RFID與WLAN的組合應用研究

1 相關(guān)文獻探討
1．1 無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)
RFID主要由讀取器發(fā)出無(wú)線(xiàn)電波，可在特定的感應范圍內感應到RFID標簽，不需要實(shí)體接觸即可讀取或寫(xiě)入卷標數據。RFID標簽通常貼附于物品上，讀取器感應此標簽，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)化應用。圖1是RFID系統運作示意圖。目前RFID標簽因所采用的頻段與感應技術(shù)不同，有多個(gè)標準。其中頻率13．56 MHz以下的RFID通常采用電磁感應方式，標簽天線(xiàn)在接收到讀寫(xiě)器所發(fā)出射頻信號時(shí)，將信號轉換為啟動(dòng)IC芯片的電力，同時(shí)從信號中讀取指令，標簽同樣以無(wú)線(xiàn)電波回傳數據至讀寫(xiě)器。

RFID標準主要由兩大標準組織EPC與ISO負責制訂。依照ISO標準，RFID依所使用的調頻可分為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，感應距離相對增加，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)式卷標與被動(dòng)式卷標兩大類(lèi)。本文采用符合ISO 14443A標準的RFID設備，并支持MIFARE免接觸式與雙接口智能卡的業(yè)界標準。
1．2 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)
近年來(lái)符合IEEE 802．11標準的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標準的PDA、筆記本電腦也漸趨普遍，基本上WLAN所提供的帶寬已能滿(mǎn)足大部份網(wǎng)絡(luò )應用的需求。由于WLAN網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)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為基礎的相關(guān)網(wǎng)絡(luò )應用也應運而生。
IEEE 802．11 WLAN提供兩種運作模式：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)設備藉由AP達到通信或接入有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的目的，圖2為Infrastructure模式WLAN運作示意圖。

在室外空曠沒(méi)有障礙物的環(huán)境，一個(gè)標準的IEEE802．11 AP信號涵蓋范圍大約可達100 m，室內環(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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，可與其他連接同一有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的AP構成一個(gè)分布式系統(Distrmution Syslcln，DS)，并可以使用此種方式結合多個(gè)BSS與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，組成延伸服務(wù)集(Extended Service Set，ESS)。ESS是為了擴展無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)范圍，藉由此種設置方式，使用者可以在不同無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )基站的通信范圍間漫游(roaming)，但網(wǎng)絡(luò )聯(lián)機不中斷，適合大范圍應用。本文以Infrastructure模式的802．11b WLAN、多個(gè)AP與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )形成的ESS為基礎，建立結合RFID與WLAN的應用系統。
1．3 數字導覽系統
數字導覽意指將導覽內容通過(guò)數字設備輸出聲音、文字、圖片、影片等給用戶(hù)，讓用戶(hù)對導覽內容能夠有大概的認識，并能夠與系統有良好的互動(dòng)。透過(guò)這些互動(dòng)，讓使用者在導覽時(shí)得到更多的樂(lè )趣。目前大多數的導覽系統為單機模式，所有的導覽內容預先存于導覽裝置中，由用戶(hù)自行選擇導覽內容，在使用上并不方便。近年來(lái)由于計算機與移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步，智能型的數字導覽技術(shù)被提出，本文也是著(zhù)眼于此，探討如何應用RFID與WLAN技術(shù)提供更佳數字導覽方式。目前新的導覽系統多采用PDA作為用戶(hù)的移動(dòng)導覽設備，并可配合RFID或WLAN技術(shù)，提供智能型的導覽功能。以下探討兩個(gè)導覽系統個(gè)案。
(1) Tempies of Tibet
Temples of Tibet主要設計供游人參觀(guān)西藏廟宇時(shí)所使用的單機導覽系統，導覽設備使用PDA，所有導覽內容預先儲存于PDA。最大的特色是導覽內容完全以Flash方式在移動(dòng)裝置中呈現，使用接口容易操作，介紹也相當完整。不過(guò)由于其內容的豐富性，檔案大小約有19．4MB，對于只有64MB容量的PDA而言，占了將近三分之一的容量，因此單機導覽系統畢竟在功能上還是有很大的限制。
(2)西南石油大學(xué)校史館數字導覽系統
用戶(hù)利用已裝上RFID讀取器與耳機的PDA，讀取黏貼于展覽品展覽柜上的RFID，PDA會(huì )由WLAN從服務(wù)器傳回相對應的導覽圖文及語(yǔ)音內容，因而可以依據使用者面前的展覽品進(jìn)行導覽。該系統也將RFID應用在導覽設備的租借管理上，服務(wù)人員在處理租借、歸還時(shí)僅需將導覽設備與管理系統中RFID傳感器互相感應即完成作業(yè)。此導覽系統已大致呈現了RFID與WLAN在展覽品解說(shuō)服務(wù)上的優(yōu)勢。事實(shí)上，結合RFID與WLAN的可能應用還有許多，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(xiàn)RFID標簽讀取器，可依RFID讀取器與RFID標簽的使用對象不同，分為兩種應用模式。第一種應用模式是用戶(hù)持有RFID讀取器，而RFID標簽則貼附于應用對象上；另一種應用模式則是用戶(hù)持有RFID標簽，用戶(hù)移動(dòng)靠近RFID讀取器。在校史館的應用上，第一種使用模式便是數字導覽系統的應用。不僅如此，第一種應用模式也可應用于用戶(hù)的定位服務(wù)或其他個(gè)性化服務(wù)，而若加上PDA本身的計算與通信能力，各式情境感知以及需要大量運算的應用均符合此應用模式。導覽系統利用RFID短距離非接觸式感應的特性，讓游客使用PDA感應展覽品標簽，并藉由WLAN至從網(wǎng)絡(luò )取得展覽信息進(jìn)行導覽。除此之外，由于所采用的PDA具有藍牙(Bluetooth)通信能力，將在導覽系統的語(yǔ)音導覽功能上利用藍牙耳機，充分發(fā)揮無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)給數字導覽帶來(lái)的便利性。RFID結合WLAN的第二種應用模式是用戶(hù)持有RFID標簽。在校史館票務(wù)系統上，利用RFID標簽的數據存儲能力，記錄不同參觀(guān)者的購票內容。該票務(wù)系統利用RFID讀取器讀取參觀(guān)者的RFID標簽內容，提供多樣化的票務(wù)應用，例如依年齡、身份、參觀(guān)內容、場(chǎng)次，記錄不同的信息于RFID標簽中，達到利用RFID技術(shù)達到身分驗證與訪(fǎng)問(wèn)控制目的。
基于以上研究構想，首先虛擬一個(gè)能展現RFID結合WLAN特性的小型校史館空間，然后為此虛擬校史館規劃、開(kāi)發(fā)導覽及票務(wù)系統。
2．1 導覽系統
在每個(gè)欲提供導覽服務(wù)的展覽對象附近放置RFID標簽，并建立WLAN基站，使WLAN基站信號能涵蓋參觀(guān)者所有可能的活動(dòng)范圍。WLAN基站連至有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架有一臺Web服務(wù)器作為導覽網(wǎng)站，所有的導覽內容將被制成網(wǎng)頁(yè)放于此網(wǎng)站，每個(gè)導覽項目對應一個(gè)唯一的網(wǎng)址。另外必須記錄所有RFID標簽的標識符與展覽對象對應，利用此對應數據，網(wǎng)站中網(wǎng)頁(yè)轉向(redi―rect)程序可依據由導覽PDA所傳來(lái)的RFID標簽標識符提供正確的導覽內容。圖3顯示所規劃的導覽系統示意圖，其本過(guò)程是：a．RFID讀取器讀取標簽ID；b．PDA經(jīng)由WLA至Web服務(wù)器讀取導覽內容；c．PDA顯示導覽內容；d．利用藍牙技術(shù)將導覽聲音解說(shuō)傳輸至藍牙耳機。

2．2 票務(wù)系統
RFID在票務(wù)系統的應用，有別于導覽系統。用戶(hù)持有RFID標簽取代傳統門(mén)票，而RFID讀取器則用來(lái)驗證門(mén)票。因此，票務(wù)系統設計重點(diǎn)在于如何利用RFID標簽作為校史館的門(mén)票以及如何有效驗證門(mén)票合法性。通常校史館的門(mén)票可依據參觀(guān)者身份、年齡或依參觀(guān)項目或場(chǎng)次提供不同票價(jià)門(mén)票，使用RFID標簽取代傳統的門(mén)票也應能夠提供相同的功能。一般RFID標簽都有一個(gè)獨一無(wú)二且不能被拷貝、篡改的ID標識符，可以辨別合法的RFID標識符以達到基本的門(mén)票驗證功能。有兩種記錄RFID門(mén)票方式：記錄于票務(wù)系統服務(wù)器數據庫，儲存于RFID卷標本身的內存。圖4顯示第一種記錄售票內容方式的票務(wù)系統示意圖，基本過(guò)程是：a．參觀(guān)者購票，RFID讀取器讀取RFID標簽ID；b．售票系統存儲售票內容至票務(wù)管理系統；c．參觀(guān)者持RFID門(mén)票參觀(guān)，館務(wù)人員持RFID讀取器讀取RFID標簽ID；d．PDA利用WLAN至票務(wù)管理系統讀取門(mén)票內容。