CN103593688A - 定位信标、具有其的电子标签系统及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种定位信标，包括下行信道控制单元，上行信道控制单元，双路全双工射频前端单元，非对称天线馈线系统控制单元、RFID信标协议栈及负载均衡单元和微处理和电源控制单元。本发明还提出一种包括上述定位信标的电子标签系统，以及一种电子标签系统的通信方法。本发明通过定位信标与电子标签、电子标签阅读器进行通信，可以获取电子标签的标签信息从而实现电子标签的定位，并且及时将标签信息发送给电子标签阅读器，电子阅读标签阅读器根据标签信息可以对载体进行识别和跟踪，从而提高系统的安全可靠性。

Description

定位信标、具有其的电子标签系统及通信方法

技术领域

本发明涉及无线射频技术领域，特别涉及一种定位信标、具有该定位信标的电子标签系统以及电子标签系统的通信方法。

背景技术

对于有关单位或企业的有关保密要求，所有涉密载体必须进行集中统管。具体地，所有人员个人使用的个人办公移动硬盘、承办的文件资料以及笔记本电脑，公用移动硬盘均在所属二级部保密室进行集中存放和管理。个人使用的个人办公移动硬盘、承办的文件资料存放于保密库房的铁柜中，为每人设置独立存放空间。笔记本电脑，公用移动硬盘存放于保密室铁柜中，使用管理均由各二级部专职保密干部负责。

对于大量的人员使用，就需要对存放的涉密载体的监控管理，例如对涉密载体的存放、使用情况的跟踪。并且，还需要对涉密载体在出现未按要求放置于保密室库房，超时未放回等违规情况时，能够对其位置和状态进行监控。并且，现在的涉密载体管理中，由于监控管理系统的安全性不高，容易导致涉密载体被私自带出而未发现的情况，从而导致泄密情况的发生。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种定位信标。本发明的第二个目的在于提出一种电子标签系统。本发明的第三个目的在于提出一种电子标签系统的通信方法。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提供一种定位信标，包括：下行信道控制单元，用于接收RFID电子标签发送的无线射频信号以获取所述RFID电子标签的标签信息，以及用于控制与所述RFID电子标签之间的下行空中无线链路；上行信道控制单元，所述上行信道控制单元与所述下行信道控制单元进行通信，用于接收所述下行信道控制单元发送的所述RFID电子标签的标签信息，并向RFID电子标签阅读器上传所述标签信息，以及用于控制与所述RFID电子标签阅读器之间的上行空中无线链路；双路全双工射频前端单元，用于对所述上行信道控制单元的射频前端模拟电路信号和所述下行信道控制单元的射频前端模拟电路信号进行信号处理；非对称天线馈线系统控制单元，用于控制所述下行空中无线链路和所述上行空中无线链路的天线增益；RFID信标协议栈及负载均衡单元，用于对所述标签信息进行处理、缓存和转发，以及用于根据所述RFID电子标签的距离进行负载平衡；微处理和电源控制单元，用于对所述下行信道控制单元、所述上行信道控制单元、所述双路全双工射频前端单元、所述非对称天线馈线系统控制单元和所述RFID信标协议栈及负载均衡单元的微处理和电源进行控制。

根据本发明实施例的定位信标，利用下行信道控制单元、上行信道控制单元、双路全双工射频前端单元、非对称天线馈线系统控制单元、RFID信标协议栈及负载均衡单元和微处理和电源控制单元之间的通信交互，可以获取电子标签的标签信息，并对标签信息进行处理和缓存，进而实现电子标签的定位。

在本发明的一个实施例中，所述下行信道控制单元放置在保密柜中，其中，所述下行信道控制单元包括：泄射天线，所述泄射天线缠绕在所述保密柜内隔板之间的空隙内以与所述保密柜内的每个所述RFID电子标签形成短距离无障碍接收通道；下行控制电路，所述下行控制电路包括下行微处理器和RFID协议栈，用于处理下行信道的无线射频信号和下行基带信号。

在本发明的又一个实施例中，所述上行信道控制单元包括：全向天线，所述全向天线安装于保密柜的柜顶外部，用于与所述RFID电子标签阅读器进行通信；上行控制电路，所述上行控制电路包括上行微处理器和信标协议栈，用于处理上行信道的无线射频信号和上行基带信号。

在本发明的再一个实施例中，所述微处理和电源控制单元包括：主控微处理器、信标嵌入式操作系统、存储器和时钟电源。

本发明第二方面的实施例提供一种电子标签系统，包括：至少一个RFID电子标签，其中，每个所述RFID电子标签安装于一个载体的表面上，用于发射无线射频信号，其中，每个所述RFID电子标签用于标示对应的载体，所述载体放置于保密柜内；本发明第一方面实施例提供的定位信标，用于读取所述保密柜内的每个所述RFID电子标签的无线射频信号以获取对应的RFID电子标签的标签信息，并发送每个所述RFID电子标签的标签信息；RFID电子标签阅读器，用于读取所述定位信标发送的标签信息以根据所述标签信息对相应的载体进行识别和跟踪。

根据本发明实施例的电子标签系统，通过定位信标与电子标签、电子标签阅读器进行通信，可以获取电子标签的标签信息从而实现电子标签的定位，并且及时将标签信息发送给电子标签阅读器，电子阅读标签阅读器根据标签信息可以对载体进行识别和跟踪，从而提高系统的安全可靠性。

在本发明的一个实施例中，每个所述RFID电子标签采用匿名ID发送无线射频信号，其中，所述匿名ID为所述RFID电子标签的真实ID加密后得到。

在本发明的又一个实施例中，所述定位信标通过信标光缆与每个所述RFID电子标签进行通信。

本发明第三方面的实施例提供一种电子标签系统的通信方法，包括如下步骤：

所述定位信标的下行信道控制单元通过信标光缆读取每个RFID电子标签的标签信息，并将所述标签信息发送至所述定位信标的上行信道控制单元；

所述定位信标的上行信道控制单元接收所述标签信息，并将所述标签信息转发至RFID电子标签阅读器；

所述RFID电子标签阅读器接收所述标签信息，并将所述标签信息以RS485协议信号的形式传送到485/TCP转换盒；

所述485/TCP转换盒将RS485协议信号转换成TCP/IP网络信号传送到集线器；

所述集线器通过光纤将所述TCP/IP网络信号传输到交换机。

根据本发明实施例的电子标签系统的通信方法，可以实现对载体位置的跟踪监控，跟踪涉密载体的存放、使用情况，在出现未按要求放置于保密室库房，超时未放回等违规情况时，在监控端显示违规人员和所使用涉密载体信息，并在数据库中保存所有使用存放记录，做到有据可查。并且，在发现有载体被私自带出时，能及时向系统发出报警以避免泄密情况的发生，便于大部保密办对各二级部的集中统管，大部管理人员不用到现场即通过服务器实时查看、统计各二级部对涉密载体的使用、存放和外出借用情况，根据实时观察和统计数据及时发现问题，督促协助各二级部严格执行保密管理制度，提高系统的安全可靠性。

在本发明的一个实施例中，还包括如下步骤：

所述RFID电子标签阅读器将正在通过门禁位置的标签信息以RS485协议信号的形式传送到所述485/TCP转换盒；

所述485/TCP转换盒将RS485协议信号转换成TCP/IP网络信号传送到集线器；

将所述TCP/IP网络信号传送到交换机；

所述交换机将标签信息传送到服务器，并由所述服务器进行处理和记录。

在本发明的又一个实施例中，还包括如下步骤：

客户端通过访问所述服务器实时查看监控数据；

显示器显示所述标签信息对应的载体信息。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的定位信标的示意图；

图2为根据本发明实施例的电子标签系统的示意图；

图3为根据本发明一个实施例的RFID电子标签和电子标签阅读器的交互示意图；

图4为根据本发明实施例的RFID电子标签阅读器的示意图；

图5为根据本发明实施例的RFID电子标签工作机制的原理示意图；

图6为根据本发明实施例的RFID电子标签的数据帧格式；

图7为根据本发明另一个实施例的RFID电子标签和电子标签阅读器交互示意图；

图8为根据本发明实施例的电子标签系统的组成示意图；

图9为根据本发明实施例的RFID系统的软件架构示意图；

图10为根据本发明实施例的RFID中间件的工作原理图；

图11为根据本发明实施例的采用应用层方法的RFID系统的示意图；

图12为根据本发明一个实施例的电子标签系统的通信方法的示意图；

图13为根据本发明另一个实施例的电子标签系统的通信方法的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面参考图1对本发明实施例的定位信标进行描述。

如图1所示，本发明实施例提供的定位信标10包括：下行信道控制单元100、上行信道控制单元200、双路全双工射频前端单元300、非对称天线馈线系统控制单元400和微处理和电源控制单元500。

具体地，下行信道控制单元100用于接收RFID电子标签发送的无线射频信号以获取RFID电子标签的标签信息，以及用于控制与RFID电子标签之间的下行空中无线链路。

具体地，下行信道控制单元100放置在保密柜中。其中，下行信道控制单元100包括：泄射天线110和下行控制电路120，其中，泄射天线110缠绕在保密柜内隔板之间的空隙内以与保密柜内的每个RFID电子标签形成短距离无障碍接收通道。下行控制电路120包括下行微处理器和RFID协议栈，用于处理下行信道的无线射频信号和下行基带信号。

上行信道控制单元200与下行信道控制单元100进行通信，用于接收下行信道控制单元100发送的RFID电子标签的标签信息，并向RFID电子标签阅读器上传标签信息，以及用于控制与RFID电子标签阅读器之间的上行空中无线链路。

具体地，上行信道控制单元200包括：全向天线210和上行控制电路220。其中，全向天线210安装于保密柜的柜顶外部，用于与RFID电子标签阅读器进行通信。上行控制电路220包括上行微处理器和信标协议栈，用于处理上行信道的无线射频信号和上行基带信号。

双路全双工射频前端单元300用于对上行信道控制单元200的射频前端模拟电路和下行信道控制单元100的射频前端模拟电路信号进行信号处理。

非对称天线馈线系统控制单元400用于控制下行空中无线链路和上行空中无线链路的天线增益。

RFID信标协议栈及负载均衡单元500用于对标签信息进行处理、缓存和转发，以及用于根据RFID电子标签的距离进行负载平衡。具体地，RFID信标协议栈及负载均衡单元500对RFID电子标签海量接收数据进行处理、缓存和转发，并可根据电子标签距离远近进行负载平衡。

微处理和电源控制单元600用于对下行信道控制单元100、上行信道控制单元200、双路全双工射频前端单元300、非对称天线馈线系统控制单元400和RFID信标协议栈及负载均衡单元500单元的微处理和电源进行控制。

在本发明的一个实施例中，微处理和电源控制单元600包括：主控微处理器、信标嵌入式操作系统、存储器和时钟电源。

根据本发明实施例的定位信标，利用下行信道控制单元、上行信道控制单元、双路全双工射频前端单元、非对称天线馈线系统控制单元、RFID信标协议栈及负载均衡单元和微处理和电源控制单元之间的通信交互，可以获取电子标签的标签信息，并对标签信息进行处理和缓存，进而实现电子标签的定位。

下面参考图2对本发明实施例的电子标签系统进行描述。

如图2和图3所示，本发明实施例提供的电子标签系统，包括：至少一个RFID电子标签121、定位信标10和RFID电子标签阅读器123。

具体地，每个RFID电子标签121安装于一个载体的表面上，用于发射无线射频信号，其中，每个RFID电子标签121用于标示对应的载体，载体放置于保密柜内。

定位信标10用于读取保密柜内的每个RFID电子标签121的无线射频信号以获取对应的RFID电子标签121的标签信息，并发送每个RFID电子标签的标签信息。

在本发明的一个实施例中，定位信标10通过信标光缆与每个RFID电子标签121进行通信。

RFID电子标签阅读器123用于读取定位信标发送的标签信息以根据标签信息对相应的载体进行识别和跟踪。

具体地，定位信标10在RFID电子标签阅读器123和多个RFID电子标签121之间通过信标转换数据，将定位信标10安装在保密柜内，由定位信标10的下行信道控制单元100直接读取RFID电子标签121，定位信标10的上行信道控制单元200与RFID电子标签阅读器123通讯，RFID电子标签阅读器123只接收定位信标10发送的数据。

其中，每个RFID电子标签121安装于保密柜的内部，并且每个RFID电子标签121安装于一个载体的表面上。在本发明的一个示例中，RFID电子标签121为有源电子标签。有源电子标签又称为设备电子标识，安装在涉密载体表面上，拥有全球唯一的识别号码和存储设备相关信息。构建于RFID统一技术平台上的设备可读写RFID电子标签121，配合RFID电子标签阅读器123能完成对设备的自动识别和维修信息的本地存储。

其中，该RFID电子标签121可以粘贴在涉密载体的表面上。RFID电子标签121可以发射无线射频信号，其中每个RFID电子标签用于标示对应的载体。

如图3所示，每个RFID电子标签121包括射频前端电路、微控制器、微带天线和嵌入实时多任务系统。在本发明的一些示例中，RFID电子标签采用匿名ID发送无线射频信号。其中，匿名ID为RFID电子标签的真实ID加密后得到。

定位信标10可以读取保密柜110内的每个RFID电子标签的无线射频信号以获取对应的RFID电子标签121的标签信息，并发送每个电子标签的标签信息。

在本发明的一个实施例中，定位信标10包括：下行信道控制单元100和上行信道控制单元200，其中下行信道控制单元100可以读取保密柜110内部的每个RFID电子标签的无线设备信号以获取对应的电子标签的标签信息。上行信道控制单元200可以将每个电子标签的标签信息发送至RFID电子标签阅读器123。

具体地，定位信标10通过信标光缆与每个RFID电子标签121进行通信。定位信标10设计，用于在RFID电子标签和阅读器之间无缝插入一层RFID定位节点单元，完成对RFID电子标签121的区域定位，创新性解决复杂应用环境下标准RFID系统无法克服的空间阻隔、传播损耗、多径损耗、路径损耗、周围环境吸收等问题。

图4示出了RFID电子标签阅读器123的体系结构。

如图4所示，RFID电子标签阅读器123包括嵌入式操作系统系统、主控制器接口、无线链路控制器、基带控制器、模拟射频单元和接口I/O单元。其中，嵌入式操作系统包括读写控制协议、高速防冲突协议、主机通讯协议、数据安全处理协议、逻辑链路控制协议。模拟射频单元包括本地振荡器、混频器、带通滤波器、功率放大器、低噪声放大器和编码器。其中，功率放大器和低噪声放大器均与天线连接。RFID电子标签阅读器123还包括编解码单元、高速RFID协议栈、微处理器、基带处理、天线系统等、命令控制单元和逻辑存储单元。

下面分别对RFID电子标签121、定位信标10和RFID电子标签阅读器123的性能进行描述。

首先，本发明实施例的RFID电子标签121为有源电子标签，有源电子标签的主要性能参数包括：最大通信距离和无线信号的传播。

功率限制：虽然与无源RFID电子标签相比，有源RFID电子标签的发射功率小很多，但采用不同频率时其发射功率上仍然相差较大。例如，选用433MHz时，如果有效距离设定为100米，那么发射功率要求1mW左右；若选用900MHz，大致需要100mW。

工作时间：无源RFID电子标签没有电源，依靠对RFID电子标签阅读器发射信号的反射来实现通信，所以必须连续工作。而有源RFID是用自身的电池供电，可以支持远距离通信，因而标签和阅读器的通信方式能够比较灵活。有源RFID数据通信的时间可以控制在10％左右，当然也可以根据数据的传输速率和系统可靠性等指标的需要灵活调整。

调制方式：调制方式在不同的频段中具体的要求都不同。例如在2.4GHz的频段，大多要求采用扩频通信。这些都会在一定程度上增加标签和整个系统的成本。

根据我国在无线频段管理上的相关规定，能够使用的频段在2.4GHz，且应该采用扩谱的调制方式，从而达到低功率的要求。

在RFID电子标识中，通信方式是最重要的一个环节，几乎左右了整个系统的性能，对于我们采用的2.4GHz频段，分别从调制方式、通信机制和数据帧结构等三个方面对其进行讨论。

（1）调制方式

因为RFID的数据量要求不高，一般而言，以每秒20个标签的阅读能力为限，假定阅读一次每个标签大约需要1000比特的数据量，则总共的数据速率为20kb/s，属于低速率通信的范畴。因此，传输时不需要使用调制效率很高的方式（如16QAM等）。另外，鉴于我国在2.4GHz频段（即ISM频段）上对于发射功率的要求，所以选择扩频的方式是最佳的。常见的扩频方式有直接扩谱（DS）和跳频（FH）两种，由于同频段中蓝牙使用的是跳频，所以应该选择直接扩谱，在最大程度上保持与蓝牙设备的兼容性。2.4GHz频段的带宽为83.5MHz，可将其分割成16个信道，每个信道约占5MHz。那么，假设数据传输信道编码的效率是1/2，每个信道的处理增益近似可达到125，能使信噪比得到很大的改善。为进一步提高传输速率，为今后扩展提供裕量，实际采用的调制方式可以选择O-QPSK，并且在I通道和Q通道上同时传输信息。扩频码可以选用32chip的PN码。完全采用上述设计，传输的数据率可达到250kb/s。

（2）通信机制

在通信机制的设计中需要兼顾两个问题：可靠性高和通信时间短。前者是由其应用的范围所决定的，因为RFID通常用于门禁、物流和交通收费等应用，其差错率要求在极小的范围内。后者主要是从功耗和检测速度上考虑的，如果通信时间长，势必标签的电池消耗大，将缩短标签的使用寿命；再者，通信时间短也能够提高单位时间内访问标签的数量，增强其实用性。为此，设计如下标签的工作机制，

如图5所示，RFID电子标签121的工作机制中定义了RFID电子标签的四种工作状态：休眠态、信道查询态、半休眠态、通信态。

休眠态：是指除定时器外，标签的所有部件均停止工作。

信道查询态：是指标签被某事件唤醒后，查询信道上的有效阅读器信号。

半休眠态：如果与其他标签发生碰撞，暂时休眠一段时间。

通信态：建立了与RFID电子标签阅读器123有效的连接，实现数据的传输。

大多数情况下，RFID电子标签121处在休眠状态。此时，RFID电子标签上几乎所有的部件均停止工作，但定时器正常工作。当其计数到休眠唤醒时间后，将RFID电子标签121唤醒，进入信道查询态。处在信道查询态的RFID电子标签，查询可能的信道，检测是否存在RFID电子标签阅读器123发出的有效信号。如果存在，且ID检测标志为0，则在相应的信道上发送申请信号，申请与RFID电子标签阅读器123通信。当收到RFID电子标签阅读器123返回的确认信号后，即建立了有效的连接，进入信道查询态。如果在一定的时间内没有收到RFID电子标签阅读器123的回应，则认为与其他RFID电子标签121发生碰撞，根据一定的算法，休眠一段时间，即进入半休眠状态，等待再次唤醒。由此可见，半休眠态与休眠态之间的差别是两者的唤醒时间间隔不同，前者较短，而后者较长。如果RFID电子标签阅读器123信号存在，且ID检测标志为1，表示它已经被阅读，立即返回休眠态。如果RFID电子标签阅读器123信号不存在，则认为在RFID电子标签阅读器123有效范围之外，立即进入休眠态。当半休眠态的RFID电子标签121被唤醒时，依然进入信道查询态。当RFID电子标签进入通信态后，按照阅读器所发送的命令，传送所携带的信息供阅读器访问。通信结束后，ID检测标志将被置起，然后RFID电子标签进入休眠态。RFID电子标签按照上述机制，便能够实现一次完整的通信。

检测后，再进入休眠态的RFID电子标签121相应的ID检测标志是为1的，这将阻止它与RFID电子标签阅读器123之间通信。这种措施，主要是为了减少一个RFID电子标签阅读器123对于同一个RFID电子标签的多次访问，但如果该标志一直不变，将影响其他RFID电子标签阅读器123对该RFID电子标签的访问。因此，在休眠一定时间后，必须强行地将ID检测标志清除。在通信态，如果在一定的时间中无法收到RFID电子标签阅读器123的合法命令，通信失败，立即返回休眠态。

由于2.4GHz频段并非RFID独占，因此必须考虑与其他短距离无线设备兼容，相应的解决方法有三种：信道的自适应选择、缩短通信时间和重传机制。信道的自适应选择是在信道查询态完成的，RFID电子标签阅读器123会检测所有的信道，选择噪声最小的信道作为通信信道，也既是选择了对其他设备影响最小的信道。缩短通信时间是在信道查询态和通信态中需要注意的，查询态中主要是指链路建立的时间要尽可能地短，通信态中数据传输的时间要短。重传机制是一种无奈之举，可以改进通信态对于通信失败的处理，返回信道查询态，再次试图建立通信。

（3）数据帧格式

图6示出了数据的帧格式。其中，前导码是为了让接收机作同步使用，接下来数据部分，包括数据长度，数据负荷和校验数据。对RFID电子标签阅读器123而言，数据负荷是状态、命令和相应的参数；对标签而言，数据负荷是其存储的信息。第一RFID电子标签阅读器的状态主要表示是否在进行标签数据传输，当RFID电子标签阅读器123和RFID电子标签121建立起通信，该状态为1，反之则为0，这样可以在一定程度上减少碰撞。命令包含两大类：读数据命令和编辑数据命令，读数据命令在大多数情况下发送，完成数据查询功能；编辑数据命令仅在一些特定情况下使用，完成标签信息的生成。

（4）低功耗

在有源RFID系统中，通过以下方式降低RFID电子标签的功耗：

1）信号的调制方式是O-QPSK且I、Q通道同时使用，在相同信息的条件下，较二进制传输的传输时间缩短了，减小了功耗；

2）采用扩频技术缩短了同步时间；

3）半双工的工作方式，减少了功耗；

4）由于调制方式相对简单，所以相应的电路功耗较小。

RFID电子标签阅读器123可以完成对RFID电子标签121的标签数据的读取和录入，其中，读写均采用无线方式。如图7所示，RFID电子标签阅读器123包括高频信号处理模块、基带信号处理模块、信息处理模块和后端信号传输模块，其中基带信号处理模块、信息处理模块和后端信号传输模块均由嵌入式微处理器实现，且建立在嵌入式实时操作系统上。当然，除了上述基本模块之外，可适当扩展人机界面等模块增强交互性。

下面分别对各个系统模块的功能进行描述。

（1）高频信号处理模块

高频信号处理技术指高频模拟信号处理，实现基带信号的上变频、发射和接收高频信号的自动数字增益控制、接收高频信号的下变频。高频信号处理模块包括发射和接收两部分。发射部分的输入是基带调制信号，对其进行上变频，调制到射频，然后通过天线发射；接收部分的输入是天线接收的无线信号，进而进行下变频，输出未解调的基带信号。对于发射和接收部分均进行自动增益控制。

（2）基带信号处理模块

基带信号处理主要指基于软件的数字调制解调技术，即软件无线电技术，具体内容包括多频段有效信号的检测、基带信号（直接扩谱信号、跳频信号等）的数字调制和解调、信道编解码等。解决多种不同物理接口标签的读取问题。主要针对HF和UHF的多种不同调制方式（ASK，FSK等），不同编码方式，功率控制等因素对读写设备进行相应配置，实现读写设备兼容多种标准制式的标签。基带信号处理模块分发射和接收两部分。发射部分的输入是待发送的原始信息，进行信道编码后，实现基带调制，然后输出到高频信号处理模块；接收部分的输入是未解调的基带信号，进行基带解调，然后进行信道解码，输出信息数据。根据具体的调制方式，可选择全软件方式或软硬件结合方式实现。

（3）信息处理模块

信息处理模块实现发送信息的组成和对接收信息的解释，并完成数据的安全加密功能。基于独特的DSP算法完成对不同标准格式的信息进行编解码，实现对多标准、多厂商电子标签的良好兼容性。实现数据的安全包括数据的机密性、完整性以及可用性三方面。数据的机密性，实现数据传输和存储过程中数据不被别人窃取；数据的完整性，实现数据不会被非授权地修改，保持数据一致性；数据的可用性，实现身份识别，还包括审计监控即记录下非法侵入信息。在数据安全机密方面将提供基于多种国际通行的加密算法（DES,RSA等）的数据加密。

（4）后端信息传输模块

负责传输电子标签的有效信息至后端主机，负责从后端主机接收需要录入的电子标签信息。根据后端主机构建采用无线或有线的方式。

嵌入式实时操作系统

主要完成基于嵌入式微处理器的实时操作系统，包括线程调度、线程通信和同步、设备管理、存储器管理等基本的操作系统要素，还包括模块化的软件设计以实现可裁减的操作系统。在设计上可以借鉴COS系统的设计，实现标签实时管理平台，并为上层应用提供公共接口API，与中间件层达成标准协议，保证系统的稳定性、兼容性、移植性和标准化、网络化、对象化。

整体架构为一个以事件驱动为中心的实时任务系统，驱动事件分为定时事件、外围模块事件、看门狗事件、故障事件几个大类，任务系统对事件进行处理以完成特定的功能或对系统故障进行处理以使系统恢复正常工作。主要功能如下：多线程调度机制、对微波通讯模块及其他外围电路进行初始化配置、控制命令处理、数据存储管理、设备管理、实现与上层应用及中间件层的公共接口API、密钥和算法的实现和管理、状态机和安全机管理、看门狗、故障、非正常状况的处理。

下面进一步对RFID电子标签121和RFID电子标签阅读器123123的天线设计进行描述。

RFID天线设计原则：在RF装置中，工作频率增加到微波区域的时候，天线与标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。RFID考虑的频带是2.4GHz，天线必须满足：足够的小以至于能够贴到需要的物品上、有全向或半球覆盖的方向性、提供最大可能的信号给标签的芯片、无论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配、具有鲁棒性、非常便宜。

在选择天线的时候的主要考虑是：天线的类型、天线的阻抗、在应用到物品上的RF的性能和在有其他的物品围绕贴标签物品时的RF性能。

RFID电子标签可以选用表1中的几种天线。重点考虑了天线的尺寸，这样的小天线的增益是有限的，增益的大小取决于辐射模式的类型，全向的天线具有峰值增益0到2dBi；方向性的天线的增益可以达到6dBi。增益大小影响天线的作用距离。表1中的前三个种类的天线是线极化的，但是微带面天线可以使圆极化的，对数螺旋天线仅仅是圆极化的。电子标签的天线采用全向天线，读写器根据应用环境的要求可采用定向天线或全向天线。全向天线是圆极化的。一个圆极化的标签天线可以产生3dB以强的信号。

天线	模式类型	自由空间带宽(%)	尺寸(波长)	阻抗(欧姆)
					双偶极子	全向	10-15	0.5	50-80
折叠偶极子	全向	15-20	0.5×0.05	100-300
					印刷偶极子	方向性	10-15	0.5×0.5×0.1	50-100
微带面	方向性	2-3	0.5×0.5	30-100
					对数螺旋	方向性	100	0.3高×0.25底直径	50-100

表1

为了实现最大功率传输，天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配。设计天线与50或70欧姆的阻抗匹配，但是可能设计天线具有其他的特性阻抗。例如，一个缝隙天线可以设计具有几百欧姆的阻抗。一个折叠偶极子的阻抗可以是一做个标准半波偶极子阻抗的20倍。印刷贴片天线的引出点能够提供一个很宽范围的阻抗(通常是40到100欧姆)。选择天线的类型，以至于它的阻抗能够和标签芯片的输入阻抗匹配是十分关键的。另一个问题是其他的与天线接近的物体可以降低天线的返回损耗。对于全向天线，例如双偶极子天线，这个影响是显著的。此外是物体的介电常数，而不是金属，改变了谐振频率。塑料瓶子水降低了最小返回损耗频率16%。当物体与天线的距离小于62.5mm的时候，返回损耗将导致一个3.0dB的插入损耗，而天线的自由空间插入损耗才0.2dB。可以设计天线使它与接近物体的情况相匹配，但是天线的行为对于不同的物体和不同的物体距离而不同。对于全向天线是不可行的，所以设计方向性强的天线，它们不受这个问题的影响。

在一个无反射的环境中测试了天线的模式，包括了各种需要贴标签的物体，在使用全向天线的时候性能严重下降。圆柱金属引起的性能下降是最严重的，在它与天线距离50mm的时候，返回的信号下降大于20dB。天线与物体的中心距离分开到100—150mm的时候，返回信号下降约10到12dB。在与天线距离100mm的时候，测量了几瓶水（塑料和玻璃），返回信号降低大于10dB。在蜡纸盒的液体，甚至苹果上做试验得到了类似的结果。

在采用信标的时候，大量的其他临近信标的使信标天线和标签天线的辐射模式严重失真。这可以对于2.45GHz的工作频率计算，假设一个代表性的几何形状，和自由空间相比，显示返回信号降低了10dB，在双天线同时使用的时候，比预料的模式下降的更多，从一个天线前的一个横截平面的接收信号等高线图，显示了严重的失真。信标的使用有几个天线的问题。电子标签天线足够适合信标设备探测，这样局部结构的影响变得不再重要，同时采用非对称式双天线设计，其中一个采用泄射型天线设计直接指向贴标签的目标。

RFID天线的增益和是否使用有源的标签芯片将影响系统的使用距离。在电磁场的辐射强度符合相关标准时，2.45GHz的无源情况下，全波整流，驱动电压不大于3伏。优化的RFID天线阻抗环境(阻抗200或300欧姆)，使用距离大约是1米。如果使用WHO限制，则更适合于全球范围的使用，但是作用距离下降了一半。这些限制了读卡机到标签的电磁场功率。作用距离随着频率升高而下降。如果使用有源芯片作用距离可以达到5到80米。

下面对RFID电子标签121的防冲突性进行说明。

具体地，电子标签系统是由RFID电子标签121（Tag）、定位信标10和RFID电子标签阅读器123（Reader）和相关的软件组成，如图8所示，RFID标签121上承载着电子信息，用于标识目标对象。RFID电子标签阅读器123（Reader）负责控制射频模块向定位信标10发射读取信号，定位信标10接收RFID电子标签121的应答，并将应答信息发送给RFID电子标签阅读器123，RFID电子标签阅读器123对标签的对象标识信息进行解码，将获得的信息传输到后端计算机网络以供处理。相关软件包括标签支撑软件和其他应用软件。支撑软件是一个介于阅读器与上层应用软件之间的中间件，该中间件屏蔽了电子标签系统的具体物理组成，为应用程序提供了抽象的信息访问接口。应用程序通过中间件提供的接口获得RFID标签的信息，继而进行处理。

RFID电子标签121根据发送射频信号的方式可以分为两大类：主动式（Active）和被动式（Passive）。主动式标签主动向RFID电子标签阅读器123发送射频信号，其内部有内置电池供电，又称为有源标签；被动式标签自身不带电池，又称为无源标签，其发射电波和内部处理器运行所需能量均通过转换来自电子标签阅读器发射的电磁波而提供。主动式标签通常具有更远的通信距离，价格相对较高；而被动式标签价格便宜，但其工作距离较短、存储容量小。阅读器根据应用场合不同，可以分为手持式和固定式。目前，RFID使用的频率跨越低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波等多个频段，其频段的选择受具体应用和各国无线管理法规限制。

在RFID系统中，访问冲突是不可避免的。例如，当一个阅读器的有效访问范围内有多个标签且工作在同一频率上，那么它们必定会出现冲突和竞争。因此，RFID系统中必须设计防冲突机制，使得系统可以实现多标签信息的有效访问。冲突根据产生机制分为两种类型：单阅读器—多标签冲突和多阅读器－多标签冲突。最初的标签多为无源的，常用的防冲突算法为基于状态机的算法，其后，又出现了Colorwave算法；目前，很多多址通信理论（FDMA、TDMA等）被应用到RFID系统中，丰富了防冲突算法的研究内容。

基于随机延迟的防冲突算法，也称RFID Aloha随机延迟防冲突算法，主要用于有源标签，其原理主要借鉴计算机通信网技术中的Aloha随机延迟接入算法。基本的Aloha算法包括纯Aloha算法和时间片Aloha算法，在此基础上又发展起了适用于有线网络接入的CSMA/CD算法和适用于无线网络接入CSMA/CA算法.Aloha算法的核心简单讲就是，一旦信源发现数据包冲突，就让信源随机延迟一段时间后再次尝试发送数据包，重复此过程，直到数据包发送成功或者发送超时.

中间件是一类介于应用程序和具体软硬件平台之间的软件，实现了软、硬件平台和应用系统之间可靠和高效的数据交互，保证了应用系统的协同性。在RFID系统中，其软件构架如图9所示。应用程序提供数据逻辑一致性，完成和用户的直接交互。RFID电子标签阅读器完成与RFID电子标签的通信，实现数据的无线物理交互；而中间件完成对于物理数据的收集、整理和分发等工作，实现物理数据到逻辑数据的转换，为应用软件提供了透明操作，屏蔽了操作系统和硬件平台的差异。虽然对于RFID系统本身而言，中间件并不是一个必须的部分，但引入中间件对于软件开发和系统集成带来极大的好处，大大缩短了应用软件的开发时间和费用、降低了项目开发的风险、增强了软件的可集成度、简化了技术更新环节的操作，使最终的产品更具吸引力。

在有源RFID系统中，中间件的功能如下：

对于RFID电子标签的读写：中间件的首要工作是负责访问标签上的信息，读取ID和时间等信息，根据用户权限增加或改写一些资料信息。

数据分发：RFID电子标签阅读器获取的标签信息往往需要提供给若干个应用进程使用，因此中间件必须根据不同应用程序的需要将信息分发给它们。应用进程在优先级等方面的差异，例如实时检测进程立即响应而数据库更新进程响应可能会较慢，因此中间件要能够应付不同的响应延迟。

数据过滤和收集：大多数情况下，应用进程需要的是经过处理后的数据，例如某个特定的字段信息或者某个特定的RFID事件等，而且不同的应用进程感兴趣的数据一般都不相同。而RFID的物理数据传输中是面向通信实例的，而应用是面向对象的，因此中间件需要完成对于原始数据的分析过滤和重新组合，以提供给不同的应用。

管理阅读器：中间件要负责管理RFID电子标签阅读器，能够将它们集成到系统中，并让它们正常工作。

数据安全：一些特定的RFID应用中，对数据的安全要求较高。安全不仅体现在内容的安全，还体现在通信的安全（即防止跟踪）。因此，中间件必须要能够应对非法的数据请求和可能出现的安全攻击。

除了上述功能外，中间件最好能够支持RFID设备软件在线更新、RFID设备电源管理、多平台的数据请求等。这样能够使系统集成变得更轻松。

下面参考图10对中间件的工作原理进行描述。

图10为RFID电子标签中间件的设计的软件结构。应用进程通过中间件的消息服务系统获得所需要的信息，并将它的反馈也发送给消息服务系统，消息服务系统再转发给阅读器。中间件中为适应不同的物理网络拓扑结构设计了阅读器代理，主要用于直接和阅读器交互。另外，为缓冲信息和提高通信效率，设计了虚拟标签存储器服务（Virtual Tag Memory Service，简称VTMS）来优化信息访问操作。

首先，分析数据读写功能。中间件提供给用户对于电子标签信息的读写就如同读写磁盘信息一样，是一种透明的操作。采用VTMS机制来优化写的操作，该机制将电子标签上的存储器类型、大小等物理属性都屏蔽。用户操作时仅提供需要写入的信息内容，VTMS中间件根据标签存储器的实际情况，选择适当的区域将信息写入。当操作成功后，中间件将向用户进程发送确认消息，并在VTMS中保存相关信息的备份。这样，当标签内容（因为某种原因）损坏后，或者当被访问时标签离开有效访问范围，中间件依然可以提供正确的信息，可以帮助修复标签。当标签信息写入失败时，VTMS同样会存储相关内容，但会作相应标记。在适当的时候，中间件会尝试重新写入该信息。如果标签上的存储空间不够时，应用进程会受到相应的出错信息，并保留该内容在VTMS中。

其次，分析数据过滤和收集功能。数据过滤的依据包括RFID电子标签阅读器的ID、RFID电子标签的ID和电子标签的内容（如产品型号和生产日期等）。数据收集的内容有很多，主要涉及RFID电子标签在RFID电子标签阅读器有效访问范围中的活动。例如，进入和离开信息，在RFID定位系统中非常重要，定位服务器根据这些信息就可以综合地分析物体的运动；计数信息，在RFID展会应用中，可以统计参加展会的人数和各展位的人流量；通过信息，在门禁系统中，用于指示人员进入特定区域。数据收集实质上是对数据进行加工和提炼，获得对于应用进程真正实用的信息。

然后，分析其消息功能。由于不同的RFID应用进程共享RFID数据和有限的阅读器网络，因此使用事件驱动的中间件隔离它们是有必要的。RFID电子标签阅读器触发RFID事件，并将其传送给中间件的消息系统，然后中间件再根据不同应用进程的需要向它们发送消息。在这种机制下，RFID电子标签阅读器就不用直接与应用进程交互，减小了RFID电子标签阅读器的实现复杂度；应用进程也无需保持和阅读器的通信，可关注功能化的操作。鉴于RFID系统的特殊性，消息系统可以实现如下功能：

基于内容的路由：应用进程只关心与其密切相关的部分数据信息，这些信息可以通过阅读器ID、电子标签ID和标签内容字段等标识。中间件在根据标识信息对原始数据过滤和收集后，再传送给应用进程，建立其阅读器与应用进程间的“逻辑链路”，实现基于内容的路由。具体实现中，原始信息需要在中间件中保持备份，以适应不同处理的需求。

消息反馈：阅读器需要了解应用进程是否真实地使用它所提供的数据，以便它调整与标签的通信，如果没有使用的话，它会关闭自己，将信道让给其他的阅读器使用。如果缺乏这样的反馈机制，阅读器的数据获取没有应用进程的指导，将显得很盲目，其数据的有效性（即被使用的效率）将大幅度降低。同时，阅读器对于无线信道的浪费，将会影响整个系统的性能。

可靠性：在一些商业应用中，所有付款的操作都需要确认，以保证其可靠性。因此，中间件的操作需要满足低时延要求，以便客户确认。

最后分析阅读器管理的功能。阅读器管理主要反映在三个方面：如何结合当前的环境调整、更改阅读器的设置；如何远程更新阅读器软件；如何实现错误报警等。由于缺乏标准，因此这部分的实现由阅读器提供商根据自己的理解来开发。

RFID中间件可以在目前的一些通用操作系统上开发，如Windows系列、Linux等，也可以在一些专门的软件平台下开发，如RFIDStack等。操作系统和软件平台都将具体的硬件信息屏蔽了，使得开发者能够更多地关注其功能的实现。尽管如此，开发时仍然需要设计好阅读器接口，将其操作标准化，便于不同类型的阅读器都能够接入系统。

下面对RFID电子标签的数据安全性能进行描述。

具体地，RFID电子标签安全性手段大致可以分为物理层方法和应用层方法两类。物理层方法主要指选择适合的调制方式，减少无线信号在传输时被截获或者侦听的可能性。物理层方法可以认为是一种“硬安全”，目前常采用直接扩谱和跳频两种方式，它们已经成功地被应用在军事领域的保密通信中。直接扩谱是将需要传输的窄带信号利用伪随机信号进行频谱展宽，然后再发送，使得其功率谱数值减小，从形式上看与噪声相似，难以被发现；接收时，需要利用相同的伪随机信号才能将有效信息的能量重新汇聚，恢复出原来的窄带信号。跳频是指发送信号的载频按照某种规律变化，在整个可用频带内呈现出一种随机状态，使侦听者很难捕捉到信号。应用层方法是指应用层面实施安全保护，其具体方法是对信息加密和对访问标签的用户进行身份认证等，即通过使用信息加密算法和设计合理的通信协议来保证数据的安全，其本质是基于软件层面的安全方法（或简称为软安全）。

在本发明的一个实施例中，RFID电子标签可以采用匿名ID发送无线射频信号，其中，所述匿名ID为所述RFID电子标签的真实ID加密后得到。

对于应用层方法的数据安全，如图11所示，RFID电子标签在发送信息时，使用一个暂时ID，称为匿名ID。匿名ID是一个随机数，每次使用时都可以根据一定的规律改变，从而使监听者无法从包含相同ID的信息中，获得有效的数据。匿名ID变化的方式可根据安全级别设置。安全服务器对匿名ID解密，恢复出标签的真实ID，拥有该标签访问权的RFID电子标签阅读器便可以获得其ID并进行信息访问了，RFID电子标签阅读器和安全服务器之间信息认证等可通过现在INTERNET上的安全技术来保证。这样就可以在软件层面初步解决内容安全问题。

在本发明的一些示例中，生成匿名ID的常见方法有三种：统计加密，通用密钥加密和Hash链加密。

统计加密：在电子标签上，采用统计公钥方法，每次生成一个不同的匿名ID。统计公钥方法生成的密码文本之间的联系很难被发现，尤其对于相同信息的不同加密文本。该方法中，密钥不在标签上存储，能够在一定程度上减少标签信息被篡改的可能性。但ID信息以未加密的方式存储在标签上，同样可能受到攻击。为进一步减少被攻击的可能，可以对ID等重要信息进行多重加密，即使用公钥对信息（或加密后信息）反复加密，如此就可以大大降低信息被攻击的可能。例如，elliptical curve ElGamal就拥有多重加密函数。

通用密钥加密：由于统计加密方法对于标签处理器的计算能力要求很高，造成功耗增加，缩短了电池的寿命，不利于有源标签的使用。尽管通用密钥加密没有统计加密和多重加密这些特性，但其计算量小。但是通用密钥和ID同时存储在标签上，且密钥是多个标签共用的，所以被破译的几率增大。而且，一旦一个标签被破译，将产生连锁反映造成“大面积”损失。

Hash链加密：为解决统计加密和通用密钥加密所存在的问题，可以考虑使用Hash链加密。匿名ID的更新步骤如下，本地变量α输入hash函数H，结果作为新的α，再将其作为hash函数G的输入，生成新的匿名IDβ。真实ID和标签本地变量α之间的关系均保存在安全服务器中。匿名IDβ的随机性完全取决于hash函数G。由于加密过程是单向的，所以很难根据β来获得α。哪怕侦听者能够通过β破译α，也无法获得hash函数H的内容，因而无法继续跟踪。因此，即便当前信息被破译，之前的历史信息依然安全，这一切皆归功于其前向保护机制。但正是由于hash函数是单向函数，所以其解密过程需要较长时间，需要不断尝试才能获得生成β的α，再根据α和真实ID一一对应，获得最终的ID。为加快解密速度，往往将尝试过程需要的数据制作成表格，随着ID数目的增加，表格的存储空间随之增加，解密的时间也随之增加了，其数值正比于log2(N×M)。（N表示ID的数目，M表示预期最多的尝试次数）。

下面对RFID电子标签的读取可靠性分析。研究标签读取可靠性首先需要考虑的是在不同接收灵敏度情况下的BER（Bit Error Rate）和PER（Packet Error Rate）的百分率，即数据差错率，数据差错率将说明数据位或数据包在传输中发生错误的概率。在实际应用环境中，射频信号在空间传输不可避免有传输信号损失，主要有两种：衍射损失和自由空间路径损失。二者共同构成了射频信号的链路损失。而在模拟计算中必须考虑射频信号传输损失。因此，可以计算出读写器满足读取可靠性下的发射功率限值。考虑最坏的情况，可得到这时的链路损失约为－68db，从天线出获得的增益约为8db，可得出读写器的发射功率强度应为：－104db－（－68db）－8db＝－44db。由此可得出，读取可靠性受衍射损失、空间路径损失、PER灵敏度、天线增益模式和发射强度影响。

根据本发明实施例的电子标签系统，通过定位信标与电子标签、电子标签阅读器进行通信，可以获取电子标签的标签信息从而实现电子标签的定位，并且及时将标签信息发送给电子标签阅读器，电子阅读标签阅读器根据标签信息可以对载体进行识别和跟踪，从而提高系统的安全可靠性。

下面参考图12对本发明实施例的电子标签系统的通信方法进行描述。

如图12所述，本发明实施例的电子标签系统的通信方法，包括如下步骤：

步骤S101，定位信标的下行信道控制单元通过信标光缆读取每个RFID电子标签的标签信息，并将标签信息发送至定位信标的上行信道控制单元。

步骤S102，定位信标的上行信道控制单元接收标签信息，并将标签信息转发至RFID电子标签阅读器。

步骤S103，RFID电子标签阅读器接收所述标签信息，并将标签信息以RS485协议信号的形式传送到485/TCP转换盒。

步骤S104，485/TCP转换盒将RS485协议信号转换成TCP/IP网络信号传送到集线器。

步骤S105，集线器通过光纤将TCP/IP网络信号传输到交换机。

如图13所示，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的电子标签系统的通信方法，还包括如下步骤：

步骤S201，RFID电子标签阅读器将正在通过门禁位置的标签信息以RS485协议信号的形式传送到485/TCP转换盒。

步骤S202，485/TCP转换盒将RS485协议信号转换成TCP/IP网络信号传送到集线器。

步骤S203，将TCP/IP网络信号传送到交换机。

步骤S204，交换机将标签信息传送到服务器，并由服务器进行处理和记录。

在本发明的又一个实施例中，在步骤S204之后，还包括如下步骤：

步骤S205，客户端通过访问服务器实时查看监控数据。

步骤S206，显示器显示标签信息对应的载体信息。

如果允许外出载体通过大门口，即门禁位置时，显示器显示载体信息。如果载体非法被带出时，则第二报警器发出报警，显示器显示载体信息。

根据本发明实施例的电子标签系统的通信方法，可以实现对载体位置的跟踪监控，跟踪涉密载体的存放、使用情况，在出现未按要求放置于保密室库房，超时未放回等违规情况时，在监控端能显示违规人员和所使用涉密载体信息，并在数据库中保存所有使用存放记录，做到有据可查。并且，在发现有载体被私自带出时，能及时向系统发出报警以避免泄密情况的发生，便于大部保密办对各二级部的集中统管，大部管理人员不用到现场即通过服务器实时查看、统计各二级部对涉密载体的使用、存放和外出借用情况，根据实时观察和统计数据及时发现问题，督促协助各二级部严格执行保密管理制度，提高系统的安全可靠性。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (10)

1.一种定位信标，其特征在于，包括：

下行信道控制单元，用于接收RFID电子标签发送的无线射频信号以获取所述RFID电子标签的标签信息，以及用于控制与所述RFID电子标签之间的下行空中无线链路；

上行信道控制单元，所述上行信道控制单元与所述下行信道控制单元进行通信，用于接收所述下行信道控制单元发送的所述RFID电子标签的标签信息，并向RFID电子标签阅读器上传所述标签信息，以及用于控制与所述RFID电子标签阅读器之间的上行空中无线链路；

双路全双工射频前端单元，用于对所述上行信道控制单元的射频前端模拟电路信号和所述下行信道控制单元的射频前端模拟电路信号进行信号处理；

非对称天线馈线系统控制单元，用于控制所述下行空中无线链路和所述上行空中无线链路的天线增益；

RFID信标协议栈及负载均衡单元，用于对所述标签信息进行处理、缓存和转发，以及用于根据所述RFID电子标签的距离进行负载平衡；以及

微处理和电源控制单元，用于对所述下行信道控制单元、所述上行信道控制单元、所述双路全双工射频前端单元、所述非对称天线馈线系统控制单元和所述RFID信标协议栈及负载均衡单元的微处理和电源进行控制。

2.如权利要求1所述的定位信标，其特征在于，所述下行信道控制单元放置在保密柜中，其中，所述下行信道控制单元包括：

泄射天线，所述泄射天线缠绕在所述保密柜内隔板之间的空隙内以与所述保密柜内的每个所述RFID电子标签形成短距离无障碍接收通道；

下行控制电路，所述下行控制电路包括下行微处理器和RFID协议栈，用于处理下行信道的无线射频信号和下行基带信号。

3.如权利要求1所述的定位信标，其特征在于，所述上行信道控制单元包括：

全向天线，所述全向天线安装于保密柜的柜顶外部，用于与所述RFID电子标签阅读器进行通信；

上行控制电路，所述上行控制电路包括上行微处理器和信标协议栈，用于处理上行信道的无线射频信号和上行基带信号。

4.如权利要求1所述的定位信标，其特征在于，所述微处理和电源控制单元包括：主控微处理器、信标嵌入式操作系统、存储器和时钟电源。

5.一种电子标签系统，其特征在于，包括：

至少一个RFID电子标签，其中，每个所述RFID电子标签安装于一个载体的表面上，用于发射无线射频信号，其中，每个所述RFID电子标签用于标示对应的载体，所述载体放置于保密柜内；

权利要求1-4任一项所述的定位信标，用于读取所述保密柜内的每个所述RFID电子标签的无线射频信号以获取对应的RFID电子标签的标签信息，并发送每个所述RFID电子标签的标签信息；以及

RFID电子标签阅读器，用于读取所述定位信标发送的标签信息以根据所述标签信息对相应的载体进行识别和跟踪。

6.如权利要求5所述的电子标签系统，其特征在于，每个所述RFID电子标签采用匿名ID发送无线射频信号，其中，所述匿名ID为所述RFID电子标签的真实ID加密后得到。

7.如权利要求5所述的电子标签系统，其特征在于，所述定位信标通过信标光缆与每个所述RFID电子标签进行通信。

8.一种电子标签系统的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述定位信标的下行信道控制单元通过信标光缆读取每个RFID电子标签的标签信息，并将所述标签信息发送至所述定位信标的上行信道控制单元；

所述定位信标的上行信道控制单元接收所述标签信息，并将所述标签信息转发至RFID电子标签阅读器；

所述RFID电子标签阅读器接收所述标签信息，并将所述标签信息以RS485协议信号的形式传送到485/TCP转换盒；

所述485/TCP转换盒将RS485协议信号转换成TCP/IP网络信号传送到集线器；

所述集线器通过光纤将所述TCP/IP网络信号传输到交换机。

9.如权利要求8所述的电子标签系统的通信方法，其特征在于，还包括如下步骤：

所述RFID电子标签阅读器将正在通过门禁位置的标签信息以RS485协议信号的形式传送到所述485/TCP转换盒；

所述485/TCP转换盒将RS485协议信号转换成TCP/IP网络信号传送到集线器；

将所述TCP/IP网络信号传送到交换机；

所述交换机将标签信息传送到服务器，并由所述服务器进行处理和记录。

10.如权利要求9所述的电子标签系统的通信方法，其特征在于，还包括如下步骤：

客户端通过访问所述服务器实时查看监控数据；

显示器显示所述标签信息对应的载体信息。

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