基于射頻視別的檔案管理系統(tǒng)設計研究

朱永安

(山東省東明縣教育和體育局 山東 菏澤 274500)

0 引言

傳統(tǒng)檔案管理工作最常采用兩種方式。一種是人工管理模式,檔案數據的錄入、整理、歸納、建庫都是依靠純人工完成,這樣的管理方式效率低下,且極易發(fā)生數據錯誤、遺漏等問題,也不便于檔案查詢;一種是半信息化模式,也是目前最為常見的一種檔案管理模式,借助信息化系統(tǒng)完成檔案數據的存儲、統(tǒng)計、歸納、查詢等,但原始數據采集仍然需要依靠人工方式完成[1],一旦數據源采集發(fā)生錯漏,后續(xù)工作都將受到影響,并未完全發(fā)揮出信息化管理的技術優(yōu)勢。

同時,隨著大數據時代的到來,各類檔案信息的數據量也在快速增長,傳統(tǒng)工作模式已經很難滿足檔案管理的需求,因此結合射頻識別(radio frequency identification, RFID)技術,實現(xiàn)檔案數據的全信息化管理是十分必要的。

1 RFID技術概述

RFID是基于電磁波無線通信的一種信息自動識別技術[2],隨著物聯(lián)網技術的快速發(fā)展,RFID技術被廣泛地應用于門禁識別、室內安防、電子車牌、物流信息采集、電子商務產品溯源等場景。

1.1 RFID系統(tǒng)

RFID系統(tǒng)主要由數據處理系統(tǒng)、閱讀器、電子標簽三部分構成,各部件之間采用無線射頻方式進行雙向通信[3],通信頻段包括低頻、高頻、超高頻和微波四個頻段。如圖1所示。

圖1 RFID系統(tǒng)組成示意圖

數據管理系統(tǒng)負責對采集終端獲取的數據進行解析和處理,并提供數據庫服務。除此之外,還可配置數據管理高級服務功能,對用戶的具體業(yè)務需求進行響應。

閱讀器也稱為讀寫器,一方面負責對電子標簽采集的數據進行讀取和識別,也可依據用戶需求向電子標簽寫入信息;另一方面與數據處理系統(tǒng)進行交互和數據傳輸。

電子標簽是RFID的核心部件,具有唯一的身份標識,用于標記被識別對象[4]。電子標簽由芯片與天線構成,芯片帶有存儲區(qū),可以對采集的信息進行臨時存儲;天線用于在設定好的頻段內進行信號的收發(fā),以及電磁信號與電流信號的轉換。

RFID主要包括四個工作頻段,不同的頻段,適用場景也不相同。低頻段的信號傳輸有效距離短,適用于卡證識別、近距離物品識別等場景;高頻段適用于遠距離短波通信,例如防偽、人臉識別等場景;超高頻段適用于移動場景下的信號傳播,例如交通、物流等場景;微波的工作頻率為 2.45 GHz,可以用于不停車收費系統(tǒng)(electronic toll collection,ETC)、車輛識別等場景。

1.2 RFID系統(tǒng)的工作原理

RFID三個部件之間采用無線方式進行通信,當閱讀器在頻段的有效范圍內識別到電子標簽,就會向電子標簽發(fā)出射頻信號,電子標簽接收到信號后,將產生感應電流,并借助該能量啟動端口,向外傳送芯片存儲區(qū)內采集到的數據信息,閱讀器接收數據后進行解碼,并轉發(fā)至數據處理系統(tǒng)進行數據處理。電子標簽被稱為無源標簽,即沒有專門的供電裝置,僅靠閱讀器觸發(fā)的感應電流進行短暫供電,完成信息交換,具有成本低、壽命長、故障率低等特點,但有效識別距離短,適用于近距離的接觸式識別,例如公交卡識別、身份證識別、校園卡識別等。除此之外,RFID電子標簽還分為有源標簽和半有源標簽[5],有源標簽指配有專用供電裝置,可以是外接電源,也可以是內置電池,能夠主動向閱讀器發(fā)送信號,具有較高的傳輸效率和較遠的傳輸距離,例如ETC識別系統(tǒng)[6]。半有源標簽采用的是鑒于無源標簽與有源標簽之間一種工作方式,在無信號狀態(tài)下設備處于休眠狀態(tài),由內置電池僅為標簽的存儲區(qū)進行供電,以使得RFID標簽可以持續(xù)進行數據采集和存儲,當閱讀器向電子標簽發(fā)送激活信號后,再采用無源標簽工作方式與閱讀器進行信號交換。

2 基于RFID的檔案管理系統(tǒng)需求分析

2.1 功能需求

為了實現(xiàn)檔案管理系統(tǒng)從數據采集到數據處理的全信息化,基于RFID的檔案管理系統(tǒng)功能設計應用滿足以下9方面:

(1)檔案信息采集功能。通過RFID電子標簽自動采集對象的檔案信息,存儲在標簽芯片的存儲區(qū)內,再通過閱讀器進行數據信號的解析與轉發(fā)。

(2)檔案標識功能。能夠依據電子標簽的硬件標識對檔案進行身份標記,確保檔案描述對象的唯一性。

(3)檔案實體儲位監(jiān)管功能。由于檔案是實體對象的一種屬性描述,因此有些檔案數據是實體存儲的,不能僅依靠電子數據進行管理,這些實體檔案信息的出入庫管理,也需要通過RFID系統(tǒng)實現(xiàn),包括檔案編號識別、檔案保存物理位置鎖定、檔案的出入庫記錄等。

(4)檔案分類功能。能夠對檔案信息按照不同維度進行歸納和分類,例如依據檔案信息的采集日期、審核日期、檔案安全級別,以及采集對象的特定屬性等。

(5)檔案檢索功能。能夠基于單一維度或復合維度對檔案進行快速檢索和查閱。

(6)數據統(tǒng)計匯總功能。能夠按照不同維度對檔案數據進行統(tǒng)計匯總,生成指定格式的報表,并提供有常用格式的數據導出接口。

(7)數據備份與恢復功能。能夠進行數據的自動備份、下載,一旦數據發(fā)生問題,也可以通過備份數據進行恢復。

(8)用戶權限管理功能。能夠對用戶進行組權限、用戶權限的配置和管理,用戶在所屬權限內對系統(tǒng)數據進行操作。

(9)其他安全管理功能,能夠對系統(tǒng)的操作日志、用戶密碼進行安全管理,確保系統(tǒng)的安全訪問。

2.2 性能需求

(1)數據傳輸的可靠性。RFID系統(tǒng)采用的無線通信相較于有線通信,可靠性方面一直都有所欠缺,在傳輸過程中極易受到干擾,導致信號錯漏和丟失[7],因此需要建立相應的防干擾機制,以確保數據的可靠性。

(2)數據處理的準確性。按照用戶的業(yè)務請求,提供準確、及時的數據處理服務,是數據管理類系統(tǒng)最基本的性能保障,因此需通過構建RFID數據中心以實現(xiàn)數據的統(tǒng)一管理和處理。

(3)系統(tǒng)安全性。能夠穩(wěn)定、安全運行的系統(tǒng)平臺是檔案數據管理的基礎,可以有效防止數據泄露、丟失和篡改,提高系統(tǒng)的抗風險能力。因此構建完善的系統(tǒng)安全機制,例如登錄驗證機制、日志管理機制、異常處理機制等,可以有效保障系統(tǒng)的安全性與可靠性。

3 基于RFID的檔案管理系統(tǒng)總體架構設計

基于RFID的檔案管理系統(tǒng)架構主要分為RFID數據采集與數據處理兩個部分,如圖2所示。

圖2 基于RFID的檔案管理系統(tǒng)總體架構設計

RFID檔案管理系統(tǒng)由RFID系統(tǒng)與檔案管理系統(tǒng)兩部分組成:

(1)RFID系統(tǒng)用于實現(xiàn)終端的信號采集、解析,數據初步處理等功能,首先通過RFID終端管理器對實體檔案實現(xiàn)電子化信息的轉換處理、檔案信息初步分類和標記;其次將獲取的電子數據存儲至RFID數據中心,也就是檔案管理系統(tǒng)的核心數據庫,所有的數據處理工作都基于RFID數據中心的讀寫訪問來實現(xiàn)。

(2)檔案管理系統(tǒng)負責數據的復雜處理,包括檔案儲位管理、數據查詢管理、用戶權限管理、安全管理四大模塊。

①檔案儲位管理模塊。負責實體檔案的儲位識別與身份識別,儲位識別是對實體檔案的具體位置進行定位和標識,要實現(xiàn)該功能,實體檔案的存放位置與數字標識的信息匹配是關鍵;身份識別是對檔案屬性的唯一性進行標識,檔案是針對對象的唯一屬性描述,不同的檔案代表不同的描述對象,因此檔案的最大特點就是唯一性,而這種唯一性在檔案數字化處理后也需要進行標識。

②數據查詢管理模塊。負責電子化檔案的具體數據處理,包括數據查詢、數據編輯、數據分類/匯總等功能。數據查詢功能是系統(tǒng)服務的基本功能,不同用戶在其權限范圍內都可對部分或全部檔案數據進行快速檢索和查閱;數據編輯是指對數據的增、刪、改等操作,數據主要涉及兩個方面:檔案數據、系統(tǒng)數據,系統(tǒng)數據是指除電子檔案以外的其他數據,例如系統(tǒng)發(fā)布的消息通知、用戶信息、系統(tǒng)訪問日志、異常處理日志、文件備份等數據;數據分類/匯總,用于實現(xiàn)檔案數據下屬性分類和統(tǒng)計匯總,并可按照用戶設置的篩選條件進行數據的發(fā)分類匯總。

③用戶權限管理模塊。負責系統(tǒng)訪問用戶的權限管理,包括組權限管理、用戶管理、文件管理三個部分。組權限管理可以進行用戶組的增、刪、改、查等操作,并可對組進行權限的分配和設置;用戶管理是對用戶的基本屬性的進行采集和錄入,以及增刪改查操作,并可對用戶進行組分配;文件管理是針對數據庫文件進行查詢和編輯管理,數據庫文件主要分為三大類,一類是用戶文件,存儲用戶信息;一類是檔案數據,用于存儲檔案信息;一類是系統(tǒng)文件,用于存儲系統(tǒng)的日常維護信息。該模塊只有高級權限用戶可以進行訪問,例如系統(tǒng)管理員。

④安全管理模塊。該模塊主要提供了驗證機制、日志管理機制、異常處理機制等安全功能,用于維護和監(jiān)管系統(tǒng)的安全運行,預防非法訪問、數據泄露、篡改和系統(tǒng)破壞等事件的發(fā)生。

4 基于RFID的檔案管理系統(tǒng)部分功能的實現(xiàn)

4.1 儲位識別與身份識別

儲位管理功能用于實現(xiàn)實體檔案的數字儲位識別與身份識別,這就需要通過RFID系統(tǒng)將實體檔案的標識信息與電子化信息進行匹配,先由RFID電子標簽對檔案的在庫狀態(tài)、具體存儲位置進行識別和定位,再通過電子標簽標識對檔案進行定位標記。由于RFID電子標簽本身具有全球范圍內唯一標識的特性,因此借助電子標簽對檔案的身份和物理位置進行標記是最為有效的儲位識別方式。但在電子標簽分布過于密集的情況下,電子標簽標識就會存在一些問題,最突出的問題主要集中兩個方面:一是電子標簽的串讀,就是在無線信號覆蓋范圍可能同時識別到多個電子標簽,導致無法確定電子標簽對檔案的對應順序;二是無線信號的相互干擾,當在相近距離內的多個電子標簽同時發(fā)出射頻信號,就會相互干擾,導致所有的電子標簽都無法準確獲取信息。

(1)電子標簽串讀。一般電子標簽的寬度在35～40 mm之間,長度在70 mm左右,天線的信號識別的直徑范圍約為30 mm,將實體檔案的放置間距控制在110～130 mm之間,可以較好地解決電子標簽串讀問題。

(2)信號干擾。采用天線廣播與時間片輪轉的通信模式[8],可以避免多個電子標簽同時發(fā)出射頻信號,實現(xiàn)點對點的檔案讀取、數據上傳。具體實現(xiàn)思路:首先進行時間段劃分,對電子標簽進行分組調用,不同時間段激活不同組的電子標簽進行數據交換;其次完成信息交換后,間隔一定時間,等待信號消散,再啟動一下時間段的電子標簽組;最后通過時間片輪轉算法實現(xiàn)時間段的輪詢和執(zhí)行。

4.2 RFID數據中心

RFID數據中心負責整個檔案系統(tǒng)的數據存儲和管理,采用了MySQL關系型數據庫工具,面向RFID控制器與檔案管理系統(tǒng)提供了數據交互接口,一方面RFID控制器可以對數據庫進行寫入操作,另一方面能夠為檔案管理系統(tǒng)提供可靠的數據支持。數據庫內數據表的劃分主要分為三大類:檔案數據表、用戶數據表、系統(tǒng)數據表。檔案數據表用于存儲檔案管理信息與其描述對象的屬性參數,檔案管理信息包括檔案的儲位標識、身份標識、檔案名稱、檔案創(chuàng)建時間、存檔狀態(tài)、查閱記錄等;檔案的屬性參數包括檔案名稱和檔案具體內容,具體內容又包含文本、圖像、視頻等多種數據格式。用戶數據表用于存儲用戶信息,包括用戶管理和基本信息兩類,用戶管理信息有用戶所屬組、用戶權限等級、用戶安全級別等;用戶基本信息是指用戶名、密碼、用戶所屬部門、用戶郵箱等屬性信息。系統(tǒng)數據表用于存儲系統(tǒng)日志信息,例如數據備份記錄、異常處理記錄、預警記錄等。

5 結語

綜上所述,隨著檔案管理的信息化普及,檔案管理的數據量也在快速增長,為檔案管理工作帶來了一些問題,主要體現(xiàn)在原始檔案數據的采集和處理方面,針對這一問題,本研究對RFID無線信號射頻技術展開了深入研究,并在此基礎上設計與實現(xiàn)了一個基于RFID的檔案管理系統(tǒng),在系統(tǒng)終端采用RFID架構部署,根據RFID電子標簽實現(xiàn)了實體檔案終端信息的自動采集,利用RFID閱讀器實現(xiàn)了信息的無線傳輸,通過RFID數據中心實現(xiàn)了數據的存儲和管理,并結合系統(tǒng)前端的檔案管理系統(tǒng)實現(xiàn)了檔案數據的分析、處理和查閱,大大提高了檔案管理的工作效率,為檔案管理的全信息化發(fā)展提供了實踐經驗。