基于半有源RFID技术的涉密资产安全防范管理系统

　　1. 引言

　　1.1 文档建设说明

　　此方案目的是让集成商、工程商及使用方了解物联网RFID技术在涉密资产安全防范管理领域的设计理念、原则、整体规划及如何发挥其巨大作用的并详细阐述相关物联网设备工作原理、安装位置等信息，以便集成商、工程商、使用方正确认识物联网在智能交通领域带来的革命性变革，树立物联网在涉密资产管理领域正确的认识。如您在阅读过程中，遇到任何不解和困惑，请与方案撰写者联系。

　　1.2 术语与缩写解释

　　术语解释

　　RFID\射频识别 一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触

　　RFID有源射频卡 由嵌入式处理器及其软件、卡内发射和接收天线、收发电路和高能电池组成，特殊编号预存储于微控制器中，并间断发射唯一的加密识别码无线电信号。卡内高能电池为有源卡正常工作提供能量，卡内电池可更换。

　　定向读写器 由信息采集、处理、信息传输、嵌入式软件组成，其主要功能是完成对车辆识别编码输出信号的实时采集、处理。

　　涉密资产 单位，公司，家庭，个人等的固定资产，涉及到财产及秘密文件等

　　2. 项目背景

　　2.1 现状分析

　　涉密资产实时定位和追踪系统(APS：Area Position System)是采用目前国际上最先进的ACTIVE RFID 技术的区域实时定位系统。该APS定位系统能够及时、准确的将各个区域人员的动态情况反映到中心监控计算机系统，使管理人员能够随时掌握布控区域人员分布状况和每个受控对象的运动轨迹，以便于进行更加合理的管理。当有突发事件时，管理人员也可根据该APS区域定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员、涉密资产的位置情况，及时采取相应的控制措施，提高安全和应急工作的效率。

　　涉密资产实时定位和追踪系统是集安全控制、人员考勤、跟踪定位、日常管理等一体的综合性运用系统。也是国内技术最先进、运行最稳定、设计最专业化的区域实时定位系统。这一科技成果的实现，将为企事业单位和机要单位的安全生产和日常管理上台阶以及事故急救带来了新的契机。

　　2.2 系统建设的意义

　　对涉密资产进行防盗安全管理。很多的贵重资产，总是会遭到丢失，单位或者资产拥有者损失惨重，为了防止贵重资产丢失，特意开发该系统;

　　对涉密贵重资产进行定位、追踪、自动盘点等，使得资产的管理自动化，智能化;

　　解放人工劳动力，节约管理成本，使得管理水平得到很大的提升;

　　3. 系统概述

　　3.1 系统建设的原则

　　系统建设包括软、硬件两方面。在软、硬件的开发、采购、集成时，上海仁微电子科技有限公司保证遵循了以下原则：

　　1) 先进性

　　APS系统主要构建思想是利用射频自动识别技术、嵌入式移动计算技术和软件技术，构造一个覆盖大范围区域的产品智能追踪系统，具备产品先进、成熟、性价比高等特点优势。

　　2) 经济性

　　在保证满足技术要求的前提下，系统设计尽量采用性能价格比最佳的产品。系统的建设最大限度发挥原有部分设备的作用，如计算机网络，设备、软件等，最大限度上为用户节省投资，保护已有的用户投资。

　　3) 实用性

　　系统的建设完全符合本项目的应用需求和实际情况，突出实用性强，界面友好，操作简单。

　　4) 扩展性

　　在系统方案中按照系统分析、统筹规划的观点对系统容量及网络发展设想进行方案设计，既考虑到当前使用的易用性，更具有适当的超前性。

　　APS区域实时定位系统涉及嵌入式技术、移动计算技术、无线射频识别、计算机软件、数据库、数字通讯等方面。因此，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分考虑。系统利用现有成熟的工业TCP/IP通讯网络作为主传输平台，相应的无线识别基站、RFID识别标签等设备与系统挂接，通过区域实时定位管理专用软件与主系统以标准的专用数据库进行后台数据交换从而实现区域目标的跟踪定位和安全管理。系统总体设计主要体现在：

　　1) 实现布控区域目标进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”。

　　2) 为管理人员提供人员进出限制、考勤作业、跨区报警、安全监控、求助报警、合理调度等多方面的管理信息，一旦有突发事件，通过该系统立刻可以知道和回溯所有受控目标的位置和运动历史情况，保证安全管理工作的高效运作;

　　3) 系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性;

　　4) 轻松联网，BS 结构，轻松实现更广阔地域联网监控。

　　3.2 系统设计特点

　　1) 高度自动化。系统能自动检测受控目标经过受控区域的时间、地点信息，并自动实现对受控目标的考勤作业、统计及安全管理。

　　2) 成熟可靠的网络通信系统。安装在布控区域的无线识别基站，实时将采集到的信息通过TCP/IP通讯网络传送到中心集控系统，整个过程无需人为干预。

　　3) 完备的数据统计与信息查询软件。系统软件具备专用数据库管理系统，包括受控目标的信息采集和统计分析系统，考勤作业的统计与管理分析系统，显示并打印各种统计报表资料，为高层管理人员的查询与管理提供全方位的服务。

　　4) 系统的安全、稳定、可靠性设计。系统产品完全采用室外环境下全天候连续可靠工作设计。

　　5) 完善的异常情况(包括无效卡、失效卡、黑名单卡进入、未授权区域等)报警呼叫系统配置。

　　3.3 系统实现的主要功能

　　1)受控目标实时跟踪监测及突发事件按钮求助，位置自动显示;

　　2)实时查询、打印当前及某时间段受控目标数量、 活动轨迹及分布情况;

　　3)受控目标的考勤、统计、存储、打印;

　　4)监测图页静态和动态编辑作图对用户开放，支持多种图形格式，鼠标和键盘均可操

　　作，全面支持实时多任务。在系统进行实时数据采集的同时，系统可进行记录、显示、查询、编辑、人工录入、网络通信等;

　　5) 系统中心站及网络终端可以局域网方式联网运行, 使网上所有终端在使用权限范围内都能共享监测信息和系统综合分析信息、查询各类数据报表;

　　6) 监控软件具有很强的作图能力, 并提供有相应的图形库, 操作员可在不间断监测的同时,容易地实现联机并完成图形编辑、绘制和修改;

　　7) RFID识别标签采用纳瓦级低功耗设计，重量轻，无须外部电源，有多种携带方式供选择。整个系统将尽最大可能，保持用户现有网络系统与应用系统，并预留接口，可与现有应用系统或将来的应用系统结合，实现多方统一管理功能，减少或避免用户重复投资。

　　4. 系统总体介绍

　　4.1 系统原理

　　APS实时定位追踪系统通过RFID(电子标签)的应用，以电子标签作为目前最先进的标识码，具备了不易破损、数据可靠、使用周期长、有效通讯距离长等特点，是替代条形码、红外线标识的最佳选择。将其安装在受控目标上，来作为目标的唯一标识进行追踪和定位。

　　工作时，管理人员通过联网的无线识别基站追踪和定位目标。

　　电子标签

　　简单的讲，电子标签(RFID)技术是一种无接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别。

　　射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。应用中，电子标签附着在待识别的物品、设备、人员上，阅读器用于当附着电子标签的待识别物品、设备、人员通过其读出范围时，自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出或将特定的信息写入，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。

　　由于RFID不要求在标签和阅读器之间有光线通路，避免了其他自动识别系统(例如条形码)的缺点。这保证了RFID系统可以用于恶劣环境，比如灰尘、泥土、高湿度、可见度差的环境。 RFID的最大优点是在上述恶劣环境下仍可以得到令人满意的读写速度，在大多数情况下，可以在100毫秒之内响应。除此之外，RFID的读写是完全自动、全透明的，不需要手工扫描被追踪对象，也不需要象其他接触式标签技术那样，需要激活磁条阅读器、IC卡阅读器等。

　　RFID自动识别工作原理

　　RFID与短程通信设备组成的系统主要包含智能RFID，RFID的读写设备(Read-Write Units，简称RWU)两部分，读写设备RWU和RFID之间的无线通信实现信息管理系统与RFID之间的信息交流。

　　读写设备RWU是RFID的读写控制器，由微处理器、安全模块和微波通讯控制器和RS232、485、TCP/IP等通讯接口等组成，以短程通讯协议和微波无线传递手段，实现RWU与RFID的之间安全可靠的信息交换目的，RWU通过RS232、485、WIFI、GPRS、TCP/IP等与上位机连接，从上位机接收控制命令和数据并返回数据。

　　RFID是一种具有微波通信功能和信息处理、存储功能的移动装置。RFID内置一个小型的实时任务系统，完成RFID内部的存储器、I/O、电源、通讯协议、密钥、算法、命令协议处理等功能。

　　短程通信技术采用的无线通信协议，其核心是利用小功率微波天线覆盖而构成的小区分割，并采用基于HDLC协议的时分多址和同步通信机制，通过设计相应的处理与控制软件来实现RWU-RFID之间的双向数据传输和信息交换。

　　4.2 系统的总体结构

　　根据系统总体功能及现场调研，涉密资产管理系统总体设计方案包括二部分，其一：楼层外涉密资产门禁管理系统，其二：楼层内涉密资产管理系统，两部分相辅相成共同形成了完善的涉密资产管理体系。

　　楼层外涉密资产门禁管理系统

　　门禁管理系统工作原理

　　固定资产门禁管理系统是基于先进的射频技术，每个移动的载体装备有一个无线标识，在一楼电梯出入口(单位大门口)各安装两台与无线标识相配套的识别基站(电梯出入口安装缆试天线、单位大门口安装定向性读写器)，当无线标识接近识别基站一定的范围内，识别基站会自动识别物品进出，并自动记录下出入的物品所携带的无线标识ID号;若涉密资产未经授权，系统自动报警，防止涉密事件的发生。从而实现每个固定资产载体的出入都有严格的控制，同时保证了实际运行的高效和快速。

　　门禁管理系统功能

　　1) 防止被授权涉密资产非法带出未经授权的区域，如：某涉密资产被授予权限为大楼内部使用，借用人员因故意或者无意将资产随身携带到大楼以外时(又未经二次授权)，读写器采集到相关信息并传至后台进行比对，激发报警装置进行报警，防止出现机密泄漏;只有经过二次授权的固定资产才可带出大楼，于此同时固定资产的相关信息(如：借用人、借用日期、出库时间等)被自动记录在数据库中;

　　2) 单位领导或者单位职工只要随身携带电子标签，从门禁通过即可完成考勤功能(职工姓名、职务、上班时间等相关信息自动录入数据库)，并可根据实际的需要打印周、月各个时间段的考勤报表;

　　3)防止陌生人以种种名义闯入办公大楼，以确保各种涉密资产及行政人员的安全;

　　4)给经领导允许的参观人员、外来商务人员等进行登记并配发临时通行证。

　　门禁管理系统组成部分

　　远距离固定式定向读写器(一体机)、远距离固定式缆试天线读写器

　　远距离有源(无源)电子标签，作为临时卡

　　PC服务器

　　报警器

　　涉密资产管理系统软件

　　发卡器，给临时卡授权

　　门禁管理系统安装拓扑图

　　电梯口缆试天线安装图

　　单位门口定向天线安装位置图

　　4.3 楼层内涉密资产管理系统

　　楼层内涉密资产管理系统运用RFID技术，每个移动载体都装备有一个无线标识，在机房内安装一台(或者多台)与无线标识相配套的识别基站，使之所有固定资产都在识别基站的识别范围内，识别基站会自动识别所有固定资产随身携带的所有ID信息，并实时监管所有固定资产在位状态。若涉密资产实现未经允许非法带出，系统会随时发送信息给监控中心并触发报警，只有经过授权的合法固定资产，才能安全带出，从而保证每个固定资产的安全。

　　楼层内涉密资产管理系统工作原理

　　1) 由识别基站设备扫描到无线标识，信号传输到服务器;

　　2) 管理员在服务器上通过涉密资产管理软件管理员口令登陆管理平台输入固定许可，临时许可或严禁携带出去的无线标识的编号，系统自动识别判断;

　　3) 若服务器接收到系统设置为许可携带出门的无线标识，系统自动记录其出入时间与卡号;

　　4) 若服务器接收到系统设置为严禁携带出去的无线标识，监控中心或者门口及其保密室报警器会长鸣，直至险情排除。

　　楼层内涉密资产管理系统功能：

　　1) 实时盘点，盘点人员点击页面刷新选项，读写器在几秒钟内将所有在位之固定资产全部清点完毕，并上传之系统管理软件告知盘点人员库存资产的数量并可显示借出资产的物理信息(借出时间、借出期限、借用人姓名、联系方式等等)，通过各个库房的联网机制，可以随时了解本企业全国各地机房资产借入借出情况;

　　2) 区域定位，通过3台以上读写器可以实现区域非精确定位。

　　区域定位详解：目前关于RFID定位的主要技术问题如下：

　　◆ 定位环境的复杂性， RFID是一种以微波传输的技术，而波的发射具有不规律性，且传输很容易受到环境的影响，如反射，衍射，屏蔽等;

　　◆ RFID产品的技术特征，产品的识别距离问题，目前识别距离主要是通过调整读写器的信号接收范围(读写器天线的增益)和方向(接收范围，)。由于这两个指标很难精确控制，所以在一定程度上限制了RFID定位技术的发展;

　　由于读写器的接收很难控制，所以我们是否考虑改变RFID电子标签的天线增益来实现定位，从而进行模糊判断。。

　　区域定位方案：

　　A B C为阅读器，接收范围为恒定，tag1 tag2 tag3 为同一参数且增益型标签。增益自动可循环(分别为0db 1db 2db 3db)。在发射数据时候同时可发送本身的天线增益数据。

　　示意图：

　　以图示 tag1为例子，

　　当标签增益最大为2db时，ABC阅读器都能接收到信号

　　当标签增益最大为1db时。AB阅读器能接收到信号

　　当标签增益最大为0db时，A阅读器能接收到信号

　　由此可以通过软件可计算出tag1最靠近A，即把tag1定位在A附近，实现区域型定位

　　以tag2为例子：

　　当标签增益最大为2db时，ABC阅读器都能接收到信号

　　当标签增益最大为1db时，ABC阅读器都能接收到信号

　　当标签增益最大为0db时，B阅读器都能接收到信号

　　同样可以通过软件可计算出tag2最靠近B，即把tag2定位在B附近.

　　此方案可以在一定程度上规避复杂的环境对RFID信号传输的影响，通过被多个阅读器的识别次数及接收时候附带本身增益来判断实现区域定位。此技术能在一定程度上满足部分需要对区域定位的需求，如：银行钞箱区域的监控，监控医院特殊器械的位置摆放，涉密资产及人员的定位。。。。。

　　3) 资产防盗及借用延期报警，楼层内涉密资产上使用的电子标签都具有防拆功能，一旦标签被强行从涉密资产上取下，电子标签及会发送一个特殊的ID给读写器，读写器将信号传递到后台管理软件，从而驱动报警器报警;对于未被授权的涉密资产，被强行带出机房，一旦信号消失将会立刻触发报警器进行报警;若某涉密资产的借用期限已到，借用人还未归还，系统将自动弹出页面显示借用人及资产相关信息并触发报警;

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　　4) 定位查找功能，涉密资产借用人员只需将借用物品详细信息输入涉密资产管理系统软件，点击查找按钮，读写器即会向电子标签发送相关寻找信息，此时便可在管理软件上显示此资产的大概位置并且可触发电子标签的声光报警功能，借用人员凭借声光报警、大致区域定位情况，便能很方便的找到所需涉密资产;楼层内涉密资产(长期放置，不允许移动的设备)，事先可以将此类资产位置情况、资产购置情况、型号等等写入电子标签，需要查找时，便可以十分精确的知道此类资产的位置;

　　5) 借出涉密资产正确归位，资产在借出时管理人员可以通过读写器将出借涉密资产的位置情况、借出权限、借出时间、借出期限等等写入电子标签中，固定资产在归还时，进入读卡区域，读写器自动将信息采集到读写器中，读写器将信息通过有线或者无线方式传到后台管理系统，后台管理系统发一条指令给机房入口的LED显示屏，显示屏会自动显示该固定资产信息、放置位置等，可使固定资产正确归位;

　　楼层内涉密资产管理系统组成部分

　　1)远距离固定式全向读写器(一体机);

　　2)远距离有源电子标签，悬挂或者粘贴在涉密资产表面;

　　3)PC服务器;

　　4)报警器;

　　5)涉密资产管理系统软件，用于涉密资产授权、盘点、查找、定位、新增及报废等等;

　　6)发卡器，将固定资产相关信息录入;

　　7)LED显示屏，显示归还资产的相关信息及归还位置。

　　楼层内涉密资产管理系统安装拓扑图

　　楼层内设备隐蔽安装

　　5. 系统软件介绍

　　5.1 基本资料管理

　　基本资料管理功能是RFID监控管理系统的基础。RFID监控系统需要得到一些固有的基本资料，为系统的其他功能提供信息。这些固有的资料包括：绑定佩戴电子标签人员基本信息，绑定电子标签物品基本信息，人员与电子标签对应以及人员分类分组等等，这些基本资料对整个系统来说是必不可少的。

　　该操作界面主要进行人员基本资料的输入，电子标签号与相应人员的对应，以及人员访问权限的设置。

　　“标签号”为该人员所佩戴的电子标签ID号;界面中部的多选框为权限设置，选中某一区域描述即代表该人员具有进入所选区域的权限。没有选中的区域则代表该人员进入该区域后，会触发报警。

　　该操作还具有搜索功能，可根据电子标签号，人员姓名，绑定物品名称等进行搜索。

　　该界面中包括：更新、新增、修正、删除、确定、取消、退出等按钮。这些按钮的功能与上述“设备管理”界面中的按钮功能相似。图片中的“新增”、“清除”按钮用于为人员选择正确的相片或者清除已配备给相片。

　　资料管理包括：

　　1. 人员信息

　　人员的基本资料信息，包括：工作人员信息、来访人员信息等。人员信息管理功能实现档案管理的电子化。

　　2. 资产信息

　　对监控范围内有价值的物品进行登记、管理、跟踪和保护。不仅方便对这些物品进行统计和分配，而且当需要使用某一物品时，系统能快速查出该物品是否正在使用，在哪里使用。

　　5.2 系统基本设置功能

　　系统的某些功能必须在管理人员对系统进行了相应的设定后，才能正常运作。设定会因应不同的应用环境而有所不同。系统的每个基本功能都有设置项目需要管理人员根据具体情况进行设定。系统的基本设置包括：

　　? 人员及资产的权限设置

　　? 人员及资产类型设置

　　? 监控区域设置

　　? 警报设置

　　5.3 设备管理

　　设备管理，是对监控设备进行管理。

　　该操作界面中提供搜索功能，可分别按“接收器识别码”或“接收器IP地址”查询。

　　新增按钮：加入新的设备对应点，点击新增后，从平面图中选择一未使用区域，然后填写下面的资料，确定后，新增资料被保存;

　　修正按钮：对已有的设备记录进行修改。按确定保存修改内容;

　　删除按钮：删除已有设备记录。按确定按钮确定删除操作;

　　更新按钮：刷新界面;

　　确定按钮：保存之前的操作;

　　取消按钮：取消上一步操作;

　　退出按钮：退出设备管理操作界面，不作保存。

　　5.4 监控警报功能

　　监控警报功能是整个RFID监控系统的核心功能。通过该功能，监控人员可以很快的知道大楼内的人员分布情况;可以追踪某一特殊对象的“活动轨迹”，这些都是以前的监控系统所不能实现的功能。

　　5.5 监控报警方式

　　监控报警方式有二种，越界警报和断线警报。两种警报都会产生警报声响。这警报功能可以与视像，门禁，警报讯号，和自动发送电邮、短讯等系统功能联防启动。在系统中更可加入同区管理人员位置显视功能模块。

　　5.6 边界线及出入口监控功能

　　在活动区域的围墙或者出入口，电梯口等地方安装警界线，任何时候如果有人活着物品接近都能判断进出，如未授权的人员或者物品出入相关区域都会激发警报系统。 警界线范围可设定为2米至5米内。 警界线可藏在围墙内不容易发现。如下图示意：

　　5.7 行动轨迹监控

　　受监控资产戴有标签，系统可以实时知道其具体位置，到过哪些地方，哪些人领取过等，防止意外等情况的出现。

　　5.8 指定人员或指定物品查询

　　通过条件可以查询某指定人员、涉密资产等，软件可即时反映出该人员、涉密资产目前所处位置。

　　5.9 自动报警

　　当出现人为故意或者意外对标签进行破坏、特定时间清点缺席、非授权人员闯入禁区、管理人员按动紧急救援按钮等情况出现时，系统按事故性质自动启动警报。并提供预先设置的应急提示信息。

　　5.10 显示报警位置

　　系统报警后，系统即时找出并显示事故发生区域，管理人员可以有目标地尽快到达现场并进行控制处理。

　　6. 硬件设备介绍

　　6.1 RW-R801型 工业级全向读写器

　　产品技术特性

　　识别距离 ： 0 ～ 100米半径

　　识别能力 ： 同时识别500张以上的标签

　　识别角度 ： 全向

　　极化方式 ： 垂直极化或双极化

　　增 益 ： 5dBi 接收32级可调、发射4级可调

　　工作频段 ： 2.4 GHz ～ 2.4835 GHz

　　功耗标准 ： 工作功率为毫瓦级

　　抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰

　　安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测

　　接口标准 ： RS232、RS485、Wiegand26、RJ45、TTL、WiFi等可选

　　扩展I/O ： 开关量信号输入与输出各2路(可选)

　　电源标准 ： DC 7.5～12V 500～1000mA

　　可 靠 性 ： 防雷防水防冲击，满足工业环境要求

　　尺 寸 ： 180×135×60 mm(不含天线)

　　6.2 RW-T750型低频激活器

　　产品技术特性

　　激活范围 ： 配置2组棒状天线，每组0 ～ 3.5米半径;最大可扩展识别范

　　围到1000㎡

　　激活速度 ： 最大400 公里 / 小时通过时可被激活

　　激活能力 ： 同时激活500张以上的标签

　　激活角度 ： 全向

　　中心频率 ： 125KHz

　　抗干扰性 ： 采用时分多址技术，多设备互不干扰

　　穿透能力 ： 低频波长2500m可完全穿越人体和墙体

　　标准接口 ： TTL、RS485接口

　　电源标准 ： DC 7.5～18V 1000～3000mA

　　工作温度 ： -40～+85℃

　　封装特性 ： 铝合金外壳封装

　　可 靠 性 ： 防水防冲击，满足工业环境要求

　　尺 寸 ： 148×98×45 mm(未包括外置天线)

　　安装方式 ： 吸顶、挂壁或地埋等安装方式

　　6.3 RW-T700型 双频电子标签

　　产品技术特性

　　识别距离 ： 0～ 150米可调

　　工作频段 ： 2.4 GHz 、有源125KHz

　　通讯速率 ： 250Kb/s、1Mb/s、2Mb/s

　　抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰

　　安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测

　　读写功能 ： 176B存储空间(可选)

　　防拆功能 ： 防拆报警功能(可选)

　　功耗标准 ： 平均工作功率为微瓦级

　　使用寿命 ： 1～3年左右，可更换电池

　　电压检测 ： 电压低于预设值时以无线提示(可选)

　　封装特性 ： ABS工程塑料，抗高强度跌落与振动

　　环境特性 ： 工作温度-40℃ ～85℃

　　工作湿度<95%

　　可 靠 性 ： 防冲击，满足工业环境要求

　　外 形 ： 方卡型，可提供OEM定制服务

　　尺 寸 ： 86×54×5.0 mm

　　7. 项目实施

　　7.1 项目实施流程

　　项目实施流程

　　7.2 项目售后服务

　　销售所及,服务必至 ;

　　7χ24小时专业化保障;

　　4小时内迅速到达维护现场