基于RFID技術的光盤管理系統研究

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：李會萍 覃玉榮   人氣： 發表時間：2011年11月21日

引言 

    隨著計算機技術以及多媒體技術的日益成熟，信息、資料、文獻的存儲載體已不再局限于紙張，光盤以其存儲容量大、易保存、易查找、易管理的特點，成為圖書資料存儲的又一輔助手段。隨著聲像光盤和隨書光盤數量的增加，在光盤的借出和歸還過程中，條碼掃描式的借閱方式顯得操作繁瑣、費時費力。無線射頻識別系統[1](Radio Frequency Identification System，簡稱RFID)，是時下最為先進的非接觸感應技術，它以防沖撞性好、封裝任意性強、使用壽命長、可重復利用等特點成為智能圖書管理系統設計的強大支柱。為此，本文對基于RFID技術的圖書館光盤管理系統進行了研究和探討。 

一、RFID系統原理 

    RFID由電子標簽(射頻卡)、閱讀器和天線三部分組成(如圖1所示)。其中電子標簽由存儲芯片與耦合模塊組成，用于標識目標對象的屬性、狀態、編號等信息；閱讀器通常由耦合模塊、射頻模塊、控制模塊和接口單元組成，其功能主要是查閱標簽中當前儲存的數據信息、向空白標簽寫入欲儲存的數據信息以及修改電子標簽中的數據信息。[2]天線主要用于在電子標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。 

圖1 　RFID系統結構框圖  

    在RFID系統中電子標簽、閱讀器和應用系統三者是協同工作的。閱讀器將要發送的查詢信號，經編碼后加載在特定頻率的載波信號上，通過其天線向外發送。它與電子標簽之間的通信多采用半雙工通信方式，當電子標簽進入發射天線工作區域時接收此脈沖信號，在其產生的感應電流作用下標簽被激活，然后電子標簽芯片中的有關電路對此信號進行調制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權限等進行判斷。若為讀取命令，芯片中的控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，再經加密、編碼由電子標簽天線發送給閱讀器。閱讀器的接收天線接到從電子標簽發送來的載波信號，經天線調節器傳送給閱讀器的高頻模塊，在控制模塊控制下對該信號進行解調、解碼然后通過接口單元送到后臺應用系統進行相關處理。應用系統根據邏輯運算判斷該標簽的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行機構動作。 

二、目前圖書光盤管理流程 

    目前，多數圖書館對非紙質圖書的管理大致有兩種形式，一種是形同紙質圖書的借還操作。操作繁瑣、給讀者和管理員帶來了極大的不便，而且光盤圖書容易損壞丟失（如圖2-a所示）。另一種是光盤圖書資料被壓縮后放在服務器上，讀者可以通過圖書館自行編制的光盤目錄查找自己所需的光盤資料，然后通過FTP的方式下載整個非紙質圖書所對應的壓縮文件，操作十分繁瑣，用起來也不方便，而且，還需要專門的管理人員維護管理，浪費人力物力（如圖2-b所示）。

    RFID技術為我們提供了一種對圖書管理中的光盤進行標識和描述的方法，它能將光盤的有關信息通過電子標簽記錄下來，形成各種光盤有別的“身份證”，再利用閱讀器對電子標簽掃描，可準確識別光盤信息，全面提高光盤借還效率。 

三、光盤管理系統的設計 

3.1  設計要求 

    （1）采用統一的標準。目前RFID還未形成統一的全球化標準[2]，在我國常用的兩個RFID標準為ISO 14443和ISO 15693，二者皆以13.56MHz交變信號為載波頻率。 

    （2）易于安裝。設計方案應能與現有的圖書館自動化集成系統相兼容，安裝時要考慮系統的魯棒性和可靠性，系統還要有良好的可擴展性，便于今后系統的升級。 

    （3）易于使用。為了保證有最佳的性能和可靠性，應該選擇一種能自動掃描無線環境并且選擇最佳射頻信道的系統。 

    （4）安全性好。選擇一種能夠提供多層安全防護的圖書光盤管理系統的方案，例如加密和用戶身份驗證。為了加強防護的同時又能操作簡便，在RFID標簽上加入一定長度的身份驗證密鑰。 

3.2  系統設計原理 

    基于RFID的圖書館光盤的管理系統是圖書館智能化管理系統的一部分，在原有的圖書館信息化管理系統[4]的基礎上，充分利用EAI(Enterprise Application Integration)技術，實現外插式子系統的開發，在不影響原有圖書館信息化管理系統的正常工作下，進行研究開發。該系統可組成兩套并行處理光盤借/還操作（如圖3所示），其一主要有RFID借/還光盤系統、RFID轉化站和館員工作站系統和RFID安全檢測系統組成；其二主要有RFID自助借盤系統、RFID自助還盤系統、RFID轉化站和館員工作站系統和RFID安全檢測系統組成。 

    RFID借/還光盤系統是對現行借/還光盤管理系統的改進，該子系統利用射頻識別卡特有的性質一次性讀入所有光盤的編碼，省去了逐本掃描條碼的工作，提高了借/還光盤的效率；RFID轉化站和館員工作站系統負責在新光盤入庫時將每個光盤唯一的標識寫入RFID芯片，在讀者借閱光盤時對RFID標簽進行滅活處理，以及光盤的清點整理歸類；RFID自助借盤子系統可使讀者便捷地完成自助借閱操作，借閱手續簡單，無需排隊等候，借閱完成即自動列印收據以顯示讀者姓名、借閱書名與到期日等相關資訊，提高了讀者的滿意度；RFID自助還盤系統可讓讀者自行操作，刷一下借書卡即可，并可取得收據。經過處理后地光盤可以直接上架，節省了館員清點整理光盤的時間；RFID安全檢測系統一般設立在圖書館入/出口處，以防有人將光盤夾帶出去。采用了RFID的好處在于，系統敏感度高，而且還可以知道光盤的名稱和數目。 

圖3 基于RFID的圖書光盤管理系統框圖 

3.2.1 RFID借/還光盤系統 

    RFID標簽是圖書館CD/VCD的管理系統的核心和基礎。我們擬采用3M公司的D8電子標簽，其工作頻率為13.56MHz，可重復讀寫資料，資料信息存儲可達2048bit，與相關的數字式產品配套使用，可在千分之一秒內讀取標簽中的資料，且可同時讀取多片，提升操作速度。 

    在工作人員工作臺配備RFID讀寫器替代原有的條碼閱讀器，同時在處理的過程中實現同圖書館自動化集成系統(ILAS)的信息交互。該操作顯著的特點是對一個讀者可同時處理借/還光盤多張，極大地提高流通業務的工作效率。 

    如果條件允許，讀者的借書證可采用標準13.56MHz頻率RFID借書證。RFID標簽中存儲借書證號碼，并在借書證上顯式打印出借書證號碼?？梢酝ㄟ^光盤的RFID讀寫設備對存儲在借書證內部RFID標簽的信息進行讀取和修改。 

3.2.2 RFID轉化站和館員工作站系統[5] 

    根據該子系統的功能，可采用3M公司的811數字轉換工作站、DLA803數字化館員點檢器和M795數字館員工作站。 

    811數字轉換工作站能快速轉換光盤條形碼的資料至D8 RFID標簽，除了轉換條形碼中的資料外，還可輸入圖書館相關信息。觸控式熒幕、移動式承載車可將系統移至書架前作業，不需將大量光盤下架處理，減少遺漏機會；DLA803數字化館員點檢器，是手持式閱讀器的一種，利用無線射頻技術接收D8 RFID標簽所發出的無線電波，藉此執行光盤的上架、搜尋、排序、糾錯及盤點等作業。該設備內置操作系統，可以根據實際需求進行編程設計；M795數字館員工作站集多種功能于一身。在數字化的應用上，它具備了非接觸式的讀取及寫入裝置，具備條形碼掃描器及數字感應裝置，可處理傳統光盤及數字化光盤，配備了條形碼掃描器及充消磁設備，觸控式的液晶熒幕，方便操作、隨時顯示處理狀況。當新購入CD/DVD光盤時，M795數位式館員工作站可將光盤資料寫入D8 RFID標簽，成為一本所謂數字化的光盤，在往后光盤流通的管理上，便可將掃描條碼、安全磁條、讀取數字標簽資料的步驟合而為一，并可一次處理多個光盤，不但增加效率，而且減少工作傷害，是數字化光盤流通管理的理想前臺工作站。 

3.2.3 RFID自助借光盤系統 

    為方便讀者最快速度地借到自己需要的光盤，本系統增加了自助借閱光盤的子系統。讀者可以通過自助借閱工作站，在系統提示和幫助下自行完成光盤的借出操作。利用自助借書系統讀者可自行辦理借閱光盤手續，在借盤系統處理借閱過程中防止讀者任意抽換光盤，可同時處理多個光盤。利用 Windows操作系統，彩色動畫式的操作指示，高解析液晶顯示屏，讀者可時時看到借閱狀態，借閱完成同時自動列印收據以顯示讀者姓名、借閱書名與到期日期等相關資訊。該子系統可通過TCP/IP連結到圖書館自動化系統上。 

3.2.4 RFID自助還光盤系統 

    RFID自助還盤系統實際上由自助還光盤和光盤自動分類兩部分組成。自助歸還光盤系統可讓讀者自行操作還書程序，當光盤歸還的時候同圖書館集成系統進行信息交互，這些歸還的光盤館藏信息就會立即得到更新；經過處理的光盤，館員便可直接上架，配合智能型自動分類系統，更能節省上架時間。 

3.2.5 RFID安全檢測系統 

    為了防盜和監控的需要，必須要設置和安裝能識別RFID標簽的安全門。只有已辦理過借閱手續的光盤才可以帶出館外。安檢系統通過對光盤借閱狀態的判斷來確定報警器是否鳴響，光盤的借閱狀態信息可以存入后臺數據庫，也可以存入到RFID標簽之中。 

3.2  系統基本流程 

    該系統的基本管理流通模式如圖4所示，是在原有的圖書館智能管理系統的基礎上的改進，改變了傳統借閱時人工操作的繁瑣模式。利用這套新系統，讀者進入圖書館，如果需要還光盤，可以直接在自動還盤處將所借光盤歸還，不需要工作人員的干預；被歸還的光盤在傳送帶的帶動下，進入分揀設備，在分揀設備的處理下，光盤被分類排列上架。工作人員只需將RFID轉換裝置移動到待錄入RFID信息的光盤附近，直接在書架上對歸還光盤進行資料信息錄入；讀者查找借閱光盤時可借助RFID標簽點檢器，方便快速地查找到所需光盤；在自助借閱處，不需要工作人員的干涉就可以完成借閱操作；正確的借閱操作完成后，RFID標簽被自動“滅活”，讀者可以安全的出入。 

圖4　基于RFID 的圖書流通管理系統 

光盤分揀上架、資料轉化 
  
自動借盤 
  
讀者離開 
  
讀者進入 
 

還光盤？ 
  
借光盤？ 
  
查找光盤 
  
Y 
  
N 
  
Y 
  
N  
  
結語 

    RFID技術從1994進入中國市場以來，其在各行業中的優勢地位日漸突出。本文所設計的光盤管理系統，是在原有圖書智能管理系統的基礎上，通過使用先進技術RFID，有效地提高了光盤的流通速度和光盤的管理效率，為讀者提供了更人性化的服務。 

    本文作者創新點 

1、  針對圖書光盤管理的特殊性，利用RFID技術的非接觸自動識別的優點設計了光盤管理系統； 

2、  利用本系統能實現光盤借閱歸還的自動化管理； 

3、  該光盤管理系統可以在原圖書智能管理的基礎上進行改進，系統較簡單，花費也不大； 

參考文獻 

[1] 游戰清,李蘇劍等．無線射頻識別技術（RFID）理論與應用[M]．北京：電子工業出版社.2004：3－5 

[2] 余雷.基于RFID電子標簽的物聯網物流管理系統[J].《微計算機信息》.2006年第1-2期：232，212-214 

[3] 郭艷麗, 蘇冠群.RFID相關標準總覽[J/OL]. http://www.rfidinfo.com.cn. 2005.11.30 

[4] 葉淑鳳.試論RFID在圖書館應用的可行性[J].科技情報開發與經濟.2005年第15卷第4期：18-19 

[5] Library Management System [Z].3M香港有限公司提供.2005.8