基于射頻識(shí)別的計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：射頻識(shí)別(RND)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)。可工作于各種惡劣環(huán)境，但是RFID的標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一。針對(duì)RFID的特點(diǎn)，提出基于射頻識(shí)別的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)，該架構(gòu)通過(guò)適配器實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID設(shè)備的無(wú)縫訪問(wèn)，并介紹軟件部分的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；計(jì)費(fèi)系統(tǒng)；適配器

中圖分類號(hào)：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2163(2011)04-0068-02

0 引言

射頻識(shí)別(RFID)是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，與傳統(tǒng)條形碼技術(shù)相比，RFID技術(shù)具有高速移動(dòng)物體識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別和非接觸識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間。例如，德國(guó)寶馬公司將RFID技術(shù)應(yīng)用到汽車生產(chǎn)上，可以保證汽車在流水線上準(zhǔn)確無(wú)誤地完成裝配任務(wù)。在我國(guó)，RFID技術(shù)應(yīng)用也處于蓬勃發(fā)展階段。例如，在圖書館管理系統(tǒng)中，就大量應(yīng)用了RFID技術(shù)，據(jù)學(xué)者統(tǒng)計(jì)，截止到2010年7月，全國(guó)已有52家圖書館實(shí)施或嘗試RFID技術(shù)管理圖書，其中公共圖書館占六成以上。

由于RFID技術(shù)現(xiàn)在還沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，不同的應(yīng)用有不同類型的RFID讀寫器，因此，本文采用適配器實(shí)現(xiàn)多種類型的RFID讀寫器的適配問(wèn)題，并通過(guò)與計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的整合，提出了通用的基于射頻識(shí)別的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)。

1 射頻識(shí)別的技術(shù)原理

RFID主要由電子標(biāo)簽、閱讀器和天線組成。電子標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，設(shè)置在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。閱讀器是用于讀取或?qū)懭腚娮訕?biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式兩種。天線主要用于在電子標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。RFID的技術(shù)原理如圖1所示。

RFID的工作原理是閱讀器發(fā)射一特定頻率的無(wú)線電波能量給標(biāo)簽，用以驅(qū)動(dòng)電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)發(fā)出，此時(shí)閱讀器便依序接收并解讀數(shù)據(jù)，送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

2 基于射頻識(shí)別的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

目前關(guān)于射頻識(shí)別技術(shù)的相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，因此RFID廠家生產(chǎn)的軟硬件設(shè)備就各不相同，互相不兼容，尤其RFID讀寫器及標(biāo)簽的射頻頻段不同、空中接口協(xié)議不同、標(biāo)簽數(shù)據(jù)編碼格式也不同，對(duì)于RFID應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)造成了一定的困難。為了解決射頻識(shí)別設(shè)備的適配問(wèn)題，本文在系統(tǒng)架構(gòu)中增加了射頻識(shí)別適配器來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別設(shè)備與計(jì)費(fèi)軟件的交互。

2.1系統(tǒng)架構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

基于射頻識(shí)別的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。在系統(tǒng)架構(gòu)中，采用分布式的形式進(jìn)行計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，多臺(tái)計(jì)算機(jī)與多個(gè)讀寫器連接，并通過(guò)讀寫器從電子標(biāo)簽中讀取數(shù)據(jù)，或者向電子標(biāo)簽中寫入數(shù)據(jù)。同時(shí)，服務(wù)器控制著多臺(tái)分布式計(jì)算機(jī)，向其發(fā)送指令，對(duì)射頻識(shí)別設(shè)備進(jìn)行控制，并從分布式計(jì)算機(jī)中獲取已處理的數(shù)據(jù)。在該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的讀寫器可能采用了不同的通信協(xié)議。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)的功能模塊

基于射頻識(shí)別的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)分析如下。

2.2.1射頻識(shí)別的數(shù)據(jù)處理模塊

(1)數(shù)據(jù)采集功能子模塊

數(shù)據(jù)采集功能子模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集RFID讀寫器的數(shù)據(jù)信息。這些RFID讀寫器可能是不同類型的讀寫器，比如，與其配套的標(biāo)簽可能含有不同類型的數(shù)據(jù)，RFID的運(yùn)行參數(shù)也可能不同，本模塊讀取的是原始數(shù)據(jù)的采集。各個(gè)讀寫器采集到數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

(2)數(shù)據(jù)處理功能子模塊

因?yàn)樯漕l識(shí)別技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多目標(biāo)的，非接觸式的識(shí)別，就可能存在多個(gè)讀寫器對(duì)同一個(gè)電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別的情況，那么就需要對(duì)這些冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾。并對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行拆分等數(shù)據(jù)初步處理。數(shù)據(jù)處理功能子模塊的功能作用即顯現(xiàn)于此。

(3)RFID讀寫器適配功能子模塊

由于射頻識(shí)別讀寫器及標(biāo)簽的射頻頻段不同、空中接口協(xié)議不同、標(biāo)簽數(shù)據(jù)編碼格式也不同，對(duì)于RFID應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)造成了一定的困難。為了實(shí)現(xiàn)RFID讀寫器適配功能，就必須分析各種RFID的接口協(xié)議，做到對(duì)各種型號(hào)讀寫器的“即插即用”，并能夠有效控制使之正常工作，這就是本模塊的主要功能。

(4)數(shù)據(jù)整合功能子模塊

數(shù)據(jù)整合功能子模塊負(fù)責(zé)對(duì)所有采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，按照計(jì)費(fèi)系統(tǒng)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，并生成符合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)要求的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。

(5)網(wǎng)絡(luò)通信功能子模塊

基于射頻識(shí)別的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的收集、過(guò)濾、整合和傳遞，就需要把數(shù)據(jù)可靠、及時(shí)地傳輸?shù)椒?wù)器的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，以達(dá)到數(shù)據(jù)處理的目的。由于讀寫器的分布式使用，可能會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，給系統(tǒng)通訊造成很大的負(fù)擔(dān)。為解決大量數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題，本文采用了IOCP(Input Out-put Completion Ports)技術(shù)，該技術(shù)能夠有效地將大量的客戶端數(shù)據(jù)安全、實(shí)時(shí)地傳送到后臺(tái)服務(wù)器的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，以供計(jì)費(fèi)系統(tǒng)決策使用。

2.2.2計(jì)費(fèi)軟件模塊

在射頻識(shí)別的數(shù)據(jù)處理模塊的基礎(chǔ)上，基于射頻識(shí)別的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)架構(gòu)的計(jì)費(fèi)軟件模塊就可以對(duì)其傳送過(guò)來(lái)的、具有統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要分為以下幾個(gè)部分：

(1)用戶管理子模塊

用戶管理子模塊主要是對(duì)消費(fèi)用戶的基本管理，如增加、刪除、修改、查詢等功能。

(2)用戶消費(fèi)信息管理子模塊和數(shù)據(jù)報(bào)表子模塊

用戶消費(fèi)信息管理子模塊和數(shù)據(jù)報(bào)表子模塊負(fù)責(zé)對(duì)用戶的消費(fèi)情況進(jìn)行管理，并生成日常的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

(3)配置管理功能子模塊

配置管理功能子模塊是系統(tǒng)框架中對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理的功能模塊，部署在分布式的計(jì)算機(jī)上，負(fù)責(zé)與RFID讀寫器設(shè)備進(jìn)行通信，并向服務(wù)器報(bào)告RFID讀寫器信息和接收服務(wù)器指令，是RFID讀寫器與服務(wù)器之間的通信樞紐。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析射頻識(shí)別技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出一種基于射頻識(shí)別的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)架構(gòu)的各個(gè)模塊，因此，具有一定實(shí)用價(jià)值。

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