RFID 技術(shù)在世博會(huì )的應用設想

上海世博會(huì )將于2010 年5 月1 日開(kāi)幕， 為期184 天，預測參觀(guān)總人次超過(guò)7000 萬(wàn)，吸引200 個(gè)國家和國際組織參展。“城市，讓生活更美好”，世博會(huì )門(mén)票系統也會(huì )使RFID 的發(fā)展更美好。

1 RFID 基本原理

　　RFID（射頻識別，也稱(chēng)電子標簽）是一項利用射頻信號通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞， 通過(guò)所傳遞的信息實(shí)現對目標進(jìn)行識別的技術(shù)。它的作用距離為10 cm～10 m（依據不同的頻率），識別工作無(wú)須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術(shù)也可以識別高速運動(dòng)物體，并可同時(shí)識別多個(gè)標簽，操作快捷方便。

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

　　基本的RFID 系統由射頻標簽、閱讀器和天線(xiàn)三部分組成。射頻標簽由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標簽具有唯一的電子編碼（EPC），附著(zhù)在物體上，標識目標對象。閱讀器是讀?。ㄓ袝r(shí)也可寫(xiě)入）標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。天線(xiàn)在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。

　　RFID 技術(shù)的基本工作原理： 標簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號， 憑借感應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(wú)源標簽或被動(dòng)標簽），或主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號（有源標簽或主動(dòng)標簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進(jìn)行有關(guān)數據處理。

　　同為自動(dòng)識別技術(shù)中的一種數據采集技術(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)都可應用于商品標識這一共同領(lǐng)域， 但RFID具有多目標識別和自動(dòng)目標識別能力， 還具有識別距離更遠和抗灰塵、抗煙霧、存儲量大等特點(diǎn)。RFID具備的功能：a）可同時(shí)讀取多個(gè)RFID 標簽資料。b）RFID 標簽無(wú)需光源就可以讀取或更新。c）存儲資料的容量大。d）電子資料可以反復被讀寫(xiě)。e）智慧型標簽可以很薄，如隱藏在包裝器皿內仍可讀取資料。f）RFID 標簽可傳遞資料作為貨品追蹤與保全。g）RFID 標簽在嚴酷、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 系統有低頻、高頻、超高頻和微波四種工作頻段（見(jiàn)表1）。根據這四種頻段電磁波的特性，它們的應用領(lǐng)域也有所不同。低頻RFID 由于波長(cháng)較長(cháng)，具有較強的穿透性，可以穿透水和皮膚等介質(zhì)，可用于動(dòng)物標識。高頻RFID 受到通信距離的限制，多用于公交卡、身份證、門(mén)禁等領(lǐng)域。而超高頻RFID則廣泛應用于物流行業(yè)。

2 世博會(huì )應用RFID 技術(shù)的需求

　　近年來(lái)，在上海舉行的會(huì )展數量以每年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 )展中應用已經(jīng)得到驗證，2005年愛(ài)知世博會(huì )的門(mén)票系統就采用了RFID 技術(shù)，做到了大批參觀(guān)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(mén)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 年的北京奧運會(huì )上，RFID 技術(shù)已得到了廣泛應用。

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

　　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。參觀(guān)者憑借嵌入RFID 標簽的門(mén)票入場(chǎng)，并且隨身攜帶。每個(gè)展臺附近都部署有RFID 讀取器， 這樣對參展者來(lái)說(shuō)，參觀(guān)者在展會(huì )中走過(guò)哪些地方，在哪里駐足時(shí)間較長(cháng)，參觀(guān)者的基本信息是什么等就了然于胸了，當參觀(guān)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(xún)終端， 參觀(guān)者可以通過(guò)終端知道自己當前的位置及所在展區的信息， 還能通過(guò)查詢(xún)終端追蹤到走失的同伴信息。

3 系統關(guān)鍵技術(shù)

　　在世博會(huì )門(mén)票中植入RFID 標簽，運用RFID 技術(shù)，使整套系統發(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)

　　在非接觸電子標簽的使用過(guò)程中， 經(jīng)常會(huì )出現一個(gè)讀寫(xiě)器必須同時(shí)處理多個(gè)標簽的情況， 即有多個(gè)標簽在讀寫(xiě)器的感應范圍之內， 它們將幾乎同時(shí)響應讀寫(xiě)器的指令而發(fā)送信號， 這樣就會(huì )產(chǎn)生信道爭用的問(wèn)題，多個(gè)標簽發(fā)送數據之間將產(chǎn)生干擾。讀寫(xiě)器不能正確接收數據，也就無(wú)法正確識別標簽，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(mén)票尤其要有效解決這個(gè)問(wèn)題，保證參觀(guān)者輕松入場(chǎng)。

　　2）安全加密技術(shù)

　　數據的安全包括數據存儲的安全以及數據傳輸過(guò)程中的安全等。世博會(huì )系統應保證信息存儲的安全性。同時(shí)，信息要使用特定的密碼算法技術(shù)，確保數據在傳輸過(guò)程中的安全性， 外界無(wú)法對數據進(jìn)行篡改或竊取， 從而實(shí)現了RFID 門(mén)票的防偽造和防變造。

　　3）多角度信息處理能力

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

4 世博會(huì )RFID 系統的實(shí)現

　　4.1 硬件設計

　　世博會(huì )是一個(gè)大型的國際性盛會(huì )。保證系統的有效性和靈活性十分重要， 系統的穩定性則更加重要，對于關(guān)鍵應用所處的服務(wù)器需要雙機備份。具體結構圖如1 所示。

硬件系統整體部署：

　　1）展館和迎賓顯示

　　在世博園區和展館入口部署RFID 讀寫(xiě)器，參觀(guān)者在進(jìn)入園區時(shí)，其用戶(hù)信息就被讀取進(jìn)入系統。如果后臺系統分析出入場(chǎng)者是VIP， 則在顯示屏上用該VIP 對應國家的語(yǔ)言顯示“歡迎***”的字樣。

　　2）展臺簽到信息采集

　　在各個(gè)展臺設置手持RFID 讀寫(xiě)器， 當參觀(guān)者參觀(guān)時(shí)，其用戶(hù)信息被讀取并傳到后臺系統。系統會(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(xún)終端

　　在世博會(huì )園區的各個(gè)休息點(diǎn)安置自助查詢(xún)終端，安置RFID 讀寫(xiě)器。參觀(guān)者在進(jìn)行查詢(xún)時(shí)，系統根據用戶(hù)信息調出其參觀(guān)路徑， 后臺系統為其設計最佳路線(xiàn)，并在自助終端中顯示。

　　4）后臺數據中心和信息管理系統

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

　　4.2 軟件設計

　　世博RFID 系統軟件結構如圖2 所示。

世博會(huì )場(chǎng)館眾多， 為了使各個(gè)讀寫(xiě)設備工作正常，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)設備按照預定的方式工作，另一方面需要按照一定的規則過(guò)濾數據， 篩除絕大部分冗余數據， 將真正有效的數據傳送給后臺信息系統。

　　本系統的中間件基本功能包括：a）采集數據。采用即插即用的架構和可擴展的驅動(dòng)框架， 可以使各種RFID 設備方便地與系統連接。同時(shí)能對設備狀態(tài)進(jìn)行檢測。

　　b）過(guò)濾數據。負責過(guò)濾一些不需要的數據，并且支持對一個(gè)設備或多個(gè)設備實(shí)施過(guò)濾策略。

　　c）分發(fā)數據。允許用多種方式（包括Webservices、HTTP、事件流等）與后臺應用系統進(jìn)行通信，從而將讀卡器獲得的數據進(jìn)行準確分發(fā)。

　　RFID 讀取設備讀取了電子標簽的信息后，將原始數據傳送至RFID 中間件； 中間件對接收到的數據進(jìn)行處理后生成XML 文件，由專(zhuān)門(mén)的XML 轉換進(jìn)程將數據寫(xiě)入本系統的數據庫服務(wù)器中，供Web服務(wù)器進(jìn)行調用處理；用戶(hù)通過(guò)客戶(hù)端軟件與Web服務(wù)器交互，進(jìn)行相應操作。

　　4.3 功能模塊

　　根據世博會(huì )對RFID 自動(dòng)識別系統的應用需求以及RFID 技術(shù)本身的特性， 我們設想的系統功能模塊包括信息采集模塊、信息處理模塊、系統管理模塊、統計報表模塊和接口模塊（見(jiàn)圖3）。

信息采集模塊實(shí)現對RFID 標簽數據的采集

　　系統通過(guò)對采集的數據進(jìn)行處理， 分析參觀(guān)者的行為， 并提供場(chǎng)館和活動(dòng)信息查詢(xún)以及志愿者導航等功能。系統管理模塊提供對數據進(jìn)行維護的功能，包括角色管理、標簽管理、系統管理等功能。接口模塊提供各類(lèi)接口的接入方式，如Webservice、HTTP 重定向、socket 及數據庫遠程連接等。統計報表模塊提供種類(lèi)多樣、內容豐富的報表，及時(shí)為主辦者、參展者提供參觀(guān)者的各項信息和統計數據， 為工作人員決策提供依據。

5 結束語(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(mén)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。當然也要處理好RFID 的關(guān)鍵技術(shù)，以保證整套系統的有序和穩定工作。

　　預祝2010 年世博會(huì )圓滿(mǎn)成功！