RFID技術(shù)在武器裝備倉儲管理中的應用

姜　昆,楊日杰,蘇里陽

(1.海軍航空工程學院 電子信息工程系，煙臺　264001； 2.解放軍91550部隊，煙臺　265700)

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RFID技術(shù)在武器裝備倉儲管理中的應用

姜昆1,楊日杰1,蘇里陽2

(1.海軍航空工程學院 電子信息工程系，煙臺264001； 2.解放軍91550部隊，煙臺265700)

摘要：針對部隊武器裝備倉儲管理的特點及信息化水平不高的現(xiàn)狀，研究了武器裝備倉儲管理領域中應用RFID技術(shù)改進管理手段的方法。分析了基于RFID技術(shù)的武器裝備倉儲管理系統(tǒng)面臨的安全威脅，提出了實用有效的保密措施，建立了基于RFID技術(shù)的武器裝備倉儲管理系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)。與傳統(tǒng)倉儲管理手段相比，增強了武器裝備倉儲管理的安全性，提高了對武器裝備調(diào)度儲備的效率。

關鍵詞：RFID；武器裝備倉儲管理；應用

本文引用格式：姜昆,楊日杰,蘇里陽.RFID技術(shù)在武器裝備倉儲管理中的應用[J].兵器裝備工程學報，2016(7):74-77.

Citation format:JIANG Kun, YANG Ri-jie, SU Li-yang.Application of RFID Technology in Weapon Equipment Storage Management[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(7):74-77.

目前，我軍武器裝備的倉儲管理信息化水平不高[1]，不能對武器裝備實行全時跟蹤管理，倉儲管理信息采集效率低[2]，武器裝備出入庫操作以及盤點大多采用人工方式完成，滿足不了我軍在未來信息化戰(zhàn)爭中對武器裝備精確、快速、靈活的調(diào)度要求。RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)技術(shù)是 20 世紀 90 年代開始興起的一種非接觸的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)[3]，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣環(huán)境，由于部隊武器裝備的特殊性，訓練以及演習的特殊條件，所以電子標簽可在這樣的環(huán)境中替代條形碼。在未來信息化戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)斗空前激烈，武器彈藥消耗猛增劇漲，裝備調(diào)運也愈加頻繁，加之戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變，要求武器裝備倉儲管理必須對作戰(zhàn)部隊的武器裝備需求迅速做出反應以保證在最快的時間內(nèi)在準確的時間與地點向作戰(zhàn)部隊提供數(shù)量適當?shù)奈淦餮b備，所以部隊武器裝備倉儲管理責任更加重大，任務也更加頻繁。將RFID技術(shù)應用于武器裝備倉儲管理對提高部隊武器裝備管理水平及信息化程度具有十分重要的意義。

1RFID系統(tǒng)

RFID最早的應用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)中用于區(qū)分聯(lián)軍和納粹飛機的“敵我辨識”系統(tǒng)[4]。一般的RFID系統(tǒng)由電子標簽(E-Tag)、閱讀器(Reader)和計算機3部分組成，在實際應用中還需要其他硬件和軟件的支持。其工作原理為：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。

在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、從射頻卡到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法(負載調(diào)制、反向散射、高次諧波)以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設計構(gòu)造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個基本模塊。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動射頻卡并提供能量；對發(fā)射信號進行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調(diào)來自射頻卡的高頻信號。不同射頻識別系統(tǒng)的高頻接口設計具有一些差異。RFID系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　RFID典型結(jié)構(gòu)

2RFID安全性問題研究

2.1RFID的安全問題

RFID系統(tǒng)的安全性問題集中在對軍事物資秘密的保護、防范對RFID系統(tǒng)的惡意攻擊以及利用RFID技術(shù)進行安全防范等多個方面[5-6]。RFID技術(shù)應用于部隊武器裝備倉儲管理主要面臨以下幾個方面的安全性問題[7]：

1) 一旦電子標簽做好一定要保管好，防止敵特獲得RFID標簽實體，通過物理手段對目標RFID標簽進行破解重構(gòu)；

2) 敵特可能利用微處理器的通用通訊接口，尋求電子標簽以及閱讀器的安全協(xié)議、加密算法以及它們實現(xiàn)的弱點，進而篡改甚至刪除電子標簽內(nèi)容；

3) 敵特可能通過干擾信道或其他手段使閱讀器拒絕服務而導致系統(tǒng)崩潰；

4) 敵特可能根據(jù)RFID系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的各種電磁特征，獲得RFID通信設備之間的通信數(shù)據(jù)；

5) 敵特可能通過竊聽設備，跟蹤我軍武器裝備調(diào)配運輸動態(tài)等。

2.2保密安全措施

2.2.1物理安全機制

物理安全機制的主要目的是保證只有合法的讀寫裝置才可以對標簽進行讀取、識別操作；避免攻擊者實施非法查詢攻擊或者進行位置跟蹤攻擊。

1) Kill標簽。由標準化組織Auto-ID Center(自動識別中心)提出。Kill命令機制采用從物理上銷毀RFID標簽的方法，一旦對標簽實施了銷毀命令，RFID標簽將永久作廢。讀寫器無法再對銷毀后的標簽進行查詢和發(fā)布指令，通過自戕的方法來保護電子標簽中的信息，可以一定程度上阻止掃描和跟蹤。

2) Sleep命令。當標簽接收到Sleep命令后，進入休眠期，除非對其實施特殊的喚醒機制，如訪問激活碼、物理激活碼等。

3) 法拉第網(wǎng)罩。法拉第網(wǎng)罩是由金屬網(wǎng)或者金屬箔片形成的無線電信號不能穿透的容器。外部的無線電信號不能進入法拉第網(wǎng)罩，反之亦然。這就意味著把標簽放進由傳導材料構(gòu)成的容器里可以阻止標簽被掃描，被動標簽接收不到信號不能獲得能量，主動標簽發(fā)射的信號不能發(fā)出。

2.2.2密碼安全機制

密碼安全機制主要研究的是訪問控制協(xié)議，包括Hash-Lock協(xié)議、Randomized Hash-Lock協(xié)議、Hash-Chain協(xié)議、基于雜湊的ID變化協(xié)議、LCAP協(xié)議、分布式RFID詢問-應答認證協(xié)議、數(shù)字圖書館RFID協(xié)議等。其中基于前兩種協(xié)議的標簽制造成本比較低，標簽及讀寫器運算耗時相對較短，但存在假冒攻擊、重放攻擊、惡意跟蹤等安全隱患。后幾種協(xié)議標簽制作成本較高，標簽及讀寫器運算耗時相對較長，但存在的安全隱患相對較少，尤其是分布式RFID詢問-應答認證協(xié)議、數(shù)字圖書館RFID協(xié)議尚未發(fā)現(xiàn)安全漏洞。

2.2.3適合部隊的安全機制

由于部隊武器裝備倉儲對數(shù)據(jù)信息安全和保密的特殊要求，以及部隊這個特殊的應用背景，復雜的加密技術(shù)反而不是很實用，簡單地從根本上斷絕RFID信號與外界的物理聯(lián)系卻是部隊行之有效的保密方法。按照實施簡單、密級高同時兼顧成本的實用性出發(fā)，采取Kill標簽和法拉第網(wǎng)罩的安全保密措施[8]。

一旦武器裝備出庫用于訓練或者演習，對電子標簽執(zhí)行了Kill命令，而且對一些非消耗性裝備執(zhí)行Sleep命令，但是在戰(zhàn)時為了有效保護的標簽不落入敵手對所有參戰(zhàn)裝備標簽一律執(zhí)行Kill命令。

RFID系統(tǒng)讀卡器與標簽之間是通過無線通信聯(lián)系的。雖然二者的通信經(jīng)過加密處理，但是還是有可能被無處不在的竊聽器獲取二者的通信信號，進而進行破解獲得秘密數(shù)據(jù)甚至破壞電子標簽使之失效。法拉第網(wǎng)罩能夠屏蔽倉庫內(nèi)外電磁信號的傳播，從而杜絕敵特竊聽的可能。

絕大多數(shù)安全隱患都是由于人員的疏忽造成的，所以應該加強倉儲管理人員的保密安全意識，對其進行經(jīng)常性的培訓，必須按照操作章程操作維護，盡可能減少人為失誤。

3硬件結(jié)構(gòu)

3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本文所設計的武器裝備倉儲管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　武器裝備倉儲管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)采用了倉儲管理傳統(tǒng)的條形碼及電子標簽相結(jié)合[9]的方法采集武器裝備信息，例如槍械彈藥往往是成箱儲備的，所以在箱體上粘貼入庫時生成的條形碼，內(nèi)部的槍支則黏貼電子標簽。這樣既方便總體數(shù)量盤點又方便對個體的管理；而對大型裝備像裝甲車輛、重型機槍火炮等直接粘貼電子標簽。對武器裝備信息的采集都是通過手持式RFID閱讀器和固定式閱讀器實現(xiàn)的，閱讀器采集數(shù)據(jù)后通過RFID前置機上傳到部隊內(nèi)部的局域網(wǎng)，更新DB服務器中武器裝備的倉儲信息，還可以與數(shù)據(jù)庫中人員信息比對管理入庫人員，識別到?jīng)]有權(quán)限的人員立刻報警；DB服務器中存儲了權(quán)限人員信息、各類裝備的倉位信息、及武器裝備的數(shù)量信息，還存儲了在庫武器裝備的性能介紹方便現(xiàn)場教學活動；根據(jù)閱讀器讀取的武器裝備信息，控制中心下發(fā)相應的指令到工作站，完成倉位分配及出入庫報表生成工作；平時，上級機關可以通過軍網(wǎng)查看相應部隊的武器裝備倉儲情況，根據(jù)實際需要下發(fā)或者調(diào)配武器裝備；戰(zhàn)時，指揮中心直接向相應倉儲單位下發(fā)裝備調(diào)配命令，省去中間環(huán)節(jié)以便對作戰(zhàn)部隊的武器裝備需求迅速做出反應。

3.2倉庫門禁結(jié)構(gòu)

由于部隊武器裝備倉儲管理的特殊性及保密性，必須實現(xiàn)對出入庫人員的嚴格管理，沒有權(quán)限的人員嚴禁進入。所以在系統(tǒng)硬件的基礎上又設計了一套門禁系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3　倉庫門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4軟件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用了MySQL作為后臺數(shù)據(jù)庫，前臺采用Visual Studio 2015 作為開發(fā)語言，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖4。

圖4　武器裝備倉儲管理軟件結(jié)構(gòu)框圖

管理系統(tǒng)軟件的核心是武器裝備倉儲管理模塊，如圖5所示武器裝備倉儲管理模塊主要包括以下幾個模塊，武器裝備基本信息管理模塊、出入庫管理模塊、手持RFID閱讀器管理模塊、設備人員及電子標簽檢測管理模塊、武器裝備庫存報警模塊、庫存信息查詢模塊。

武器裝備基本信息管理模塊，對每次入庫的武器裝備的數(shù)量以及性能等基本信息進行整理歸類，補充到數(shù)據(jù)庫中以完成對倉庫基本信息的更新；出庫時，記錄出庫的武器裝備種類及數(shù)量然后更新數(shù)據(jù)庫；同時提供武器裝備基本性能查詢功能，方便于對大型裝備的就地講解。

出入庫管理模塊，主要負責核查監(jiān)督出入庫操作。入庫時，根據(jù)上級機關下發(fā)的武器裝備清單核查裝備類型以及數(shù)量，清點無誤后，允許入庫并生成入庫清單；出庫時，根據(jù)審批單核查出庫的武器裝備是否與其相符，核查無誤后，允許出庫并生成出庫清單。

圖5　武器裝備倉儲管理模塊結(jié)構(gòu)

手持RFID閱讀器管理模塊，其核心作用是用來管理手持式RFID閱讀器。由于手持式RFID閱讀器與控制中心通信方式是無線傳輸，所以需要一個單獨的模塊來與無線設備保持通信暢通并實時管理這些無線設備。

設備人員及電子標簽檢測管理模塊，主要是用來對倉庫內(nèi)的設備及工作人員還有電子標簽進行有效地管理。根據(jù)倉庫的布局及庫位的分配為叉車規(guī)劃最優(yōu)的路線，加快中小型武器裝備的入庫速度；倉庫的工作人員都隨身佩戴有自己信息的電子標簽，而且每個人的電子標簽的權(quán)限可能是不同的，所以控制中心可以實時監(jiān)控倉庫中有無非法進入人員，同時也可以阻止倉庫工作人員從事超過自己權(quán)限的活動。

武器裝備庫存報警模塊，主要是負責統(tǒng)計并且顯示各種武器裝備的數(shù)量及入庫時間信息，不但可以告知倉庫管理員儲備緊缺的武器裝備也方便部隊按照存新用舊的原則使用武器裝備。

庫存信息查詢模塊，可以非?？旖莸夭樵兊絺}庫內(nèi)現(xiàn)有的所有武器裝備的信息，為進行在庫盤點工作節(jié)省了大量的時間和精力。

由于武器裝備倉儲的特殊性所以系統(tǒng)軟件登錄需要兩次Administrator身份驗證，第一層是管理員登錄口令，第二層是人臉識別，兩層身份驗證全部通過之后才可以正常使用武器裝備倉儲管理軟件，任何一層身份驗證出現(xiàn)問題系統(tǒng)便會自動累加密匙錯誤次數(shù)，如果超過3次則系統(tǒng)自動退出。進入管理系統(tǒng)后，系統(tǒng)管理員可通過庫存管理模塊實現(xiàn)對武器裝備的入庫、在庫及出庫的管理，武器裝備入庫時根據(jù)上級機關下發(fā)的入庫清單，檢測入庫的武器裝備的數(shù)量及品質(zhì)，然后系統(tǒng)自動按照武器裝備的類型分配庫位；在庫時通過軟件盤點某一型號的武器裝備數(shù)量及入庫時間，統(tǒng)計倉儲量較少的武器裝備，以便及時做好補充；在接到上級機關演習或者訓練保障任務時，根據(jù)出庫清單合理調(diào)配武器裝備，同時更新數(shù)據(jù)庫做好記錄。

5展望

在未來的幾年中，RFID技術(shù)將繼續(xù)保持高速的發(fā)展勢頭，隨著關鍵技術(shù)的不斷進步，RFID產(chǎn)品的種類將越來越豐富。標簽芯片所需功耗更低，作用距離更遠，更適合于遠程高速移動物品的多標簽快速識別與讀/寫操作，成本將會進一步降低，并且在強場下的自保功能也更完善；閱讀器通過對多種數(shù)據(jù)接口(RS232、RS485、USB、紅外、以太網(wǎng)口等)的集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的多通道傳輸；實現(xiàn)對電子標簽的多制式兼容從而更能滿足部隊對電子標簽的工作性能、安全性、可靠性的要求，更能有效地解決武器裝備種類多及電子標簽制式多樣的問題。

目前，可以先從大型武器裝備像車輛、坦克等方便管理的裝備試點運行，積累經(jīng)驗。需要對現(xiàn)有的倉庫加裝法拉第網(wǎng)罩及重新布線，加強對倉儲管理人員的培訓，完善軍網(wǎng)武器裝備管理的功能板塊。部隊的作戰(zhàn)裝備參加演習或者訓練時電子標簽毀壞需要不斷地打印新的電子標簽額外增加了成本；軍網(wǎng)及數(shù)據(jù)庫的維護需要專門的人員，操作尤其是維護還不夠便捷。但隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，相信這些問題都會慢慢得到解決。

6結(jié)論

本文結(jié)合部隊武器裝備倉儲的特點對RFID系統(tǒng)的安全性問題進行了研究，提出了適用于部隊實際的解決辦法；研制了一套完整的軟硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)了出入庫數(shù)據(jù)實時采集、實時傳遞、核對、更新，縮減了人工開支，能夠?qū)崿F(xiàn)對武器裝備倉儲快速、高效、準確的管理。

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(責任編輯唐定國)

收稿日期：2016-01-29；修回日期：2016-02-29

作者簡介：姜昆(1991—)，男，碩士，主要從事水聲工程研究。

doi:10.11809/scbgxb2016.07.017

中圖分類號：TP274

文獻標識碼：A

文章編號：2096-2304(2016)07-0074-04

Application of RFID Technology in Weapon Equipment Storage Management

JIANG Kun1, YANG Ri-jie1, SU Li-yang2

(1.Department of Electronic and Information Engineering, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, China; 2.The No. 91550thTroop of PLA, Yantai 265700, China)

Abstract:The application of RFID technology in the field of army weapon equipment storage management was studied and the management methods were presented in allusion to the characteristics of the weapon equipment storage management and the low informationalized level. The security threat was analyzed, and a practical and effective security measure was presented. The software and hardware system were built, which strengthens safety of weapon equipment storage management and improves the efficiency of weapon equipment scheduling reserves compared with traditional methods.

Key words：RFID; the weapon equipment storage management; application

【后勤保障與裝備管理】