基于云服務的NFC防走失黃手環系統設計與實現

卜曉曉 汪盼 曹吟夢 陳堅 宋雪樺

摘要：鑒于現有防走失黃手環使用期限短和存儲人員信息量不足等問題，設計并實現了一種基于云服務的NFC防走失黃手環系統。使用NFC近距離無線通訊技術通過2G、3G、4G、WiFi等互聯網絡連接云服務器，通過云服務進行走失人員定位并提供走失人員的個人信息來與家人和協助中心取得聯系，從而達到防走失目的。測試表明，該系統能夠有效提供人員信息并幫助找回丟失人員。

關鍵詞：NFC；云服務；NFC標簽；NDEF編碼

DOIDOI：10.11907/rjdk.161010

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）005-0099-02

0 引言

當前主流的防走失手環主要以紙條等方式將信息存儲在手環中，這種方式在一定程度上起到了存儲和提供信息的作用，但是存在很大弊端，如紙條丟失或遇雨水導致信息受損等，并且不利于集中管理和相應數據更新，存儲的信息量也非常有限。鑒于此，本文設計并實現了一款基于云服務的NFC防走失黃手環系統，將NFC技術應用于防走失黃手環為全國首創。

1 系統體系架構

NFC黃手環運用了NFC技術，在智能手機上開啟NFC功能，在手環上感應，“嘀”聲后即可得到走失人員信息，比如走失人員的家庭住址、身體狀況、聯系電話等，特別是可以針對患有特殊疾病的老人予以提示，并提供在特殊狀態下的急救方式等。同時還可以通過接觸的手機，獲知走失人員的方位，在控制中心獲取地圖信息，協查人員可以選擇是否需要護送老人回原地，手機也可以給出進一步指示信息。同時，家人或者民政人員可以在走失人員的手環得到感應時就得到反饋信息。

NFC黃手環系統由NFC黃手環標簽、云服務器和NFC終端（通常是手機）組成，如圖1所示。

（1）NFC黃手環標簽。NFC黃手環標簽以橡膠手環為主體，腕帶上印有唯一編號。內部放置ntag203芯片，用NDEF編碼，存放個性化的網址，即芯片的編號信息。

（2）云服務器。云服務器包含數據庫實例和Tomcat服務程序等兩部分組成。數據庫實例負責存儲云服務實例的ID、黃手環標簽的芯片編碼信息和云服務的運行日志。Tomcat服務程序負責建立與手機的連接，手機讀取芯片的地址后訪問服務器，讀取數據庫的內容后反饋給手機，從而實現手環持有者相關信息的獲取。

（3）NFC終端（手機）。NFC終端指帶有NFC功能的電子產品，最常見的為手機。當手機打開NFC功能后，靠近手環芯片位置，即可讀取到芯片內的地址實現互聯網訪問。由手機瀏覽器訪問服務器，獲取訪問結果并將其返回給手機瀏覽器并予以顯示。

2 軟硬件設計及主要技術

2.1 NFC簡介

NFC（Near Field Communication）是一種基于RFID射頻識別和互聯網技術相結合的近距離無線通訊技術，它無需另外設定安裝程序，任意兩臺NFC移動設備在10cm距離以內便可自動啟動網絡通信功能，進行非觸摸式信息傳遞，實現電子錢包和身份驗證功能。其運行頻率在13.56MHz以內，傳輸速率為106～848kbit/s，支持藍牙和802.11等無線協議。NFC技術符合國際標準，它將成為近距離無線互連領域一種極富競爭力的技術。

2.2 NFC設備操作模式

NFC有3種工作模式，即NFC終端（通常是手機）作為識讀設備（閱讀器）、NFC終端作為被讀設備（卡模式）以及NFC終端之前的點對點（Peer-to-Peer）模式。

（1）NFC終端作為識讀設備（閱讀器）。閱讀器模式，在該模式下NFC終端作為識讀設備使用，開啟NFC功能的手機可以讀寫任何支持的標簽，讀取其中的NFC標準格式的數據。即在NFC手機中的NFC芯片將作為讀卡器使用，與兼容NFC的其它設備進行通信。當然，讀取的數據可以存儲在手機中，也可以存儲在 SIM卡中。閱讀器模式和標簽模式的通信原理類似。本文將手機中的NFC芯片作為閱讀器與手環中的NFC芯片標簽進行通信。

（2）NFC終端作為被讀設備（卡模式）。卡模式也稱為標簽模式，即將設備作為一個標簽，該標簽中儲存了相關的信息資料。當有專門的識別終端靠近時，終端則自動作為應答器，響應設備的識別。將NFC終端作為移動支付即是在實現卡模式的功能。標簽模式是一種無源的模式，此時僅僅是基于電磁感應原理，只要識讀設備能產生高頻的電磁場，NFC芯片在被穿過時就能實現設備感應。

（3）NFC終端之前的點對點（Peer-to-Peer）模式。點對點通信模式，即通過非接觸射頻技術實現無線數據交換，指將兩個具備NFC功能的設備連接，實現數據點對點傳輸。它基于主動通信模式，在進行通信之前，NFC手機要產生自己的射頻域后，才能發送數據。點對點模式符合ISO/IEC 18092標準。

2.3 黃手環硬件設計

NFC防走失黃手環采用被動RFID技術對信息進行編碼，無須電池供電，可以永久使用。芯片密封在防過敏軟性硅膠內部，防雨防汗，信息不會丟失和磨損。與信息沒有密封措施的普通手環相比，NFC智能防走失手環的耐用性非常好，不受環境影響，沒有損耗，可以長期使用。

黃手環主體采用金黃色橡膠制成手環，內部放置有芯片。采用ntag203芯片，其性能穩定、讀寫速度快、信號反應靈敏，可同時多個讀取，并具備防沖突功能。用NDEF（NFC Data Exchange Format即NFC數據交換格式，是NFC組織約定的NFC tag中的數據格式）進行編碼，存放個性化網址。NDEF是輕量級的緊湊的二進制格式，可帶有URL、vCard和NFC定義的各種數據類型。NDEF由各種數據記錄組成，而各記錄由報頭（Header）和有效載荷（Payload）組成，其中NDEF記錄的數據類型和大小由記錄載荷的報頭注明，這里的報頭包含3部分，分別為Length、Type和Identifier。總體而言，NFC防走失黃手環就是一個移動互聯應用。

2.4 云服務器數據庫設計

云服務器的數據庫有3張表，分別為城市信息表、云實例信息表、云服務日志表。城市信息表用于存儲各城市信息，云實例信息表用于存儲云服務實例的基本配置信息、人員基本信息、腕帶編號信息，云服務日志表用于存儲云服務實例的運行日志信息。

3 實驗驗證

3.1 實驗條件準備

本實驗主要測試NFC黃手環標簽功能以及數據庫實例的對應信息是否匹配無誤。測試設備為華為榮耀7。隨機抽取50個NFC黃手環，打開手機的網絡及NFC功能，靠近NFC黃手環的芯片位置進行信息讀取。每種測試條件下各測試50次，統計成功次數。

3.2 實驗結果

手機靠近黃手環發出“嘀”聲后，會自動調用瀏覽器訪問互聯網，在云端讀取黃手環所對應的信息，包括人員照片、姓名、病史、親人聯絡方式等，其界面如圖2所示。點擊更多信息后獲得走失人員詳細信息，如圖3所示。測試的50個手環基本無差錯，結果如表1所示。從實驗測試結果來看，本文實現的產品基本符合設計初衷。

4 結語

本文分析了現有防走失黃手環系統所存在的問題，提出了一種基于云服務的NFC黃手環系統設計方案，對基于云服務的黃手環系統體系架構進行了詳細描述，并給出了云服務實現的數據庫設計和程序設計實現結構圖。實驗表明，這種防走失黃手環具有便于操作、安全性強、信息穩定等優點。在使用上，采用NFC手機對芯片進行感應的方式，無需下載、安裝APP，只需開啟NFC功能，輕輕接觸手環，即可讀到該手環所記載的所有圖片和信息，增加了交互性且方便快捷，可加以推廣應用。

參考文獻：

[1]李滿玲.基于云服務的NFC門禁監控系統的設計[J].吉林師范大學學報：自然科學版，2014，5（2）：101-104.

[2]潘雪峰，毛敏.NFC近場通信技術的底層原理研究[J].科技和產業，2013，13（5）：120-122.

[3]QING HU，LIAN SHI LIN，YU PING QUI.Based on RFID internet of things for gas tank stock management system[J].Scientific.Net，2012（12）：2857-2860.

[4]DONG YAN WU，JIAN DONG CAO，QI WU.The design of IPTV STB based on android[J].Scientific.Net，2013（8）：2321-2324.

[5]鄭丹青.云計算環境下企業管理信息系統規劃與設計[J].吉林師范大學學報：自然科學版，2013，34（2）：45-47.

[6]郎為民.射頻識別（RFID） 技術原理與應用[M].北京：機械工業出版社，2006.

[7]RAWAL，AMIT.RFID：the next generation auto-ID technology[J].Microwave Journal，2009，3（1）：32-40.

[8]秦長江，趙時旻，陳珂，等.非接觸IC卡無線數據采集系統設計[J].微計算機信息，2008（5）：152-154.

[9]張妍.2.45GHz 手持式RFID讀卡器的研究與實現[D].成都：電子科技大學，2007.

[10]YOON DEUK SEO，JIN HO AHN.Efficient NFC tagging pattern-based contents recommendation for museum viewers[J].Scientific.Net，2012（12）：2876-2880.

（責任編輯：孫 娟）