RFID 技術(shù)在世博會的應(yīng)用設(shè)想

上海世博會將于2010 年5 月1 日開幕， 為期184 天，預(yù)測參觀總?cè)舜纬^7000 萬，吸引200 個國家和國際組織參展。“城市，讓生活更美好”，世博會門票系統(tǒng)也會使RFID 的發(fā)展更美好。

1 RFID 基本原理

　　RFID（射頻識別，也稱電子標(biāo)簽）是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞， 通過所傳遞的信息實現(xiàn)對目標(biāo)進行識別的技術(shù)。它的作用距離為10 cm～10 m（依據(jù)不同的頻率），識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術(shù)也可以識別高速運動物體，并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。

　　與其他識別技術(shù)相比，RFID 具有自動識別、遠距離識別、多目標(biāo)識別的優(yōu)點。它能廣泛應(yīng)用于許多場景，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，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼（EPC），附著在物體上，標(biāo)識目標(biāo)對象。閱讀器是讀取（有時也可寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。天線在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號。

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

　　同為自動識別技術(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)進行比較。這兩種技術(shù)都可應(yīng)用于商品標(biāo)識這一共同領(lǐng)域， 但RFID具有多目標(biāo)識別和自動目標(biāo)識別能力， 還具有識別距離更遠和抗灰塵、抗煙霧、存儲量大等特點。RFID具備的功能：a）可同時讀取多個RFID 標(biāo)簽資料。b）RFID 標(biāo)簽無需光源就可以讀取或更新。c）存儲資料的容量大。d）電子資料可以反復(fù)被讀寫。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）可進行高速移動讀取。

　　RFID 系統(tǒng)有低頻、高頻、超高頻和微波四種工作頻段（見表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 由于波長較長，具有較強的穿透性，可以穿透水和皮膚等介質(zhì)，可用于動物標(biāo)識。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 世博會應(yīng)用RFID 技術(shù)的需求

　　近年來，在上海舉行的會展數(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)提升組會能力，更好地展示上海城市形象。RFID 在大型會展中應(yīng)用已經(jīng)得到驗證，2005年愛知世博會的門票系統(tǒng)就采用了RFID 技術(shù)，做到了大批參觀者的快速入場。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。這引起了大型會展的主辦方的關(guān)注。在2008 年的北京奧運會上，RFID 技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用。

　　2010 年世博會將在上海舉辦， 屆時對主辦者、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自己的展臺， 關(guān)心內(nèi)容和產(chǎn)品是什么以及參觀者的個人信息。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RFID 技術(shù)能夠輕而易舉的實現(xiàn)。參觀者憑借嵌入RFID 標(biāo)簽的門票入場，并且隨身攜帶。每個展臺附近都部署有RFID 讀取器， 這樣對參展者來說，參觀者在展會中走過哪些地方，在哪里駐足時間較長，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，可以更精確地提供服務(wù)。同時，主辦者可以在會展上部署帶有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)

　　在世博會門票中植入RFID 標(biāo)簽，運用RFID 技術(shù)，使整套系統(tǒng)發(fā)揮最大的效率，需要解決以下幾個關(guān)鍵問題。

　　1）防沖撞技術(shù)

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

　　2）安全加密技術(shù)

　　數(shù)據(jù)的安全包括數(shù)據(jù)存儲的安全以及數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全等。世博會系統(tǒng)應(yīng)保證信息存儲的安全性。同時，信息要使用特定的密碼算法技術(shù)，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性， 外界無法對數(shù)據(jù)進行篡改或竊取， 從而實現(xiàn)了RFID 門票的防偽造和防變造。

　　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， 將其匯聚到世博會系統(tǒng)后臺，進行數(shù)據(jù)處理和分析。

4 世博會RFID 系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　4.1 硬件設(shè)計

　　世博會是一個大型的國際性盛會。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，對于關(guān)鍵應(yīng)用所處的服務(wù)器需要雙機備份。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 讀寫器，參觀者在進入園區(qū)時，其用戶信息就被讀取進入系統(tǒng)。如果后臺系統(tǒng)分析出入場者是VIP， 則在顯示屏上用該VIP 對應(yīng)國家的語言顯示“歡迎***”的字樣。

　　2）展臺簽到信息采集

　　在各個展臺設(shè)置手持RFID 讀寫器， 當(dāng)參觀者參觀時，其用戶信息被讀取并傳到后臺系統(tǒng)。系統(tǒng)會將信息歸并分析后分發(fā)給各個參展者， 參展者就能獲知其參展效果。

　　3）自助查詢終端

　　在世博會園區(qū)的各個休息點安置自助查詢終端，安置RFID 讀寫器。參觀者在進行查詢時，系統(tǒng)根據(jù)用戶信息調(diào)出其參觀路徑， 后臺系統(tǒng)為其設(shè)計最佳路線，并在自助終端中顯示。

　　4）后臺數(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RFID 讀寫器獲得的用戶信息都匯聚到這里。這里的服務(wù)器都需要雙機備份。系統(tǒng)管理員可通過各種條件對信息進行統(tǒng)計、分析和管理。

　　4.2 軟件設(shè)計

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

世博會場館眾多， 為了使各個讀寫設(shè)備工作正常，需要一個RFID 中間件。該中間件一方面要能夠操縱控制RFID 讀寫設(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)和可擴展的驅(qū)動框架， 可以使各種RFID 設(shè)備方便地與系統(tǒng)連接。同時能對設(shè)備狀態(tài)進行檢測。

　　b）過濾數(shù)據(jù)。負責(zé)過濾一些不需要的數(shù)據(jù)，并且支持對一個設(shè)備或多個設(shè)備實施過濾策略。

　　c）分發(fā)數(shù)據(jù)。允許用多種方式（包括Webservices、HTTP、事件流等）與后臺應(yīng)用系統(tǒng)進行通信，從而將讀卡器獲得的數(shù)據(jù)進行準(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； 中間件對接收到的數(shù)據(jù)進行處理后生成XML 文件，由專門的XML 轉(zhuǎn)換進程將數(shù)據(jù)寫入本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，供Web服務(wù)器進行調(diào)用處理；用戶通過客戶端軟件與Web服務(wù)器交互，進行相應(yīng)操作。

　　4.3 功能模塊

　　根據(jù)世博會對RFID 自動識別系統(tǒng)的應(yīng)用需求以及RFID 技術(shù)本身的特性， 我們設(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)計報表模塊和接口模塊（見圖3）。

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

　　系統(tǒng)通過對采集的數(shù)據(jù)進行處理， 分析參觀者的行為， 并提供場館和活動信息查詢以及志愿者導(dǎo)航等功能。系統(tǒng)管理模塊提供對數(shù)據(jù)進行維護的功能，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)庫遠程連接等。統(tǒng)計報表模塊提供種類多樣、內(nèi)容豐富的報表，及時為主辦者、參展者提供參觀者的各項信息和統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 為工作人員決策提供依據(jù)。

5 結(jié)束語

　　世博會將于2010 年5 月1 日至10 月31 日在上海召開。屆時使用嵌入RFID 技術(shù)的門票，將有效提高整個世博會的舉辦水平， 提高世博會的信息化水平。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 年世博會圓滿成功！