基于RFID和WSN的RFSN平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

　　1 引 言

　　無線射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是一項非接觸式自動識別技術(shù)，他通過空間耦合(交變磁場或電磁場)自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)。作為條形碼的無線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、讀取距離大、能同時處理多張標(biāo)簽、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等特點(diǎn)，而且他實(shí)現(xiàn)了無源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無機(jī)械磨損，壽命長，機(jī)具無直接對最終用戶開放的物理接口，能更好地保證機(jī)具的安全性;數(shù)據(jù)安全方面除標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實(shí)現(xiàn)安全管理，讀寫機(jī)具與卡之間也可相互認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲。 該項技術(shù)的基本思想是，通過采用一些先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)人們對各類物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(運(yùn)動、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動識別和管理，近幾年里得到快速發(fā)展，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)?，F(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、智能交通、物流管理、海關(guān)檢測管理、身份認(rèn)證等多個領(lǐng)域。

　　射頻識別技術(shù)是一個獨(dú)立的跨學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域，這個領(lǐng)域與其他傳統(tǒng)學(xué)科不同，他將大量的來自不同專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)綜合到一起：如無線電射頻技術(shù)、電磁兼容性、半導(dǎo)體技術(shù)、數(shù)據(jù)保護(hù)和密碼學(xué)、電信和IT技術(shù)、制造技術(shù)和許多專業(yè)的領(lǐng)域。

　　本文提出一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID系統(tǒng)的上下文感知RFID系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了RFID標(biāo)簽和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，獲得上下文事件。上下文感知RFID系統(tǒng)是指能夠主動自動獲取RFID標(biāo)簽事件的綜合系統(tǒng)，上下文感知RFID系統(tǒng)的目的是在識別信息環(huán)境中可以識別和確定資源的使用。本文的主要目的是設(shè)計一個基于傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID系統(tǒng)的面向IBS應(yīng)用系統(tǒng)安全可靠的上下文感知RFID系統(tǒng)。

　　2 面向IBMS的RFID服務(wù)框架

　　2.1 RFID服務(wù)及其體系結(jié)構(gòu)

　　目前有許多公司和科研機(jī)構(gòu)開發(fā)了各種RFID系統(tǒng)，關(guān)于RFID系統(tǒng)的一些內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)也在制定中，圖1所示為當(dāng)前比較統(tǒng)一的RFID系統(tǒng)的基本框架。

　　如圖1所示，通用的RFID系統(tǒng)主要包括RFID標(biāo)簽嵌入產(chǎn)品、讀卡器、RFID中間件以及對象名字服務(wù)器ONS(Object Name Server)、信息服務(wù)器IS(InformationServer)、IS查詢器。上下文感知是一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID的環(huán)境信息標(biāo)簽，基于RFID和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的上下文感知系統(tǒng)就是以這種環(huán)境信息標(biāo)簽為主要對象構(gòu)建適合未來各種環(huán)境。在未來，RFID標(biāo)簽組件和傳感器將會集成到感知標(biāo)簽(Sensing Tag，SG)中，家庭或者建筑自動化系統(tǒng)中將會自動控制室內(nèi)環(huán)境設(shè)備。

　　2.2 RFID服務(wù)及其體系結(jié)構(gòu)

　　本節(jié)主要論述用戶上下文感知功能(Coiltext Ware)自動處理，比如車庫門的控制、燈光控制、室內(nèi)溫度控制以及門禁系統(tǒng)等。

　　在 UIBS(Ubiquitous computing based IntelligentBuilding management Service)系統(tǒng)中，使用RFID技術(shù)來標(biāo)識用戶，如員工的ID卡上有一個RFID標(biāo)簽，圖2所示為基于RFID服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的上下文分類，其中基于功能和用戶定位進(jìn)行分類。

　　2.2.1 UIBS系統(tǒng)面向智能居家管理

　　主要包括以下內(nèi)容：

　　(1)RFID標(biāo)簽，RFID汽車標(biāo)簽，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽;獲取事件 用戶登錄事件，卡記錄事件等。感知事件 溫度事件，濕度事件，光照事件等。

　　(2)RFID中間件;

　　(3)傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件;

　　(4)RFID和傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全信息服務(wù)器(IS);

　　(5)基于RFID的IBS服務(wù)器。控制 加熱設(shè)備，空調(diào)等。

　　2.2.2 在IBS環(huán)境中RFID訪問

　　主要分以下幾類：人員識別，門禁系統(tǒng);燈光自動開關(guān);溫度監(jiān)測與控制;車體設(shè)備和控制。

　　3 系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

　　3.1 網(wǎng)絡(luò)配置

　　面向IBS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置基本框圖如圖3所示：

　　在該模型中，持有RFID標(biāo)簽卡的用戶通過RFID讀卡器(Reader)在door或者gate處生成一個Capturing事件，該事件數(shù)據(jù)通過中間件傳輸?shù)胶笈_信息服務(wù)器，信息服務(wù)器接著尋找匹配的上下文規(guī)則ID并選擇以一個"通知服務(wù)"(Notification Service)，需要指出的是，在保護(hù)環(huán)境下，UIBS系統(tǒng)的安全信息服務(wù)器發(fā)送接收時間和參數(shù)到RPS(RFID Privacy and security management Service)系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證。RPS系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)并對該ID進(jìn)行封裝，最后通過安全信息服務(wù)器IS發(fā)送一個確認(rèn)消息給IBS服務(wù)器。

　　為了保證信息安全，RFID訪問需要考慮這個問題，在此，隱私問題設(shè)計保存在IBS或者各種服務(wù)器中的信息外泄，如個人資料等。RPS確認(rèn)一個用戶的隱私權(quán)限和隱私策略。不管何時，在IBS服務(wù)器或者安全信息服務(wù)器接收的查詢事件都會被傳輸?shù)絉PS，RPS服務(wù)器檢查查詢者的信息和并賦予該用戶的權(quán)限等級。

　　本系統(tǒng)只能夠?qū)τ谛畔⒎?wù)器和應(yīng)用服務(wù)器之間的隱私保證的措施主要在于使用ID和參數(shù)加密，訪問控制來防止位置跟蹤。

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　　IBS中對于安全功能和隱私機(jī)制的集成極大的提高了由于需求造成的信息安全性。

　　IBS服務(wù)器根據(jù)事件對室內(nèi)的機(jī)器和設(shè)備自動控制。最典型的應(yīng)用是，在起居室中，門，停車場，空調(diào)，熱水器的自動控制。

　　3.2 上下文識別IS和中間件的設(shè)計

　　在此主要論述基于上下文感知系統(tǒng)的RFID系統(tǒng)的功能框圖，該系統(tǒng)通過抓取標(biāo)簽和提取用戶信息進(jìn)行安全可靠控制。

　　首先，系統(tǒng)中IS服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)是上下文驅(qū)動的本源，根據(jù)提前定義好的上下文事件關(guān)聯(lián)在一個連續(xù)拓?fù)錁渲兄付ǚ?wù)，如圖4所示，圖中IS服務(wù)器表示信息服務(wù)器，上下文處理點(diǎn)和事件數(shù)據(jù)上下文過濾器，由上下文規(guī)則在一個連續(xù)事件單元映射表示。連續(xù)監(jiān)視時，其可以執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。

　　處理結(jié)果收集到結(jié)果隊列，根據(jù)應(yīng)用米處理這些結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果通過返回方法被連接構(gòu)成一個合適的應(yīng)用系統(tǒng)。返回方法通常為Web Service，HttpGet，JMS，以及手機(jī)短消息SMS。當(dāng)應(yīng)用需要通過不同的路徑或者通過不同的控制網(wǎng)絡(luò)連接到IS服務(wù)器時需要這些發(fā)。一般Web服務(wù)器可以提供上下文感知服務(wù)和控制。 本方法的主要的優(yōu)勢在于：他是安全連接并且根據(jù)訪問管理提供隱私策略。尤其是，當(dāng)用WS安全和AS2綁定來保證服務(wù)器問的安全傳輸時，本方法具有很大的優(yōu)勢。RPS服務(wù)器和IS服務(wù)器連接用來為組或者個人私密保護(hù)策略。對于私密處理，RPS服務(wù)器收集及保存用戶的私密數(shù)據(jù)。保護(hù)規(guī)則和語言，如EPAL(Enterprise PriVacy Au-thorization Language)是被設(shè)計用來隱私策略管理。為了避免未授權(quán)人員可能請求或者接收到特定人員的跟蹤信息，在訪問控制中，需要一個詳細(xì)的訪問私密策略。隱私級別根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行定義。

　　上面所述的隱私管理系統(tǒng)采用以下的過程：

　　(1)基于用戶配置意思和訪問策略的信息管理表的配置;

　　(2)隱私控制信息防備，如果用戶要求一個人路徑信息或者位置信息，需要啟用隱私控制信息防備;

　　當(dāng)?shù)谌讲樵冃畔⒒蛘咣欅E時，指定的用戶期望知道如何獲得跟蹤信息數(shù)據(jù)庫信息。并決定是否提供。信息服務(wù)器存儲了由隱私策略提供的上下文結(jié)果數(shù)據(jù)和事件日志，信息服務(wù)器也可以將這些信息發(fā)送到IBS服務(wù)器。用戶也可在RPS中根據(jù)個人喜好重新配置隱私策略。從這點(diǎn)上講，通過下面幾種方法定義訪問控制特性：

　　RFID/SENSOR上下文結(jié)果數(shù)據(jù)的訪問控制;RFID/SENS()R數(shù)據(jù)源訪問控制;特定日志數(shù)據(jù)的訪問控制;操作模式(超級管理員/一般管理員/一般用戶)。

　　安全M/W服務(wù)器包括2部分：一個是無線傳感器禮物，另外一個是RFID中間件服務(wù)。

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　　3.3 IBS應(yīng)用服務(wù)器設(shè)計

　　本節(jié)主要論述IBS系統(tǒng)中的應(yīng)用服務(wù)器，對于自動控制服務(wù)，設(shè)計了IBS服務(wù)器，設(shè)備控制板以及控制軟件，其功能模塊圖如圖5所示：

　　系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下所示：

　　(1)提供安全辦公室/建筑物/園區(qū)管理系統(tǒng);

　　(2)降低了辦公室/建筑物維護(hù)能耗;

　　(3)通過應(yīng)用IBS系統(tǒng)中的上下文感知和識別技術(shù)支持高級自動工作條件。

　　4 結(jié) 語

　　本文通過采用上下文識別IBS系統(tǒng)主要論述了智能建筑管理服務(wù)。

　　采用RFlD標(biāo)簽ID卡和基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的光電系統(tǒng)設(shè)計了安全自動控制服務(wù)系統(tǒng)，并描述了采用RFID標(biāo)簽汽車的自動居家門禁系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。

　　提出了UIBS系統(tǒng)，提出了該系統(tǒng)的隱私保護(hù)策略，并在RPS中采用配置隱私喜好重新配置引入了一個隱私保護(hù)方案，通過這些方法，實(shí)現(xiàn)了個人私密信息的保護(hù)。

　　另外，還給出了uIBS系統(tǒng)是一個采用上下文感知RFID和傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能居家管理的有效解決方案。