（计算机软件与理论专业论文）基于智能手机平台的rfid中间件研究.pdf

摘要 智能手机的发展和普及为人们的生活带来了巨大变化。与此同时，人们对智 能手机的期望也越来越高，希望其功能进一步增强并成为一种移动信息平台。这 些期望对手机在信息采集、处理和传输方面提出了更高要求，而射频识别( r f i d ) 技术恰恰在这些方面具有巨大的优势。r f i d 技术通过对物体的标定，在现实世 界和虚拟世界间搭起了一座桥梁。将r f i d 技术应用于智能手机，将为智能手机 的发展提供巨大的动力。 r f i d 中间件是处于r f i d 硬件系统和r f i d 上层应用系统之间的一类软件， 能够大大降低r f i d 技术的应用难度并缩短其集成的时间。它的主要功能包括： 为上层应用系统封装底层设备接口、管理读写器和标签、处理读写器所反馈的原 始数据等。本文研究并设计了基于智能手机平台的r f i d 中间件。 本文首先对国内外r f i d 技术和智能手机平台进行了调研和综述，并结合智 能手机的特点，提出了对智能手机平台r f i d 中间件的设计要求；然后结合r f i d 上层应用对r f i d 数据的要求，分析了r f i d 读写器产生原始数据存在的问题， 研究并设计了r f i d 中间件核心部分事件管理和事务管理模块；最后，设计 了智能手机平台r f i d 中间件的整体构架，并对构架中各部分予以详细的描述。 本文还结合实际场景，介绍了r f i d 中间件的应用。 关键词： r f i d ；r f i d 中间件：事件管理；事务管理 a b s t r a c t t h ep o p u l a r i z a t i o na n dd e v e l o p m e n to fs m a r t p h o n eh a v eb e e nc h a n g i n gs h a r p l y p e o p l e sl i v e s a tt h es a m et i m e ，p e o p l e e x p e c t a t i o na n dr e q u i r e m e n tf o rs m a r t p h o n e b e c o m eh i g h e ra n dh i g h e r p e o p l en e e ds m a r t p h o n et oh a v em o r ef u n c t i o n a l i t i e sa n d t u r nt oap o r t a b l ei n f o r m a t i o np l a t f o r m ，w h i c hr e q u i r e ss t r o n ga b i l i t i e st oc o l l e c t i n g ， h a n d l i n ga n dt r a n s m i t t i n gd a t a f o r t u n a t e l y , r f i dt e c h n o l o g yd o e sd ow e l li nt h e s e a s p e c t s r f i dt e c h n o l o g y b u i l d sab r i d g ef r o mt h er e a lw o r l dt ot h ev i r t u a l c o m p u t e r - b a s e dw o r l db yt a g g i n go b j e c t si nt h er e a lw o r l d s o ，i ti sp o w e r f u li m p e t u s t ot h ed e v e l o p m e n ts m a r t p h o n eb yu s i n gr f i dt e c h n o l o g yo ni t r f i dm i d d l e w a r ei sak i n do fs o f t w a r ew h i c hi su s e dt oa d a p th i g h e ra p p l i c a t i o n t or f i dh a r d w a r e r f i dm i d d l e w a r em a k e si te a s i e rt oi m p o r tr f i dt e c h n o l o g yi n t o y o u ra p p l i c a t i o n s t h em a i nf u n c t i o n a l i t i e so fr f i dm i d d l e w a r ea r et oe n c a p s u l a t e t h eu n d e r l y i n gh a r d w a r ei n t e r f a c e s ，t om a n a g er e a d e r sa n dt a g sa n dt oh a n d l eo r i g i n a l d a t ag i v e nb yr e a d e r s t h i sp a p e rd o e sr e s e a r c h e so nr f i dm i d d l e w a r eb a s e do n s m a r t p h o n ea n dd e s i g ni t a tf i r s t ，t h i sp a p e rd or e s e a r c h e so nr f i dt e c h n o l o g ya n ds m a r t p h o n ep l a t f o r m b a s e do nt h ec o n s t r a i n so fs m a r t p h o n e ，r e q u i r e m e n t st od e v e l o pr f i dm i d d l e w a r ei s l a i do u t s e c o n d ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nd a t ap r o d u c e db yr f i d h a r d w a r ea n dt h a tr e q u i r e db yh i g h e ra p p l i c a t i o n s t os o l v et h i sp r o b l e m ，e v e n t m a n a g e m e n ta n dt r a n s a c t i o nm a n a g e m e n ti sd e s i g n e d a tt h ee n do ft h i sp a p e r , w e d e v e l o pt h em a i nf r a m e w o r ko fr f i dm i d d l e w a r eb a s e do i ls m a r t p h o n ea n de x p l a i n e a c hp a r t so ft h ef r a m e w o r k a d d i t i o n a l l y , w eg i v eap r a c t i c a le x a m p l et os h o wh o w o u rm i d d l e w a r ec a l lb eu s e d k e y w o r d s ：r f i d ；r f i dm i d d l e w a r e ；e v e n tm a n a g e m e n t ；t r a n s a c t i o n m a n a g e m e n t 厦门大学学位论文原创性声明 本人呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立完成的研究成果。 本人在论文写作中参考其它个人或集体己经发表的研究成果，均在文 中以适当方式明确标明，并符合法律规范和厦门大学研究生学术活 动规范( 试行) 。 另外，该学位论文为() 课题( 组) 的研究成果，获得() 课题( 组) 经费或实验室的 资助，在() 实验室完成。( 请在以上括号内填写课 题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特 别声明。) 夕t ， l o 眵名签人明士尸 日 文 月 年 ， 歹 9矗 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人同意厦门大学根据中华人民共和国学位条例暂行实施办法 等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位 论文( 包括纸质版和电子版) ，允许学位论文进入厦门大学图书馆及 其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、 硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇 编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： () 1 经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ， ( v ) 2 不保密，适用上述授权。 ( 请在以上相应括号内打“ 或填上相应内容。保密学位论文 应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密 委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权。) 1 嘲妇 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着人民生活水平的提高，手机已然成为生活必需品走进千家万户。从手机 用户规模上看，截至2 0 0 7 年底，中国的手机用户数量已达到5 4 0 亿户，根据预 测，中国手机用户数量在2 0 1 0 年将达到7 3 8 亿户，居全球之冠【。而世界手机 用户数量在2 0 0 8 年底已突破4 0 亿户1 2 j 。从手机性能上看，手机正从单一的通讯 工具向集通讯、娱乐、办公等功能于一体的智能化设备转变。在短短数十几年的 时间里，手机体积不断缩小，短信、摄像、彩信、彩铃等丰富多彩的功能也让消 费者品尝到移动多媒体的甜头。受到软硬件飞速发展的影响，手机的计算能力得 以飞速提升，手机和p d a 之间已经没有明显界限。未来手机除了可以通话、传 信息、照相、听音乐、看节目之外，还可以通过各种电子设备进行付费，就像一 个随身携带的移动电子钱包一样，方便、快捷而且更加安全：可以进行商品信息 的实时查询、防伪；还可以结合政府、城市信息化的趋势，提供各种各样人性化 的服务等。这些众多新的应用，对手机在信息采集、处理和传输方面也提出了新 的需求。 射频识别( 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 ，简称r f i d ) ，又称电子标签( e t a g ) ， 是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术【3 j 。r f i d 最早起 源于第二次世界大战中用于联军和纳粹飞机的“敌我识别 系统【4 5 】。r f i d 技术 是一种非接触式的自动识别技术，其识别过程无需人工干预。和现有的识别技术 如条形码技术、磁条技术等相比，r f i d 技术具有防水、防磁、耐高温、使用寿 命长、读取距离大、标签上数据可加密、存储数据容量大和存储信息可以更改等 诸多优点。采用r f i d 技术替代条形码等传统识别技术已经成为趋势，而唯一限 制其推广的因素是价格，但随着工业化大规模生产和制造技术的提高，这个限制 因素将会被克服。近些年，r f i d 技术的应用领域越来越广泛。例如，r f i d 技术 被广泛的应用于物流领域，在货物和集装箱上粘贴可读写、身份验证、信息加密 的标签，货物的盘点和追踪变得简单高效；r f i d 技术被应用于宠物管理领域， 2 基于智能手机平台的r f i d 中间件研究 将细小的标签植入宠物皮下代替原有宠物身份牌，使得宠物的健康信息、物主信 息、来源信息等均得以记录，解决了城市宠物管理混乱的现状：r f i d 技术被应 用于特殊物品防伪，比如钞币防伪和发票防伪等，凭借电子标签的安全特性和标 签编码的全球唯一性，基本可以杜绝造假现象。r f i d 技术的应用远远没有达到 饱和，可以肯定，r f i d 技术应用即将迎来快速增长时期。 r f i d 技术在现实世界和虚拟电脑世界之间搭起了一座桥梁。k o y a m a 和 n a k a g a w a 等人基于此提出了标定世别6 】的概念：标定世界是一个实体和行为可 以被自动识别的智能时空。标定世界可以经由对所有实体与r f i d 标签关联，并 且对r f i d 标签进行特殊编码来实现【7 l 。通过这种方式，每一个实体对应虚拟电 脑世界中的一串唯一编码信息。因此，人们所有的行为都可以在虚拟电脑世界中 被描述和建模。由此产生的应用必然会大大方便人们的日常生活和生产，但唯一 的问题是如何采集并处理这些庞大的信息。结合手机的普及性和智能手机强大的 处理能力，很容易想到将r f i d 技术应用于智能手机平台来解决这个问题。 将r f i d 技术应用于手机设备，国内外已经有很多研究和应用。这些研究应 用，大多围绕着通信、身份识别、电子支付三合一的发展方向。业内专家表示， 移动通信行业中r f i d 技术具有广阔的市场空间，前景十分乐观。移动运营商把 持着信息的控制权，可以开展资产托管等多种增值业务。目前，欧美和同韩的一 些运营商已经开展了基于r f i d 技术的商用尝试。而中国移动也已经开始着手摸 索适合自身定位的r f i d 业务模式。 1 2 研究现状 n f c ( n e a rf i e l dc o m m u n i c a t i o n 近距离通信) 技术源自r f i d 技术和无线通 信技术，这项技术最初只是r f i d 技术和网络技术的简单合并，现在已经演变成 一种短距离无线通信技术，发展势态相当迅速哺j 。2 0 0 6 年4 月2 7 日，诺基亚、 飞利浦电子公司、v o d a f o n e 公司及德国法兰克福美因茨地区的公交网络运营商美 因茨交通公司共同宣布，在成功地进行为期l o 个月的现场试验后，n f c 技术即 将投入商用。目前，n o k i a 3 2 2 0 手机已集成了n f c 技术，不但可以用作电子车 票，还可在当地零售店和旅游景点作为折扣消费卡使用。德国哈瑙市的数十万居 第一章绪论 3 民现在只需轻松地刷一下兼容手机，就能享受n f c 公交移动售票带来的轻松便 利。 2 0 0 6 年底，飞利浦电子公司、中国移动厦门分公司、厦门易通卡在厦门也 展开n f c 技术集成测试。1 0 0 位被挑选出来的测试者将在任何一个可以接受厦 门易通卡的餐馆、交通系统、电影院或者便利店使用n o k i a 3 2 2 0 移动手机处理安 全电子支付交易。但时隔两年多，该技术由于种种原因，并未得以商用推广。 广州市也于2 0 0 8 年下半年启动了手机地铁票服务。该服务将r f i d 技术中 的标签与手机s i m 卡集成，填补了国内这一领域的空白，开创了移动电子商务 技术的先河。 但国内外对于r f i d 技术和智能手机结合的研究和应用，较少利用手机日益 强大的计算功能、通信功能和多媒体功能，重点大多集中在硬件开发、硬件集成 和应用示范上，几乎没有采用中间件等软件技术解决实际问题的研究。虽然桌面 系统和大型服务器上的r f i d 中间件技术相对成熟，但这些领域的r f i d 中间件 与智能手机平台r f i d 中间件有着很大差异，不能简单的借用，必须结合智能手 机自身的特点，量身定制属于智能手机平台的r f i d 中间件。 1 3 研究目标和研究内容 1 3 1 研究目标 本文致力于研究并设计支持智能手机平台上r f i d 技术应用的中间件系统， 以使r f i d 技术应用于智能手机平台时，降低集成、管理和维护的难度，节省开 发时间，保证系统运行效率。 1 3 2 研究内容 ( 1 ) 如何对原始r f i d 数据进行获取、过滤、封装和传输等。 ( 2 ) 如何建立和实现事件管理机制。 ( 3 ) 如何建立和实现事务管理机制。 ( 4 ) 中间件系统的架构以及实现细节。 4 基于智能手机平台的r f i d 中间件研究 1 4 论文结构 本论文共分为五章，结构如下： 第一章：阐述研究背景、国内外发展现状，以及本文的研究目标、内容和论 文结构。 第二章：对相关技术与理论进行分析和综述，结合智能手机平台的特点，提 出对智能手机平台r f i d 中间件的要求。 第三章：介绍智能手机平台上r f i d 应用的软件环境和硬件环境，并设计智 能手机平台r f i d 中间件系统的整体构架。 第四章：深入研究智能手机平台r f i d 中间件的关键技术，即事件管理和事 务管理两部分内容。 第五章：阐述智能手机平台r f i d 中间件系统设计的实现细节，结合实际场 景，介绍中间件的具体应用。 第六章：总结和展望。在对全文进行总结的基础上，提出今后进一步研究的 方向。 第二章智能手机平台r f i d 技术分析 第二章智能手机平台r f i d 技术分析 2 1r f i d 技术分析 2 1 1r f i d 技术基本原理 2 0 世纪8 0 年代，由于大规模集成电路技术的成熟，r f i d 系统的体积大大 缩小并进入实用化的阶段，成为一种成熟的自动识别技术。r f i d 技术利用射频 方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。典型的r f i d 系统包括 标签、读写器和天线三部分。 读写器 娅二二二二0 、， ，l i ， 。二二二二二强 、v 、j 一一一一一一“ 图2 - 1r f i d 系统原理图 标签 如图2 1 所示，r f i d 系统包含三个重要部分：标签、读写器和天线。标签 中含有存储器，可以存放少量数据( 一般为几千字节) 。r f i d 硬件系统的基本工 作原理是当r f i d 标签进入读写器的射频场后，由其天线获得感应电流并作为标 签芯片的电源，同时将携带信息的感应电流经过模拟数字信号转换产生数字信号， 由芯片进行处理；所需回复的信息则从标签存储器中获取，通过标签天线返回给 读写器。 在r f i d 标签与读写器实现数据通讯过程中，天线起着关键作用。选择r f i d 6基于智能手机平台的r f i d 中问件研究 读写器和r f i d 标签的时候，需要考虑到天线通信协议。只有两者的协议相同或 兼容，才能实现读写器与标签之间的相互通信。目前使用较广泛的天线通信协议 国际标准包括：i s 0 1 0 5 3 6 ，i s 0 1 4 4 4 3 ，i s 0 1 5 6 9 3 ，i s 0 1 8 0 0 0 1 9 j 等几种。这些标 准除规定了通讯数据帧协议外，还着重对工作距离、频率、耦合方式等与天线物 理特性相关的技术规格进行了规范。 2 1 2r f i d 技术分类 r f i d 技术主要按照以下四种方式进行分类： ( 1 ) 工作频率分类【1 根据工作频率的不同可分为低频、高频、甚高频等系统。 工作频率小于3 0 m h z 的系统一般称为低频系统。低频系统具有标签成本低、 阅读距离短、阅读天线方向性弱、抗干扰性强等特点。多应用于门禁控制、e 通 卡支付等。最常用的1 3 ，5 6 m h zr f i d 系统就属于低频系统。 高频系统般指工作频率大于4 0 0 m h z 的系统，具有标签及读写器成本高、 阅读距离远、阅读天线方向性强、抗干扰性弱等特点。这种频率的r f i d 系统， 读写器在标签快速移动时仍具有很好的识别能力，因此被广泛的应用于火车监控、 高速公路收费等系统。 甚高频系统一般指工作频率大于1 g h z 的r f i d 系统，其突出特点是阅读距 离远。 ( 2 ) 标签读写特性分类 根据标签读写特性的不同可以分为可读写( r w ) 标签、一次写入多次读出 ( w o 刚) 标签和只读( r o ) 标签三种。r w 标签成本较高，而且读写数据所 花费的时间要大于其它两种标签。r o 标签存有一个唯一的标识，不能修改，从 而保证了安全性。 ( 3 ) 标签有无源分类【0 1 根据标签是否携带电源可以将r f i d 系统分为有源系统和无源系统两种。有 源r f i d 标签读写距离较长，但受电源寿命影响，寿命相应较短。无源r f i d 标 签成本低、寿命长、体积小，但是它的读写距离较短，一般只有几厘米到几十厘 第二章智能手机平台r f i d 技术分析 7 米。 ( 4 ) 调制方式分类 根据调制方式不同，r f i d 系统可以分为主动式和被动式两种。在主动式r f i d 系统中，标签一般为有源标签，用自身的射频能量主动的发送数据给读写器。而 在被动式r f i d 系统中，标签必须受到读写器射频能量激发，才能反馈数据给读 写器。 2 1 3r f i d 技术的优点 r f i d 技术、条形码识别技术、磁条识别技术、指纹识别技术和人脸识别技 术等都是目前较为流行的识别技术。r f i d 技术、条形码识别技术和磁条识别技 术基本思想类似，都是利用编码信息对实物个体进行标定，从而达到区分并识别 被标定个体的目的；指纹识别与人脸识别等生物识别技术应用范围比较狭窄，主 要是利用生物体自身的特征信息来实现对生物体的区分识别。表2 1 列出了射频 识别技术、条形码识别技术与磁条识别技术在几个方面的特性对比。 表2 - 1 射频识别、条形码识别和磁条识别特性对比 射频识别条形码识别磁条识别 识别速度快快快 标签体积可大可小固定规格固定规格 抗污染能力强易受腐蚀、 强 污染 抗干扰能力 强不可存在光一般t 。 学阻碍 数据存储能力强弱较弱 是否可复用是 否 是 安全性强无安全措施弱 成本 较高极低低 8 基于智能手机平台的r f i d 中间件研究 在体积方面，射频识别标签可以小如纽扣大小，而条形码和磁条则有较严格 和规范的体积形状限制。抗污染能力方面，射频识别标签凭借良好的封装，对污 渍、腐蚀等外来污染不敏感。而条形码极易受外来污染而改变光学特性，造成识 别失败。在抗干扰能力方面，射频识别抗干扰能力最强，不受阻碍物、方向等影 响，但会受到水和金属阻碍物影响。条形码识别技术中，标签和激光读写器之间 不允许出现障碍物。而磁条识别技术比较容易受到周围磁场的影响而发生识别错 误。在安全性方面，射频识别技术依靠数据加密、身份验证等软件技术和即撕即 毁等封装技术，具有很高的安全系数。而条形码和磁条则容易被仿制，存在很大 的安全隐患。射频识别技术目前唯一的缺点是成本比较高，但随着生产技术的进 步和该技术的大规模应用，其成本必将大幅下降。 2 1 4l 珂i d 技术的应用 前文通过比较，归纳总结了r f i d 技术的优点。正是由于这些优点，r f i d 技术在许多领域都得到了广泛的应用。 ( 1 ) 安全防护领域 门禁保安系统【1 2 】可以应用r f i d 技术，并且r f i d 标签还可以一卡多用， 例如使学生证、出入证、餐卡甚至身份证集成于一张r f i d 标签。只要进出人员 携带一张经过授权认证的r f i d 标签，就可以通过进出口的r f i d 读写器进行身 份验证。这种方式也可以结合指纹识别、人脸识别等技术提高安全等级。还可以 利用r f i d 标签标定进出人员或物品，从而将签到、资产出入管理等系统集成至 门禁系统。 r f i d 技术还可用于财产防盗，近期生产的汽车上都配备有r f i d 防盗系统( 1 4 】。 汽车钥匙当中含有r f i d 标签，当钥匙进入锁孔后，锁孔中读写器判断汽车钥匙 是否为原配钥匙，有效地防止了由于盗配钥匙导致的汽车丢失。 ( 2 ) 商品生产销售领域 使用r f i d 技术在生产流水线上实现自动控制、监视系统，可以有效提高生 产效率、改进生产方式并节约生产成本。例如，对于配件众多的汽车或飞机制造， 在重要配件上挂贴或嵌入r f i d 标签，可以配合控制系统完成高度组织的、复杂 第二章智能手机平台r f i d 技术分析 9 的装配任务【15 1 。 r f i d 技术还可用于仓储管理领域【1 6 1 ，可以大大节省仓库货物流通管理时间 和盘点时间。最近的一些研究表明，利用r f i d 技术，可以在大型仓库中实现任 意货物的三维坐标定位。 r f i d 技术可帮助商家和消费者实现货物真伪识别【1 7 1 。由于r f i d 标签中的 数据可以应用各种加密技术和身份认证技术，所以，复制或窜改r f i d 标签内容 基本不可行。消费者只需要用读写器识别商品上的r f i d 标签，就可以判断货物 的真伪。目前，欧洲一些国家的货币防伪也利用了r f i d 技术。 ( 3 ) 管理与数据统计领域 将r f i d 标签植入牲畜皮下，可以给畜牧业提供更为现代化的管理方式1 羽。 r f i d 标签还可以应用于比赛计时。例如每年举办的厦门国际马拉松赛中，运动 员鞋带上绑有一个r f i d 标签。在经过比赛重点路段和终点的r f i d 读写器时， 其时间信息被自动记录，大大方便了比赛名次的统计和运动员赛后自我技术分析。 ( 4 ) 交通运输领域 利用r f i d 标签可以在高速运动中被识别的特点，r f i d 技术被广泛的应用于 高速公路自动收费及交通管理中悖】。携带有r f i d 标签的车辆经过收费点读写器 时，读写器会识别标签并改写标签内容，完成对相应费用的收缴。这个过程中车 辆无需停顿，大大缓解了车辆排队带来的交通问题。另外，应用r f i d 技术的交 通管理系统还可以完成自动查处违章车辆、记录违章情况的工作。 ( 5 ) 公益事业领域 图书馆、博物馆等公益事业机构，可以利用r f i d 技术提高服务质量、降低 服务成本。例如将图书馆藏书粘贴r f i d 标签【2 们，可以大大缩短书籍的查找、借 阅、还书和盘点等过程所占用的时间，并简化这些过程的实施。 除了以上五个方面，r f i d 技术还在其它很多领域崭露头角。我国r f i d 技 术的研究和应用开展较晚，现在正处于快速发展和推广时期。 1 0 基于智能手机平台的r f i d 中间件研究 2 1 5r f i d 标准 2 1 5 1i s o i e c 相关r f i d 标准 i s o i e c 已出台的r f i d 标准主要关注基本的模块构建、天线通讯协议、涉 及到的数据结构以及其实施问题。以下介绍几种常用的i s o i e c 相关协议： i s o1 8 0 0 0 系列含括了有源和无源r f i d 技术标准，主要是基于物品管理的 r f i d 天线通讯协议。 i s o1 7 3 6 3 和i s o1 7 3 6 4 是一系列物流容器识别的规范，它们还未被认定为 标准。该系列内的每种规范都用于不同的包装等级，比如货盘、货箱、纸盒与个 别物品。 目前在我国常用的两个r f i d 标准为用于非接触智能卡的两个i s o 标准：i s o 1 4 4 4 3 和i s o1 5 6 9 3 。i s o1 4 4 4 3 和i s o1 5 6 9 3 标准在1 9 9 5 年开始制定，其完成 则是在2 0 0 0 年之后，二者皆以1 3 。5 6 m h z 交变信号为载波频率。i s o1 5 6 9 3 读写 距离较远，而i s o1 4 4 4 3 读写距离稍近，但应用较广泛。目前的第二代电子身份 证采用的标准是i s o1 4 4 4 3t y p eb 协议。i s o1 4 4 4 3 定义了t y p ea 、t y p eb 两种类型协议，通信速率为1 0 6 k b i t s ，它们的不同主要在于载波的调制深度及位 的编码方式。t y p e a 采用开关键控( o n - o f f k e y i n g ) 的曼切斯特编码，t y p eb 采用n r z l 的b p s k 编码。t y p eb 与t y p e a 相比，具有传输能量不中断、速 率更高、抗干扰能力较强的优点。r f i d 的核心是防冲撞技术，这也是和接触式 i c 卡的主要区别。i s o1 4 4 4 3 3 规定了t y p ea 和t y p eb 的防冲撞机制。二者 防冲撞机制的原理不同，前者是基于位冲撞检测协议，而t y p eb 则依靠通信系 列命令序列完成防冲撞。i s o1 5 6 9 3 采用轮寻机制、分时查询的方式完成防冲撞 机制。防冲撞机制使得同时对处于读写区内的多张卡进行正确操作成为可能，既 方便了操作，也提高了操作的速度。 总的来说，各种i s o i e c 相关r f i d 标准较为偏重于硬件部分，是r f i d 应 用的底层标准，对于被标定物编码、应用框架等软件部分少有涉及。而接下来介 绍的的两种标准，建立在i s o i e c 标准上，对软件部分、编码部分和信息获取等 上层应用更为偏重。 第二章智能手机平台r f i d 技术分析 2 1 5 2e p c 标准 e p c ( e l e c t r o n i cp r o d u c tc o d e ，电子产品代码) 提供对物理世界对象的唯一 标识。它通过计算机网络来标识和访问单个物体，就如在互联网中使用i p 地址 来标识、组织和通信一样。e p c 系统的最终目标是为每一个物品建立全球的、开 放的标识标准。e p c 编码是由一个版本号加上域名管理者、对象分类、序列号三 段数据组成的一组数字【2 1 1 。它是由e p c g l o b a l 组织、各应用方协调一致的编码 标准，具有以下特性： ( 1 ) 科学性：结构明确，易于使用、维护。 ( 2 ) 兼容性：兼容了其它贸易流通过程的标识代码。 ( 3 ) 全面性：可在贸易结算、单品跟踪、物品标定等领域使用。 ( 4 ) 合理性：由e p c g l o b a l 、各国e p c 管理机构( 中国的管理机构称为e p c g l o b a lc h i n a ) 、标识物品的管理者分段管理、共同维护、统一应用，具有合理性。 ( 5 ) 国际性：不以具体国家、企业为核心，编码标准全球协商一致，具有国 际性。 ( 6 ) 无歧视性：编码采用全数字形式，不受地方色彩、语言、经济水平、政 治观点的限制，是无歧视性的编码。 e p c 包含完备的编码系统，但又不仅仅是编码标准，它包含了从标签编码读 取，到物联网信息获取整个过程的所有方面，是一个全球范围内的系统。以下五 方面构成了e p c 系统的主体： ( 1 ) e p c 编码标准 e p c 码由以下四段组成：版本号、域名管理、对象分类以及序列号。具体结 构根据e p c 编码类型的不同以及长度的不同而不同。各种版本e p c 编码规则如 表2 2 所示。现行的e p c 编码方案，通过兼容现有的编码方案和定义新的编码 方案来满足不同行业的需要。不同的编码方案的域标识符不同，以表明它们在不 同领域对产品进行标识，比如某个特殊行业或几个行业。同样地，e p c 代表一族 编码方案( 或“命名空间 ) 和方式，使它们通过所有可能的e p c 应用标签被唯 一标识。 1 2 基于智能手机平台的r f i d 中间件研究 表2 - 2e p c 编码结构 版本号域名管理对象分类 序列号 类型i 2 2 l1 72 4 e p c 6 4 类型i i 215 1 3 3 4 类型i i i 22 61 32 3 e p c 9 6类型i 82 82 43 6 类型i 83 25 61 6 0 e p c 2 5 6 类型i i 8 6 45 61 2 8 类型i i i 21 2 8 5 6 6 4 ( 2 ) e p c 标签和e p c 读写器 e p c 标签与e p c 读写器和一般r f i d 标签与读写器没有显著差别，不同的是 e p c 标签只用来存储e p c 编码，不存储其它信息。而e p c 读写器也从更低的硬 件层次支持了e p c 编码。 ( 3 ) s a v a n t ( 神经网络软件) 每件产品都加上r f i d 标签之后，在产品的生产、运输和销售过程中，读写 器将不断收到一连串的e p c 编码。整个过程中最为重要、同时也是最困难的环 节就是传送和管理这些数据。自动识别产品技术中心开发了一种名叫s a v a n t 的 软件技术，相当于e p c 网络的神经系统。s a v a n t 采用了分布式的结构，以层次 化进行组织、管理数据流。s a v a n t 系统需要完成的主要任务是数据校对、读写器 协调、数据传送、数据存储和任务管理。 ( 4 ) 对象名解析服务( o b j e c tn a m i n gs e r v i c e ，简称o n s ) 当一个读写器读取一个e p c 标签的信息时，e p c 编码就传递给了s a v a n t 系 统。s a v a n t 系统然后再在局域网或因特网上利用o n s 对象名解析服务找到这个 产品信息所存储的位置。由于e p c 编码结构和i p 地址结构很相像，因此，o n s 的工作原理和互联网中的d n s 域名解析服务器的工作原理也基本一致。 ( 5 ) 物理标记语言( p h y s i c a lm a r k u pl a n g u a g e ，简称p m l ) e p c 码识别单品，但是所有关于产品其它有用的信息都用一种新型的标准的 第= 帝智能手机1 f 冉r f i d 技术分析 计算机语言物理标记语言( p m l ) 所书写。p m l 是基于被人们广为接受的 可扩展标识语言( x m l ) 发展而柬的。由于p m l 是描述所有自然物体、过程和 环境的统一标准，其应用也非常广泛，并逐渐进入到几乎所有行业。p m l 还会 不断发展演变，就像互联网的基本语言h t m l 一样，演变为更复杂的一种语言。 e p c 系统的数据流程如图2 - 2 所示： 2 1 5 3u d 标准 图2 - 2 e p c 数据流程图 u i d ( u b i q u i t o u si d e n t i t y ，泛在识别码) 是日本t - e n g i n e 组织制定的r f i d 编码标准【乜】，由于受到包括索尼、三菱、日立、夏普等重量级企业在内的大部 分同本企业和微软等国际企业的支持，现已成为影响广泛的r f i d 编码标准。 u i d 采用1 2 8 位记录信息，提供了3 4 0 x1 0 3 6 编码空间，井可以以1 2 8 位为 单元进一步扩展至2 5 6 、3 8 4 或5 1 2 位。u i d 能包容现有编码体系的元编码设计， 可以兼容多种编码，包括j a n 、u p c 、i s b n 、i p v 6 地址甚至电话号码。 和e p c 标准类似，u i d 标准也不仅仅是编码标准还包括使用u i d 编码标 1 4 基于智能手机平台的r f i d 中问件研究 准的读写器、标签、基础网络设施和部分构架软件。和e p c 不同的是，e p c 只 是使用r f i d 设备来对物品的个体进行识别，而u i d 技术面向的是：人、物体和 环境三个要素。从理念上，u i d 似乎比e p c 想得更远。但实际上，由于u i d 成 本和支持商家的原因，其影响远远没有达到e p c 的程度。 2 2 智能手机及相关技术分析 手机的智能化和人们的需求是密切相关的。手机的早期应用，除语音通话外， 还内设通讯录这样一些配套的应用程序，以便更好的支持名片的查阅等功能。而 早期的手机使用者以商务人士居多，手机厂商为满足相应的商务需求，开发出一 些诸如备忘录、约会提醒和闹钟等方便商务办公的应用程序。随着硬件设备成本 的日益降低，手机开始面向普通百姓。为适应新的需求，手机厂商又开发出方便 日常生活的应用程序，如单位换算、计算器和计时器等应用程序。 在短短十几年时间里，手机被赋予了丰富的元素。伴随着通信产业的不断发 展，今天的移动终端已经由原来单一的通话功能向话音、数据、图像综合的方向 演变。比如可拍照手机、摄像手机、彩屏手机、音乐手机、游戏手机等都是迎合 受众需要所产生的。随着手机的日益普及，手机功能也越来越完善，现在的手机 已经和p d a 没有明显的界限，原本智能手机的概念也被清晰化： ( 1 ) 具备普通手机的全部功能，能够进行正常的通话，发短信等基本应用。 ( 2 ) 具备无线接入互联网的能力，即需要支持g s m 网络下的g p r s 或者3 g 网络等。 ( 3 ) 具备p d a 的功能，包括个人信息管理、日程记事、任务安排、多媒体应 用、浏览网页等功能。 ( 4 ) 具有开放性的操作系统。开放性的操作系统是手机智能化的必要条件之 一。在开放性的操作系统平台上，可以开发和安装各种软件，从而使智能手机的 功能可以得到无限扩充。 2 2 1 智能手机操作系统 具有开放性的操作系统是智能手机的重要特点之一。2 0 0 8 年上半年，由 第二章智能手机平台r f i d 技术分析 s y m b i a n 、l i n u x 和多家手机制造商联合开发的基于l i n u x 的开源开放操作系统已 经占有九成的市场份额。而互联网巨头g o o g l e 联合三十四家包括芯片制造商、 手机制造商、运营商在内的企业共同开发的a n d r o i d 开源开放手机操作系统也已 经问世，可见开放性已经成为不可逆转的发展趋势。下面介绍几种当前影响较大 的手机操作系统： ( 1 ) s y m b i a n 操作系统 s y m b i a n 是一个手机巨头联盟的代名词，该联盟成立于1 9 8 7 年，由摩托罗 拉、西门子、诺基亚等几家大型移动通讯设备商共同出资组建，专门研发手机操 作系鲥2 3 1 。s y m b i a n 操作系统的前身是e p o c ( e l e c t r o n i cp i e c eo f c h e e s e ，意为 使用电子产品时可以像吃乳酪一样简单) 。s y m b i a n 操作系统现在已成为影响最 大的智能手机操作系统。图2 3 描述了使用s y m b i a n 操作系统作为其产品操作系 统的手机厂商。 s y m b i a n 操作系统拥有强大的第三方应用程序整合能力和通信能力，源于其 对象导向系统、企业通用标准通信传输协议和对c c * ，j a v a 等主流编程语言 的良好支持。s y m b i a n 操作系统认为无线通讯装置除了要提供声音沟通的功能外， 同时也应具有其它沟通方式，如触摸屏、声控交互等。在硬件兼容上，它可以兼 容许多不同的外设，比如使用全键盘或缩减手机键盘；在软件功能上，它提供了 许多实用功能，包括数据共享、网页浏览、电子邮件、传真以及个人生活行程管 理等。 s e r i e s6 0 ( s 6 0 ) 是诺基亚公司基于s y m b i a n 操作系统改进的智能手机操作 系统。$ 6 0 操作系统的应用可涵盖基本通信、彩信及办公应用等诸多领域。同时， 诺基亚s e r i e s 6 0 操作系统是一个源代码开源产品，这是其具有良好的第三方可扩 展性的保障。作为$ 6 0 操作系统的更新版本，还有$ 8 0 、$ 9 0 等功能更为完善的 智能手机操作系统。 基十智能于机平台的r f i d 中问件研究 图2 - 3 使用s y m b i a n 操作系统的手机厂商 r 2 1w i n d o wm o b i l e 操作系统 w i n d o w sm o b i l e 是m i c m s o i t 针对移动产品而开发的精简操作系统【2 4 】。 w i n d o w sm o b i l e 捆绑了一系列针对移动设备而开发的应用软件这些应用软件 建立在m i c r o s o f tw i n 3 2a p i 的基础上。可以运行w i n d o w sm o b i l e 的设各包括 p o c k e tp c 、s m a f t p h o n c 和p o r t a b l em e d i ac e n t e r 等。该操作系统的设计初衷是尽 量接近于桌面版本的w i n d o w s 。 w i n d o wm o b i l e 原形为w i n d o w sc e ，后推出适用于手机及其它掌上设备操 作系统，之后又将其整合于一起。目前最新版本为w i n d o w s m o b i l e6 5 ，w i n d o w m o b i l e 家族有用于掌上电脑的w i n d o w sm o b i l ef o rp o c k e tp c 、用于手机的 w i n d o w sm o b l i ef o rs m a r t p h o n e 、w i n d o w sm o b i l ef o rp o c k e tp cp h o n e 和用于移 动媒体的p o r t a b l em e d i ac e n t e r 三大版本。 f 3 1l i n u x 操作系统 l i n u x 凭借其自由、免费和开源的优势，经遍布全球程序员的努力，再加上 第二章智能手机平台r e i d 技术分析 1 7 i b m 、s u n 等计算机巨头的支持，在手机操作系统中异军突起。从应用开发的角 度看，l i n u x 手机操作系统有利于开发商开发出硬件利用率高、功能更强大的应 用软件，也方便行业用户开放自己的安全、可控认证系统。 ( 4 ) p a l mo s 操作系统 p a l mo s 是p a l m 公司的一种3 2 位的嵌入式操作系统。它的操作界面采用触 控式，即几乎所有的控制选项都排列在屏幕上，使用触控笔便可进行所有操作【2 5 1 。 作为一套极具开放性的操作系统，开发商向用户免费提供p a l m 操作系统的开发 工具，允许用户利用该工具在p a l m 操作系统上开发软件。 ( 5 ) m a co sx 操作系统 m a co sx 操作系统，被评价为堪称“完美 的智能手机操作系统，自它的 出现以来就一直向人们展现它独特的优势与魅力。它基于苹果公司的m a co s 台 式机桌面操作系统【2 6 1 。在系统拓展性方面，苹果公司开