基于RFID的旅游團(tuán)自動點(diǎn)名系統(tǒng)

周思濛

摘要：本文提出了基于RFID實(shí)現(xiàn)旅游團(tuán)自動點(diǎn)名，設(shè)計(jì)了基于RFID的旅游團(tuán)自動點(diǎn)名系統(tǒng)及其系統(tǒng)協(xié)議，該系統(tǒng)由手持點(diǎn)名器和有源RFID成員卡組成，系統(tǒng)協(xié)議具有實(shí)時自動點(diǎn)名和信息加密傳輸功能，系統(tǒng)協(xié)議仿真驗(yàn)證了系統(tǒng)的實(shí)時性和安全性。

關(guān)鍵詞：RFID；自動點(diǎn)名；信息安全

中圖分類號：TN929.5；TP311.52；TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0048-02

1 引言

RFID（Radio Frequency Identification 無線射頻識別）通過微波射頻信號讀寫目標(biāo)中的數(shù)據(jù)以識別該目標(biāo)。在每個需要識別的目標(biāo)物品上，附著一個RFID標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽存貯該物品的信息，它具有無線收發(fā)能力，通過RFID閱讀器可以讀出標(biāo)簽中的信息，并對它進(jìn)行識別。

RFID分為無源和有源兩種，無源RFID標(biāo)簽吸收閱讀器的電磁波能量，激活其電路將自身存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。由于無源RFID標(biāo)簽發(fā)射功率很小，所以作用距離僅為幾厘米，而有源RFID標(biāo)簽自帶電池，發(fā)射功率比無源RFID大為提高，其作用距離可以達(dá)到10米以上。有源RFID標(biāo)簽還可以帶有芯片控制信息發(fā)送和接收。無源RFID在生產(chǎn)物流領(lǐng)域應(yīng)用于近距離產(chǎn)品識別，在服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用于門禁卡、公交卡、銀行卡等，有源RFID在生產(chǎn)物流領(lǐng)域應(yīng)用于遠(yuǎn)距離產(chǎn)品識別，在服務(wù)領(lǐng)域也有應(yīng)用，例如：高速收費(fèi)ETC。

點(diǎn)名實(shí)際上也是識別，只不過識別目標(biāo)是人而不是物，我們在本文中研究并實(shí)現(xiàn)把RFID應(yīng)用到旅游團(tuán)的點(diǎn)名中。

在旅游過程中，導(dǎo)游除介紹景觀外，還擔(dān)負(fù)著組織和管理旅游團(tuán)的責(zé)任。旅游團(tuán)在不斷移動中，因此導(dǎo)游需要經(jīng)常對旅游團(tuán)成員逐個點(diǎn)名，特別是在完成一個景點(diǎn)參觀之后，集合出發(fā)轉(zhuǎn)向下一個景點(diǎn)的過程中。在旅游過程中的點(diǎn)名不同于教室點(diǎn)名和操場排隊(duì)點(diǎn)名，旅游過程中的點(diǎn)名環(huán)境復(fù)雜，人員排列雜亂，導(dǎo)游點(diǎn)名工作強(qiáng)度很大，特別是在熙熙攘攘的旅游景點(diǎn)，點(diǎn)名是一件很辛苦的工作，導(dǎo)游們需要反復(fù)高聲叫喚，既費(fèi)力又費(fèi)時。

利用RFID實(shí)現(xiàn)旅游中的自動點(diǎn)名可以大大減輕導(dǎo)游的工作強(qiáng)度。自動點(diǎn)名還可以隨時跟蹤每個旅游團(tuán)成員的行蹤，防止成員走失事故發(fā)生。在旅游點(diǎn)名中，每個人戴有一個封裝有RFID標(biāo)簽的卡片，標(biāo)簽里存儲有個人標(biāo)識信息。因?yàn)槁糜沃腥藛T分布范圍在幾米到十幾米，只有有源RFID才能滿足其點(diǎn)名要求。當(dāng)某人在導(dǎo)游有源RFID作用范圍內(nèi)，則為“在場”，否則為“缺席”（遠(yuǎn)離旅游團(tuán)或走失）。

在基于RFID的點(diǎn)名過程中，為了保證信息安全，防止非法信息干擾、竊聽，我們采用了密碼技術(shù)，點(diǎn)名信息加密后再傳送，只有合法信息才能被接收，干擾信息會被拒絕，而且竊聽者無法解密信息，不可能竊聽。

基于RFID的旅游團(tuán)點(diǎn)名系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了旅游中的自動點(diǎn)名，并保證了系統(tǒng)的信息安全。

2 基于RFID的旅游團(tuán)點(diǎn)名系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于RFID的旅游團(tuán)自動點(diǎn)名系統(tǒng)（以下簡稱R-AUCA）自動查明旅游團(tuán)每個成員是否在場，導(dǎo)游不再需要口頭點(diǎn)名，需要點(diǎn)名時只需查看一下點(diǎn)名器就可以了。這有效地減輕了導(dǎo)游的工作強(qiáng)度，同時節(jié)省了時間。

R-AUCA系統(tǒng)由多個RFID成員卡和一個手持式點(diǎn)名器組成，如圖1所示。

RFID成員卡內(nèi)封裝有有源RFID標(biāo)簽，每個成員的身份ID存儲在標(biāo)簽中。成員卡中的控制模塊執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)議。

手持式點(diǎn)名器包含RFID模塊、管理模塊和人機(jī)界面三個模塊。RFID模塊在管理模塊的控制下與RFID標(biāo)簽進(jìn)行通信，管理模塊執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)議，人機(jī)界面支持人機(jī)交互。

R-AUCA系統(tǒng)是實(shí)時系統(tǒng)，使導(dǎo)游能夠隨時隨地跟蹤每個成員的行蹤，系統(tǒng)一發(fā)現(xiàn)有成員“缺席”（即超出有源RFID作用距離）立即報(bào)警，防止成員走失。

R-AUCA系統(tǒng)運(yùn)行過程即協(xié)議流程如下：

（1）系統(tǒng)在初始化過程中建立成員表，設(shè)置總?cè)藬?shù)、在場人數(shù)、缺席人數(shù)和點(diǎn)名周期4個參數(shù)。初始化完成后進(jìn)入輪詢點(diǎn)名周期，開始周期實(shí)時點(diǎn)名。

（2）在一個輪詢周期內(nèi)，對每一個成員輪流點(diǎn)名，在對某個成員點(diǎn)名過程中，成員卡和點(diǎn)名器之間加密傳送信息，保證點(diǎn)名的安全性。

（3）一個輪詢周期完成后，統(tǒng)計(jì)在場人數(shù)和缺席人數(shù)并在人機(jī)界面上顯示，如果缺席人數(shù)不為0，則報(bào)警提醒導(dǎo)游注意。

3 基于RFID的旅游團(tuán)點(diǎn)名系統(tǒng)協(xié)議與仿真

我們首先具體描述R-AUCA系統(tǒng)協(xié)議。

R-AUCA系統(tǒng)具有成員卡和點(diǎn)名器之間的加密傳輸功能，防止外部非法信息干擾和竊聽。加密傳輸通過密碼算法實(shí)現(xiàn)，密碼算法包括加密算法和解密算法。屬于一個旅游團(tuán)的成員卡和點(diǎn)名器共享一個密鑰K，成員卡和點(diǎn)名器在向?qū)Ψ桨l(fā)送信息時使用加密算法和密鑰K加密，而接收方只能擁有密鑰K才能使用解密算法正確解密信息。加密傳輸使得只有屬于同一個旅游團(tuán)的導(dǎo)游和成員才能互相通信。不屬于該旅游團(tuán)的發(fā)送者不可能計(jì)算出正確的加密信息，所發(fā)送的非法信息被拒絕，而不屬于該旅游團(tuán)的接收者無法解密出有用信息，這就防止了非法信息侵入干擾和竊聽。

當(dāng)多于一個的旅游團(tuán)在同一小區(qū)域時，盡管不同旅游團(tuán)的 RFID點(diǎn)名系統(tǒng)作用范圍重疊，但由于有加密傳輸，各個點(diǎn)名系統(tǒng)在功能層上是獨(dú)立的，不會互相干擾。

在R-AUCA系統(tǒng)中，密碼算法采用3DES或AES。3DES和AES都是國際數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于商業(yè)數(shù)據(jù)加密中。加密算法表示為EK（.），解密算法表示為DK（.）。加密、解密算法參數(shù)K是成員卡和點(diǎn)名器共享的密鑰。密鑰在系統(tǒng)首次使用時設(shè)置并可以在以后更改。

R-AUCA系統(tǒng)協(xié)議如下：

（1）系統(tǒng)初始化：

在點(diǎn)名器中預(yù)先建立成員表，表的每一項(xiàng)含4個字段：成員序號，成員姓名，成員卡ID，成員狀態(tài)。成員狀態(tài)預(yù)置為空。成員表映射到人機(jī)界面。

點(diǎn)名器設(shè)置三個參數(shù)：總?cè)藬?shù)，在場人數(shù)，缺席人數(shù)。“總?cè)藬?shù)”預(yù)置為旅游團(tuán)總?cè)藬?shù)，“在場人數(shù)”和“缺席人數(shù)”預(yù)置為0。參數(shù)映射到人機(jī)界面。

點(diǎn)名器以時間T為周期對成員進(jìn)行周期輪詢點(diǎn)名。周期T可在5～60秒之間選擇。

（2）一個周期內(nèi)的輪詢點(diǎn)名算法：點(diǎn)名器按成員表從第一個到最后一個逐一點(diǎn)名。對第i個成員的點(diǎn)名程序如下：

點(diǎn)名器從成員表中取該成員標(biāo)識碼 IDi，產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)r，計(jì)算C=EK（r||IDi），發(fā)送C。

所有成員卡接收C。

每個成員卡計(jì)算D=DK（C），并從D中提取ID；如果ID不等于自己的ID，則丟棄；如果ID等于自己的ID，則計(jì)算點(diǎn)名響應(yīng)信息A=EK（r||ID||“I am here”），將A發(fā)送給點(diǎn)名器。

點(diǎn)名器收到A后計(jì)算B=DK（A），并從B中提取r和ID，如果r有效且ID=IDi，則接受，對第i個成員的點(diǎn)名完成，置該成員狀態(tài)為“在場”，更新人機(jī)界面該成員狀態(tài)。如果r無效或ID≠IDi，則丟棄。

在第i+1個成員點(diǎn)名時刻到來時點(diǎn)名器還沒有收到第i個成員點(diǎn)名響應(yīng)，則第i個成員的點(diǎn)名失敗，置該成員狀態(tài)為“缺席”，更新人機(jī)界面該成員狀態(tài)。

（3）一個點(diǎn)名周期結(jié)束后，點(diǎn)名器統(tǒng)計(jì)計(jì)算參數(shù)“在場人數(shù)”和“缺席人數(shù)”，更新人機(jī)界面該兩參數(shù)。如果缺席人數(shù)大于0，則驅(qū)動聲、光、震動警報(bào)信號。

我們在無線環(huán)境下利用多臺電腦進(jìn)行了R-AUCA系統(tǒng)協(xié)議仿真，其中一臺電腦仿真系統(tǒng)點(diǎn)名器，其余電腦仿真成員卡。協(xié)議軟件使用VC++6.0開發(fā)，軟件中采用密碼算法3DES。

我們設(shè)置了三種運(yùn)行測試驗(yàn)環(huán)境：（1）靜態(tài)測試環(huán)境，即所有仿真系統(tǒng)處于無線wifi覆蓋范圍內(nèi)，驗(yàn)證系統(tǒng)基本功能；（2）動態(tài)測試環(huán)境，即部分仿真系統(tǒng)隨機(jī)離開無線wifi覆蓋范圍，驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)時發(fā)現(xiàn)“缺席”成員的功能，并在5～60秒之間階梯調(diào)節(jié)不同的點(diǎn)名周期進(jìn)行測試；（3）將所有仿真電腦分成多個部分，每部分仿真一個點(diǎn)名系統(tǒng)（設(shè)置不同的密鑰K），由這個多點(diǎn)名系統(tǒng)并存的環(huán)境，測試系統(tǒng)之間是否干擾，間接測試系統(tǒng)防非法信息干擾和防竊聽的能力。

通過反復(fù)運(yùn)行測試，結(jié)果證明R-AUCA系統(tǒng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)了旅游團(tuán)自動點(diǎn)名功能，能夠準(zhǔn)確實(shí)時發(fā)現(xiàn)并報(bào)告“缺席”成員，并能夠抗非法信息干擾和竊聽。

4 結(jié)語

本文提出了基于RFID實(shí)現(xiàn)旅游團(tuán)旅游中的自動點(diǎn)名，設(shè)計(jì)了基于RFID的旅游團(tuán)自動點(diǎn)名系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)協(xié)議，并在無線多機(jī)環(huán)境下進(jìn)行了系統(tǒng)協(xié)議仿真，仿真測試驗(yàn)證了協(xié)議的實(shí)時點(diǎn)名功能及抗干擾、竊聽的能力。

下一步我們將具體開發(fā)基于RFID的旅游團(tuán)自動點(diǎn)名系統(tǒng)并將其投入應(yīng)用。

本文的設(shè)計(jì)已申請國家發(fā)明專利。

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