現(xiàn)代圖書館的信息處理進(jìn)程研究

周克娟

[摘 要]射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification， RFID）設(shè)備作為歷史上最為普及的計(jì)算技術(shù)之一，以其具有成批存取、存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)的能力，支持再編輯等優(yōu)勢(shì)而優(yōu)于傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)。RFID技術(shù)的應(yīng)用有利于提高操作的精度和效率，因此成為圖書資料流通、跟蹤、盤點(diǎn)和安全管理的新方法。本文系統(tǒng)回顧了現(xiàn)有RFID技術(shù)的原理及其在圖書館系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析其歷史沿革與關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)現(xiàn)圖書資料與檔案管理中的作用，并對(duì)其發(fā)展前景做出展望。

[關(guān)鍵詞]射頻識(shí)別；圖書館；信息處

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.08.084

[中圖分類號(hào)]G259.22 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2018）08-0-03

0 引 言

由于條形碼價(jià)格低廉，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Auto-IDsysytem）已廣泛應(yīng)用于日常生活的方方面面，然而條形碼具有有限的信息存儲(chǔ)容量，采用IC芯片（如可以存儲(chǔ)和識(shí)別信息的記憶卡或智能卡等）是解決該問(wèn)題的方案之一。這些種類的IC芯片必須接入電源且必須借助閱讀器才能傳輸數(shù)據(jù)，由此具有操作時(shí)間長(zhǎng)和設(shè)備觸點(diǎn)問(wèn)題等缺點(diǎn)。無(wú)觸點(diǎn)的IC卡技術(shù)能夠通過(guò)無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)卡片與閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳輸，能量也可由無(wú)線電波或卡片的內(nèi)置電池提供。由于能量和信息的傳輸都由無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)，所以這類無(wú)觸點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)又稱為射頻識(shí)別系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱RFID）。

RFID并非新技術(shù)，Harry Stockman在1948年發(fā)表了名為“Communication by Means of Reflected Power”的論文，討論了RFID技術(shù)的理論與實(shí)現(xiàn)，成為RFID技術(shù)的開端。其后，有學(xué)者分別研究了微波零差與無(wú)源應(yīng)答器的無(wú)線電傳輸系統(tǒng)。此后，RFID技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，在1980-1990年，RFID系統(tǒng)逐漸成熟并得以應(yīng)用（如在美國(guó)鐵路協(xié)會(huì)和集裝箱裝卸合作項(xiàng)目中的應(yīng)用）。RFID在很大程度上簡(jiǎn)化了商品運(yùn)輸過(guò)程中的識(shí)別與追蹤程序。因此RFID逐漸廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中，包括圖書館系統(tǒng)。

1 RFID系統(tǒng)概述

RFID系統(tǒng)大致可分為3部分：RFID標(biāo)簽、RFID閱讀器、接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)。如圖1所示。一般而言，標(biāo)簽由耦合元件（作用如天線）及電子芯片構(gòu)成。閱讀器則由一個(gè)射頻模塊（用于接收和發(fā)送信號(hào)）、一個(gè)控制模塊和一個(gè)耦合元件構(gòu)成，可通過(guò)一個(gè)輸入/輸出界面（如RS232或RS285）與應(yīng)用系統(tǒng)相連接，此外一個(gè)非常重要的功能是能量供應(yīng)。其中標(biāo)簽又分為被動(dòng)標(biāo)簽（或稱為無(wú)源標(biāo)簽）或主動(dòng)標(biāo)簽（或稱為有源標(biāo)簽）。被動(dòng)標(biāo)簽不含有能源，處理過(guò)程所需的所有能量來(lái)自閱讀器發(fā)出的無(wú)限電波，而主動(dòng)標(biāo)簽則內(nèi)置電池。表1給出了主動(dòng)標(biāo)簽與被動(dòng)標(biāo)簽各方面性能的對(duì)比，表2給出了不同類型的RFID標(biāo)簽在圖書館中的應(yīng)用示例及其典型供應(yīng)商。無(wú)線電波的性質(zhì)由其頻率決定，即電磁譜的頻率。RFID大致可分為3類：①30～300 Hz（低頻）；②3 M～30 MHz（高頻）；③300MHz～300 GHz（超高頻）。

除工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療頻段由國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線電通信部門確定外，政府嚴(yán)格管理無(wú)線電發(fā)射機(jī)的使用許可。因此，RFID覆蓋滿足工業(yè)和科學(xué)需求的頻譜，其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)見(jiàn)表3。其中低于135 kHz的RFID產(chǎn)品技術(shù)最為成熟；13.56 MHz頻段應(yīng)用較廣，此頻段的RFID產(chǎn)品常用于商品管理；2.45 GHz與UHF的RFID產(chǎn)品具有類似的特征，但UHF具有更長(zhǎng)的誘導(dǎo)距離。

正如記憶卡或智能卡的結(jié)構(gòu)取決于其記憶模式，RFID按此又可分為4大類。①只讀：即只能讀取數(shù)據(jù)，用于記錄對(duì)象的識(shí)別碼。②讀/寫：類似于記憶卡，可擦除和編輯。③內(nèi)置進(jìn)程芯片：類似于智能卡，包括操作系統(tǒng)和程序，安全程度高。④內(nèi)置傳感器：如壓力和溫度傳感器。

一套R(shí)FID系統(tǒng)具有多種頻、發(fā)射模式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不僅覆蓋了傳統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的所有功能，如記憶卡的記憶功能、智能卡的安全管理功能和條形碼的探測(cè)識(shí)別號(hào)碼的功能。RFID的進(jìn)程響應(yīng)速度優(yōu)于條形碼，并具有非接觸式的通訊功能。

2 RFID的信息處理方式

RFID的使用和條形碼類似。條形碼使信息粘貼和編碼于對(duì)象，利用具有紅外線的特殊掃描儀探測(cè)編碼信息，然后將這些信息從掃描儀傳送至電腦。RFID系統(tǒng)利用專門的閱讀器，通過(guò)射頻從標(biāo)簽讀取或傳送信息至標(biāo)簽。

一個(gè)比特是信息過(guò)程中的最小單位。最簡(jiǎn)單的RFID只具有一個(gè)單比特控制狀態(tài)，功能類似于電磁線（用于圖書館電磁防盜系統(tǒng)）。復(fù)雜的RFID則與智能卡無(wú)異，標(biāo)簽中的芯片可以存儲(chǔ)信息、進(jìn)行操作或與閱讀器交換信息。

被動(dòng)標(biāo)簽的不同能量產(chǎn)生模式頻率不同。RFID被動(dòng)標(biāo)簽采用不大于13.56 MHz的頻率，能量來(lái)源于交變磁場(chǎng)，類似于通過(guò)磁力進(jìn)行電磁能量交換，但RFID與此過(guò)程相反，是將磁力轉(zhuǎn)換為能量源。電流通過(guò)線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，再由標(biāo)簽的天線轉(zhuǎn)換為能量。在實(shí)際操作中，雖然存在干擾，但RFID系統(tǒng)具有多路存取。閱讀器響應(yīng)時(shí)，在閱讀器信號(hào)有效范圍內(nèi)可能存在不止一個(gè)標(biāo)簽。如果所有標(biāo)簽在接收到信號(hào)后均產(chǎn)生反應(yīng)，則會(huì)發(fā)生沖突。反沖突的通常方案有ALHO算法和二叉樹分割算法。

3 RFID系統(tǒng)在圖書館中的應(yīng)用

3.1 目前圖書館的RFID體系結(jié)構(gòu)

目前，圖書館利用書目數(shù)據(jù)庫(kù)追蹤書目的流通信息。每本書都分配了一個(gè)唯一的編號(hào)，通常稱為條形碼。作者、標(biāo)題和條形碼之間沒(méi)有固定的關(guān)系。在今天的圖書館RFID部署中，標(biāo)簽至少用條形碼編程。此外，一些供應(yīng)商建議在標(biāo)簽上放置額外的信息，如貨架位置、最后簽出日期、作者和標(biāo)題。圖書借閱手續(xù)可在流通柜臺(tái)或通過(guò)一個(gè)特殊的自助檢查機(jī)完成。在這兩種情況下，自助檢查機(jī)讀取RFID標(biāo)簽，并在書目數(shù)據(jù)庫(kù)中查找ID號(hào)和圖書之間的關(guān)聯(lián)，并將該書的狀態(tài)更改為借出。當(dāng)圖書被歸還時(shí)，標(biāo)簽再次被讀取，書目數(shù)據(jù)庫(kù)更新。RFID標(biāo)簽也起到安全裝置的作用。特殊的RFID出口傳感器通常放在圖書館的出口，就像今天大多數(shù)圖書館都有磁條防盜裝置的出口傳感器一樣。當(dāng)一個(gè)借閱者離開時(shí)，傳感器掃描那些沒(méi)有被檢查過(guò)的書。根據(jù)供應(yīng)商的不同，安全檢查至少有兩種方式。第一種方法，由VTL和Libramation等公司采用，此方法用標(biāo)簽存儲(chǔ)圖書狀態(tài)，一個(gè)特定的比特通常被稱為一個(gè)安全比特，表明了這本書是被借出還是歸還。需要注意的是，安全比特不一定影響標(biāo)簽是否可以被讀，必須在每次借出和歸還時(shí)正確設(shè)置安全比特，否則可能錯(cuò)誤地觸發(fā)警報(bào)。第二種方法，由Checkpoint公司使用，不將流通狀態(tài)存儲(chǔ)在標(biāo)簽上。相反，由RFID閱讀器通過(guò)書目數(shù)據(jù)庫(kù)查詢圖書的流通狀態(tài)，但由于查詢耗時(shí)會(huì)導(dǎo)致延遲問(wèn)題。同時(shí)，隱私問(wèn)題主要集中在書目數(shù)據(jù)庫(kù)和RFID閱讀器的響應(yīng)距離較短兩方面。如果不借助書目數(shù)據(jù)庫(kù)，則無(wú)法直接將條形碼映射到書名和作者，因此不會(huì)暴露借閱者的閱讀習(xí)慣。一些圖書館的RFID支持者認(rèn)為，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)的保密和RFID閱讀器的響應(yīng)距離限制，隱私暴露的風(fēng)險(xiǎn)很小。

3.2 RFID體系結(jié)構(gòu)的隱私保護(hù)技術(shù)

本文介紹兩個(gè)基于標(biāo)簽的提高隱私安全的方法，這兩個(gè)方法不需要單向函數(shù)、散列函數(shù)或其他需要多個(gè)密碼原語(yǔ)。

3.2.1 可重寫標(biāo)簽的隨機(jī)事務(wù)ID

此方法類似于匿名ID方法，并在圖書館領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在每次借出時(shí)，RFID閱讀器會(huì)選擇一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)R和讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)D，并將這對(duì)數(shù)據(jù)（R，D）存儲(chǔ)在后端數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后RFID閱讀器會(huì)把數(shù)據(jù)D從標(biāo)簽中刪除并將數(shù)據(jù)R寫入。因此，書籍在每次被借出時(shí)將擁有不同的標(biāo)識(shí)符。在書籍被歸還時(shí)，RFID閱讀器讀取R，查找相應(yīng)的D，并將D寫入標(biāo)簽。如果數(shù)據(jù)庫(kù)在書籍被歸還后安全地刪除了數(shù)據(jù)R，那么將有利于保護(hù)隱私。

3.2.2 基于持續(xù)狀態(tài)的密碼改進(jìn)

簡(jiǎn)單的密碼可能會(huì)被竊取。在圖書館應(yīng)用RFID的過(guò)程中，該問(wèn)題尤為突出，因?yàn)槌隹趥鞲衅鞅仨殥呙桦x開圖書館的每一本書。已有學(xué)者注意到，通過(guò)從標(biāo)簽到閱讀器的通道竊取密碼比從閱讀器到標(biāo)簽的通道更難，考慮到這一點(diǎn)，提出了用一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)議來(lái)保護(hù)RFID標(biāo)簽中的密碼。主要思想是標(biāo)簽發(fā)送一個(gè)隨機(jī)數(shù)給閱讀器，竊取者因?yàn)椴荒塬@取這個(gè)隨機(jī)數(shù)而僅憑閱讀器到標(biāo)簽的信息傳遞是不能破解密碼的。此協(xié)議需要一個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器，并且需要在同一進(jìn)程中保持不變，但僅用于防止讀寫器到標(biāo)簽鏈接上的被動(dòng)竊聽，不能攔截針對(duì)中間人攻擊或修改傳輸消息的攻擊。如果攻擊者不能獲取隨機(jī)數(shù)R，那么（假設(shè)標(biāo)簽隨機(jī)均勻地選擇隨機(jī)數(shù)）秘密S在理論上是安全的。此外，竊取者不能回復(fù)協(xié)議消息，因?yàn)闃?biāo)簽所需的隨機(jī)數(shù)每次都會(huì)改變。最后，由于隨機(jī)數(shù)R獨(dú)立于標(biāo)簽數(shù)據(jù)或序列號(hào)，所以不能用來(lái)區(qū)分不同的標(biāo)簽。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著科技的快速發(fā)展，各行業(yè)都面臨著日益繁重的信息處理任務(wù)?，F(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展使海量信息和復(fù)雜進(jìn)程的高效處理變成可能，從而在很大程度上不斷推進(jìn)著各行業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)代圖書館系統(tǒng)也從信息技術(shù)的高速發(fā)展中受益很多。圖書館雖然是單一的服務(wù)部門，卻涉及各個(gè)專業(yè)技術(shù)的支持，RFID技術(shù)便是一例。RFID技術(shù)提高了圖書館管理的效率，相比傳統(tǒng)技術(shù)也更能保障信息安全，使圖書館能夠更好地發(fā)揮社會(huì)功能，煥發(fā)出新的生機(jī)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在不遠(yuǎn)的未來(lái)，應(yīng)用于圖書館的信息處理技術(shù)，如RFID技術(shù)將會(huì)朝著更高集成度、更高自動(dòng)化、更高契合度的方向發(fā)展，為圖書館管理帶來(lái)新的技術(shù)革新。

主要參考文獻(xiàn)

[1]王詠，倪波.信息技術(shù)企業(yè)管理中ERP的應(yīng)用研究[J].情報(bào)學(xué)報(bào)，2000（3）.

[2]姚偉力，楊德禮.信息技術(shù)與管理變革[J].科研管理，1998（3）.

[3]吳淑敏.高校圖書館服務(wù)模式要向信息技術(shù)管理轉(zhuǎn)變[J].圖書館工作與研究，2002（4）.

[4]劉紹榮，杜也力，張麗娟.RFID在圖書館使用現(xiàn)狀分析[J].大學(xué)圖書館學(xué)報(bào)，2011（1）.

[5]蔡孟欣.RFID在圖書館應(yīng)用的可行性研究[J].大學(xué)圖書館學(xué)報(bào)，2006（4）.

[6]王穎.對(duì)RFID在圖書館應(yīng)用的思考[J].圖書館工作與研究，2009（2）.

[7]王永東.RFID在圖書館應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].圖書館論壇，2006（4）.

[8]陳嘉懿.智慧圖書館的構(gòu)建之道——淺談高校圖書館RFID技術(shù)應(yīng)用新思路[J].大學(xué)圖書館學(xué)報(bào)，2013（1）.

[9]楊明華，張莉華，董朝峰.圖書館在應(yīng)用RFID時(shí)必須面對(duì)的幾個(gè)問(wèn)題——汕頭大學(xué)圖書館RFID項(xiàng)目的實(shí)踐[J].圖書館論壇，2011（1）.

[10]景祥祜，蔡孟欣，戴淑兒，等.圖書館導(dǎo)入RFID的標(biāo)準(zhǔn)與互操作探討——以香港高校圖書館為例[J].大學(xué)圖書館學(xué)報(bào)，2009（6）.

[11]景祥祜，戴淑兒，蔡孟欣，等.香港城市大學(xué)圖書館服務(wù)轉(zhuǎn)型藍(lán)圖——從圖書館RFID項(xiàng)目開始[J].中國(guó)圖書館學(xué)報(bào)，2008（6）.

[12]江波.移動(dòng)圖書館架構(gòu)下RFID的應(yīng)用創(chuàng)新——西南政法大學(xué)圖書館RFID項(xiàng)目實(shí)踐[J].圖書館論壇，2015（4）.

[13]陳志輝，王穎純，劉燕權(quán).基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的圖書館RFID技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的研究[J].情報(bào)雜志，2015（5）.

[14]周文豪.數(shù)字圖書館以及RFID在世界圖書館中的應(yīng)用狀況[J].射頻世界，2008（3）.

[15]董朝峰.圖書館RFID應(yīng)用實(shí)踐中的問(wèn)題及思考——以汕頭大學(xué)圖書館為例[J].安陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（3）.

[16]歐朝靜.RFID圖書館智能管理系統(tǒng)在新/老兩種文獻(xiàn)管理系統(tǒng)并存中的應(yīng)用研究[J].情報(bào)理論與實(shí)踐，2010（11）.

[17]劉紹榮，杜也力，張麗娟.RFID在圖書館使用現(xiàn)狀分析[J].大學(xué)圖書館學(xué)報(bào)，2011（1）.

[18]羅南.RFID技術(shù)在高校圖書館中應(yīng)用的研究[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2011（1）.

[19]李世珣.大學(xué)圖書館應(yīng)用RFID技術(shù)前景分析[J].圖書館學(xué)刊，2010（12）.

[20]廖佳杰.圖書館如何有效地應(yīng)用RFID技術(shù)[J].當(dāng)代圖書館，2010（4）.

[21]李桂林.RFID技術(shù)在國(guó)外圖書館的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代情報(bào)，2010（11）.

[22]何泉江，夏林.無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用綜述[J].現(xiàn)代建筑電氣，2011（8）.

[23]戴清杰，宋軍奇，高燕.射頻識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用[J].通信與信息技術(shù)，2010（5）.

[24]宋鵬.基于射頻識(shí)別技術(shù)的全自動(dòng)車輛管理系統(tǒng)的分析與研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（22）.