基于RFID校园监控系统架构的设计与实现

　　随着高科技的蓬勃发展和智能化产品在人们生活应用上的推广与普及，使得人们在自动识别、自动控制、智能行为分析等方面不断提出新的需求和新的应用高度，正是在这计算机网络、传感技术、数据采集、云存储、大数据分析等技术相互结合、协调发展的基础上，移动互联网也就顺势而起，得到了前所未有的发展机遇、机会和动力。

　　学校是培养人才的场所，寄托着国家、社会和家庭的希望，特别是幼儿园学校的启蒙教育，国家对教育的重视也逐年增加，家长想让自己的孩子尽早接受教育，而且因为平时工作的繁忙，唯恐小孩无人看管，难以接受到良好的教育。因此，幼儿园、托儿所成为了家长的首选。如何在无数的幼儿园中脱颖而出，不仅要靠完善的管理和师资力量，还要靠与小孩父母进行及时的亲情沟通，家长也方便时刻关注小孩动向、学校表现，辅助学校给予健康的教育和快乐的成长。

　　本文即以幼儿园校园监控系统为背景，借助先进的互联网技术，实现具有特色和创新价值意义的智能系统，进而保障学生在校安全，提高幼儿园管理水平，增强学校与家长的沟通。

　　1 核心技术概述

　　随着计算机技术的发展，网络技术也得到了空前的发展，各种新技术更是雨后春笋层出不穷，由不稳定渐渐走向成熟，由少为人知推向广泛使用，这些新技术的发展应用极大的推进了社会的发展，带来了极大的社会效应。

　　1.1 移动互联网

　　移动互联网，就是将移动通信和互联网二者结合起来，是互联网的技术、平台、商业模式和应用与移动通信技术结合并实践的活动的总称，它将移动通信和互联网这两个发展最快、创新最活跃的领域连接在一起，并凭借数十亿的用户规模，正在开辟信息通信业发展的新时代。移动互联网正逐渐渗透到人们生活、工作的各个领域，短信、移动音乐、手机游戏、视频应用、手机支付、位置服务、各类应用软件等丰富多彩的移动互联网应用迅猛发展，正在深刻改变信息时代的社会生活。

　　本系统中就借助移动互联网，让家长在智能手机终端的视频服务实时查看孩子在校园内的一举一动，同时移动手机终端还可以接收学校、教师发过来的服务信息，与老师们进行互动和沟通。

　　1.2 网络视频监控

　　视频监控系统是由摄像、传输、控制、显示、记录登记五大部分组成。摄像机通过网络线缆或者同轴视频电缆将视频图像传输到控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。随着网络技术、传输技术的快速发展，视频监控可以通过有线、无线网络、电力网络把视频信息以数字化的形式来进行传输，并接入到统一的视频服务平台上进行管理，可将视频信息进行转码，以不同的方式、速率传输到终端设备上进行展示，网络视频监控总体概述为一项集计算机、网络、通信以及视频编解码等多项高新技术的整合产品。

　　1.3 RFID基本原理

　　RFID(Radio Frequency Identification)即射频识别技术，是一种非接触式自动识别技术。最基本的RFID系统由电子标签、阅读器和用来传递射频信号的天线组成。电子标签根据是否具有电源分为有源标签、无源标签和半有源标签，其工作的基本原理是由阅读器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效的工作区域时产生感应电流，从而获得能量，电子标签被激活，向阅读器发送信息，阅读器收到信息后编码，然后传送给后台主机进行相关的信息处理，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制阅读器完成相应的读写操作，工作原理图如下图1所示：

　　1.4 消息推送服务

　　消息推送服务是在互联网技术发展下，衍生的新技术，是基于“Web广播”通过一定的技术标准和协议，在互联网上定期传送特定用户群体需要的信息来减少信息过载的一项新技术。它根据用户的兴趣来搜索、过滤信息，帮助用户高效率地发掘有价值的信息。数据来源于与与服务器的交互，常用的消息推送有两种方式：第一种是客户端使用Pull(拉)的方式，就是隔一段时间就去服务器上获取一下信息，看是否有新的数据更新;第二种就是服务器使用Push(推送)的方式，当服务器端有新信息了，则把最新的信息Push到所需要的用户终端上。

　　2 系统架构体系设计

　　基于RFID校园监控系统是为幼儿园每个学生配戴一个RFID的电子标签，当学生经过RFID阅读器扫描区域时，采集到学生电子标签数据，并网络传输至后台服务器，通过计算匹配到周边的摄像头，调用监控视频平台获取实时的视频信号。系统利用RFID技术，在整体上架构上将家长、学生、监控、智能终端融为一体，促使校园管理迈向智能化、信息化。

　　2.1 硬件设计

　　1)RFID模块设计与选型

　　为满足需求需在校园内的操场、教室、走廊、楼梯、校园门口等等位置安装RFID阅读器，并且RFID设备间不相互干扰、扫描范围可控且距离短、辐射低、易穿戴等特点，对RFID设备的设计与选型由为重要。

　　本文选用的是2.4G有源阅读器，因为2.4G是全球开放的ISM微波频段，无须申请和付费，且功能极小，读写时间极短，阅读器扫描距离在2―10米之间，可根据不同的应用场景灵活调整，在防冲突方案上，采用可靠的频分多址和时分多址设计，可同时识别200个以上不同的射频识别卡。另外电子标签可根据实际穿戴需要，定制成微小的、漂亮的纽扣式，时刻穿戴在学生身上，同时还具备高抗干扰性、高度集成性和高安全性，为整个校园监控系统的良好实施奠定一定的基础。

　　2)网络视频监控

　　网络视频监控由摄像头、传输网络、转码平台组成，摄像头目前市场上已经相当成熟，满足需求的厂家、选型种类很多，这里不详做讨论。在转码平台上要求视频的模拟信号与数字信号互转，并且支持PC电脑上传输分辨率大、码率大、清晰度高视频，移动终端相对低的信号输出;支持摄像头的远程滚动、拉进、缩远、抓拍等操作;支持大数据量的存储、高并发的访问、历史视频的回放等技术问题。

　　2.2 软件架构设计

　　本软件系统架构是将C/S和B/S模式相结合的方式使用，其中C/S(Client/Server)模式，即客户端/服务端模式，应用于系统的数据采集与交换处理;B/S(Brower/Server)模式，即浏览器/服务器模式，应用于PC电脑的Web浏览和智能手机的服务。

　　整个系统的是每个幼儿园内部部署，先将采集数据在幼儿园存储，并通过互联网网络实时同步至电信机房，由机房部署存储所有幼儿园的采集数据，并作为云服务平台向各应用业务软件提供服务，为支持整个城市的幼儿园家长使用，系统采用SOA体系架构的设计思路，系统架构设计如图2所示：

　　3 功能实现

　　基于RFID校园监控系统实现家长在PC端或智能手机端登录后，根据后台的业务逻辑关系及算法处理，得到自己孩子目前所处在RFID阅读器扫描区域内的设备资源，网络视频监控调出设备资源的视频监控信号，将实时画面传输到用户界面上。家长通过实时监控画面了解孩子在校园的表现及受教育情况，并通过在线互动功能与其它家长、教师分享知识;学校也可以通过平台向家长发送注意事项、育儿知识、校园活动等。该系统核心架构模块设计主要包括资源管理、数据采集与交换处理、多路视频展现与自动切换、信息互动等模块组成。

　　1)资源管理模块

　　实现基于RFID设备对孩子监控，要具有精确的设备提供详细数据，通过后台的设备实体间的对应关系，经业务关系的计算处理，得到需要的数据。突显出业务实现的资源关系管理尤为重要，设备资源实体有：RFID电子标签、RFID阅读器、摄像头等;业务实体有：家长、幼儿园、班级、学生等。

　　在幼儿园场景下，每个门安装一个RFID阅读器，教室内安装一个摄像头;操场安装一个RFID阅读器，大于等于一个摄像头;校园门口安装两个RFID阅读器(可判断学生出入校园状态)，一个摄像头等场景关系，将资源管理建立起一个学生对应一个RFID电子标签;一个学生可对应多个家长;一个RFID阅读器对应多个摄像头，一个摄像头可关联多个RFID阅读器。资源管理的关联建立与数据的存储为整个系统架构的实现奠定了基础，提供了业务架构的服务。

　　2)数据采集与交换处理模块

　　数据采集主要是RFID阅读器扫描电子标签的数据采集和视频监控的实时画面的采集，并将采集数据先临时存储在各幼儿园本地，再实时同步至电信中心机房。在设计上数据采集是利用设备厂家提供的服务接口，与SOA框架的服务接口同步，实时将结构化数据、非结构化数据存储在平台服务器。

　　数据交换处理提供各子系统接入的接口，实现数据交换平台和各信息系统的有机结合，以统一的接口规范实现数据自动提取、数据转换、数据发送、数据校验、数据审核等，同时支持数据同步、历史数据查询等。各幼儿园的业务数据按统一标准规范处理后，实时同步至电信机房的云服务平台的数据中心，各PC终端、移动终端均从云服务平台获取实时数据。

　　3)多路视频展现与自动切换实现

　　实际场景中孩子是在不断移动的，会从这个区域到达另一个区域，从这个教室转到另一个教室，家长看到的实时视频也需要根据孩子的移动自动识别监控视频、自动切换，确保孩子在监控画面中不消失。主要有两种实现方式：定时检测和自动推送，定时检测是PC端或者移动端定时从服务器上检测RFID采集的数据是否存在变化，如变化就从服务器上获取最新的监控视频画面，更新PC端、移动端界面;自动推送是当有家长访问孩子的监控视频时，服务器端运行监听器，计算RFID采集数据是否变化，如变化，服务器端主动将最近监控画出推送到客户端。

　　4)信息推送服务功能实现

　　互联网的时代也促进了信息的传递，利用成熟的网络技术、智能终端设备实现信息的传递、分享也变的异常容易。家长可利用智能手机接收校园信息的推送服务，在本系统的设计实现上利用百度云推送服务，服务器端主动利用百度云服务接口将信息推送到智能手机的移动设备上，这样家长可