RFID 技術(shù)在世博會(huì)的應(yīng)用設(shè)想

上海世博會(huì)將于2010 年5 月1 日開(kāi)幕， 為期184 天，預(yù)測(cè)參觀總?cè)舜纬^(guò)7000 萬(wàn)，吸引200 個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織參展。“城市，讓生活更美好”，世博會(huì)門票系統(tǒng)也會(huì)使RFID 的發(fā)展更美好。

1 RFID 基本原理

　　RFID（射頻識(shí)別，也稱電子標(biāo)簽）是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞， 通過(guò)所傳遞的信息實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)。它的作用距離為10 cm～10 m（依據(jù)不同的頻率），識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術(shù)也可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

　　與其他識(shí)別技術(shù)相比，RFID 具有自動(dòng)識(shí)別、遠(yuǎn)距離識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)。它能廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)景，包括企業(yè)的供應(yīng)鏈管理、城市的交通管理、物品防偽、個(gè)人信息內(nèi)容獲取等。

　　基本的RFID 系統(tǒng)由射頻標(biāo)簽、閱讀器和天線三部分組成。射頻標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼（EPC），附著在物體上，標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。閱讀器是讀取（有時(shí)也可寫(xiě)入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。天線在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號(hào)。

　　RFID 技術(shù)的基本工作原理： 標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)， 憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

　　同為自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中的一種數(shù)據(jù)采集技術(shù)，人們更多的是將RFID 與條碼技術(shù)進(jìn)行比較。這兩種技術(shù)都可應(yīng)用于商品標(biāo)識(shí)這一共同領(lǐng)域， 但RFID具有多目標(biāo)識(shí)別和自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別能力， 還具有識(shí)別距離更遠(yuǎn)和抗灰塵、抗煙霧、存儲(chǔ)量大等特點(diǎn)。RFID具備的功能：a）可同時(shí)讀取多個(gè)RFID 標(biāo)簽資料。b）RFID 標(biāo)簽無(wú)需光源就可以讀取或更新。c）存儲(chǔ)資料的容量大。d）電子資料可以反復(fù)被讀寫(xiě)。e）智慧型標(biāo)簽可以很薄，如隱藏在包裝器皿內(nèi)仍可讀取資料。f）RFID 標(biāo)簽可傳遞資料作為貨品追蹤與保全。g）RFID 標(biāo)簽在嚴(yán)酷、惡劣及骯臟的環(huán)境下仍可讀取資料。h）可進(jìn)行高速移動(dòng)讀取。

　　RFID 系統(tǒng)有低頻、高頻、超高頻和微波四種工作頻段（見(jiàn)表1）。根據(jù)這四種頻段電磁波的特性，它們的應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。低頻RFID 由于波長(zhǎng)較長(zhǎng)，具有較強(qiáng)的穿透性，可以穿透水和皮膚等介質(zhì)，可用于動(dòng)物標(biāo)識(shí)。高頻RFID 受到通信距離的限制，多用于公交卡、身份證、門禁等領(lǐng)域。而超高頻RFID則廣泛應(yīng)用于物流行業(yè)。

2 世博會(huì)應(yīng)用RFID 技術(shù)的需求

　　近年來(lái)，在上海舉行的會(huì)展數(shù)量以每年20%的速度遞增。上海市政府一直在積極探索如何應(yīng)用新技術(shù)提升組會(huì)能力，更好地展示上海城市形象。RFID 在大型會(huì)展中應(yīng)用已經(jīng)得到驗(yàn)證，2005年愛(ài)知世博會(huì)的門票系統(tǒng)就采用了RFID 技術(shù)，做到了大批參觀者的快速入場(chǎng)。2006 年世界杯主辦方也采用了嵌入RFID 芯片的門票， 起到了防偽的作用。這引起了大型會(huì)展的主辦方的關(guān)注。在2008 年的北京奧運(yùn)會(huì)上，RFID 技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用。

　　2010 年世博會(huì)將在上海舉辦， 屆時(shí)對(duì)主辦者、參展者、參觀者、志愿者等各類人群有大量的信息服務(wù)需求， 包括人流疏導(dǎo)、交通管理、信息查詢等，RFID 系統(tǒng)正是滿足這些需求的有效手段之一。世博會(huì)的主辦者關(guān)心門票的防偽。參展者比較關(guān)心究竟有哪些參觀者參觀過(guò)自己的展臺(tái)， 關(guān)心內(nèi)容和產(chǎn)品是什么以及參觀者的個(gè)人信息。參觀者想迅速獲得自己所要的信息，找到所關(guān)心的展示內(nèi)容。

　　而志愿者需要了解全局，去幫助需要幫助的人。這些需求通過(guò)RFID 技術(shù)能夠輕而易舉的實(shí)現(xiàn)。參觀者憑借嵌入RFID 標(biāo)簽的門票入場(chǎng)，并且隨身攜帶。每個(gè)展臺(tái)附近都部署有RFID 讀取器， 這樣對(duì)參展者來(lái)說(shuō)，參觀者在展會(huì)中走過(guò)哪些地方，在哪里駐足時(shí)間較長(zhǎng)，參觀者的基本信息是什么等就了然于胸了，當(dāng)參觀者走近時(shí)，可以更精確地提供服務(wù)。同時(shí)，主辦者可以在會(huì)展上部署帶有RFID 讀取器的多媒體查詢終端， 參觀者可以通過(guò)終端知道自己當(dāng)前的位置及所在展區(qū)的信息， 還能通過(guò)查詢終端追蹤到走失的同伴信息。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

　　在世博會(huì)門票中植入RFID 標(biāo)簽，運(yùn)用RFID 技術(shù)，使整套系統(tǒng)發(fā)揮最大的效率，需要解決以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

　　1）防沖撞技術(shù)

　　在非接觸電子標(biāo)簽的使用過(guò)程中， 經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)讀寫(xiě)器必須同時(shí)處理多個(gè)標(biāo)簽的情況， 即有多個(gè)標(biāo)簽在讀寫(xiě)器的感應(yīng)范圍之內(nèi)， 它們將幾乎同時(shí)響應(yīng)讀寫(xiě)器的指令而發(fā)送信號(hào)， 這樣就會(huì)產(chǎn)生信道爭(zhēng)用的問(wèn)題，多個(gè)標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)之間將產(chǎn)生干擾。讀寫(xiě)器不能正確接收數(shù)據(jù)，也就無(wú)法正確識(shí)別標(biāo)簽，產(chǎn)生了沖突。此時(shí)必須采取快速的防沖撞措施來(lái)保證通信的可靠性和正確性。在人流量大時(shí)，世博會(huì)門票尤其要有效解決這個(gè)問(wèn)題，保證參觀者輕松入場(chǎng)。

　　2）安全加密技術(shù)

　　數(shù)據(jù)的安全包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全以及數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的安全等。世博會(huì)系統(tǒng)應(yīng)保證信息存儲(chǔ)的安全性。同時(shí)，信息要使用特定的密碼算法技術(shù)，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的安全性， 外界無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改或竊取， 從而實(shí)現(xiàn)了RFID 門票的防偽造和防變?cè)臁?

　　3）多角度信息處理能力

　　世博門票采用RFID 技術(shù)后可以為參觀者提供多種類型的服務(wù)，如多種特性的票種。RFID 讀取器采集到參觀者的信息后， 將其匯聚到世博會(huì)系統(tǒng)后臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

4 世博會(huì)RFID 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　4.1 硬件設(shè)計(jì)

　　世博會(huì)是一個(gè)大型的國(guó)際性盛會(huì)。保證系統(tǒng)的有效性和靈活性十分重要， 系統(tǒng)的穩(wěn)定性則更加重要，對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用所處的服務(wù)器需要雙機(jī)備份。具體結(jié)構(gòu)圖如1 所示。

硬件系統(tǒng)整體部署：

　　1）展館和迎賓顯示

　　在世博園區(qū)和展館入口部署RFID 讀寫(xiě)器，參觀者在進(jìn)入園區(qū)時(shí)，其用戶信息就被讀取進(jìn)入系統(tǒng)。如果后臺(tái)系統(tǒng)分析出入場(chǎng)者是VIP， 則在顯示屏上用該VIP 對(duì)應(yīng)國(guó)家的語(yǔ)言顯示“歡迎***”的字樣。

　　2）展臺(tái)簽到信息采集

　　在各個(gè)展臺(tái)設(shè)置手持RFID 讀寫(xiě)器， 當(dāng)參觀者參觀時(shí)，其用戶信息被讀取并傳到后臺(tái)系統(tǒng)。系統(tǒng)會(huì)將信息歸并分析后分發(fā)給各個(gè)參展者， 參展者就能獲知其參展效果。

　　3）自助查詢終端

　　在世博會(huì)園區(qū)的各個(gè)休息點(diǎn)安置自助查詢終端，安置RFID 讀寫(xiě)器。參觀者在進(jìn)行查詢時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)用戶信息調(diào)出其參觀路徑， 后臺(tái)系統(tǒng)為其設(shè)計(jì)最佳路線，并在自助終端中顯示。

　　4）后臺(tái)數(shù)據(jù)中心和信息管理系統(tǒng)

　　這是整套系統(tǒng)的核心， 通過(guò)RFID 讀寫(xiě)器獲得的用戶信息都匯聚到這里。這里的服務(wù)器都需要雙機(jī)備份。系統(tǒng)管理員可通過(guò)各種條件對(duì)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和管理。

　　4.2 軟件設(shè)計(jì)

　　世博RFID 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

世博會(huì)場(chǎng)館眾多， 為了使各個(gè)讀寫(xiě)設(shè)備工作正常，需要一個(gè)RFID 中間件。該中間件一方面要能夠操縱控制RFID 讀寫(xiě)設(shè)備按照預(yù)定的方式工作，另一方面需要按照一定的規(guī)則過(guò)濾數(shù)據(jù)， 篩除絕大部分冗余數(shù)據(jù)， 將真正有效的數(shù)據(jù)傳送給后臺(tái)信息系統(tǒng)。

　　本系統(tǒng)的中間件基本功能包括：a）采集數(shù)據(jù)。采用即插即用的架構(gòu)和可擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)框架， 可以使各種RFID 設(shè)備方便地與系統(tǒng)連接。同時(shí)能對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

　　b）過(guò)濾數(shù)據(jù)。負(fù)責(zé)過(guò)濾一些不需要的數(shù)據(jù)，并且支持對(duì)一個(gè)設(shè)備或多個(gè)設(shè)備實(shí)施過(guò)濾策略。

　　c）分發(fā)數(shù)據(jù)。允許用多種方式（包括Webservices、HTTP、事件流等）與后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行通信，從而將讀卡器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分發(fā)。

　　RFID 讀取設(shè)備讀取了電子標(biāo)簽的信息后，將原始數(shù)據(jù)傳送至RFID 中間件； 中間件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后生成XML 文件，由專門的XML 轉(zhuǎn)換進(jìn)程將數(shù)據(jù)寫(xiě)入本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，供Web服務(wù)器進(jìn)行調(diào)用處理；用戶通過(guò)客戶端軟件與Web服務(wù)器交互，進(jìn)行相應(yīng)操作。

　　4.3 功能模塊

　　根據(jù)世博會(huì)對(duì)RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用需求以及RFID 技術(shù)本身的特性， 我們?cè)O(shè)想的系統(tǒng)功能模塊包括信息采集模塊、信息處理模塊、系統(tǒng)管理模塊、統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊和接口模塊（見(jiàn)圖3）。

信息采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)的采集

　　系統(tǒng)通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 分析參觀者的行為， 并提供場(chǎng)館和活動(dòng)信息查詢以及志愿者導(dǎo)航等功能。系統(tǒng)管理模塊提供對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)的功能，包括角色管理、標(biāo)簽管理、系統(tǒng)管理等功能。接口模塊提供各類接口的接入方式，如Webservice、HTTP 重定向、socket 及數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程連接等。統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊提供種類多樣、內(nèi)容豐富的報(bào)表，及時(shí)為主辦者、參展者提供參觀者的各項(xiàng)信息和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 為工作人員決策提供依據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　世博會(huì)將于2010 年5 月1 日至10 月31 日在上海召開(kāi)。屆時(shí)使用嵌入RFID 技術(shù)的門票，將有效提高整個(gè)世博會(huì)的舉辦水平， 提高世博會(huì)的信息化水平。當(dāng)然也要處理好RFID 的關(guān)鍵技術(shù)，以保證整套系統(tǒng)的有序和穩(wěn)定工作。

　　預(yù)祝2010 年世博會(huì)圓滿成功！