基于RFID和ZigBee技術(shù)的檔案庫房管理

周一茗

（蘇州大學(xué) 蘇州 215000）

蘭臺(tái)論壇

基于RFID和ZigBee技術(shù)的檔案庫房管理

周一茗

（蘇州大學(xué) 蘇州 215000）

近年來發(fā)展起來的RFID和ZigBee技術(shù)為檔案庫房管理的智能化和高效化提供了解決方案。本文在對(duì)RFID和ZigBee技術(shù)進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，提出將兩者結(jié)合運(yùn)用到檔案庫房管理上的設(shè)想，設(shè)計(jì)了基于ZigBee技術(shù)的RFID系統(tǒng)模型，并對(duì)其工作原理和在檔案庫房管理中應(yīng)用進(jìn)行了論述，以能夠發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)其不足。

RFID ZigBee 檔案庫房管理 智能化

隨著檔案數(shù)量和類型的增多，檔案庫房管理日趨復(fù)雜。僅憑個(gè)人記憶或查詢相關(guān)記錄來提取檔案實(shí)體，難以快速定位檔案所在位置，對(duì)管理者業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)庫房的熟悉度要求也很高。而且，傳統(tǒng)方法不易跟蹤檔案進(jìn)出庫情況，主管領(lǐng)導(dǎo)或相關(guān)人員也無法實(shí)時(shí)掌控檔案庫房布局、檔案流轉(zhuǎn)和保管環(huán)境等狀況，不利于對(duì)檔案庫房管理工作進(jìn)行監(jiān)督檢查。而近年來發(fā)展起來的RFID和ZigBee技術(shù)，為檔案庫房管理的智能化和高效化提供了解決方案。本文探討這兩種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于檔案庫房管理的優(yōu)勢(shì)和可行性。

一、RFID、ZigBee技術(shù)及其互補(bǔ)性

RFID（Radio Frequency Identification）是一種通信技術(shù)，又稱無線射頻識(shí)別技術(shù)，它通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需在識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，也無需人工干預(yù)。RFID技術(shù)目前在交通運(yùn)輸、物流管理、倉儲(chǔ)管理、圖書館等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

RFID系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要三個(gè)器件：電子標(biāo)簽、RFID閱讀器和天線。電子標(biāo)簽分為需要電池供能的有源RFID標(biāo)簽和無需電池的無源RFID標(biāo)簽。有源RFID讀寫距離較遠(yuǎn)；無源RFID依靠其在磁場(chǎng)中接收射頻信號(hào)產(chǎn)生的感應(yīng)電流進(jìn)行工作，無法主動(dòng)發(fā)送通信信號(hào)，成本較低，讀寫距離一般小于十米。RFID閱讀器能夠?qū)⒁欢ǜ袷降臄?shù)據(jù)寫入電子標(biāo)簽，并能無接觸地讀取和識(shí)別標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)。天線的作用是調(diào)制信號(hào)和建立穩(wěn)定磁場(chǎng)。RFID系統(tǒng)使用的頻率有低頻、高頻、超高頻和微波四種，分別適用于不同的應(yīng)用環(huán)境。

RFID技術(shù)的上述特點(diǎn)使得其特別適用于檔案庫房的實(shí)體管理。檔案實(shí)體管理的核心要求是能夠準(zhǔn)確定位每卷檔案的所在位置；實(shí)時(shí)跟蹤檔案排架和出入庫情況。讀寫器可以將某種格式的數(shù)據(jù)信息寫入電子標(biāo)簽，使用時(shí)讀寫器受到控制后發(fā)出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)載有電子標(biāo)簽的檔案位于磁場(chǎng)中，接收到讀寫器發(fā)出的射頻信號(hào)后，可以產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，再將所存儲(chǔ)的相應(yīng)信息發(fā)送出去，讀寫器在收到電子標(biāo)簽發(fā)出的信息后進(jìn)行解碼并傳輸給計(jì)算機(jī)。

事實(shí)上，RFID技術(shù)在我國檔案界已經(jīng)有應(yīng)用實(shí)例，例如江蘇省太倉市檔案館、蘇州工業(yè)園區(qū)檔案管理中心均在庫房管理中引入了RFID技術(shù)。但這種技術(shù)也有缺點(diǎn)：設(shè)備成本比較高，工作范圍比較局限。而近年來發(fā)展起來的ZigBee技術(shù)，能夠很好地補(bǔ)償RFID的不足。

ZigBee技術(shù)是一種復(fù)雜度低、近距離、低成本、低數(shù)據(jù)速率的雙向無線通信技術(shù)。支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，一般的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中最多可以容納255個(gè)節(jié)點(diǎn)。這樣的特性使得這種技術(shù)非常適合大范圍的使用。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的所有數(shù)據(jù)包發(fā)送后，接收方都會(huì)返回確認(rèn)信息，發(fā)送方在收到確認(rèn)信息后，會(huì)再向接收方發(fā)送一條確認(rèn)信息。若發(fā)送方一定時(shí)間內(nèi)未收到確認(rèn)信息，表示數(shù)據(jù)傳送過程中可能發(fā)生碰撞，發(fā)送方會(huì)預(yù)留專用時(shí)間并進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳，以避免再次發(fā)生碰撞，因此ZigBee技術(shù)具有很高的可靠度。由于ZigBee的低數(shù)據(jù)速率，它的工作時(shí)間以及信號(hào)收發(fā)時(shí)間都非常短，非常省電，不工作時(shí)自動(dòng)處于休眠模式，基本不耗電，所以ZigBee技術(shù)的功耗也很低。另外，ZigBee技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸中還能夠提供很高的安全性和非常快的通訊速度。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)協(xié)議，從下而上由物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和安全服務(wù)提供層構(gòu)成。其中，物理層和MAC層由IEEE負(fù)責(zé)，上三層由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。ZigBee支持三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：只使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、互聯(lián)型的樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及覆蓋范圍最廣可以容納上萬個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

因此，若將RFID技術(shù)和ZigBee技術(shù)兩者結(jié)合，可以更容易地構(gòu)建出低成本、低功耗、大范圍的無線網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用到檔案庫房管理的各個(gè)方面。

二、基于RFID、Zigbee技術(shù)的智能化檔案庫房管理系統(tǒng)模型

基于ZigBee技術(shù)的RFID系統(tǒng)模型

如上圖所示，系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、讀寫器、RFID標(biāo)簽構(gòu)成。標(biāo)簽上寫有檔案編號(hào)、內(nèi)容、位置等相關(guān)信息，使用有源RFID標(biāo)簽時(shí)還可以集成溫濕度等相關(guān)傳感器，有源RFID標(biāo)簽可以將實(shí)時(shí)探測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)主動(dòng)通過天線發(fā)送給讀寫器。計(jì)算機(jī)也可以發(fā)出信號(hào)，如查詢檔案、查詢某個(gè)位置的環(huán)境信息等。讀寫器通過網(wǎng)絡(luò)接收到計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號(hào)，調(diào)制讀寫器為射頻識(shí)別狀態(tài)，待接收到標(biāo)簽返回的信息后，再將接收到的信息返回給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼加工，最終顯示出來。使用ZigBee芯片的讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)采用完全確認(rèn)的模式，每次發(fā)送的數(shù)據(jù)都需要等待接收方的確認(rèn)信息以確?？煽啃?。讀寫器上的ZigBee芯片在收到確認(rèn)信息后能夠進(jìn)入睡眠狀態(tài)，充分體現(xiàn)了ZigBee技術(shù)的低功耗性。讀寫器之間通過ZigBee協(xié)議連接，能夠減輕讀寫器的工作壓力，減少讀寫器的個(gè)數(shù)，增大讀寫器和標(biāo)簽之間的工作距離，擴(kuò)大整個(gè)工作網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積。

三、RFID、ZigBee應(yīng)用于檔案庫房管理具體建議

綜合考慮檔案庫房管理的各種需求，建議采用不同的RFID標(biāo)簽。庫房?jī)?nèi)存儲(chǔ)的檔案，只需在工作人員進(jìn)行查詢、接收到信號(hào)后才發(fā)出反饋，因此可以使用無源RFID標(biāo)簽。檔案庫房管理人員需要進(jìn)行分級(jí)標(biāo)注，首先對(duì)電動(dòng)密集架進(jìn)行標(biāo)注，每個(gè)標(biāo)簽都需要標(biāo)明該密集架所存放的檔案盒編號(hào)等相關(guān)內(nèi)容。再對(duì)檔案盒進(jìn)行標(biāo)注，每個(gè)標(biāo)簽需要注明檔案盒內(nèi)存放檔案的數(shù)量、內(nèi)容、來源以及標(biāo)簽特征信息等。檔案入庫時(shí)，庫房管理人員將檔案的相關(guān)信息著錄到系統(tǒng)中，每份實(shí)體檔案都生成一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的唯一的電子標(biāo)簽以及應(yīng)該存放的具體位置，將標(biāo)簽貼在檔案上，并將生成的相關(guān)信息都傳送到數(shù)據(jù)庫中，檔案放到指定的位置。當(dāng)需要查閱調(diào)用檔案時(shí)，檔案管理人員通過在系統(tǒng)中查詢檔案相關(guān)信息，讀寫器受控發(fā)出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)載有電子標(biāo)簽的檔案位于磁場(chǎng)中，接收到射頻信號(hào)后，可以產(chǎn)生感應(yīng)電流獲得能量，即以反向散射的方式將所存儲(chǔ)的相應(yīng)信息發(fā)送出去，讀寫器在收到電子標(biāo)簽發(fā)出的信息后進(jìn)行解碼并傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)能夠反饋出自動(dòng)定位的檔案存放位置。

而庫房的環(huán)境監(jiān)測(cè)需要實(shí)時(shí)向服務(wù)器主動(dòng)發(fā)送信號(hào)，因此使用有源RFID標(biāo)簽。檔案庫房管理人員利用讀寫器在標(biāo)簽內(nèi)寫入庫房位置等自身相關(guān)信息，并集成相應(yīng)的溫度、濕度等傳感器，分布到庫房各處，時(shí)刻對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)將所采集到的數(shù)據(jù)和本身載有的信息一起傳輸?shù)阶x寫器，再經(jīng)由讀寫器傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。讀寫器之間能夠通過ZigBee協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)，構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)通過多跳的方式進(jìn)行傳輸，并最終傳送到計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展了能達(dá)到的有效工作范圍。

總之，在檔案庫房管理中，將RFID技術(shù)和ZigBee技術(shù)相結(jié)合，能夠發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)彼此的缺點(diǎn)。這樣的系統(tǒng)使用壽命長(zhǎng)，穿透力好，抗污染能力好，對(duì)操作環(huán)境要求低，能夠在各種環(huán)境下自由工作，支持只讀和讀寫兩種工作模式，標(biāo)簽可以重復(fù)利用、更新，防盜防侵入性能好，讀寫器與標(biāo)簽之間的工作距離遠(yuǎn)，成本低，功耗低，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?，可以避免傳統(tǒng)庫房工作人員手動(dòng)整理查找導(dǎo)致的錯(cuò)誤，降低對(duì)檔案庫房環(huán)境監(jiān)測(cè)的難度，有效提高檔案庫房管理的效率。

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Archives Repository Management Based on RFID and Zigbee Technique

Zhou Yiming
(Soochow University,Suzhou 215000,China)

The RFID and Zigbee techniques developed in recent years provide solutions to the intelligence and efficiency of archives repository management.Based on the introduction of RFID and Zigbee technique,the article puts forward the conception of jointly applying the two techniques to archives repository management,designs the RFID model based on Zigbee technique and clarifies its operating principle and application in archives repository management,to give full play to their respective advantages and make up for their shortcomings.

RFID;Zigbee;archives repository management;intelligence

10.16565/j.cnki.1006-7744.2017.09.03

周一茗，蘇州大學(xué)社會(huì)學(xué)院2014級(jí)檔案學(xué)專業(yè)碩士研究生。

G271

A

2017-03-26