CN202003403U - 基于有源射频识别的高校资产管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于有源射频识别的高校资产管理***，它包括多个有源RFID标签，有源RFID标签与读写器相对应，读写器通过网关节点与院级服务器通信，院级服务器与校级服务器连接。该***具有强有力的监测预警功能：分布在每个监测点的读写器集成声、光等多方位报警装置。一旦有资产移出某读写器监测范围，读写器在线实时地进行分级预警，并且运行于服务器的资产管理***记录相应信息，实现可视化报警。高校的仪器设备等资产管理是RFID重要的应用领域，RFID技术可以让高校资产管理实现真正的智能化管理，通过RFID技术提高清产核资的效率，强化设备的实时动态管理，全面提高资产管理效益。

Description

基于有源射频识别的高校资产管理***

技术领域

本实用新型涉及一种基于有源射频识别的高校资产管理***。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术。早在二战时期，美军就曾使用该技术识别盟军飞机，由于技术和成本的原因，一直没有得到广泛应用。自从美国国防部与Wal-Mart公司率先在物流领域使用RFID技术后，产业界对RFID的前景持乐观的期待。根据ABI Research最近的市场调查报告预测，未来五年RFID产业产值平均年增长率为25%。RFID技术及应用正处于迅速上升时期，被业界认为是本世纪最有潜力的技术之一。

RFID技术可广泛应用于电子物品监视、商品防伪、身份识别、物流管理、车辆收费等领域。该技术在国外发展得很快。低频和高频的RFID已经在畜牧业、交通、门禁、制造、物品管理等方面得到广泛应用。在国内一些领域如铁路、海关、电子证书等已成功应用RFID，而更多的领域如药品管理、制造业、物流管理等RFID技术的应用正积极准备尝试。但是以上情况多属无源RFID技术的发展，有源RFID技术的研究是一个崭新的应用领域，由于其具备通信距离长、传输数据率大、可靠性高等特点，在国外开始高速发展。在国内的开发研究处于起步阶段，逐渐应用于集装箱识别、不停车收费、煤矿工人定位等***，大力开发有源RFID技术的研究具有重要意义。

高校资产管理是RFID技术重要的应用领域之一，但目前国内高校对资产实行RFID智能管理的还鲜有报道。高校资产具有价值高、使用周期长、配置地点散、管理难度大等特点，因此资产管理是高校管理中的一项复杂的***工程。高校资产管理主要存在的问题：

1.仪器设备清查效率低

目前高校的资产管理借助于传统的人工管理方法和手段，数据的采集和录入一直都是手工操作，效率低、差错率高，且资产实物信息与管理***信息无法实时同步。清查时只能通过纸制标签，进行人工登记、核实处理，费时、费力，效率低。

2.设备流动难以监控

隧着高校信息化建设的不断推进，个人配置设备不断增加，台式电脑、打印机、笔记本电脑、数码相机等的逐步配备使固定资产具有了更强的流动性。机构调整、岗位轮换、教职工调动或办公室搬迁时，设备的调整和流动隧之产生，在传统的管理模式下，要做到帐实相符只能是空话。

采用RFID技术可有效解决高校资产数据分散采集输入的瓶颈难题，才能将资产日常管理活动与资产管理***有效的整合在一起，从而达到实物信息与***信息的实时同步一致。因此，建立一套基于RFID技术的资产管理***实现自动管理成为解决资产管理困难的有效途径。

实用新型内容

为弥补现有技术的不足，本实用新型提供一种基于有源射频识别的高校资产管理***。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于有源射频识别的高校资产管理***，它包括多个有源RFID标签，有源RFID标签与读写器相对应，读写器通过网关节点与院级服务器通信，院级服务器与校级服务器连接。

所述有源RFID标签与读写器通过Ad Hoc网络或GPRS通信。

所述读写器设在每个办公室或机房的门口，负责对现场标签信息的读取、处理和声光报警，实现数据转发和传输。

所述读写器包括中心处理器，中心处理器分别与天线放大器和GPRS模块双向连接；所述中心处理器的输入端与键盘连接，中心处理器的输出端与声光报警单元和液晶显示模块的输入端连接。

所述网关节点负责把现场收集来的标签信息转发给有线网络，它通过以太网或串口连接到院级服务器。

所述学院级服务器通过互联网传送资产信息到学校级服务器，学校级服务器上运行校级资产管理***，对全校的资产进行管理，管理者可通过任何一台联网PC机或手机登陆web服务器查询某资产所在位置。

有益效果：

 （1）低功耗：有源RFID具备通信距离长、传输数据量大，可靠性高和兼容性好等特点，与无源RFID相比，在技术上的优势非常明显。但因为电池供电，并且主要的能耗是信号的无线传输，故设计时采用电子标签处于休眠状态，利用外部中断唤醒，同时利用中断方式接收读写器的有效验证码并识别自已位置发生变化后才发送自己的信息。读写器放在房间的入口，可人工调节其发射功率改变读写器的覆盖范围，实现***的低功耗。

（2）该***具有强有力的监测预警功能：分布在每个监测点的读写器集成声、光等多方位报警装置。一旦有资产移出某读写器监测范围，读写器在线实时地进行分级预警，并且运行于服务器的资产管理***记录相应信息，实现可视化报警。

（3）RFID***的安全性设计：

① 采用标签与读写器相互认证的机制，防止非法的读写器获取标签信息或篡改标签数据，或者伪造标签哄骗读写器。

② 为有效保护标签的信息不被截获，***设计时利用处理器CC2431芯片自带的AES128 安全协同处理器，对发送的信息进行加密传输，避免通信过程中使用明文传输。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为读写器结构原理框图；

图3为网关结构原理框图；

图4为读写器的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示为有源RFID的高校资产管理***。高校的每件资产在购置后都配有唯一ID号的电子标签（RFID）。根据学校资产分布情况设置RFID读写器，一般一个机房或一个办公室配置一台读写器，且有唯一的编号，该读写器监管整个机房或办公室的资产。监管过程如下：（1）读写器定时（该时间可人工设置）发送读卡命令，RFID标签接收到有效验证码后，首先判断自已是否在同一个读写器识读区域内，若是就不发送信息；否则，对自身的ID号及相关信息加密，并发送到读写器。读写器记录相关信息并发送到网关节点。若有一新的RFID标签进入该读写器的识读区域，读写器要记录其相关信息，并发送到网关节点，同时该读写器产生声光报警。（2）读写器相隔较长的时间（该时间可人工调节，最长12小时），广播读卡命令，在其识读区域的所有电子标签运行防碰撞算法后加密自身的ID号及相关信息，并发送到读写器，依此读写器判断自己监管的设备是否都存在。若有资产不存在，针对该资产再次查询，若真不存在，记录该信息并发送到网关节点，同时该读写器产生声光报警。

读写器采集的信息可通过两种方式传送到网关。一种方式是所有读写器自组织成无线Ad Hoc网络，各读写器收集的信息经多跳路由传输到网关节点。该方式必须设计多跳路由算法。另一种方式是读写器通过GPRS模块发送信息到网关节点。网关节点把读写器发送来的信息反馈给院级服务器的资产管理***。

网关节点通过串口或以太网连接到学院级服务器，在学院级服务器上运行院级资产管理***，对本院的资产进行管理。管理程序会处理分析网关发送的信息是否异常，如果发现异常则会发出报警，并且根据各读写器发来的信息发现资产的移动轨迹；若是资产的正常移动，则修改相应读写器监管的资产ID。如果要寻找某件物品则将此物品的ID号输入管理***进行查询确定该物品的位置。

学院级服务器通过互联网传送资产信息到学校级服务器，该服务器上运行校级资产管理***，对全校的资产进行管理。管理者可通过任何一台联网PC机甚至手机登陆web服务器查询某资产所在位置。

基于该***的硬件设计，主要有电子标签读写器、有源RFID标签和网关节点。

有源RFID标签基于处理器CC2431芯片。它是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上***。内部集成了工业标准增强型8051 MCU内核、128KB Flash ROM，8 KB RAM和CC2420射频收发器，AES128 安全协同处理器；CC2420具有完全集成的压控振荡器，只需要天线、晶振、电源等非常少的***电路元件就能在2.4GHz频段上工作。

读写器放在每个办公室或机房的门口，监管它识读范围的电子标签，并进行相应的声光报警。它主要有中心处理芯片CC2431、键盘、液晶显示模块、天线放大器以及声光报警单元组成。其硬件结构如图2所示。

处理器单元CC2431负责控制读写器的操作，定时读取电子标签的信息并存储。在无线Ad hoc网络通信方式下，该处理器通过内置的CC2420射频收发器发送自身信息并转发其他读写器发来的信息。在移动网通信方式下，该处理器通过GPRS模块发送信息。两种方式下，发送的信息利用处理器CC2431芯片自带的AES128 安全协同处理器，进行加密传。CC2591芯片是天线放大器，用于天线与馈线间的超高频放大，增大接收距离以及提高接收质量。键盘主要用于设置读写器定时读取电子标签的时间。

网关节点接收读写器发送的信息并传送到院级服务器。其硬件结构如图3所示。网关节点收发信息有两种方式。当读写器组成无线Ad hoc网络进行通信时，通过处理器CC2431内置的CC2420射频收发器接收读写器发来的信息；当读写器通过移动网进行通信时，该处理器通过GPRS模块收发信息。网关节点传送信息到院级服务器也有两种方式。一种通过以太网模块SW5100以包的形式发送信息到院级服务器；另一种通过串口发送信息到院级服务器。以太网通信模块SW5100是一款多功能的单片网络接口芯片，可以实现无操作***的Internet 连接。MAX232芯片主要实现电平的转换。CP2102是美国Silicon公司推出的USB-UART转换器。USB2. 0接口相对RS-232接口具有接口体积小、数据传输速度快、即插即用等优点，但USB2.0协议过于复杂，而采用USB-UART桥接器CP2102将RS-232接口转换成USB2.0接口，不但实现了接口的小型化，便于和服务器通信，且无需研发相应的USB2.0协议，大大缩短了研制周期，并且网关节点的电源可通过USB接口提供。

在软件架构上，主要分读写器、电子标签、网关以及服务器四套软件。

（1）读写器软件：负责对现场标签信息的读取、处理和声光报警，实现数据转发，传输等基本功能，使用NesC语言开发，收发的数据使用处理器自带的AES128协处理器进行加解密。软件流程如图4所示。

读写器的液晶显示器平时显示时间，作为时钟用。读写器有定时读卡命令和广播读卡命令。当RFID标签接收到定时读卡命令时，首先判断自已是否处在同一读写器的识读范围，若是不发送信息；否则加密发送本身信息到读写器。当RFID标签接收到广播读卡命令时，都要加密发送信息到读写器。读写器依此判断监管的资产是否存在。定时读卡相对广播读卡频繁的多，这样可以大大降低RFID的能耗。定时读卡和广播读卡的频度可从键盘输入。利用处理器的定时器0和1中断管理。

若多个读写器组成无线Ad Hoc网络，在整个通信协议栈的设计中，需要保证读写器间高效通信，维护数据传输路径的连通性。

（2）电子标签软件：大多数情况下，标签处于休眠模式，利用外部中断将其唤醒，进入接收状态。电子标签接收到有效验证码后，分析接收的命令。若是定时读卡命令，RFID标签判断读卡器的ID号，若是监管自己的读写器，不发送信息；否则加密自身的ID号及相关信息并发送到读写器；若是广播读卡命令，RFID标签同样加密自身的ID号及相关信息并发送到读写器。该程序主要是标签防碰撞算法，使用NesC语言开发。

当多个标签进入读写器的识读范围时，同时接收到读写器发送的验证码后，不同标签返回的数据会发生重叠，导致读写器对接收信号解码错误，无法进行有效快速的ID识别。因此，必须研究标签防碰撞算法，使读写器可靠、快速的接收标签信息。在本***中，对于***连续的标签，可有效使用轮询算法，轮询算法只需使用一次Manchester编码识别碰撞位，就可按照规则发送指令，能够大大降低***设计的复杂性；对于***无序的标签，采用动态调整二进制树形搜索法，能快速实现标签数据读写。

（3）网关软件：负责把现场收集来的标签信息转发给有线网络。它通过以太网或串口连接到院级服务器。网关能实现特定应用下数据传输的实时性。软件编写上需要实现基本的数据通信接口，使用NesC语言开发。

（4）服务器软件：是后台数据管理与分析的核心。它负责解释并存储网关传来的所有标签数据。同时，服务器为合法用户提供实时数据库查询。服务器的软件编写比较复杂，在下层需要与网关通信，实现基本数据通信接口，上层要为用户提供标准的数据库接口，因此选用高级的商用数据库***较为合适，如Microsoft SQL server。服务器软件运行在Windows平台上，使用C语言开发。

Claims (6)

1.基于有源射频识别的高校资产管理***，其特征是，它包括多个有源RFID标签，有源RFID标签与读写器相对应，读写器通过网关节点与院级服务器通信，院级服务器与校级服务器连接。

2.如权利要求1所述的基于有源射频识别的高校资产管理***，其特征是，所述有源RFID标签与读写器通过Ad Hoc网络或GPRS通信。

3.如权利要求1或2所述的基于有源射频识别的高校资产管理***，其特征是，所述读写器设在每个办公室或机房的门口，负责对现场标签信息的读取、处理和声光报警，实现数据转发和传输。

4.如权利要求3所述的基于有源射频识别的高校资产管理***，其特征是，所述读写器包括中心处理器，中心处理器分别与天线放大器和GPRS模块双向连接；所述中心处理器的输入端与键盘连接，中心处理器的输出端与声光报警单元和液晶显示模块的输入端连接。

5.如权利要求1所述的基于有源射频识别的高校资产管理***，其特征是，所述网关节点负责把现场收集来的标签信息转发给有线网络，它通过以太网或串口连接到院级服务器。

6.如权利要求1所述的基于有源射频识别的高校资产管理***，其特征是，所述学院级服务器通过互联网传送资产信息到学校级服务器，学校级服务器上运行校级资产管理***，对全校的资产进行管理，管理者可通过任何一台联网PC机或手机登陆web服务器查询某资产所在位置。

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