射频与无线网

1、RFID与WLAN的组合应用研究RFID(Radio FrequencyIdentification)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

2、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RFI

3、D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13.56MHz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。标签天线无线电波RF1D 标签RFID运作示意图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

4、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 80

5、2.11g 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Infrastructure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 I

6、nfrastructure 模式 WLAN 运作示意图。榜劫设备图2 lnrrastmcture模式WLAN瑟作示意笛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100m，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 SetviceSet，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 S

7、ervice 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

8、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 TibetTemples 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

9、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WL

10、AN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。.囹4使用脂眼罪器器的果弟累统示建*引用使用道具报告回复TOP2 #大中小发表于2009-12-2308:02只看该作者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

11、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，

12、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。购票者售票员购票内容RFID标笑叽|矿手1塑票内容成 J；有效日期沈-7TIIA 扩展函数,M)血密函教 k:密钥，ID.;RFD标签识别码S=h(DTK)|验票员验证成功/失败RFID标签皿|新| $每天日舰SiDJ|k|7X)使用TC验证购

13、票者图5 RFfD票务安全机制之运作过程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(redirect)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

14、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

15、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R

16、FID 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GigaTms公司RFID标签 内含1KB的只读存储

17、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23 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安全系藐4WLAN%火用 导筮系妹

18、;源客PDA,:区域端4 5|心45 !骡通信协议开发导览系统。图6显示本系统设计的系 统架构。八归票内容写入4 RFI口内存二读取ftFIDM内存螭鄢中购京内容皇芳愈：r票务处理系统顼ftl.人员FDA9 6 系统架构图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