基于RFID技術(shù)的智能終端導(dǎo)覽系統(tǒng)

1 引言  

　　最近幾年，RFID(Radio Frequency Identification, 無線射頻識別技術(shù))被廣泛的利用在各方面，其中應(yīng)用最多的是在物流追蹤，倉庫管理等方面。國內(nèi)在最近幾年才開始注意到RFID這項(xiàng)科技的影響，雖然已在大力推廣，但大多數(shù)是以產(chǎn)業(yè)應(yīng)用為主，很少將RFID應(yīng)用在人們的生活環(huán)境上。另一方面，現(xiàn)在越來越多的移動設(shè)備都提供了無線上網(wǎng)功能，也有越來越多的地方開始設(shè)置無線網(wǎng)絡(luò)基站以提供無線上網(wǎng)服務(wù)。移動設(shè)備與無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合將帶給生活更多便利，不管在何處都能夠連線作業(yè)或取得信息。目前最新行動裝置例如第三代行動電話、PDA、Notebook也朝著支持 Wireless LAN上網(wǎng)發(fā)展。同時(shí)，已經(jīng)有很多款移動智能終端提供了RFID讀寫器配件，可以方便的將RFID技術(shù)和智能終端的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相結(jié)合。  

　　現(xiàn)階段，在博覽會及博物館等地方采用的導(dǎo)覽服務(wù)大概分為如下兩種方式：  

　　1. 用錄音帶的語音導(dǎo)覽。它的優(yōu)點(diǎn)是參觀者可自由走動，選擇本身有興趣的展品或展區(qū)參觀學(xué)習(xí)。但由于儲存容量的限制，當(dāng)參觀者想多獲取比較感興趣的展品的一些相關(guān)知識時(shí)，其往往無法提供較全面的知識，且互動性不足，加之體積龐大，難吸引小朋友使用。此外，聽障朋友們也無法享受語音導(dǎo)覽的解說方式。  

　　2. 解說員導(dǎo)覽方式。它由一名解說員帶領(lǐng)一群參觀者重點(diǎn)式地解說重要的文物或景點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)為可以即問即答，但是參與的參觀者必須亦步亦趨地跟隨解說員，且須凝神注意聆聽解說，給參觀者在學(xué)習(xí)中造成不便，且解說人員的數(shù)目有限，加之培養(yǎng)專業(yè)解說人員需要花費(fèi)大量的人事開銷，非常不符合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。  

　　考慮到當(dāng)前存在的問題，本文提出使用PDA與無線網(wǎng)絡(luò)并結(jié)合RFID技術(shù)開發(fā)出一套運(yùn)行在移動終端的導(dǎo)覽系統(tǒng)。該系統(tǒng)在服務(wù)器端建立相關(guān)導(dǎo)覽場景的文字、圖片、語音以及視頻介紹數(shù)據(jù)庫，以網(wǎng)站形式提供專門面向移動設(shè)備的訪問服務(wù)。移動設(shè)備終端通過其附帶的RFID讀寫器，得到相關(guān)展品的EPC編碼后，可以根據(jù)用戶需要，訪問服務(wù)器網(wǎng)站并得到該展品的文字、圖片語音或者視頻介紹等相關(guān)數(shù)據(jù)。  

　　該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：一、系統(tǒng)采用RFID設(shè)備，可以自動識別展品，操作方便；二、系統(tǒng)使用移動設(shè)備和無線網(wǎng)絡(luò)，可以隨參觀者自由移動，為參觀者提供最新的信息以及最多元的服務(wù)。三、系統(tǒng)服務(wù)器采用網(wǎng)絡(luò)三層架構(gòu)代替通常用在RFID實(shí)現(xiàn)中的C/S結(jié)構(gòu)，減輕了數(shù)據(jù)庫存取的負(fù)載，平衡了網(wǎng)絡(luò)流量。  

2   系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能  

　　該系統(tǒng)的應(yīng)用場景如圖1。系統(tǒng)采用的智能終端為惠普iPAQ hx2400系列的PDA。使用者通過智能移動終端上的RFID讀寫設(shè)備，可以在參觀的同時(shí)，隨時(shí)讀取展館地圖以及展品上附有的RFID標(biāo)簽，然后選擇相關(guān)服務(wù)。該服務(wù)請求通過在參觀地設(shè)置的無線網(wǎng)絡(luò)基站接入點(diǎn)（Access Point，AP）通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到后臺服務(wù)器。后臺服務(wù)器在接到相關(guān)請求后，讀取數(shù)據(jù)庫，并將獲取的文字、圖片、聲音以及視頻資料展現(xiàn)給使用者。  

圖1 基于RFID的智能終端導(dǎo)覽系統(tǒng)應(yīng)用場景  

　　系統(tǒng)采用基于internet的三層架構(gòu)模型。第一層為客戶端web瀏覽器，第二層為web服務(wù)器，第三層為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用戶通過客戶端web瀏覽器訪問web服務(wù)器，提交服務(wù)請求，web 服務(wù)器通過ADO.NET與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提出請求后，再將數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的處理結(jié)果提交給客戶端瀏覽器，供用戶查看。  

　　采用這樣的架構(gòu)改進(jìn)了傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，除減輕了系統(tǒng)管理人員的維護(hù)量，更減輕了后端數(shù)據(jù)庫存取的負(fù)載，平衡了整個網(wǎng)絡(luò)流量。同時(shí)由于使用移動設(shè)備和無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，導(dǎo)覽系統(tǒng)更加靈活易用。  

3  系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)  

    該系統(tǒng)分為兩部分開發(fā)，PDA端子系統(tǒng)和服務(wù)器端子系統(tǒng)。整體架構(gòu)如圖2。在整個系統(tǒng)中，只有RFID標(biāo)簽的傳送是通過在PDA和服務(wù)器端建立Socket連接進(jìn)行傳送，其他的文字、圖片、音頻和視頻文件的瀏覽都通過Web服務(wù)的方式進(jìn)行。這樣既保證了標(biāo)簽傳送的效率也能有效的平衡服務(wù)器的負(fù)載，具體的實(shí)現(xiàn)方法接下來會進(jìn)行詳細(xì)介紹。  

圖2 智能終端導(dǎo)覽系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.1 智能終端子系統(tǒng) 

　　在PDA端，主要分為讀寫器管理模塊和Socket服務(wù)器模塊，分別負(fù)責(zé)標(biāo)簽信息的讀取和標(biāo)簽信息的傳送。利用智能終端提供的小型數(shù)據(jù)庫作為標(biāo)簽的緩存，使用智能終端自帶的web瀏覽器登錄服務(wù)器獲取相關(guān)服務(wù)。 

　　讀寫器管理模塊進(jìn)行相關(guān)讀寫器參數(shù)的配置，服務(wù)的啟動工作。在讀寫器參數(shù)配置模塊中，為了屏蔽不同種類讀寫器之間的差異，采用了經(jīng)典設(shè)計(jì)模式中的工廠模式。首先創(chuàng)建一個抽象工廠，當(dāng)使用者選取不同讀寫器類型時(shí)，由工廠自動決定返回對應(yīng)種類讀寫器的實(shí)例并將該實(shí)例返回。接下來可以采用統(tǒng)一的父類接口調(diào)用讀寫器實(shí)例提供的方法，并不需要知道具體使用的是哪一個子類，從而實(shí)現(xiàn)了讀寫器的兼容功能。 

圖3 讀寫器管理模塊界面 

    該模塊中提供的服務(wù)有兩個。其一，負(fù)責(zé)啟動讀寫器，讀取周圍的標(biāo)簽信息，并將讀到的標(biāo)簽存入PDA數(shù)據(jù)庫中緩存。其二，開啟Socket監(jiān)聽線程，啟動 TCP監(jiān)聽。負(fù)責(zé)TCP監(jiān)聽的守護(hù)程序在一個單獨(dú)的線程中運(yùn)行。該線程主要負(fù)責(zé)建立TCP連接，打開TCP監(jiān)聽，當(dāng)收到需要提供標(biāo)簽信息的請求后，建立另一個線程，讀取標(biāo)簽并使用已建立的TCP連接，將標(biāo)簽信息返回給發(fā)出請求的機(jī)器。示意圖如下（實(shí)線為監(jiān)聽線程，虛線為讀取標(biāo)簽線 ）

圖4.PDA端多線程工作模式說明 

3.2 服務(wù)器端子系統(tǒng) 

　　在服務(wù)器子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為三層，數(shù)據(jù)庫管理模塊，業(yè)務(wù)處理模塊，Web UI模塊以及一個用于與智能終端通信的Socket客戶端。 

　　數(shù)據(jù)庫管理模塊在最底端，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的讀取，寫入及異常處理等操作。 

　　業(yè)務(wù)處理模塊，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫內(nèi)的表到對應(yīng)的類的轉(zhuǎn)化，便于在用戶界面層進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和查詢的工作。 

　　Web UI模塊包含兩個部分。一個是提供給后臺管理者進(jìn)行文字、圖片、音頻以及視頻數(shù)據(jù)錄入的管理系統(tǒng)網(wǎng)站，這和普通的網(wǎng)站開發(fā)類似。另外一個是用于智能終端訪問的移動網(wǎng)站。該網(wǎng)站為使用者提供介紹性文字和導(dǎo)覽服務(wù)。當(dāng)進(jìn)入導(dǎo)覽服務(wù)時(shí)，用戶通過點(diǎn)擊開始掃描按鈕，啟動服務(wù)器端的Socket客戶端。 

　　Socket客戶端負(fù)責(zé)與用戶使用的 PDA建立Socket連接，請求PDA端Socket服務(wù)器線程開啟讀寫器、讀取標(biāo)簽并返回標(biāo)簽信息。當(dāng)服務(wù)器端的Socket客戶端得到相應(yīng)的標(biāo)簽信息后，返回給移動Web服務(wù)器。移動Web服務(wù)器再通過業(yè)務(wù)處理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)庫管理模塊讀取該標(biāo)簽對應(yīng)展品的文字和圖片信息，以網(wǎng)頁的形式提供。同時(shí)，該頁面還有音頻和視頻的調(diào)用按鈕，如果用戶需要，可以點(diǎn)擊這些按鈕。這樣會開啟智能終端的音頻視頻播放軟件，如Windows Media Player進(jìn)行播放。由于在提供這些服務(wù)時(shí)候，采用的是BS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，免去了考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)募?xì)節(jié)，大大提高了開發(fā)效率。 

4   結(jié)論 

　　本文討論了一個基于RFID技術(shù)的智能終端導(dǎo)覽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。系統(tǒng)分為兩部分，服務(wù)器端主要采用了ASP.NET和C#編程語言，PDA端應(yīng)用程序采用.NET的智能設(shè)備開發(fā)平臺和C#編程語言，涉及到對數(shù)據(jù)庫的操作和智能設(shè)備端讀寫器的管理、標(biāo)簽的讀取、傳送，同時(shí)使用了C/S和B/S兩種結(jié)構(gòu)分別用于標(biāo)簽的傳送和數(shù)據(jù)的傳送，并且在討論中對兩種方法的優(yōu)劣進(jìn)行了比較?，F(xiàn)有的系統(tǒng)可以為大型展會和博覽會的場館建設(shè)提供新的思路。由于采用了無線組網(wǎng)技術(shù)，免去了在展會場地布置網(wǎng)線的時(shí)間和資金的投入，同時(shí)也為使用者提供了更加自由和人性化的服務(wù)。 

　　現(xiàn)有的系統(tǒng)還有很大的擴(kuò)展空間，如后期可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫中記錄的展品查詢記錄分析出哪類展覽更加吸引觀眾，以及可以利用接入RFID的智能終端進(jìn)行人員定位等服務(wù)。 


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4．RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，http://www.epcglobalinc.org/home