RFID與WLAN的組合應(yīng)用研究

1 相關(guān)文獻(xiàn)探討
1．1 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)
RFID主要由讀取器發(fā)出無(wú)線電波，可在特定的感應(yīng)范圍內(nèi)感應(yīng)到RFID標(biāo)簽，不需要實(shí)體接觸即可讀取或?qū)懭刖順?biāo)數(shù)據(jù)。RFID標(biāo)簽通常貼附于物品上，讀取器感應(yīng)此標(biāo)簽，快速地獲取物品相關(guān)信息并進(jìn)一步處理，非常適合自動(dòng)化應(yīng)用。圖1是RFID系統(tǒng)運(yùn)作示意圖。目前RFID標(biāo)簽因所采用的頻段與感應(yīng)技術(shù)不同，有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其中頻率13．56 MHz以下的RFID通常采用電磁感應(yīng)方式，標(biāo)簽天線在接收到讀寫(xiě)器所發(fā)出射頻信號(hào)時(shí)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為啟動(dòng)IC芯片的電力，同時(shí)從信號(hào)中讀取指令，標(biāo)簽同樣以無(wú)線電波回傳數(shù)據(jù)至讀寫(xiě)器。

RFID標(biāo)準(zhǔn)主要由兩大標(biāo)準(zhǔn)組織EPC與ISO負(fù)責(zé)制訂。依照ISO標(biāo)準(zhǔn)，RFID依所使用的調(diào)頻可分為135kHz以下的低頻、主要為13．56 MHz的高頻、860～930MHz的超高頻，以及2．45 GHz與5．8 GHz的微波。使用的頻段越高，感應(yīng)距離相對(duì)增加，發(fā)射半徑較大，具有更快的讀取速度，不過(guò)成本也較高。RFID可分為主動(dòng)式卷標(biāo)與被動(dòng)式卷標(biāo)兩大類。本文采用符合ISO 14443A標(biāo)準(zhǔn)的RFID設(shè)備，并支持MIFARE免接觸式與雙接口智能卡的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。
1．2 無(wú)線局域網(wǎng)
近年來(lái)符合IEEE 802．11標(biāo)準(zhǔn)的WLAN已逐漸成為校園網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)以及ISP的基本網(wǎng)絡(luò)存取服務(wù)。目前IEEE 802．11 WLAN以11 Mbps的IEEE 802．11b和54Mbps的IEEE 802．11g兩種WLAN最為常見(jiàn)。另一方面，提供上述WLAN標(biāo)準(zhǔn)的PDA、筆記本電腦也漸趨普遍，基本上WLAN所提供的帶寬已能滿足大部份網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求。由于WLAN網(wǎng)絡(luò)布線的方便性，它十分適于在一些特殊公共場(chǎng)合提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，因此以WLAN為基礎(chǔ)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也應(yīng)運(yùn)而生。
IEEE 802．11 WLAN提供兩種運(yùn)作模式：Ad Hoc模式與Infrastructure模式，二者主要差別在于是否采用了接入點(diǎn)(Access Point，AP)。目前大部分WLAN采用In―frastructure模式，亦即移動(dòng)設(shè)備藉由AP達(dá)到通信或接入有線網(wǎng)絡(luò)的目的，圖2為Infrastructure模式WLAN運(yùn)作示意圖。

在室外空曠沒(méi)有障礙物的環(huán)境，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802．11 AP信號(hào)涵蓋范圍大約可達(dá)100 m，室內(nèi)環(huán)境通信的范圍大約為30 m。所有使用存取同一AP的移動(dòng)設(shè)備，利用AP所提供的相同頻道進(jìn)行通信，并形成一個(gè)基本服務(wù)集(Basic Setvice Set，BSS)。AP通常會(huì)連至有線網(wǎng)絡(luò)，可與其他連接同一有線網(wǎng)絡(luò)的AP構(gòu)成一個(gè)分布式系統(tǒng)(Distrmution Syslcln，DS)，并可以使用此種方式結(jié)合多個(gè)BSS與有線網(wǎng)絡(luò)，組成延伸服務(wù)集(Extended Service Set，ESS)。ESS是為了擴(kuò)展無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)范圍，藉由此種設(shè)置方式，使用者可以在不同無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)基站的通信范圍間漫游(roaming)，但網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)不中斷，適合大范圍應(yīng)用。本文以Infrastructure模式的802．11b WLAN、多個(gè)AP與有線網(wǎng)絡(luò)形成的ESS為基礎(chǔ)，建立結(jié)合RFID與WLAN的應(yīng)用系統(tǒng)。
1．3 數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)
數(shù)字導(dǎo)覽意指將導(dǎo)覽內(nèi)容通過(guò)數(shù)字設(shè)備輸出聲音、文字、圖片、影片等給用戶，讓用戶對(duì)導(dǎo)覽內(nèi)容能夠有大概的認(rèn)識(shí)，并能夠與系統(tǒng)有良好的互動(dòng)。透過(guò)這些互動(dòng)，讓使用者在導(dǎo)覽時(shí)得到更多的樂(lè)趣。目前大多數(shù)的導(dǎo)覽系統(tǒng)為單機(jī)模式，所有的導(dǎo)覽內(nèi)容預(yù)先存于導(dǎo)覽裝置中，由用戶自行選擇導(dǎo)覽內(nèi)容，在使用上并不方便。近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)與移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步，智能型的數(shù)字導(dǎo)覽技術(shù)被提出，本文也是著眼于此，探討如何應(yīng)用RFID與WLAN技術(shù)提供更佳數(shù)字導(dǎo)覽方式。目前新的導(dǎo)覽系統(tǒng)多采用PDA作為用戶的移動(dòng)導(dǎo)覽設(shè)備，并可配合RFID或WLAN技術(shù)，提供智能型的導(dǎo)覽功能。以下探討兩個(gè)導(dǎo)覽系統(tǒng)個(gè)案。
(1) Tempies of Tibet
Temples of Tibet主要設(shè)計(jì)供游人參觀西藏廟宇時(shí)所使用的單機(jī)導(dǎo)覽系統(tǒng)，導(dǎo)覽設(shè)備使用PDA，所有導(dǎo)覽內(nèi)容預(yù)先儲(chǔ)存于PDA。最大的特色是導(dǎo)覽內(nèi)容完全以Flash方式在移動(dòng)裝置中呈現(xiàn)，使用接口容易操作，介紹也相當(dāng)完整。不過(guò)由于其內(nèi)容的豐富性，檔案大小約有19．4MB，對(duì)于只有64MB容量的PDA而言，占了將近三分之一的容量，因此單機(jī)導(dǎo)覽系統(tǒng)畢竟在功能上還是有很大的限制。
(2)西南石油大學(xué)校史館數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)
用戶利用已裝上RFID讀取器與耳機(jī)的PDA，讀取黏貼于展覽品展覽柜上的RFID，PDA會(huì)由WLAN從服務(wù)器傳回相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)覽圖文及語(yǔ)音內(nèi)容，因而可以依據(jù)使用者面前的展覽品進(jìn)行導(dǎo)覽。該系統(tǒng)也將RFID應(yīng)用在導(dǎo)覽設(shè)備的租借管理上，服務(wù)人員在處理租借、歸還時(shí)僅需將導(dǎo)覽設(shè)備與管理系統(tǒng)中RFID傳感器互相感應(yīng)即完成作業(yè)。此導(dǎo)覽系統(tǒng)已大致呈現(xiàn)了RFID與WLAN在展覽品解說(shuō)服務(wù)上的優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，結(jié)合RFID與WLAN的可能應(yīng)用還有許多，例如票務(wù)、使用者個(gè)性化服務(wù)、定位服務(wù)、即時(shí)消息通知等。

2 研究構(gòu)想
RFID可以扮演不同角色，配合使用具有WLAN網(wǎng)卡的PDA所開(kāi)發(fā)的無(wú)線RFID標(biāo)簽讀取器，可依RFID讀取器與RFID標(biāo)簽的使用對(duì)象不同，分為兩種應(yīng)用模式。第一種應(yīng)用模式是用戶持有RFID讀取器，而RFID標(biāo)簽則貼附于應(yīng)用對(duì)象上；另一種應(yīng)用模式則是用戶持有RFID標(biāo)簽，用戶移動(dòng)靠近RFID讀取器。在校史館的應(yīng)用上，第一種使用模式便是數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)的應(yīng)用。不僅如此，第一種應(yīng)用模式也可應(yīng)用于用戶的定位服務(wù)或其他個(gè)性化服務(wù)，而若加上PDA本身的計(jì)算與通信能力，各式情境感知以及需要大量運(yùn)算的應(yīng)用均符合此應(yīng)用模式。導(dǎo)覽系統(tǒng)利用RFID短距離非接觸式感應(yīng)的特性，讓游客使用PDA感應(yīng)展覽品標(biāo)簽，并藉由WLAN至從網(wǎng)絡(luò)取得展覽信息進(jìn)行導(dǎo)覽。除此之外，由于所采用的PDA具有藍(lán)牙(Bluetooth)通信能力，將在導(dǎo)覽系統(tǒng)的語(yǔ)音導(dǎo)覽功能上利用藍(lán)牙耳機(jī)，充分發(fā)揮無(wú)線通信技術(shù)給數(shù)字導(dǎo)覽帶來(lái)的便利性。RFID結(jié)合WLAN的第二種應(yīng)用模式是用戶持有RFID標(biāo)簽。在校史館票務(wù)系統(tǒng)上，利用RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，記錄不同參觀者的購(gòu)票內(nèi)容。該票務(wù)系統(tǒng)利用RFID讀取器讀取參觀者的RFID標(biāo)簽內(nèi)容，提供多樣化的票務(wù)應(yīng)用，例如依年齡、身份、參觀內(nèi)容、場(chǎng)次，記錄不同的信息于RFID標(biāo)簽中，達(dá)到利用RFID技術(shù)達(dá)到身分驗(yàn)證與訪問(wèn)控制目的。
基于以上研究構(gòu)想，首先虛擬一個(gè)能展現(xiàn)RFID結(jié)合WLAN特性的小型校史館空間，然后為此虛擬校史館規(guī)劃、開(kāi)發(fā)導(dǎo)覽及票務(wù)系統(tǒng)。
2．1 導(dǎo)覽系統(tǒng)
在每個(gè)欲提供導(dǎo)覽服務(wù)的展覽對(duì)象附近放置RFID標(biāo)簽，并建立WLAN基站，使WLAN基站信號(hào)能涵蓋參觀者所有可能的活動(dòng)范圍。WLAN基站連至有線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)架有一臺(tái)Web服務(wù)器作為導(dǎo)覽網(wǎng)站，所有的導(dǎo)覽內(nèi)容將被制成網(wǎng)頁(yè)放于此網(wǎng)站，每個(gè)導(dǎo)覽項(xiàng)目對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的網(wǎng)址。另外必須記錄所有RFID標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)符與展覽對(duì)象對(duì)應(yīng)，利用此對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，網(wǎng)站中網(wǎng)頁(yè)轉(zhuǎn)向(redi―rect)程序可依據(jù)由導(dǎo)覽PDA所傳來(lái)的RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)符提供正確的導(dǎo)覽內(nèi)容。圖3顯示所規(guī)劃的導(dǎo)覽系統(tǒng)示意圖，其本過(guò)程是：a．RFID讀取器讀取標(biāo)簽ID；b．PDA經(jīng)由WLA至Web服務(wù)器讀取導(dǎo)覽內(nèi)容；c．PDA顯示導(dǎo)覽內(nèi)容；d．利用藍(lán)牙技術(shù)將導(dǎo)覽聲音解說(shuō)傳輸至藍(lán)牙耳機(jī)。

2．2 票務(wù)系統(tǒng)
RFID在票務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用，有別于導(dǎo)覽系統(tǒng)。用戶持有RFID標(biāo)簽取代傳統(tǒng)門票，而RFID讀取器則用來(lái)驗(yàn)證門票。因此，票務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于如何利用RFID標(biāo)簽作為校史館的門票以及如何有效驗(yàn)證門票合法性。通常校史館的門票可依據(jù)參觀者身份、年齡或依參觀項(xiàng)目或場(chǎng)次提供不同票價(jià)門票，使用RFID標(biāo)簽取代傳統(tǒng)的門票也應(yīng)能夠提供相同的功能。一般RFID標(biāo)簽都有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二且不能被拷貝、篡改的ID標(biāo)識(shí)符，可以辨別合法的RFID標(biāo)識(shí)符以達(dá)到基本的門票驗(yàn)證功能。有兩種記錄RFID門票方式：記錄于票務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，儲(chǔ)存于RFID卷標(biāo)本身的內(nèi)存。圖4顯示第一種記錄售票內(nèi)容方式的票務(wù)系統(tǒng)示意圖，基本過(guò)程是：a．參觀者購(gòu)票，RFID讀取器讀取RFID標(biāo)簽ID；b．售票系統(tǒng)存儲(chǔ)售票內(nèi)容至票務(wù)管理系統(tǒng)；c．參觀者持RFID門票參觀，館務(wù)人員持RFID讀取器讀取RFID標(biāo)簽ID；d．PDA利用WLAN至票務(wù)管理系統(tǒng)讀取門票內(nèi)容。