基于RFID技术的智能终端导览系统

1 引言  

　　最近几年，RFID(Radio Frequency Identification, 无线射频识别技术)被广泛的利用在各方面，其中应用最多的是在物流追踪，仓库管理等方面。国内在最近几年才开始注意到RFID这项科技的影响，虽然已在大力推广，但大多数是以产业应用为主，很少将RFID应用在人们的生活环境上。另一方面，现在越来越多的移动设备都提供了无线上网功能，也有越来越多的地方开始设置无线网络基站以提供无线上网服务。移动设备与无线网络的结合将带给生活更多便利，不管在何处都能够连线作业或取得信息。目前最新行动装置例如第三代行动电话、PDA、Notebook也朝着支持 Wireless LAN上网发展。同时，已经有很多款移动智能终端提供了RFID读写器配件，可以方便的将RFID技术和智能终端的无线网络服务相结合。  

　　现阶段，在博览会及博物馆等地方采用的导览服务大概分为如下两种方式：  

　　1. 用录音带的语音导览。它的优点是参观者可自由走动，选择本身有兴趣的展品或展区参观学习。但由于储存容量的限制，当参观者想多获取比较感兴趣的展品的一些相关知识时，其往往无法提供较全面的知识，且互动性不足，加之体积庞大，难吸引小朋友使用。此外，听障朋友们也无法享受语音导览的解说方式。  

　　2. 解说员导览方式。它由一名解说员带领一群参观者重点式地解说重要的文物或景点，其优点为可以即问即答，但是参与的参观者必须亦步亦趋地跟随解说员，且须凝神注意聆听解说，给参观者在学习中造成不便，且解说人员的数目有限，加之培养专业解说人员需要花费大量的人事开销，非常不符合经济效应。  

　　考虑到当前存在的问题，本文提出使用PDA与无线网络并结合RFID技术开发出一套运行在移动终端的导览系统。该系统在服务器端建立相关导览场景的文字、图片、语音以及视频介绍数据库，以网站形式提供专门面向移动设备的访问服务。移动设备终端通过其附带的RFID读写器，得到相关展品的EPC编码后，可以根据用户需要，访问服务器网站并得到该展品的文字、图片语音或者视频介绍等相关数据。  

　　该系统的优点在于：一、系统采用RFID设备，可以自动识别展品，操作方便；二、系统使用移动设备和无线网络，可以随参观者自由移动，为参观者提供最新的信息以及最多元的服务。三、系统服务器采用网络三层架构代替通常用在RFID实现中的C/S结构，减轻了数据库存取的负载，平衡了网络流量。  

2   系统结构与功能  

　　该系统的应用场景如图1。系统采用的智能终端为惠普iPAQ hx2400系列的PDA。使用者通过智能移动终端上的RFID读写设备，可以在参观的同时，随时读取展馆地图以及展品上附有的RFID标签，然后选择相关服务。该服务请求通过在参观地设置的无线网络基站接入点（Access Point，AP）通过无线网络发送到后台服务器。后台服务器在接到相关请求后，读取数据库，并将获取的文字、图片、声音以及视频资料展现给使用者。  

图1 基于RFID的智能终端导览系统应用场景  

　　系统采用基于internet的三层架构模型。第一层为客户端web浏览器，第二层为web服务器，第三层为数据库服务器，用户通过客户端web浏览器访问web服务器，提交服务请求，web 服务器通过ADO.NET与数据库进行连接，向数据库服务器提出请求后，再将数据库服务器的处理结果提交给客户端浏览器，供用户查看。  

　　采用这样的架构改进了传统的C/S结构的缺点，除减轻了系统管理人员的维护量，更减轻了后端数据库存取的负载，平衡了整个网络流量。同时由于使用移动设备和无线网络接入技术，导览系统更加灵活易用。  

3  系统实现  

    该系统分为两部分开发，PDA端子系统和服务器端子系统。整体架构如图2。在整个系统中，只有RFID标签的传送是通过在PDA和服务器端建立Socket连接进行传送，其他的文字、图片、音频和视频文件的浏览都通过Web服务的方式进行。这样既保证了标签传送的效率也能有效的平衡服务器的负载，具体的实现方法接下来会进行详细介绍。  

图2 智能终端导览系统架构图

3.1 智能终端子系统 

　　在PDA端，主要分为读写器管理模块和Socket服务器模块，分别负责标签信息的读取和标签信息的传送。利用智能终端提供的小型数据库作为标签的缓存，使用智能终端自带的web浏览器登录服务器获取相关服务。 

　　读写器管理模块进行相关读写器参数的配置，服务的启动工作。在读写器参数配置模块中，为了屏蔽不同种类读写器之间的差异，采用了经典设计模式中的工厂模式。首先创建一个抽象工厂，当使用者选取不同读写器类型时，由工厂自动决定返回对应种类读写器的实例并将该实例返回。接下来可以采用统一的父类接口调用读写器实例提供的方法，并不需要知道具体使用的是哪一个子类，从而实现了读写器的兼容功能。 

图3 读写器管理模块界面 

    该模块中提供的服务有两个。其一，负责启动读写器，读取周围的标签信息，并将读到的标签存入PDA数据库中缓存。其二，开启Socket监听线程，启动 TCP监听。负责TCP监听的守护程序在一个单独的线程中运行。该线程主要负责建立TCP连接，打开TCP监听，当收到需要提供标签信息的请求后，建立另一个线程，读取标签并使用已建立的TCP连接，将标签信息返回给发出请求的机器。示意图如下（实线为监听线程，虚线为读取标签线 ）

图4.PDA端多线程工作模式说明 

3.2 服务器端子系统 

　　在服务器子系统的设计分为三层，数据库管理模块，业务处理模块，Web UI模块以及一个用于与智能终端通信的Socket客户端。 

　　数据库管理模块在最底端，负责数据库的读取，写入及异常处理等操作。 

　　业务处理模块，主要负责进行数据库内的表到对应的类的转化，便于在用户界面层进行数据的输入和查询的工作。 

　　Web UI模块包含两个部分。一个是提供给后台管理者进行文字、图片、音频以及视频数据录入的管理系统网站，这和普通的网站开发类似。另外一个是用于智能终端访问的移动网站。该网站为使用者提供介绍性文字和导览服务。当进入导览服务时，用户通过点击开始扫描按钮，启动服务器端的Socket客户端。 

　　Socket客户端负责与用户使用的 PDA建立Socket连接，请求PDA端Socket服务器线程开启读写器、读取标签并返回标签信息。当服务器端的Socket客户端得到相应的标签信息后，返回给移动Web服务器。移动Web服务器再通过业务处理模块调用数据库管理模块读取该标签对应展品的文字和图片信息，以网页的形式提供。同时，该页面还有音频和视频的调用按钮，如果用户需要，可以点击这些按钮。这样会开启智能终端的音频视频播放软件，如Windows Media Player进行播放。由于在提供这些服务时候，采用的是BS的系统结构，免去了考虑数据传输的细节，大大提高了开发效率。 

4   结论 

　　本文讨论了一个基于RFID技术的智能终端导览系统的设计与实现过程。系统分为两部分，服务器端主要采用了ASP.NET和C#编程语言，PDA端应用程序采用.NET的智能设备开发平台和C#编程语言，涉及到对数据库的操作和智能设备端读写器的管理、标签的读取、传送，同时使用了C/S和B/S两种结构分别用于标签的传送和数据的传送，并且在讨论中对两种方法的优劣进行了比较。现有的系统可以为大型展会和博览会的场馆建设提供新的思路。由于采用了无线组网技术，免去了在展会场地布置网线的时间和资金的投入，同时也为使用者提供了更加自由和人性化的服务。 

　　现有的系统还有很大的扩展空间，如后期可以根据数据库中记录的展品查询记录分析出哪类展览更加吸引观众，以及可以利用接入RFID的智能终端进行人员定位等服务。 


参考文献： 

1．（美）Chris Hart, John Kauffman：ASP.NET 2.0入门经典[M]，张楚雄、高猛译，第四版，北京，清华大学出版社，2006年 

2．（美）Steve John Metsker ：C# 设计模式[M]，颜炯译，中国电力出版社，2005年 

3．刘天华，杜梅，孙阳，智能射频卡在校园一卡通系统中的应用[J]，《微计算机信息》，2006，22(35)：167-169 

4．RFID 相关标准，http://www.epcglobalinc.org/home