（计算机软件与理论专业论文）轻量级rfid管理中间件与多功能名片平台.pdf

、j 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：j 却r _ 扯日期：加，0 年f 月叫日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：j 悼导师签名：二过 日期：劲d 年工月f 日 j 一 摘要 摘要 近年来，7 d ( r a d i of q u e n c yi d e m i f i c a t i o n ，射频识别) 技术已逐步应用于 物流、制造、零售等领域。由于成本等原因，i 江i d 产品主要在大型企业重量级环 境中应用。但随着r f i d 技术的不断发展，标签成本下降，i 强i d 的应用优势越明 显。另外，各种小型智能终端设备处理能力不断增强，也开始集成i 心i d 应用。而 作为r f i d 应用的关键技术之一，国内针对智能终端设备的中间件的研究还处于探 索阶段，这将严重制约r f i d 技术的应用与推广。因此，针对智能终端设备这种资 源有限和轻量级应用，本文设计了一款轻量级r f i d 管理中间件，并结合多功能名 片平台在手机环境下加以实现。 文章的第一部分介绍了r f i d 技术和i 江i d 中间件的基本知识，研究了r f i d 工作原理以及i 江i d 中间件在i 江i d 系统中的作用。文章的第二部分首先研究了典 型中间件的架构，指出其不适用于轻量级应用的缺陷，提出轻量级r f i d 管理中间 件，用于解决i u i d 中间件对运行平台要求过高的问题。然后根据i 强i d 中间件需 求，划分轻量级i u i d 管理中间件的模块，设计各个模块的基本功能。最后从事件、 数据和管理配置三方面实现轻量级r f i d 管理中间件的应用服务。文章的第三部分 以轻量级i 江i d 管理中间件为基础，实现多功能名片平台。文章首先分析名片的需 求定义，设计名片平台的总体架构。然后设计g e l l 2 名片标签的用户储存区的组织 结构，并通过扩展g e n 2 标签的读写方法，实现用户储存区的读写操作。最后根据 名片功能，分析名片数据信息，设计相应的数据库，从而完成整个多功能名片平 厶 口。 本文的主要贡献有： ( 1 ) 提出轻量级r f i d 管理中间件的框架。 ( 2 ) 扩展g e n 2 标签的读写操作。 ( 3 ) 实现基于轻量级i 强i d 管理中间件的多功能名片平台。 关键词：r f i d ，射频识别，中间件，隐私保护，名片 a b s t r a ( 了r a b s t r a c t 1 1 1r e c e n ty e a r s ，r f i dt e c h n 0 1 0 9 ) ，h a sb e 铋g r a d u a l l ya p p l i e di n1 0 百s t i c s ， m a i l u f a c t u r i n g ，r e t a i la n do t l l e rf i e l d s b e c a u s eo fm ec o s ta 1 1 do m e rr e a s o 芏l s ，r f i d p r o d u c t sa r eu s e df o rh e 删e i g h ta p p l i c a t i o n e 1 1 _ 、，i r o i l m e n t si nm el a 玛ee i l t e 印r i s e h o w c v w i t hm ed e v e l o p m e n to fr f i dt e d m o l o 趴m e r e d u c t i o no ft a g sc o s t ，r f i d s 缸l v a n t a g e sa r em o r ea n dm o r eo b v i o u s h 1a d d i t i o n ，av 撕e t yo fs m a l ls m a r td e v i c e s c o n t i n u et oi n c r e a s ep r o c e s s i n gc 印a c i 戗t l l e ya l s os t a r tt oi m e 伊a t er f i da p p l i c a t i o n s a so n eo fk e yt e c l m 0 1 0 百e si nr f i da p p l i c a t i o n ，t 1 1 er e s e a r c ho fm i d d l e w a r ei ss t i l li n m ee x p l o r a t o r ys t a g ef o rs m a i td e v i c e si nc h i n a ，w h i c hw i l ls e v e r c l yr e s t r i c t t l l e a p p l i c a t i o na l l dp r o m o t i o no fr f i dt e c h n 0 1 0 9 y t h e r e f o r e ，t oc o n s i d e r t h e1 i m i t e d r e s o u r c e sa i l dl i 曲铆e i g h t 印p l i c a t i o n s f o rs m 础d e v i c e s ，1 i st h e s i s d e s i 印s a l i 曲t 、) l ，e i 出r f i dm a n a g 锄e n tm i d d l c w a r ea i l d a c h i e v e sm u l t i - c t i o nc a r dp l a t f o m i nt h em o b i l ee n v i r o n m e n t t 1 1 e 缸s tp a r to ft h i st h e s i si n 仃o d u c e st h eb a s i c1 ( i l o w l e d g eo fr f i dt e c l l l l o l o g ) ra n d r f i dm i d d l e w a r e ，a l l dr e s e a r c h st h ew o 彪n gp 咖c i p l eo fr f i da i l dr f i dm i d d l e w a r e r o l ei nm er f i d8 y s t 锄h lm es e c o n dp a r t ，廿1 et h e s i sf i r s tr e s e a r c h st h ea r c l l i t e c t u r co f t ) ，p i c a lm i d d l e w a u r e ，p o i n t st l l ed e f e c t sw r h i c hd o n t 印p l yt ol i 曲研e i g h t 印p l i c a t i o n s ， a n dp r o p o s e sl i 蛐v e i g l l tr f dm a n a g e i i l e n tm i d d l e w a r ew h i c hi su s e dt os o l v em e s p r o b l 锄o f h i 曲d 锄a 1 1 df o rr u n n i n gp l a t f o n nf o rr f i dm i d d l e w a r e t l l e n ，a c c o r d i n g t o r f i dm i d d l e w a r e sn e e d s ， m et h e s i sd i v i d e s 1 i 曲铆e i 曲t r f i dm a n a g e m e n t m i d d l e w a r e sm o d l l l ea i l dd e s i 皿sm eb a s i c 如n c t i o n so fe a c hm o d u l e f i n a l l y ，m et h e s i s a c h i e v e ss e r v i c e sf b mt 1 1 ee v e n t ，d a t aa n dc o n 丘删i o nm a n a g 锄e n ti nm et 1 1 r e ea r e a s i i lt 1 1 em i r dp a r t ，m et h e s i sa c h i e v e sm u l t i 一向n c t i o nc a r dp l a t f o 锄b a s e do n1 i 曲铆e i g h t i 溥i dm a n a g e i i l e n t1 1 1 i d d l 铡阳r e f i r s t ，t h em e s i sa n a l y s e st h ec a r d sn e e d s 龇l dd e s i g n s a r c l l i t e c n j r eo fc a r dp l a t f o 咖1 1 1 e n ，m em e s i sd e s i g n su s e r sm e m o 叫o r g 撕z a t i o n a l s 仃u c 饥l r eo fg e l l 2t a g s ，a i l da 出e v e su s e r sa c c e s so p e r a t i o n sb ye x t e n d i n gt h eg e n 2t a g r e a d i i l ga i l d 、砸血gm e t h o d f i n a l l y ，a c c o r d i n gt oc a r df i l n “o n ，m em e s i sa 1 1 a l y s e s c a r d sd a d e s i g n sc o n e s p o n d i n gd a t a b a s e ，a 1 1 da c j m e v e sm em u l t i - c t i o n c a r d i i a b s t r a c t p l a t f o 彻a t l a s t t h e l e s i s sm 也c o n t r i b u t i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) p r o p o s e sm ea r 出t e c t u r eo f1 i 曲帆e i g b tr f i dm a n a g e i i l e n tm i d d l e w a r e ( 2 ) e x t e n d sr e a d i n ga 1 1 dw r t i n go p 嘶t o n sf o rg e i l 2t a g ( 3 ) a m e v e sm u l t i 一劬c t i o nc 砌p l a t f o 彻b a s e do nl i 曲觚e i 出r f i dm a i l a g 锄e n t m i d d l e w a r e k e y w o r d s ：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 ，m i d d l e w a r e ，p 曲a c y ，c 砌 i i i 目录 目录 第一章引言 1 1 课题背景l 1 2 国内外研究现状2 1 3 研究意义3 1 3 1 轻量级i 心i d 管理中间件的研究意义3 1 3 2 多功能名片的研究意义4 1 4 主要工作4 1 5 论文章节安排5 第二章相关理论与技术基础。6 2 1r f i d 概述6 2 1 1r f i d 定义6 2 1 2r f i d 组成6 2 1 3i 江i d 工作原理1 1 2 2i 江i d 标准1 2 2 2 1e p cg 1 0 b a l 标准1 2 2 2 2i s o i e c 标准1 3 2 2 3u i d 标准1 3 2 3i u i d 中间件1 4 2 3 1 中间件定义及分类1 4 2 3 2r f i d 中间件定义。1 5 2 3 3i 江i d 中间件架构1 6 2 3 4i 强i d 中间件特征1 6 2 4 本章小结1 7 第三章轻量级r f i d 管理中间件研究与设计1 8 目录 3 1r f i d 中间件架构18 3 1 1 典型r f i d 中间件架构18 3 1 2 典型i 心i d 中间件优缺点分析18 3 2 轻量级i 讧i d 管理中间件设计1 9 3 2 1r f i d 中间件功能需求1 9 3 2 2r f i d 中间件架构设计2 0 3 3 轻量级r f i d 管理中间件模块设计2 1 3 3 1i 江i d 管理中间件功能模块2 1 3 3 2r f i d 管理中间件的特点2 2 3 4 事件服务2 3 3 4 1a l e 应用层事件2 3 3 4 2 事件服务模型2 5 3 4 3 事件服务关系2 6 3 4 4 读数据事件2 7 3 4 5 写数据事件2 8 3 4 6 事件状态转换3 0 3 5 数据服务3 0 3 5 1 读事件数据输入输出3 0 3 5 2 写事件数据输入输出3 2 3 5 3 原始冗余数据3 4 3 5 4 冗余数据过滤算法3 4 3 5 5 基于事件列表算法的实现3 5 3 6 管理配置服务3 6 3 6 1 读写器管理与配置3 7 3 6 2 通信管理与配置3 7 3 7 本章小结3 7 第四章基于轻量级r l i i d 管理中间件多功能名片平台设计与实现3 9 4 1 需求定义3 9 4 1 1 个人信息3 9 v 目录 4 1 2 多角色身份管理4 0 4 1 3 别名信息4 0 4 2 总体设计4 0 4 2 1 总体设计原则及依据4 0 4 2 2 平台环境框架设计4 1 4 2 3 平台架构总体设计4 2 4 3 名片标签用户存储器设计与实现4 3 4 3 1 标签存储器分区及组织结构4 3 4 3 2 标签存储器寻址4 4 4 3 3 用户存储器组织扩展设计与实现4 4 4 4 名片标签数据读写4 5 4 4 1g e n 2 读写扩展设计与实现4 5 4 4 2 标签存储器读写规范4 9 4 4 3 读写器操作主要函数设计与实现5 0 4 4 4 数据读写设计与实现5 2 4 5 名片信息数据5 7 4 5 1 名片信息数据规范5 7 4 5 2 数据关联约束5 8 4 5 3 元素内属性约束5 8 4 5 4 元素间关系约束5 9 4 6 数据库设计与实现6 1 4 6 1 基于x m l 名片数据设计与实现6 1 4 6 2 基于数据库名片数据设计与实现6 3 4 7 本章小结6 6 第五章环境部署与应用测试6 7 5 1 基本运行环境6 7 5 1 1 硬件环境6 7 5 1 2 软件环境6 7 5 1 3 开发环境部署6 7 v i 目录 5 2 运行测试与分析6 8 5 2 1 串口通信测试6 8 5 2 2 标签扫描测试6 9 5 2 3 手机运行测试6 9 5 2 4 主机运行测试7 2 5 3 本章小结7 3 第六章总结与展望。7 4 6 1 论文总结7 4 6 2 研究展望7 5 墅眨谢7 6 参考文献7 7 攻硕期间取得的研究成果8 0 v i i 第一章引言 1 1 课题背景 第一章引言 r f i d 技术，即“r a d i of r e q u e n e yi d e n t i f i e a t i o n ”，是一种无线射频识别技术， 具有远距离、非接触和自动识别的特性【l 】。由于这些特性，使得i 江i d 无线射频识 别技术可脱离传统的人工处理方式，应用于各种恶劣环境，提高工作效率，对社 会起着巨大的推动作用。i 强i d 技术被誉为当前社会十大技术之一，也是各国制定 的自动通信信息化技术的重要组成部分。 物联网概念的提出颠覆了之前人们的传统思维，它指出以互联网为核心，让 世界上所有物件互动通信，在当前物联网的热潮中，r f i d 无线射频识别技术将主 导着物联网的发展，它为世界万事万物( h l t e n l e to ft h i n g s ) 提供全球唯一的物件 标识，使得这些物件在非人工环境下彼此间进行通信，形成物件一互联网一物件 的互联共掣2 1 。预计在未来几年，r f i d 将加速渗透到社会各个角落，并影响到人 们生活的各个方面。 2 0 0 5 年1 月1 日，世界最大的连锁超市沃尔玛宣布商品上必须包装i u d 标 签，同时i b m 、m i c r o s o 盘和i n t e l 等各大公司也纷纷支持，表明r f i d 技术已进入 实用化的阶斟2 1 。随着r f i d 技术越来越成熟，应用越来越广泛，它在人们生活中 的作用也越来越明显。近年来，i u i d 技术突破了原来单一的防伪功能，结合计算 机、互联网、通信、电子技术、全球定位、激光等多种技术，已经广泛应用于多 种行业，如自动化生产、医药、电子、航空、政府、物流、交通运输等行业p 】。就 连在2 0 1 0 年5 越1 日即将举办的“中国2 0 1 0 年上海世界博览会 的门票，也采 用了基于i i d 技术带有芯片的电子门票。 i 强i d 的编码标准决定了世界上任何一个物体都可以贴上唯一的i 强i d 标签， 在其应用领域，结合互联网技术、数据库技术和计算机技术，可以实时获取物件 的踪迹，动态掌握物件的信息。r f i d 的无接触自动识别特性可以大大提高社会运 行效率，无需人工干涉特性可以减少劳动力，远距离识别特性可以灵活处理无固 定位置的物件，射频技术穿透特性可以更精确地定位物件。 r f d 是一种流行技术，不但具有很大的商业价值，而且关系到国家自动化信 息技术的发展。r f i d 技术的重要性不言而喻，因此国家颁布了中国i 疆i d 技术 电子科技大学硕士学位论文 政策白皮书，在政策的鼓励和支持下，相关部门为研究r f d 技术，建立涵盖大 部分行业的i 江i d 标准组，来制定符合中国化的i 江i d 标准。 i 强i d 系统是硬件和软件相结合的系统，要使硬件和软件无缝结合并协调完成 工作比较困难，因为硬件部分受电子标签价格、工作频率、天线长短、设备相互 认证等因素的影响，尤其是目前r f i d 技术界还没有一个世界公认的、统一的标准， 使得i 强i d 产品受制于不同的标准，产品间兼容性差或者根本不能兼容，特别是读 写器和上层应用软件。而r f m 中间件的提出能很好解决这个问题，作为软件系统 和硬件系统的中介，r f i d 中间件能将软硬件有效地关联起来。 名片作为人们日常生活介绍、沟通和纪念的工具，具有重要的作用。然而， 传统的纸质名片凸显了浪费纸张、无法修改、多身份管理混乱等缺点。另外，除 了传统的功能无法加入社会需要的其它新功能，如隐私保护、多身份管理、别名 名片等。随着r f i d 技术的推广和应用，它将为所有物件贴上全球唯一的标签，当 然也包括名片。因此，基于r f i d 技术的名片也必将问世，一方面由于物联网热潮， 另一方面由于基于i 心i d 技术的动态可读写性质，可以给名片附加更多的新元素， 让名片发挥多种功效。 1 2 国内外研究现状 i 强i d 技术被誉为当前十大策略技术之一，已经广泛应用于政府、交通、国防、 物流、航空、制造等多个领域，并且r f d 在全世界范围内还在以迅猛之势拓展其 应用领域，具有无穷的潜力【2 j 。 然而，单纯的基于i 强i d 技术的项目实施起来十分困难，因为i 强i d 读写器获 得的原始数据冗余性大、错误率高，不是企业希望的业务规则数据，企业自身不 得不花费较大精力和过多时间来保证r f i d 数据的正确性。解决方案总是伴随着问 题的产生而产生，由于r f i d 技术存在着这种缺陷，美国率先提出了i 玎i d 中间件。 在一个r f i d 应用系统中，i 强i d 中间件( i 强i dm i d d l e w a r e ) 具有决定性的作用， 是i 疆i d 系统工作的枢纽，关联着r f i d 的硬件和软件系统。r f i d 中间件能加速 i 强i d 在关键领域的应用。 r f i d 中间件概念的提出，为i 强i d 技术的发展瓶颈提供了一种优秀的解决方 案。国内外许多著名的i 强i d 公司都开始研究开发i 强i d 中间件，致力于解决目前 i 强i d 系统存在的问题。 m i e r o s o r 、i b m 、s a p 、b e a 、s u n 等各大公司都提出了自己的中间件架构解 2 第一章引言 决方案，并开发出相应的i 谭i d 中间件平台。目前比较流行的中间件平台包括： m i c r o s o f t 公司开发的基于s q l 数据库和w i n d o w s 平台的企业解决方案中间件， i b m 公司开发的基于j a 、，a 的开放式简化企业实时项目的i 疆d 中间件，s u n 公 司开发的基于g e n 2 标准的事件管理和信息服务中间件，s a p 公司开发的基于j 2 e e 企业架构系列化产品整合中间件等【4 1 。这些都是比较成熟并且广泛应用的r f i d 中 间件产品。 r f i d 技术具有广泛的用途和巨大的商机，我国也着力于研究符合中国国情的 盯i d 技术标准并开发相应的中间件产品。国家从政策上大力倡导支持r f i d 技术 的应用，不但制定了中国r f i d 技术政策白皮书，而且单独设立r f i d 标准组， 制定中国自己的i 强i d 标准，同时将i 强i d 技术纳入8 6 3 科技攻关和国家十一五规 划，这些都表明我国非常重视i 强i d 技术【4 】。 目前，国内主要的中间件产品有：( 1 ) 清华同方的基于j 2 e e 整合企业应用的 到r j f i d 中间件，( 2 ) 深圳立格公司的a i tl 、n k o - a l e 中间件，( 3 ) 青岛中科恒信 的r e v a t a p 中间件。 1 3 研究意义 1 3 1 轻量级r f ld 管理中间件的研究意义 r f i d 技术已经应用于许多领域中，逐步深入到人们生活的方方面面。 m i e r o s 0 1 f i 、i b m 、s a p 、b e a 、s u n 等各大公司提出的中间件都是十分优秀的产品， 并且能解决实际应用中存在的诸多问题。但是毫无例外，它们都有一样的缺点， 主要表现在如下几方面： ( 1 ) 中间件以平台的形式为大型企业服务，没有考虑到中小企业的应用需求。 ( 2 ) 不适用资源有限和轻量级应用。 ( 3 ) 中间件以平台的形式提供服务，对运行平台有较高的要求，复杂的应用需 求使得运行效率也随之降低。 由于成本等原因，以往主要是大型企业使用r f i d 技术。随着i 强i d 技术的发 展，标签价格降低，i 心i d 应用的优势越明显，现在许多中小型企业也打算使用 l 强i d 技术，这将大大普及i 强i d 的应用。但目前针对轻量级应用的中间件较少， 并且不够成熟，这将严重阻碍i 强i d 技术的推广和应用。因此，考虑到资源有限和 轻量级应用需求，本文提出轻量级i 疆i d 管理中间件，与典型i 心i d 中间件的应用 3 电子科技大学硕士学位论文 形成互补作用，对i 强i d 技术的推广和应用具有重要意义。 1 3 2 多功能名片的研究意义 ( 1 ) r f i d 技术的发展和物联网的需求 i 江i d 技术的发展和物联网的兴起，目标是为世界上所有的物件都贴上i 强i d 标签，名片做为生活中常用的工具也即将加入i 强i d 标签的应用潮流。 ( 2 ) 隐私保护 当前社会，隐私对于个人来说越来越重要，隐私保护也是人们重点关注的问 题。隐私的泄露会引起较大的麻烦，严重的话会产生意料不到的后果。特别是在 商业环境中，隐私泄露将导致电话骚扰和跟踪、信息非法滥用等问题。 ( 3 ) 多身份角色管理 多身份管理针对同一个人具有多重身份的情况，如某人在某学校任职教授， 在a 公司任职技术经理，在b 研究所任职所长等等。传统做法是使用事先制定的 多种纸质名片，但这种方式无法动态修改、实时制作名片。基于轻量级架构的r f d 多功能名片能实时动态设置人员身份、管理定制用户信息。 ( 4 ) 别名名片 别名名片的概念主要应用于非正式场合或特殊场合( 如娱乐场所或俱乐部) ， 用户不愿使用真名，而人为使用有一定意义的别名来介绍和交流。 ( 5 ) 纪念品 传统纸质名片很容易损坏，不利于长期保存使用，使得名片无法长期发挥既 定的功效。多功能i 疆i d 名片经久耐用，不易损坏，甚至可在名片封面印刷公司图 片或个人头像当作纪念品。 基于r f i d 的多功能名片不但实现了传统纸质名片的所有功能，而且还给它赋 予了许多新的功能元素，这是i 江i d 应用领域的另一个推广。 1 4 主要工作 本文以精简功能、降低运行平台、提高运行效率为目标，提出轻量级r f i d 管 理中间件，并结合应用创新i 强i d 多功能名片，实现多功能名片平台。 本文的主要工作包括： ( 1 ) 研究分析r f i d 技术以及i 心i d 中间件。介绍i 强i d 的定义、组成和相关 标准；分析i 强i d 系统的工作原理；介绍i 心i d 中间件的基本知识，并探讨i 心d 4 第一章引言 中间件在i 强i d 系统中的作用和任务。 ( 2 ) 设计并实现轻量级i 心i d 管理中间件。分析指出典型i 强i d 中间件不适用 于资源有限和轻量级应用的缺点，提出轻量级i u i d 管理中间件架构，设计轻量级 i 心i d 管理中间件的基本模块，并从事件、数据和管理配置三方面实现轻量级i 强i d 管理中间件的应用服务。 ( 3 ) 扩展g e n 2 标签的读写操作。按照g e n 2 标准，本文对标签自定义储存区 组织结构的u s e r 区进行扩展设计，并以数据流为主线，扩展相应函数，实现g e i l 2 标签的读写操作。 ( 4 ) 实现基于轻量级i 江d 管理中间件的多功能名片平台。以轻量级i 讧i d 管 理中间件为基础，扩展g e n 2 标签对u s e r 区的读写操作，实现多功能名片平台。 1 5 论文章节安排 本文的章节组织结构如下： 第一章阐述文章的课题背景、国内外研究现状、轻量级i 强i d 中间件以及多功 能名片平台的研究现状和意义，并介绍了本文的研究内容和主要工作。 第二章介绍相关理论与技术基础。首先概述了i 强i d 的定义、基本组成以及工 作原理。然后研究了r f i d 相关的标准与技术规范。最后介绍了中间件的基本知识 以及r f i d 中间件在r f i d 系统中的作用。 第三章首先分析典型i u i d 中间件，指出其只适合大型企业应用，没有考虑到 资源有限和轻量级应用的缺陷，提出轻量级r f i d 管理中间件，用于解决目前中间 件对运行平台要求较高，运行效率低下的问题。然后划分轻量级r f i d 管理中间件 的模块，设计各个模块的基本功能，并从事件、数据和管理配置三方面实现轻量 级r f i d 管理中间件的应用服务。 第四章实现基于轻量级i 强i d 管理中间件的多功能名片平台。首先定义名片平 台的需求定义，然后给出平台的应用环境、平台架构以及平台总体设计。然后针 对g e i l 2 标签自定义储存区组织结构u s e r 区进行扩展设计，扩展相应函数，实现 g e n 2 标签的读写操作。最后根据名片需求，分析名片信息并设计相应数据库，从 而实现整个名片平台。 第五章对基于轻量级i 心i d 管理中间件的多功能名片平台测试。 第六章对本文研究内容的总结和展望。 5 电子科技大学硕士学位论文 2 1r fid 概述 2 1 1r fid 定义 第二章相关理论与技术基础 i 心i d 是一种非接触无线射频识别技术， 频信号自动识别具有有效标识的目标对象， 个识别过程无需人工干预。 具有远距离自动识别能力。它利用射 并获取该对象中存储的相关数据，整 i 江i d 技术的射频识别特性使得它对工作环境的要求没有过多限制，适合各种 恶劣的应用环境。同时，由于i 强d 技术的远距离非接触识别特性，它可识别高速 运动物体并可同时识别多个标签，具有操作快捷方便、容量大、寿命长、可重复 使用等许多优点。 i 强i d 被誉为当前最有发展潜力的技术之一，是一种突破性的技术：与功能类 似的条形码相比，r f i d 具有明显的优势。第一，r f i d 每次可以同时识别多个目 标对象，而条形码每次只能识读一个目标对象。第二，r f i d 可以根据实体的e p c 编码识别单个非常具体的目标对象，而条形码只能笼统地识别某一类物体。第三， r f i d 是一种非接触无线电频技术，利用射频信号和空间耦合传输特性可以穿透表 面材料获取信息，而条形码必须近距离贴近激光感应区靠激光来读取数据。第四， r f i d 具有强大的信息量储存能力，能够存储目标对象较详细的内容；第五，r f i d 技术识别过程中不需人工参与，而条形码则要人为手动处理。 2 1 2r fld 组成 般来说，最基本的r f i d 系统包括四个组成部分：标签、读写器、天线、数 据处理系统( 目前常常做成r f i d 中间件) 。 2 1 2 1 标签( t a g ) 标签由耦合元件及芯片组成，包括天线、导电金属线圈、数据储存器以及简 单控制系统的低电集成电路，每个标签具有唯一的e p c 编码，嵌入在需要标识识 别的目标对象上面。 6 第二章相关理论与技术基础 标签内部构造如图2 1 ： 图2 - 1 标签内部构造 标签通常也叫做射频卡、应答器等，本文统称为标签。标签可以按照有无电 源和频率分为两个大类。 如果按照有无电源来区分，标签可以分为两类：有源标签和无源标签。 ( 1 ) 有源标签，即a c t i v et a g s ，也叫做主动标签。该标签所需的工作电源完全 由内部自带的电池提供，另外读写器与标签之间传输数据所需要的部分射频能量 也可由标签的电池提供。 ( 2 ) 无源标签，即p a s s i v e t a g s ，也叫做被动标签。该标签无自带的电池，当标 签移动到读写器天线辐射场区域内时，由电感耦合原理，从读写器天线发出的射 频能量中获取工作所需要的能量。 有源标签和无源标签的特点对比如表2 1 ： 表2 1 有源标签和无源标签 特点有源标签p a s s i v et a g s无源标签a c 晰et a g s 供电需要电磁供电无需供电 激活方式主动激活 被动激活 读写距离读写距离较远读写距离近 成本成本高成本低 寿命 寿命短寿命长 体积大且重小且轻 读写速度快快 工作环境在高温或低温下电池不能正 在高温或低温下能正常工作 常工作 7 电子科技大学硕士学位论文 如果按照频率来区分，标签可以分为三类：低频( l f ) 标签、高频( h f ) 标 签和超高频( u h f ) 标签。 ( 1 ) l f 标签：l f 标签通常是短距离识别的无源标签，通过电感耦合( i n d u c t i v e c o u p l i n g ) 方式从读写器耦合线圈的辐射场的近场中获得工作能量。l f 标签必须 处在读写器天线辐射的近场区内，读写器才能与l f 标签传递信息。l f 标签的典 型应用是：物件和动物识别、电子闭锁防盗等。 ( 2 ) h f 标签：h f 标签也是采用电感耦合的工作方式。另外，其所用的无源设 主、工作能量和工作原理与l f 标签完全一样。仅仅是通过工作所在的频率范围来 区分l f 标签和h f 标签。由于h f 标签容易制作成银行卡这种卡片形状，所以h f 标签用途十分广泛，常常用于考勤卡、银行卡、电子门票、小区门禁系统等。 ( 3 ) u h f 标签：u h f 标签与l f 标签、h f 标签有较大差异，它可以分为无源 标签和有源标签。u h f 标签采用的是电磁耦合( 或叫后向散射耦合b a c k s c a t t e r c o u p l i n g ) 原理，标签位于读写器天线辐射场的远场区域内，通过读写器天线辐射 场提供给无源标签的射频能量来激活有源标签。 由于u h f 标签识别系统的识别范围较大( 一般大于1 米) ，为防止读写垃圾 数据，读写u h f 标签的读写器天线发射的波束一般是定向的，u h f 标签必须位于 该波束扫描的方向和范围内才有效。由于采用电磁耦合原理，u h f 标签识别范围 较广，在识别过程中，只要位于读写区域内的标签，都可识别。所以它可以同时 识别多个标签。这种广泛的识别特性使得u h f 标签识别系统广泛用于公交铁路车 辆识别、收费统计系统等。 对于射频识别系统来说，选择合适的系统工作频率十分重要。因为不同的射 频频率，其标签和读写器的设计不同，使用范围和用途也不同。典型的标签工作 频率如图2 2 ： 彩黝孵掣”j 。y | 。 “。 一 嚯蠲融1 3 3 ，辩电钧渤h 娩幺蟪易 9 1 5眦 骞嚣嘲h 4 s 瘩g 魄 第二章相关理论与技术基础 低频( l f ) 标签、高频( h f ) 标签和超高频( u f ) 标签三种不同频率标签 各自特点对比如表2 2 ： 表2 2 低频、高频和超高频标签 特点低频l f高频i 】【f超高频肌i f 读写距离读写距离较近读写距离较近读写距离较远 采用原理电感耦合原理 电感耦合原理 电磁耦合原理 ( 或后向散射耦合) 工作频率范围 3 0 3 0 0 k h z3 3 0 1 讧h z8 5 0 9 1 0 m h z 典型工作频率 1 2 5 1 3 3 k h z1 3 5 6 m h z4 3 3 9 2 m h z 8 6 0 m h z 9 6 0 m h z 阅读距离一般情况小于1 米 一般情况小于1 米 一般大于l 米 典型情况4 6 米 最大可达1 0 米以上 2 1 2 2 读写器( r e a d e r ) 读写器通过自带的天线与标签进行信息传输，可以识别标签的e p c 编码，并 可向标签内存读取或写入信息数据。根据标签类型差异，读写器实现不同功能， 本身设计的复杂程度也不一样。读写器可设计为手持移动式或固定式。 i 讧i d 的射频识别技术具有非接触性，这种特定决定了读写器与标签之间的通 行方式和读写功能。概括说来，读写器应包括如下几个功能【l 】： ( 1 ) 标签和读写器之间的信息交流； ( 2 ) 读写器与处理器之间通过标准接口或a p i 进行信息交流； ( 3 ) 具有读写过程中对错误信息的校验功能； ( 4 ) 在有效范围内实现多目标对象具备防碰撞的识读； ( 5 ) 具备有源标签中电子标识功能。 读写器可以根据使用的技术和结构来分类，可以分为读装置和读写装置，是 r f i d 系统的数据处理和信息控制关键。在可读写的r f i d 系统中，读写器向标签 写入数据包括离线式( o f f l i n e ) 和在线式( o n l i n e ) 两种方式，离线写数据是预先 就将数据写入标签；在线式是动态写数据，用于交互式便携数据。无论读装置还 是读写装置，它们的组成部分是一样的，通常包括逻辑控制单元、射频模块( 发 送器和接收器) 、阅读器天线、接口单元和耦合模块。 2 1 2 3 天线( a n t e n n a ) 天线在标签和读写器之间传递射频信号，负责发射、接收传输的数据。天线 9 电子科技大学硕士学位论文 的通信效果受系统功率、射频频率、天线形状和相对位置的影响。 通常情况下，读写器和天线一起做为一个整体设备。它们的结构如图2 - 3 ： 图2 3 读写器与天线构造 上图中各个模块功能说明如下： 耦合模块：耦合模块用于读写器和标签之间通过电感耦合方式或电磁耦合方 式实现通信。 射频模块：射频模块包含接收器和发送器。主要功能是：第一，发射射频信 号提供辐射场为标签提供工作所需能量；第二，调制射频信号，向标签中传输数 据或信号；第三，接收并解调标签中的信号。 逻辑控制单元：对传输的数据和指令进行控制，包括阅读器和标签间身份验 证、执行反碰触算法、数据加解密等( 具体实现是通过接口单元传到数据处理系 统中实现) 。逻辑控制单元与标签之间是单向控制原则，逻辑控制单元为“主”， 标签为“从 。 接口单元：提供接口与数据处理系统实现通信。 2 1 2 4 数据处理