射頻識(shí)別技術(shù)的“物聯(lián)網(wǎng)+試驗(yàn)管理”模型的建立

深圳供電局有限公司 辛 拓 李 飛 陳法池

近些年來隨著信息化進(jìn)程的加快，物聯(lián)網(wǎng)得以快速發(fā)展，且成為我國(guó)政府大力發(fā)展和重視的一個(gè)行業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)將互聯(lián)網(wǎng)、物品有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了物與物之間的網(wǎng)絡(luò)連接，對(duì)當(dāng)前形式的互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了升級(jí)。在物聯(lián)網(wǎng)中射頻識(shí)別射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）、GPS技術(shù)、激光探測(cè)器等眾多技術(shù)都得到了廣泛應(yīng)用，這些技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中各種信息的采集、傳送，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)相關(guān)信息的定位、跟蹤、識(shí)別等。而物聯(lián)網(wǎng)要想實(shí)現(xiàn)這些還需要用到傳感器網(wǎng)。為了更好的發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，我國(guó)上世紀(jì)末就有專業(yè)機(jī)構(gòu)開始對(duì)傳感器網(wǎng)進(jìn)行了研究，且傳感器網(wǎng)被列入我國(guó)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃進(jìn)程中。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展

1.1 試驗(yàn)管理方案現(xiàn)狀分析

隨著信息系統(tǒng)的不斷發(fā)展，大型分布式信息系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，而隨著信息化進(jìn)程的進(jìn)一步加快和擴(kuò)展，演示驗(yàn)證技術(shù)也得到了快速發(fā)展，并成為各種信息系統(tǒng)研發(fā)中經(jīng)常采用的技術(shù)之一。在大型分布式信息系統(tǒng)中演示驗(yàn)證技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，是較高層次的技術(shù)集成，這一技術(shù)應(yīng)用的目的是對(duì)大型分布式系統(tǒng)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，為系統(tǒng)研發(fā)提供可行性基礎(chǔ)。演示驗(yàn)證技術(shù)的應(yīng)用，可有效的對(duì)大型分布式信息系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行盡早發(fā)現(xiàn)，以便及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，充分滿足實(shí)際需要。

隨著信息系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，越來越多的大型信息系統(tǒng)開始被研發(fā)，而這些大型信息系統(tǒng)中演示驗(yàn)證技術(shù)則是必不可少的一個(gè)主要技術(shù)，而隨著信息系統(tǒng)研發(fā)難度的加大，演示驗(yàn)證技術(shù)管理也存在一定問題，同時(shí)也增加了系統(tǒng)研發(fā)成本，因此如何在多種信息系統(tǒng)中設(shè)計(jì)出具有通用性的演示管理系統(tǒng)是當(dāng)前大型信息系統(tǒng)研發(fā)過程中面臨的主要問題。

1.2 其他識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用

近距離無線通信技術(shù)(NFC)。是飛利浦、索尼兩個(gè)知名公司共同研發(fā)的一種識(shí)別技術(shù)，研發(fā)以來在各類移動(dòng)設(shè)備、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。NFC簡(jiǎn)單、易操作，用戶通過NFC實(shí)現(xiàn)的信息交換是較為直觀、快捷的。但在實(shí)際應(yīng)用中NFC傳輸范圍相對(duì)較小。一般傳輸范圍多在幾米以上，甚至能達(dá)到幾十米的范圍，但無法和RFID相比。在NFC中為減少能耗的消耗特地采用了信號(hào)衰減技術(shù)，而使用了信息衰減技術(shù)的NFC傳輸距離較近，基于此NFC應(yīng)用過程中主要以消費(fèi)類的產(chǎn)品設(shè)備為主，適合近距離傳輸?shù)膽?yīng)用如手機(jī)支付等。而RFID由于其傳輸范圍相對(duì)較廣，一般在物流跟蹤等領(lǐng)域中應(yīng)用較多[1]。

藍(lán)牙也是一個(gè)近距離通信解決方案。目前市面上流行的主要是藍(lán)牙2.1和藍(lán)牙4.0，藍(lán)牙4.0包含低功 耗 模 式（Bluetooth Low Energy，BLE）。藍(lán)牙的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有著十分密切的聯(lián)系。目前最新的藍(lán)牙版本4.2傳輸速度高達(dá)1Mbps，支持Ipv6網(wǎng)絡(luò)，此外其隱私功能更為強(qiáng)大。目前智能家居中對(duì)藍(lán)牙應(yīng)用較多，目前這一領(lǐng)域中所采用的藍(lán)牙技術(shù)中即使沒有網(wǎng)絡(luò)也能實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的信息傳輸，解決了智能家居在沒有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中信息傳輸需求[2-3]。

1.3 RFID優(yōu)勢(shì)及存在問題

RFID中主要組成有應(yīng)答器、應(yīng)用系統(tǒng)、閱讀器等。應(yīng)答器主要作用是為物品信息提供存儲(chǔ)，根據(jù)供電方式的不同可分為需要安裝電池的主動(dòng)式模式與不需要安裝電池的被動(dòng)式模式；閱讀器主要作用是對(duì)應(yīng)答器中存儲(chǔ)的信息進(jìn)行讀取，且在閱讀器中設(shè)置了天線，通過天線發(fā)出的信號(hào)可實(shí)現(xiàn)和應(yīng)答器間的通信，而閱讀器根據(jù)閱讀方式不同可分為手持閱讀器、固定式閱讀器；應(yīng)用系統(tǒng)作用是負(fù)責(zé)接收閱讀器傳遞過來的信息，并對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行識(shí)別、解析、記錄，了解相關(guān)信息其活動(dòng)是否正常[4]。

RFID在試驗(yàn)管理中具有的優(yōu)勢(shì)更加明顯，即在試驗(yàn)管理中作用時(shí)除能存儲(chǔ)更多的信息、信息傳輸速度較快外，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)信息試驗(yàn)的透明化監(jiān)控，并對(duì)多種電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，而不是像其他識(shí)別技術(shù)一樣只能識(shí)別一種標(biāo)簽。因此和其他識(shí)別技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)更大[5]。雖然RFID應(yīng)用中具有很多其他識(shí)別技術(shù)所沒有的優(yōu)勢(shì)和優(yōu)點(diǎn)，但在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化過程中依然存在一些問題。

這些問題主要有：目前在RFID中現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)只是對(duì)相關(guān)軟硬件進(jìn)行規(guī)范的，并不具備良好的可擴(kuò)展性、加密性，因此無法重復(fù)滿足后續(xù)發(fā)展及安全問題；目前具有的標(biāo)準(zhǔn)體系雖然能夠規(guī)范RFID應(yīng)用，但從整體看現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別效率較低，且無法為用戶隱私提供充分的保障；目前應(yīng)用過程中主要以超高頻RFID應(yīng)用為主，且又以供應(yīng)鏈管理為主要發(fā)展方向，因此針對(duì)供應(yīng)鏈管理的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行完善，以充分滿足供應(yīng)鏈管理需要。

但隨著電子行業(yè)的工藝不斷進(jìn)步以及RFID相關(guān)應(yīng)用的完善，使這種技術(shù)在試驗(yàn)管理中得到了獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。作為試驗(yàn)管理中最為關(guān)鍵的臨床藥物管理，RFID的使用已得到廣泛認(rèn)可。在臨床藥品管理中，RFID主要在藥品防偽、防盜等領(lǐng)域中的應(yīng)用較多，而藥物臨床試驗(yàn)中，被試驗(yàn)藥品的管理、使用是否恰當(dāng)直接影響到最終的試驗(yàn)結(jié)果，因此RFID在臨床藥品試驗(yàn)中占據(jù)著十分重要的地位[6]。

2 射頻識(shí)別技術(shù)+試驗(yàn)管理模型構(gòu)建

當(dāng)前試驗(yàn)管理中涉及到大量數(shù)據(jù)，目前這些信息大多采用人工錄入到系統(tǒng)，這樣增加了員工的工作強(qiáng)度同時(shí)數(shù)據(jù)管理也存在錯(cuò)誤登記。為此本文建立試驗(yàn)管理+射頻識(shí)別技術(shù)模型用于試驗(yàn)管理。在該系統(tǒng)中射頻標(biāo)簽是唯一的電子碼，包含管理系統(tǒng)相關(guān)信息的參數(shù)，如管理系統(tǒng)中設(shè)備編號(hào)、使用日期、名稱、型號(hào)等。一旦管理系統(tǒng)中的設(shè)備啟用時(shí)讀寫器存儲(chǔ)設(shè)備信息，此后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上最終存儲(chǔ)在管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)上，這樣使得管理變得智能化。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

RFID系統(tǒng)。文章在研究過程中采用PR9200超高頻RFID讀寫模塊，其在對(duì)電子標(biāo)簽相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)主要通過無線電信號(hào)實(shí)現(xiàn)，并以此為基礎(chǔ)將相關(guān)信息反饋到ARM板中。讀寫模塊中主要包括讀寫模塊、無線、銜接底座，在其共同協(xié)作下實(shí)現(xiàn)了讀寫模塊的功能。其中讀寫模塊主要采用PR9200芯片，作用是對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行檢測(cè)，無線則是信號(hào)接收者，銜接底座則實(shí)現(xiàn)了無線和讀寫模塊的銜接。

讀寫器軟件設(shè)計(jì)。讀寫器上電后會(huì)進(jìn)行初始化，而一旦進(jìn)入到初始化狀態(tài)后讀寫器就會(huì)對(duì)其中的指令如是否要下載IAP進(jìn)行檢測(cè)。如需下載IAP則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行更新系統(tǒng)，并對(duì)Q值進(jìn)行修改和設(shè)置。若沒有需要下載的則Q值將不會(huì)發(fā)生改變、并繼續(xù)等待新的指令。標(biāo)簽管理中會(huì)用到一些協(xié)議如ISO等，這些協(xié)議都是通過內(nèi)置協(xié)議AS3992來實(shí)現(xiàn)的。另外標(biāo)簽管理時(shí)Q值傳送主要是通過Query命令實(shí)現(xiàn)的，標(biāo)簽接收到Q值后其數(shù)量會(huì)發(fā)生變化。

ARM板。在管理系統(tǒng)中使用ARM Cortex-A8處理器，該處理器用于RFID數(shù)據(jù)處理，將接收到的數(shù)據(jù)通過處理器處理在終端顯示。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

在管理系統(tǒng)中應(yīng)該從用戶的需求出發(fā)。本文所分析的管理系統(tǒng)核心技術(shù)有信息轉(zhuǎn)化、特殊判斷處理（圖1）。

圖1 工作總體流程

信息轉(zhuǎn)換。試驗(yàn)管理軟件中，最重要的一個(gè)流程是信息轉(zhuǎn)換。信息轉(zhuǎn)換主要是針對(duì)讀寫器-試驗(yàn)管理軟件中的數(shù)據(jù)而言的，相關(guān)數(shù)據(jù)在讀寫器和軟件中進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時(shí)主要是通過ISO18000.7協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，這一接口協(xié)議可實(shí)現(xiàn)對(duì)超高頻、多重信息的拂去，且對(duì)電子標(biāo)簽和讀寫器的端口進(jìn)行了規(guī)定，使電子標(biāo)簽?zāi)軌蜃R(shí)別出較大范圍的信息。

特殊處理。理想情況中，前期中的各項(xiàng)軟硬件能較好實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的處理，但通過多次試驗(yàn)可知，在實(shí)際中這一系統(tǒng)在進(jìn)行電子標(biāo)簽處理時(shí)依然存在一定問題如標(biāo)簽出現(xiàn)冗余等。物品冗余是經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象之一，而一旦出現(xiàn)讀寫器和物品存放出現(xiàn)了平行現(xiàn)象，則讀寫器在工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定偏差，對(duì)和讀寫器處于平行的物品無法讀出其相關(guān)信息。為更好的使該系統(tǒng)適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境對(duì)這一情況進(jìn)行了處理：首先利用兩種程序即物品數(shù)量過濾、邊界檢測(cè)，通過這兩種程序的使用盡可能減少物品重疊，并以多次驗(yàn)證為基礎(chǔ)對(duì)平行的標(biāo)簽信息進(jìn)行過濾，確保相關(guān)信息的準(zhǔn)確性；其次對(duì)如旋轉(zhuǎn)器等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行利用，使物品方向發(fā)生改變，減少與讀寫器的平行，從而讀出物品信息。

2.3 模型評(píng)價(jià)

在傳統(tǒng)試驗(yàn)管理中并沒有RFID技術(shù)進(jìn)行利用，隨著RFID應(yīng)用的日益廣泛，試驗(yàn)管理系統(tǒng)中也開始利用這一技術(shù)。本文針對(duì)試驗(yàn)管理中存在的問題采用RFID技術(shù)進(jìn)行了解決，通過研究可知RFID的應(yīng)用極大的提高了試驗(yàn)管理效率，切實(shí)解決了傳統(tǒng)試驗(yàn)管理中存在的問題。