CN104166862A - 一种基于有源和无源的rfid数据采集和监控的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有源和无源的RFID数据采集和监控的方法。本方法为：1)在监控场所内布设若干读写器；数据采集端设有一接口库，包括统一接口函数格式编写的读写器接口；2)数据采集端调用读写器打开接口，驱动读写器采集标签数据；3)数据采集端对采集的标签数据检查是否已录入到标签列表中，如果未录入则将其录入到该标签列表中；如果已录入，则查看该标签数据在设定时间阈值内是否已经出现，如果出现，则放弃添加该标签且将该标签数据的时间改为当前时间，否则继续将该标签录入到该标签列表中；4)数据采集端将该标签列表中的标签数据进行数据格式一致化处理后发送给服务器端。本方法对数据采集和监控效率高，且有源标签寿命长。

Description

一种基于有源和无源的RFID数据采集和监控的方法

技术领域

本发明涉及基于有源和无源的RFID数据采集和监控方法，属于射频识别技术领域。

背景技术

RFID射频识别是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号或空间耦合(电感或电磁耦合)的传输特性，实现对物品的自动识别。RFID技术与其他的自动识别技术(条形码技术、光学识别等)相比，具有抗干扰能力强、信息量大、非视觉范围读写和寿命长等优点，被广泛用于物流、供应链、动物和车辆识别、门禁系统、图书管理、自动收费、生产制造等领域。然而，在选用RFID技术时，不同的RFID产品具有不同的编程接口，而且有源RFID设备和无源RFID设备存在的差别更大。现有的软件和系统如何与不同的RFID设备结合使用，成为一个难点。另外，RFID标签中可能包含大量的涉密信息等，因此就需要一个能够对该信息进行监控的平台，实现对涉密物品的监控等。

目前RFID的数据采集主要是使用中间件技术，一种基于可扩展标记语言的射频识别中间件集成方法(公开号为CN102622231A)中提出一种基于XML语言的RFID中间件集成方法，主要是解决了不同企业的不同读写器的接口差异问题以及不同企业不同读写器读取的数据结构以及格式差异问题等两个问题。该方法封装了底层设备的不同接口，屏蔽底层设备接口的差异性。然后将获取的RFID标签数据处理后以XML形式存在，该方法虽然解决了读写器接口差异性的问题以及数据格式一致化的问题。但是该方法依然有一些不足之处：(1)该专利只解决了不同企业不同读写器对采集标签数据接口的差异性，并没有解决不同企业不同读写器的打开、关闭、写标签数据等接口的差异性。(2)在解决数据结构和数据格式差异问题中，使用了两个步骤，即先调用读取数据方法，采集到区域内的标签数据，再调用将读取数据转化到可扩展标记语言XML的方法，每次只能处理一个数据，不能进行批量处理。

另外，在对RFID数据采集之后，一般都是采用无源标签的形式对物品进行监控，即需要标签与物品建立对应的联系。然而由于无源RFID技术的受金属表面及人体对信号的干扰比较大，不利于实现对笔记本之类的监控。目前，为了弥补无源RFID技术的缺点，对含有金属的物品监控是可以采用有源RFID技术。

发明内容

本发明是一种基于有源和无源的RFID数据采集和监控的方法，主要是针对上面提到的问题和不足之处，提出的一种RFID数据采集和监控方法，主要解决了有源和无源读写器以及不同厂家不同读写器之间的接口差异化问题，也就是设计了一个同时兼容有源读写器和无源读写器的中间件，负责实现对数据的采集和处理。

考虑到有源标签的寿命问题，本发明给有源读写器增加了激励的状态位，即只有处于激励状态下标签才能被读写器采集和处理，因此对数据格式的定义要加上此状态。数据重复冗余数据过滤处理是在规定的时间内，保证一个标签只读取一次，而且读取的标签必须是已经录入到数据库的标签。同时对采集到的数据采用统一的格式进行处理和传输。采用结构体对数据结构和格式进行统一的定义，针对小数据量的采集和监控，使用结构体封装处理和传输，处理速度相应较快。数据在传输的时候，考虑到数据的安全性，进行加密传输。为了实现对物品的监控，预先将需要监控的物品信息录入到数据库，给物品分配责任人、是否授权携带等属性。将采集的数据与预先录入数据库的物品信息进行匹配查找，根据相应的策略，对物品进行监控及报警。

本发明的技术方案为：

一种基于有源和无源的RFID数据采集和监控的方法，其步骤为：

1)在监控场所内布设若干RFID读写器；所述RFID读写器与数据采集端数据连接；所述数据采集端设有一接口库，所述接口库中包括统一接口函数格式编写的读写器接口；其中，所述RFID读写器包括有源RFID读写器和无源RFID读写器；

2)数据采集端调用所述读写器接口中的读写器打开接口，驱动RFID读写器采集标签数据；

3)数据采集端对RFID读写器采集的每一标签数据，检查该标签数据是否是已经录入到标签列表中，如果未录入则将其录入到该标签列表中；如果已录入，则查看该标签数据在设定时间阈值内是否已经出现，如果出现，则放弃添加该标签至该标签列表且将该标签数据的时间改为当前时间，否则继续将该标签录入到该标签列表中；

4)数据采集结束后，数据采集端将该标签列表中的标签数据进行数据格式一致化处理后发送给服务器端。

进一步的，所述读写器接口包括读写器打开接口、读写器关闭接口、读取标签接口和状态检查接口。

进一步的，所述RFID读写器的驱动中还设有统一结构的清理存储区接口和改写标签ID接口。

进一步的，所述步骤2)采集标签数据的方法为：数据采集端首先调用读写器打开接口建立RFID读写器与标签的数据通信，然后数据采集端每次读取标签数据时，通过检查读写器接口检查RFID读写器的连接状态，如果为已连接，则调用RFID读写器读取标签接口读取标签数据，读取完毕之后调用读写器关闭接口关闭读写器与标签的通信连接。

进一步的，所述有源RFID读写器采集的有源标签中设有电量和激励状态两个属性，所述数据采集端设有一有源标签的激励器；所述数据采集端调用读写器打开接口驱动所述有源RFID读写器采集有源标签数据时，先调用所述激励器发送一个低频信号，将所述有源标签激励到工作状态进行数据采集。

进一步的，所述数据采集端进行数据格式一致化处理的方法为：所述数据采集端为无源RFID读写器采集的无源标签数据增加电量和激励状态两个属性，且电量属性默认为高电量、激励状态默认为已激励。

进一步的，所述数据采集端利用一数据结构体进行数据格式一致化处理，封装为结构体数据，然后再将所述结构体数据转化成数据流的形式发送给所述服务器端；其中，所述数据结构体的数据格式为：标签ID、标签的灵敏度、电量标志位、是否处于激励状态、标签处理的时间戳。

进一步的，所述数据采集端对有源标签电量进行监控，当有源标签的电量低于设定值时报警。

进一步的，所述数据采集端实时监控读写器的状态，如果读写器出现不连网的状态，则调用断线重连技术自动重新连接RFID读写器，对RFID读写器进行配置，使RFID读写器处于正常工作状态；如果在设定次数内RFID读写器都未连接到网络，则判定为断线，调用读写器接口指示连接状态为已断开，不再调用对应的读写器接口。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

本方法可实现对所有沾有有源标签和无源标签的物品的数据采集和监控，同时解决了有源标签寿命短的问题，有效提高了处理速度，并且降低了漏报率，同时，利于物品的监控及定责操作。

附图说明

图1本发明方法流程图；

图2数据过滤处理流程图；

图3标签数据读取方法流程图；

图4为数据监控流程图。

具体实施方式

本发明的一种有源和无源的RFID数据采集和监控方法流程如图1所示，具体包括：

(1)硬件部署

在一些出入口布设RFID读写器，硬件布设是监控的物理基础。根据RFID系统使用的工作频率可分为4类：低频(LF，30～300kHz)、高频(HF，3～30MHz)、超高频(UHF，300～968MHz)和微波(UWF，2.4～5.8GHz)。不同频率、型号的标签读写距离相差很多。研究证明，2.4GHz的RFID标签具有衰减较小，传输距离远.传输数据快，数据吞吐量高，识别多目标能力强的特点。

本方法在实验中使用2.4GHz的有源标签以及900MHz的无源标签。一般来说，需要监控的区域的出入口部署一个读写器，读写器在周期T内不停的扫描获取标签。且读写器和标签之间，要尽量避免隔挡，尤其是金属隔挡，否则会大幅增加漏报率，影响性能。

(2)用户按照统一的接口函数格式编写读写器接口，利用相应的驱动程序进行封装为dll文件，为接口实现提供相应的接口库。读写器接口包括对读写器的打开、关闭、清理存储区、读取标签、状态检查接口以及改写标签的ID接口。这里最常用的是打开读写器接口和关闭读写器的操作接口。对于数据采集端的应用程序，只需要调用接口库中相应的接口就可以进行相应的操作。相应的接口定义为：

如图3所示，本发明通过定义的读写器接口实现采集标签数据，首先通过调用读写器打开接口建立读写器与标签的数据通信，然后每次读取标签数据时，通过检查读写器接口检查读写器的连接状态，如果为已连接，则调用读写器读取标签接口读取标签数据，读取完毕之后调用读写器关闭接口关闭读写器与标签的通信连接。

(3)服务器端对采集的数据进行处理：数据采集端对RFID读写器采集的每一标签数据，检查该标签数据是否是已经录入到标签列表中，如果未录入则将其录入到该标签列表中；查看该标签数据在设定时间阈值内是否已经出现，如果已出现，且同一标签出现的时间间隔小于设定的时间阈值，则将标签列表中该标签数据的时间改为当前时间，同时不在列表中继续添加该改变信息；如大于或等于设定的时间阈值，则将标签录入到标签列表中，作为一个新的标签来处理。该具体的处理流程如图2所示。

(4)数据格式一致化：定义了采集数据的结构和格式，便于数据后期的处理和应用。由于有源标签和无源标签的数据结构的形式存在不同，最大的差别就是对于有源标签的电量和激励状态两个属性，而为了能对这些标签进行统一的处理，为无源标签增加了这两个状态(电量默认为高电量，激励状态默认为已激励)。默认的情况下有源标签不工作，只有在激励的情况下，有源标签才工作，从而延长有源标签的寿命。在实现中，需要使用对有源标签的激励器，激励器发送一个低频信号，有源标签在接收到低频信号之后，开始处于工作状态，未激励的标签，在(3)中就无法采集到，从而减少了数据量，减缓了系统的压力。另外，数据采集端可以获得有源标签的电池电量，通过对有源标签电量的监控，实现对有源标签低电量的报警，提示更换有源标签，防止出现无法监控物品的情况。具体数据结构结构格式如下：

在做数据格式一致化的过程中，我们只需要在上面的介绍的读写器统一接口中，在数据采集时，调用读取标签数据的接口LoadTagData(ref XtiveTag[]tagData，ref int RecordCount)，在采集标签数据的同时，我们就使用接口函数中的第一个参数XtiveTag进行数据格式一致化，即只读取XtiveTag中定义的属性段，而不是全部读取之后在筛选，提高了数据采集和处理的速度。同时，在数据采集的过程中，一次可以读取到很多的标签，LoadTagData接口函数中，使用第二个参数RecordCount来记录一次读取的标签个数，便于数据处理。

(5)数据传输加密：数据采集端对读写器设备采集到的数据经过步骤(3)过滤等处理后，对数据进行加密传输到服务器端。这里需要使用两个方法，StructToBytes()主要是将采集到的标签封装成结构体，然后再将结构体数据转化成数据流的形式；MD5Encrypt()主要是实现数据在网络传输时，对传输的数据流进行加密，保证数据的安全。首先，使用StructToBytes()方法将数据流转化为字节流，然后使用MD5Encrypt()方法对数据流进行加密，在接收端，使用对应的方法解密即可。

(6)断线重连机制：读写器接口有以下现象：建立连接的函数在网线连接正确的情况下不能保证每次调用都成功；建立连接的函数会阻塞调用线程几秒钟；当建立连接的函数连接成功后，读写器接口指示连接状态为已连接，但当网线断开或读写器掉电后，读写器接口指示连接状态仍为已连接；在连接正确后，接收标签函数不能保证每次调用都成功；当网络连接断开后重新连上时，程序需要重新建立连接后，接收标签函数才能正确返回标签数据。针对这种情况，需要实时监控读写器的状态，只要读写器出现不连网的状态，就调用断线重连技术，自动的重新连接读写器，进行读写器相应的配置，使读写器处于正常的工作状态。如果在规定的次数内读写器都未连接到网络，则判定为真正的断线，读写器接口指示连接状态为已断开，不会再调用接收标签的函数。需要相关人员进行网络通信的检查。该机制减少了人为的系统维护的次数。

(7)数据监控：为了实现对物品的监控，预先将需要监控的物品信息录入到数据库，给物品分配责任人、是否授权携带等属性。将采集的数据与预先录入数据库的物品信息进行匹配查找，根据相应的策略，对物品进行监控及报警。如图4所示为本发明的数据监控流程图，对RFID标签数据的采集和处理，通过获取的标签查询数据库，实现对要监控物品的监控。在本方法中，查询主要是通过标签的ID进行，另外，物品的信息存储在物品信息表中，当有未授权的物品通过时检测区域时，可以根据授权情况进行报警。便于对物品的监控管理。因此，本方法还实现对RFID数据监控的功能。

Claims (9)

1.一种基于有源和无源的RFID数据采集和监控的方法，其步骤为：

1)在监控场所内布设若干RFID读写器；所述RFID读写器与数据采集端数据连接；所述数据采集端设有一接口库，所述接口库中包括统一接口函数格式编写的读写器接口；其中，所述RFID读写器包括有源RFID读写器和无源RFID读写器；

2)数据采集端调用所述读写器接口中的读写器打开接口，驱动RFID读写器采集标签数据；

3)数据采集端对RFID读写器采集的每一标签数据，检查该标签数据是否是已经录入到标签列表中，如果未录入则将其录入到该标签列表中；如果已录入，则查看该标签数据在设定时间阈值内是否已经出现，如果出现，则放弃添加该标签至该标签列表且将该标签数据的时间改为当前时间，否则继续将该标签录入到该标签列表中；

4)数据采集结束后，数据采集端将该标签列表中的标签数据进行数据格式一致化处理后发送给服务器端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述读写器接口包括读写器打开接口、读写器关闭接口、读取标签接口和状态检查接口。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述RFID读写器的驱动中还设有统一结构的清理存储区接口和改写标签ID接口。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述步骤2)采集标签数据的方法为：数据采集端首先调用读写器打开接口建立RFID读写器与标签的数据通信，然后数据采集端每次读取标签数据时，通过检查读写器接口检查RFID读写器的连接状态，如果为已连接，则调用RFID读写器读取标签接口读取标签数据，读取完毕之后调用读写器关闭接口关闭读写器与标签的通信连接。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述有源RFID读写器采集的有源标签中设有电量和激励状态两个属性，所述数据采集端设有一有源标签的激励器；所述数据采集端调用读写器打开接口驱动所述有源RFID读写器采集有源标签数据时，先调用所述激励器发送一个低频信号，将所述有源标签激励到工作状态进行数据采集。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述数据采集端进行数据格式一致化处理的方法为：所述数据采集端为无源RFID读写器采集的无源标签数据增加电量和激励状态两个属性，且电量属性默认为高电量、激励状态默认为已激励。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述数据采集端利用一数据结构体进行数据格式一致化处理，封装为结构体数据，然后再将所述结构体数据转化成数据流的形式发送给所述服务器端；其中，所述数据结构体的数据格式为：标签ID、标签的灵敏度、电量标志位、是否处于激励状态、标签处理的时间戳。

8.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于所述数据采集端对有源标签电量进行监控，当有源标签的电量低于设定值时报警。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述数据采集端实时监控读写器的状态，如果读写器出现不连网的状态，则调用断线重连技术自动重新连接RFID读写器，对RFID读写器进行配置，使RFID读写器处于正常工作状态；如果在设定次数内RFID读写器都未连接到网络，则判定为断线，调用读写器接口指示连接状态为已断开，不再调用对应的读写器接口。