RFID在測量船裝備管理中的應用研究

邱冬冬，金華松，于建成

（中國衛(wèi)星海上測控部 江蘇 江陰 214431）

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術是利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息實現(xiàn)對目標進行自動識別的一項技術。RFID的基本原理是利用電磁場的空間傳播理論，在讀寫器和電子標簽之間通過射頻通訊的方式實現(xiàn)無接觸的數(shù)據(jù)收發(fā)通信，從而能對物體進行唯一性標識。該技術以其高保密性和便攜易用性，已經(jīng)大量應用于物流和交通管理等領域，能實現(xiàn)對動態(tài)或靜態(tài)目標的識別和采集數(shù)據(jù)以及物品的跟蹤定位等功能[1-6]。

測量船的試驗裝備種類和數(shù)量繁多，管理起來比較復雜。雖然現(xiàn)在引入了質(zhì)量管理體系，但現(xiàn)在的裝備管理仍舊依靠老式的人工管理方法，信息化程度不高，裝備的申請、審批、借調(diào)、保養(yǎng)和維修等環(huán)節(jié)都是借助于人工處理的方式，這種方式的效率不高，在當前測量船測控任務密度大的情況下，裝備的管理容易出現(xiàn)差錯。

RFID技術可以自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)、建立電子標簽，安全性能好，能克服傳統(tǒng)裝備管理中的不足，有效地控制和降低管理成本，簡化業(yè)務工作流程，提高裝備管理的效率。測量船在出海執(zhí)行任務期間，裝備調(diào)用、維護頻繁，在試驗裝備的管理上存在一定的難度，RFID系統(tǒng)可以有效地提高測量船裝備管理的效率，具有很大的應用前景。

1 系統(tǒng)設計

1.1 RFID技術基本原理

雖然已經(jīng)產(chǎn)生了半個多世紀，但是受限于技術和成本，RFID技術直至上世紀90年代才迅速發(fā)展起來。目前，這項技術已經(jīng)將多種學科技術進行融合，逐漸發(fā)展成一個跨學科的專業(yè)技術領域，國內(nèi)外對RFID技術的研究主要集中在技術標準的制定、電子標簽成本的控制、技術的開發(fā)及應用等方面。

RFID系統(tǒng)一般由標簽、讀寫器和計算機等組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Structure schematic of RFID system

其中，讀寫器是用來實現(xiàn)對電子標簽的讀寫功能，是RFID系統(tǒng)的關鍵設備。按照頻率、使用場合和天線數(shù)量等分類標準，可對讀寫器進行不同的分類；射頻天線是發(fā)射和接受射頻信號的設備。發(fā)射時，將高頻電流信號轉(zhuǎn)換為電磁波信號，接收與發(fā)射過程正好相反。射頻天線負責將整個系統(tǒng)連接起來。根據(jù)系統(tǒng)的工作頻率不同，射頻天線分為近場感應線圈天線和遠場輻射天線；電子標簽一般由耦合元件和芯片組成，作用是接受讀寫器的激活操作，正確的發(fā)射和接收射頻載波信號，與讀寫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸交換功能。電子標簽在使用時一般需要附著在物體上。電子標簽存在有源標簽和無源標簽之分。

讀寫器的天線發(fā)射出與標簽相應的工作頻率的射頻信號，當標簽進入信號范圍時，標簽天線產(chǎn)生感應電流，標簽獲得能量后被激活，并向讀寫器發(fā)送出自身的標簽信息。讀寫器接到信號后對解調(diào)出標簽信息并送至計算機進行處理，計算機按需求對標簽發(fā)出相應的處理和控制指令，標簽的解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯完成數(shù)據(jù)存儲、發(fā)送或其它相關操作。

1.2 系統(tǒng)組成和功能

本文將RFID技術應用于裝備管理中，設計了一個RFID系統(tǒng)，該系統(tǒng)由讀寫器、裝備的倉儲門禁管理終端、報警裝置、服務器、裝備管理終端、RFID管理終端、用戶終端和便攜式RFID終端等部分組成。系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 應用RFID技術的裝備管理系統(tǒng)組成圖Fig. 2 Composition of an equipments management system applied RFID technology

當有裝備進入或調(diào)出倉儲室時，RFID管理終端通過讀寫器讀出標簽上記錄的裝備綜合信息，并將數(shù)據(jù)傳輸至服務器；裝備管理終端里面有裝備實力數(shù)據(jù)庫，并建立起了裝備與標簽的對應關系，還可通過服務器，經(jīng)RFID管理終端對設備的標簽進行編輯和更新等操作；便攜式RFID終端可隨時對裝備上的RFID標簽信息進行現(xiàn)場采集，并查看裝備信息；若有人員或裝備違規(guī)進出倉儲室時，聲光報警裝置將啟動，同時，倉儲入口處的讀寫器也會對裝備信息進行讀取，并在門禁管理終端上留下相應的記錄。

該RFID系統(tǒng)與現(xiàn)有的試驗裝備實力管理系統(tǒng)相關聯(lián)，即被管裝備上的電子標簽內(nèi)被設定了獨有的設備編碼，該編碼與裝備實力數(shù)據(jù)庫中的裝備一一對應。通過RFID讀寫器或便攜式RFID終端可讀取裝備上的編碼信息，并通過編碼顯示該裝備在裝備實力數(shù)據(jù)庫中的其他信息，比如裝備編號、名稱、型號、裝備負責人等信息，或是裝備維護維修記錄、借調(diào)記錄、參試記錄和準用狀態(tài)等信息。同時，當裝備有了狀態(tài)改變，也可以通過RFID讀寫器，在裝備實力數(shù)據(jù)庫中對其進行狀態(tài)更新。

當進行裝備檢查時，裝備管理機關到裝備使用單位，利用手持RFID終端檢查裝備的在位、配套以及使用情況和登記情況是否一致。在試驗前進行裝備狀態(tài)確認時，利用手持RFID終端檢查裝備準用證狀態(tài)和裝備測試的詳細記錄，檢查裝備能不能滿足試驗任務的要求。

當攜帶涉密裝備或其他重要裝備外出時，需經(jīng)過申請和審批，通過之后才可以順利通過門禁，不然便發(fā)出告警，并留下記錄。

1.3 安全機制研究

RFID系統(tǒng)工作的關鍵就是標簽與讀寫器之間的射頻通道，由于射頻的發(fā)射和接收的隱蔽性差，RFID系統(tǒng)容易遭受各種形式的攻擊和威脅。RFID系統(tǒng)的安全問題可以歸結(jié)為一點，就是非法的讀寫器對標簽進行讀寫操作，從而獲取到裝備的敏感信息，造成失泄密的發(fā)生，甚至是篡改裝備實力信息，或是通過竊取的標簽信息對標簽進行偽造，并利用偽造的標簽代替原有標簽，造成不可估量的損失。因而，加強對RFID安全機制的研究就顯得十分重要。

當前，保障RFID系統(tǒng)本身安全的方法主要有兩大類：物理安全機制（“Kill Tag”銷毀標簽，法拉第網(wǎng)罩和主動干擾），安全協(xié)議法等。

“Kill Tag”銷毀標簽法指的是從物理上銷毀RFID標簽的一種方法，一旦使用，標簽將永久作廢[7]。法拉第網(wǎng)罩法是在RFID標簽周圍加一個屏蔽罩，這樣以來，外部電磁信號不能進入屏蔽罩，里面的電磁波信號也無法穿透出去。此方法可以阻止外部設備掃描標簽，但是要增加一個物理設備，帶來不便的同時也大大增加了成本。主動干擾法是指的是用設備主動發(fā)射無線電信號以阻止或破壞附近設備的讀寫操作。該方法可能導致非法干擾，甚至可能阻斷附近其它無線通信系統(tǒng)。

安全協(xié)議法是在RFID得到廣泛應用之后提出來的一種解決信道數(shù)據(jù)的安全傳輸?shù)姆椒?，這種方法不需要使用額外的物理設備，操作使用方便高效，并且安全性高，是提高RFID系統(tǒng)安全性的一種較好的解決方案。其典型代表是Hash-Lock協(xié)議法。Hash-Lock協(xié)議的工作機制如下[8]：

鎖定標簽：對于唯一標志號為ID的標簽，首先讀寫器隨機產(chǎn)生該標簽的Key，計算metaID=Hash(Key)，將metaID發(fā)送給標簽；標簽將metaID存儲下來，進入鎖定狀態(tài)。讀寫器將(metaID,Key,ID)存儲到后臺數(shù)據(jù)庫中，并以metaID為索引。

解鎖標簽：讀寫器詢問標簽時，標簽回答metaID；讀寫器查詢后臺數(shù)據(jù)庫，找到對應的(metaID,Key,ID)記錄，然后將該Key值發(fā)送給標簽；標簽收到Key值后，計算Hash(Key)值，并與自身存儲的metaID 值比較，若Hash(Key)=metaID，標簽將其ID發(fā)送給讀寫器，這時標簽進入已解鎖狀態(tài)，并為附近的讀寫器開放所有的功能，否則，返回給讀寫器認證失敗信息。安全協(xié)議流程如圖3 所示。

1.4 應用領域

圖3 Hash-Lock安全協(xié)議工作流程Fig. 3 Workflow of Hash-Lock security protocol

RFID系統(tǒng)可以應用在裝備的倉儲管理中，這樣可以高效地管理倉儲裝備的流動信息，還可以監(jiān)視裝備的一切信息。當需要調(diào)用裝備時，裝備在某個時間段的位置、狀態(tài)和調(diào)用情況經(jīng)過裝備流經(jīng)地的讀寫器的操作，都可以在裝備實力數(shù)據(jù)庫中得到體現(xiàn)。這樣監(jiān)控中心可以了解到裝備的各種實時信息。

當需要維護或者進廠維修時，可以通過便攜式RFID終端對裝備進行更新標簽的操作，之后將裝備實力數(shù)據(jù)庫中的裝備數(shù)據(jù)進行實時更新，并可以生成報告，方便查閱裝備的維護、維修情況。

此外，在裝備的運輸過程中、追蹤監(jiān)控過程中，都可以引入RFID技術。通過在裝備管理中引入RFID技術，可以簡化業(yè)務工作流程、改善清查裝備的質(zhì)量、降低運作成本。

2 結(jié)束語

本文介紹了RFID技術的原理，設計了一套應用于裝備管理的RFID系統(tǒng)，并闡述了其運行機制。最后介紹了RFID技術的安全機制和應用領域。RFID技術為裝備管理和保障模式帶來變革，與任何一項新技術的產(chǎn)生和應用一樣，這需要我們擴寬思路、開拓視野，時刻關注應用發(fā)展的進展及研究方向，將RFID的推廣應用真正落到實處，提高裝備管理水平和效率、降低保障成本，不斷增強測量船執(zhí)行海上測控任務的能力。

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