责；如果公司有多处办公地点，访客信息也无 法共享等等问题。 为了解决当日i f 访客管理系统存在的问题，本系统结合了r f i d 设备和网络， 提出了新型访客管理系统设计思路，并且对r f i d 数据处理问题进行了分析，给 出了解决方案，并应用到访客管理系统中。 本系统参考了当前访客管理系统采用证件扫描等技术，并采用r f i d 技术， 通过建立一个完整、灵活和实时的访客管理系统，包括访客预约，访客进出办公 区权限管理，访客位置查询，访客行踪查询，访客信息查询等，实现了访客系统 的实时化、信息化。本系统是以访客信息管理为基础，以r f i d 为主要设备，以 网络为纽带，以数据库为中枢的新型访客管理系统，同时结合了身份证阅读器， 摄像头，语音卡等设备，可以提高访客管理工作的质量和效率，实现人员管理的 智能化，人性化，安全化和信息化。 北京邮i 乜人学硕i ：学位论文 皋十r f l d 的口 踪算法技计及住访客系统中的应用 1 2 课题研究内容 本文对访客管理系统相关的研究内容包括如下几点： 1 、物联网与r f i d 技术 了解和学习物联网的应用和发展，重点关注了物联网应用所提出的应用，分 析了物联网在不同应用架构中的作用。比较了多家r f l d 设备，了解了r f i d 技 术特点和应用中的难点，在此基础上深入了解了r f i d 的应用标准和中间件。 2 、基于r f i d 的跟踪算法设计 根据访客行踪管理系统中采用的r f i d 设备可靠性较高，但对时间精确度要 求不高的特点，提出了过滤跟踪向量并根据跟踪向量计算访客行踪的算法。利用 了r f i d 标签的唯一性，提出了使用哈希表存储历史数据的方法。通过实际的验 证，可以提高数据处理效率，减少数据库容量，能够准确、高效的给出访客行踪 轨迹。 3 、访客管理系统需求分析、设计实现与测试 根据访客管理系统功能需求，将系统分为系统客户端，系统服务器端，系统 w e b 服务器，读卡器应用接口机四个模块，四个模块共享数据库服务器，对每 个模块的功能进行了详细的描述并最终实现，并通过t n 试。 1 3 本文结构 第一章是绪论部分，概述了课题的研究背景，研究内容以及本文的结构。 第二章首先介绍物联网与r f i d 技术，并重点介绍了r f i d 技术发展对物联 网的推动。在物联网发展中扮演着最重要角色的技术就是r f i d 技术，本章紧接 着介绍了r f i d 技术，r f i d 技术在物联网中的重要地位，以及物联网对r f i d 的 总体技术需求。 第三章介绍访客管理系统的需求分析，本章首先介绍了当前访客管理系统的 现状和普遍采用的技术，并提出了现有系统的不足。分析了结合r f i d 技术的访 客信息管理系统应该实现的功能和达到的效果，对功能模块进行了初步的设定。 第四章介绍基于r f i d 技术的访客跟踪算法，本章首先分析了跟踪算法的现 状和目前已经获得广泛应用的跟踪算法，对本文所涉及到的场景进行了充分分 析，给出了跟踪向量定义，结合实际需求提出了r f i d 数据流处理方式。 第五章主要介绍访客信息管理系统的设计与实现，包括开发环境，框架设计， 各个层次的模块设计，并就访客信息管理系统设计和实现过程中遇到的一些细节 问题进行了具体研究和分析。 第六章主要介绍访客信息管理系统的测试，测试包括对系统各模块的测试和 2 的应用 3 北京邮l 【1 人学顾l ：学位论文幕十r f i d 的跟踪算法设汁及伍访客系统中的应用 2 1 物联网概述 第二章物联网与r f i d 技术 物联网的概念在1 9 9 9 年被提出，意为“物物相连的互联网”，从概念中我们 可以看出，物联网包含两个层面的内容：第一，物联网的本质仍是互联网，是互 联网的延伸和扩展；第二，物联网的用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间， 实现了物品之问的信息和数据交互。 物联网的应用需要结合传感没备和互联网，按照约定的协议，把物品与互联 网相连接，使得物品之间具备信息交换和通信能力，从而可以实现智能化识别、 定位、跟踪、监控和管理。在实际应用中，物联网项目需要软件、硬件、集成商 等多方参与，并且需要国家政府的主导以及相关法规政策的支持。物联网应用具 有规模性、广泛参与性、管理性、技术性等特征，其中，技术性问题是物联网应 用中最为关键的问题。 物联网应用的开展的主要步骤通常如下： ( 1 ) 将r f l d 标签与目标物体绑定，以便对目标物体属性进行标识，属性包 括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感 器实时探测； ( 2 ) 识别设备完成对目标物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的 数据格式； ( 3 ) 将目标物体属性信息通过网络传输到信息系统处理中心，由处理中心完 成目标物体属性的相关计算，实现业务逻辑。 2 2r f i d 技术 r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 是一种非接触式的自动识别技术，通过 射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，被普遍认为是条码技术的替代技 术，可工作于各种恶劣环境。传统条码技术是将条形码附着于目标物体，专用的 扫描仪利用光电信号将信息传送到控制器；而r f i d 使用专用的r f i d 阅读器及 可附着于目标物r f i d 标签，利用无线射频信号将信息由r f i d 标签传送至r f i d 控制器，和传统条码技术相比，r f i d 标签可以实现目标信息的被动收集。r f i d 标签中有关于目标物的各类相关信息，如：目标物体标识，目标物运输起始终止 地点及目标物经过某一地的具体时间等，还可以载入诸如温度等指标。r f i d 是 一项易于操控，简单实用且特别适合用于自动化控制的应用技术，无需接触或瞄 准，可自由工作在各种恶劣环境下，射频距离可以根据调节天线的功率进行调节， 4 北京邮电人学硕t - 学位论文慕于r f i d 的跟踪算法设计及在访客系统中的j 龋用 射频范围在几厘米到十几米，从而可以应用于多种场景下，短距离射频产品可以 用于替代条码，例如用在未来超市的快速结账系统，长距射频产品多用于定位上， 识别距离可达十几米，如自动收费或识别车辆等。r f i d 技术的优点主要体现以 下几个方面： ( 1 ) 标签数据存储容量大 ( 2 ) 可以识别高速移动的标签并可以同时识别多个标签 ( 3 ) 操作快捷方便，使用寿命长 ( 4 ) 标签内数据可以进行加密，安全性高 ( 5 ) 标签数据可以动态修改 由于r h d 技术具有独特的优点，逐渐地被广泛的应用于生产、交通、物流、 医疗、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域。同时，随着大规模集 成电路术的进步以及生产规模的不断扩大，r f i d 技术成本在不断的降低，其应 用越来广泛。 总之，r f i d 技术在未来发展过程中结合其它的高新技术，如g p s 、生物识 别技术，由单一识别向多功能识别方向发展的同时，将结合现代通信技术和计算 机技术，实现跨地区和跨行业的应用。 2 2 1r f i d 技术原理 射频识别系统的基本模型如图2 - 1 所示。其中，r f i d 标签又称为射频标签、 应答器、数据载体：读卡器又称为阅读器、扫描器、读头、读写器。r f i d 标签 与读卡器之间通过耦合元件实现射频信号的空间( 无接触) 耦合；在耦合通道内， 根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。r f i d 系统工作过程如下图所示： 数据处理系统读卡嚣天线 图2 1 射频识别系统模型 由上图可以看出，在射频识别系统的工作过程中，电子标签与阅读器之间的 数据通信是通过空气介质以无线电波的形式进行的。一般地，衡量数据传输性能 包含两个参数：数据传输的速度和数据传输的距离。因为电子标签的体积、电能 有限，从标签发出的无线信号很弱，所以信号传输的速度与传输的距离就很有限。 为了实现数据远距离、高速度传输，必须把要传输的数据信号叠加在一个规则变 5 北京邮f u 人学硕一 ：学位论文荣于r f i d 的f ! 踪算法设计及相：访客系统中的应用 化、信号比较强的电波上，这个过程就是调制，变化规则的电波即载波。在r f i d 系统中，载波一般通过天线发出并进行调制。实现数据的调制有许多方法，如用 数据信息改变载波的波幅即调幅、改变载波的频率即调频、改变载波的相位即调 相。射频识别系统一般采用调幅或调频方式。 射频识别系统的另一主要性能指标是阅读距离，也称为作用距离，它表示在 最远距离上，阅读器是否能够可靠地读写电子标签内的信息。在实际系统中，这 一指标相差很大，取决于标签及阅读器系统的设计、成本要求、应用需求等，范 围从0 - - 1 0 0 m 左右。典型的情况是，在低频1 2 5 k h z 、1 3 5 6 m h z 频点上一般均 采用无源标签，作用距离在l o - - - 3 0 c m 左右，个别有到1 5 m 的系统。在高频u h f 频段，无源标签的作用距离可达到3 - - - - l o m 。更高频段的系统一般均采用有源标 签，采用有源标签的系统，其作用距离一般可以达到3 0 2 0 0 m 左右。由于本系 统需要的r f i d 标签的作用距离在3 - 8 m ，所以我们采用了无源标签，r f i d 标 签的作用距离可以通过调节天线的功率来调节。 2 2 2r f i d 系统组成 r f i d 系统通常包含r f i d 标签、读写器( r f i d 天线和r f i d 控制器) 和计 算机数据管理系统三部分。其中r f i d 标签有天线及j 芭= 片组成，每个芯片含有惟 一的识别码，一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，在r f i d 标签中 写入要识别物体的标识，然后把r f i d 标签绑定识别物体；读写器是可以非接触 地读取和写入标签信息的设备，它通过网络与其他的计算机通信，从而完成对 r f i d 标签信息的获取、解码、识别和数据管理，可将其设计成手持式和固定式； 计算机管理系统主要完成数据信息的存储和管理，并可以对r f i d 标签进行读写 控制。计算机数据管理系统可以由自己开发的计算机管理软件及小型的数据库担 当，也可以是集成了r f l d 管理模块的大型e r p ( 企业资源规划) 数据库管理软 件。 2 2 2 1r fld 标签 r f i d 标签是r f i d 系统的数据载体。一般情况下，r f i d 标签由标签天线和 标签专用芯片组成。r f i d 标签相当于条码技术中的条码符号，通常需要放置在 被识别的物品上。但是与条码技术不同的是，r f i d 标签必需能够自动或者是在 外力的作用下，把存储的信息主动发送出去。r f i d 标签必需像纸一样薄，柔韧、 可弯曲、可读写。标签内的数据可以根据特殊的应用随时读写或修改。r f i d 标 签内可以存储一些相关人员的数据信息，这些人员的信息可以依据需要进行分别 管理，并可随不同的需要制作新的r f i d 标签。r f i d 标签的内容可以根据需要 6 北京邮电人学硕：e 学位论文基于r f i d 的跟踪算法设计及在访客系统中的应用 永久的保护起来。通常r f i d 标签芯片的体积很小，厚度一般不超过0 3 5 r a m ， 可以印刷在纸张、塑料、木材、玻璃、纺织包装材料上，也可以直接制作在商品 标签上。 2 2 2 2r f i d 读写器 读写器由r f i d 控制器和r f i d 天线两个部分组成。负责读取或写入标签信 息，可以单独进行数据读写、显示和处理功能，也可以与计算机或其他系统进行 联合，完成对r f i d 标签的操作。读写器的基本功能就是提供与r f i d 标签进行 数据传输途径。同时，读写器还可提相当复杂的信号状态控制、奇偶校验与更正 功能等，因而r f i d 标签中除了存储要传输的信息外，还必须含有一定的附加信 息，如错误校验信息等。典型的读写器包含有控制模块、射频模块、接口模块以 及读写器天线。此外，多r f i d 控制器还有附加的接口( 以太网接口，传感器接 口等1 ，以便将获得数据传送给应用系统或从应用系统中接收数据。 2 2 2 3 计算机数据管理系统 数据管理系统主要完成数据信息的存储、管理以及对r f i d 标签的读写控制。 根据r f i d 读卡器上报的数据进行计算，按照业务逻辑进行数据处理，当前的 r f i d 设备标准仍不统一，每个厂商按照各自的产品提供了不同的接口。r f i d 标 签与读写器构成的r f i d 系统归根结底是为应用服务的，应用的需求可是多种多 样的、各不相同的。读写器与应用系统之间的接口a p i 通常用一组可由用系统 开发工具( 如d e l p h i ，c + + 等) 调用标准接口函数来表示。 2 2 4r f i d 技术标准 r f i d 标准一直是各国争夺的焦点，除了i s o ( i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o r s t a n d a r d i z a t i o n ) 、e p c g l o b a l 等欧美的标准化组织外，中国、日本、韩国也在积 极研究、制定相关的r f i d 标准。我国在r f i d 技术与应用的标准化研究工作上 已有一定基础，目前已经从多个方面开展了相关标准的研究制定工作，并且得到 了广泛应用；在频率规划方面，已经做了大量的试验；在技术标准方面，依据 i s o i e c l 5 6 9 3 系列标准已经基本完成国家标准的起草工作，参照i s o i e c1 8 0 0 0 系列标准制定国家标准的工作己列入国家标准制订计划。此外，我国r f i d 标准 体系框架的研究工作也已基本完成1 2 0 l 。 2 2 4r f i d 技术在行踪定位中的应用 目前主要研究的定位技术以g p s 、w i f i 和r f i d 技术为主。 7 北京邮i u 人学形ii ：学位论义皋十r f i d 的 踪算法设计及伽访客系统中的j 衄用 g p s 技术已经广泛的应用于军用和民用的各个领域。经过十多年全球众多应 用表明，g p s 具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点。同时受g p s 定位原理的限制，g p s 在室内定位时，准确性下降明显。 w i f i 技术是新兴的定位技术之一，它的定位原理类似于g p s 定位原理。但 由于w i f i 网络的覆盖率低，室外的w i f i 网络接入点稳定性差，存室外定位的 应用中，w i f i 定位技术比较薄弱。w i 。f i 定位技术在室内定位中主要存在的问 题是缺少产品化的实际应用。但由于w i f i 网络在室内空间的覆盖率普遍提高， 以及利用w i f i 网络进行定位的低成本，研究者也越发关注w i f i 技术在室内定 位中的应用。 r i f d 定位技术相比于w i f i 定位技术更加成熟，r f i d 标签的便携，低成本 都为r f i d 在定位应用中提供了更广阔的范围。国际上的研究部门已经将这一技 术应用于医院和学校的人员管理系统之中，充分证明了r f i d 定位系统的可行性 和应用优势。 总之，在本系统中的区域定位应用中，r f i d 技术是这3 项技术中最为适合 的技术选择。 8 北京邮电大学硕：土：学位论文基于r f i d 的j 6 1 踪算法设计及在访客系统中的j 照用 第三章访客信息管理系统需求分析 基于r f i d 技术的访客信息管理系统是集r f i d 技术，计算机管理技术和自 动化控制于一体的现代化访客管理系统。对于访客信息管理系统，我们首先需要 明确访客管理过程中处理的流程，涉及到的人员，权限等。在这个系统中，如何 应用r f i d 管理访客是难点所在，我们采用了r f i d 设备应用接口模块用于专门 处理r f i d 数据，以提高r f i d 数据处理效率和准确率。此外，系统应该具备快 捷登记访客信息能力，访客历史信息的查询管理能力，前台与员工良好的互通等 多方面的能力。根据上述功能需求，软件模块结构图如下： 3 1 访客系统客户端功能 图3 - 1 软件模块结构图 通过我们对企事业单位访客过程的调研了解，在访问过程中涉及到的人员主 要有：访客，被访问员工，前台工作人员，一个较为完善的访客来访流程如下： 9 ：i 匕京邮【乜人学硕i ：学位论义 皋十r f i d 的跟踪算法设计及4 ：访客系统中的膨用 图3 - 2 访客访问流程图 久 ： 根据上图访客访问流程可以看出，访客系统客户端由自订台人员使用，提供来 访登记、预约、注销、查询、告警等功能，更为详细的系统功能如下图所示： 1 0 一 一 北京邮电大学硕士学位论文基于r f i d 的跟踪算法设计及在访客系统中的应用 3 1 1 访客信息管理模块 图3 - 3 前台功能示意图 访客信息管理模块用于前台人员登记访客信息，查看当前访客状态，访客离 开时候的注销，以及其他必要信息的记录。本部分主要功能如下： 前台人员信息管理：包括前台管理员与工作人员信息管理，账号管理， 权限分配；前台系统按权限登录。 访客信息登记：将输入的访客信息保存入数据库，根据已经登记的身份 证号码、姓名等信息，查询数据库历史信息，给出访客单位，手机号， 上次访问信息等。 访客信息查询：可以按指定条件查询访客状态，访客信息，访客位置。 可以给出访客访问轨迹。 访客注销：访客离开时，交还访客临时卡，完成访问。系统需完成访客 注销，记录访客离开时间等操作。 3 1 2 信息识别和输入输出模块 北京邮电大学硕士学位论文 基于r f i d 的跟踪算法设计及在访客系统中的应用 本模块主要用于和各种信息识别设备的交互，读取各种证卡内的数据，向 r f i d 卡中写入数据，打印会客单等。本模块涉及多种设备，主要包括： 身份证阅读机：可以读取一代、二代身份证信息，获取访客身份证号码、 姓名等信息。 r f i d 发卡器：可以实现读取访客临时卡的r f i d 标签号，系统将读取到 的标签与访客绑定，然后由前台工作人员将访客临时卡发放给访客，或 者将读取的r f i d 标签用于访客临时卡的管理。 摄像头：当访客无法出示身份证件时，使用摄像头拍照获取访客照片信 息。 此外，本模块需要支持手工输入，根据已有数据智能补全数据等功能。 3 1 3 通信模块 本模块主要实现主动外呼接待人员和短信提醒功能，在前台人员和被访问人 员、来访人员之间实现便捷的通信。主要涉及到的设备为模拟语音卡。系统可以 根据界面呼出按钮，查询员工电话，通过模拟语音卡建立前台与被访问员工的通 话，可以通过前台人员操作同意或者拒绝一次访问。本模块主要是对模拟语音卡 的控制，设计呼叫流程，正确处理呼叫流程中出现的正常通话，话音忙，挂机等 事件。 3 1 4 告警提示模块 本模块指有红色警报或未注销离开等“非法 事件发生时，接受访客系统服 务器端消息，主动弹出提示框，提示前台人员当前出现的异常状况。需要完成与 访客系统服务器端之间的s o c k e t 链接，消息解析，界面提示功能。 3 2 访客系统服务器功能 服务器s e r v e r 按功能划分为两层：上层外部接口层及下层数据库处理层。外 部接口层用于处理s e r v e r 与w e b 、前台客户端c l i e n t 、接口机的s o c k e t 连接， 根据接收到的x m l 消息解析信息来源( s o u r c e ) 、信息内容( c o n t e n t ) ，并转发给 相应人员进行处理；数据库处理层则定期得检测系统运行状态，定时触发某些事 件进行数据库的增、删、改、查操作。具体地，服务器s e r v e r 需要完成以下功 能： 短信下发提醒：设定某一时刻( 如下班前十分钟) ，查询尚在进行中的来 1 2 北京邮电人学硕二i ：学位论文基于r f i d 的跟踪算法设计及相：访客系统中的应用 访记录，给来访人员或接待人员下发短信提醒。 红色警报处理：接口机一旦上报红色预警，s e r v e r 会根据上报信息提取 出来访人员相关信息显示在l e d 屏幕上，并通知保安或工作人员进行应 急处理。 硬件故障处理：接口机一旦上报设备故障信息，s e r v e r 会根据上报信息， 通知前台具体哪台读卡器故障，以便维修处理。 数据库服务器故障处理：当检测到有数据库故障时，给管理员及前台发 送提示消息以便恢复。 3 3 访客系统w e b 服务器 本模块最终用户为系统管理员、公司相关部门领导( 来访数据统计分析部门) 、 公司普通员工。系统管理员期望运用w e b 部门配置管理访客系统的可应用软件控 制的一切资源( 设备、人员数据、帐户、黑白名录、来访记录、同志等) ；公司相 关部门领导期望通过w e b 对来访记录进行数据统计、分析；公司员工登录后可查 看自己受访记录，为自己的访客预约来访等。 w e b 部分在访客系统中承担硬件配置及信息管理的角色。前台客户端和服务 器端将访客信息、访客行踪等写入数据库，w e b 部分可根据这些信息分析统计数 据。另外，w e b 部分需对系统的设备初始化，来访预约、公司部门、公司员工、 访客、自身用户及前台用户等信息进行维护，以保证整个系统的数据的完整、一 致，支撑整个系统的正常运转。 3 3 1 公司普通员工需求 a 、信息要求 1 、公司员工登录系统后，能查看自己的来访记录。 2 、了解自己提交过的仍有效的预约。 b 、处理要求 1 、管理自己登录的帐户信息，如用户名、密码等可修改，保证安全登录。 2 、为自己的访客进行来访预约。 3 、修改以前提交过的尚未达的来访预约。 c 、安全性要求 1 、登录安全，保证用户身份不被盗用。 2 、数据库不能查看到明文密码，以防用户密码习惯被获取。 1 3 北京邮i i 三大学顾i ：学位论文皋于r f i d 的跟踪算法设汁及n ；访客系统中的戍用 d 、完整性要求 1 、数据格式正确，必需信息完整。 2 、各种数据间相互的联系正确。 3 、相同的数据在不同记录中的一致性。 3 3 2 公司相关部门领导 a 、信息要求 该部分领导也是公司员工的一部分，拥有公司员工所有的信息要求。此外还 可对历史来访记录和在访记录进行统计分析，并可成图查看。 b 、处理要求 同公司员工。 c 、安全性要求 1 、登录安全，保证用户身份不被盗用。 2 、数据库不能查看到明文密码，以防用户密码习惯被获取。 3 、区分不同的登录用户组，拥有操作权限不同。 d 、完整性要求 1 、数据格式正确，必需信息完整。 2 、各种数据间相互的联系正确。 3 、相同的数据在不同记录中的一致性。 4 、数据分析完整，全面，不存遗漏。 3 3 3 系统管理员 a 、信息要求 作为公司员工，系统管理员除拥有公司员工可查看的一切信息，还可查看所 有的人员信息、配置信息、登录f 1 志记录、部门信息等。 b 、处理要求 可对所有存入数据库的信息进行管理。包括公司部门、公司员工、访客、前 台员工、w e b 用户、w e b 登录日志、来访历史记录、r f i d 卡、r f i d 阅读器设 备、r h d 安装、告警级别、告警短信等，数据库的所有数据都可通过系统管理 员登录w e b 维护，保证数据一致完整性。 c 、安全性要求 1 、公司相关部门领导对安全性的所有要求。 1 4 北京邮电大学硕 ：学位论文幕于r f i d 的跟踪算法设计及4 i 访客系统中的应用 2 、保证处理要求中涉及数据的完整性、安全性。 t i 、完整性要求 1 、公司相关部门领导，管理员对完整性的所有要求。 2 、信息要求及处理要求中所有涉及数据的完整一致。 3 4 读卡器应用接口机 读卡器应用接口机与各楼层及入口处读卡器相连，负责数据采集、故障时数 据缓存、设备故障检测： 数据采集：指来访人员刷卡进入时，读卡器上报( r f i d 卡i d ) 信息，接口机 接收该消息并进行相应的处理( 正常访问、黄色预警、红色预警) ；当来访人员 未注销离开时，大厦入口处读卡器上报“非法离开”信息，接口机上报该消息并 将“非法离丌人员”信息显示在入口l e d 牌处。 特殊事件上报：设备正常运行条件下，来访人员进入某层刷卡时读卡器读取 r f i d 卡中访问楼层号，判断是否有权进入本区域，并将本次刷卡信息( r f i d 卡 i d ，楼层号) 上报接口机，接口机将此信息写入后台数据库并根据警报级别分别 处理； 设备故障检测：指接口机设定与读卡器的连接超时时间，一旦超时则认定为 设备故障，给s e r v e r 发送设备故障消息。 3 5 访客系统数据库服务器 数据库服务器分主服务器、备份服务器及见证服务器，采用“双机热备”机 制实现数据同步。目前拟采用m ss q l s e r v e r2 0 0 8 数据库。 可以通过m ss q l s e r v e r2 0 0 8 提供的高可用性数据库镜像功能，实现主备 数据库之间的数据自动同步，故障时自动迁移特性，保证了系统的正常运行。 3 6 性能需求 3 6 1 数据海量存储 数据存储功能强大，不遗失、不泄露，可存储4 0 万人的资料( 按每天5 0 0 人次，可使用3 年以上估算) 。如果每个来访人员会导致5 0 0 k 的数据的话，4 0 万人需要2 0 0 g 存储空间。 1 5 北京邮i u