物联网技术在现代图书馆中的应用研究

李小琴，晏伯武，陆垂伟

(1湖北理工学院 图书馆，湖北 黄石 435003；2湖北理工学院 计算机学院，湖北 黄石 435003)

物联网技术在现代图书馆中的应用研究

李小琴1，晏伯武2*，陆垂伟2

(1湖北理工学院 图书馆，湖北 黄石 435003；2湖北理工学院 计算机学院，湖北 黄石 435003)

介绍了物联网的概念、应用和价值，分析了物联网相关技术在现代图书馆建设中的重要意义，以及图书馆物联网的涵义和功能。重点讨论了物联网组网技术、RFID技术、物联网图书馆的构建模式、存在的问题，展望了现代图书馆的发展趋势。

图书馆;物联网;RFID;信息资源

图书馆的基本职能被归结为如下4点：保护人类文化遗产、开展社会教育、传递科学情报和开发智力资源。而在图书馆的漫长演进中，它表现为从以前的以文献资源收藏为主的图书馆，渐渐发展为藏用并重的图书馆。不仅如此，随着信息时代的到来，继而随着所谓的数字化时代的来到，现代图书馆更加重视信息资源的流通，以及信息服务的多元化；尤其是数字资源的流通和相关服务的多元化，从理论上来说，图书馆的核心价值在于提供知识、信息。就图书馆信息资源载体的发展而言，有最初的纸质载体和现今的数字化载体；现今表现出数字化文献资源的更快速的增长，当然纸质文献由于具有阅读舒适等特点将与数字化载体长期共存。

物联网是继计算机、互联网、无线通信技术之后又一场深刻影响人类发展进程的技术变革；物联网已经应用到电力电网、农业领域、国防、建筑家居、教育、食品安全、物流交通、医疗系统、通信等行业。随着物联网相关技术在图书馆中的成功应用，物联网必将影响图书馆的运行状态和发展进程，图书馆的存在和运行形态也必将随着物联网的发展而发生根本性的变革。

1 物联网技术

物联网可以概括为“全面感知、可靠传递、智能控制”，物联网也因此主要由传感网络、传输网络和控制网络这三大部分构成。相应的技术框架包括：感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术。物联网图书馆结构图如图1所示，其中的感知层技术包括传感器技术、射频识别(RFID)、二维码和实时定位技术等。网络层技术包括互联网技术、移动通信技术和传感网络技术等。而应用层技术包括应用支撑平台子层和应用服务子层。公共技术则包括标示与解析、安全技术、网络管理和服务质量管理等[1]。

图1 物联网图书馆结构图

2 物联网技术在图书馆中的应用

图书馆物联网的主要功能有以下2个方面：其一，图书馆建筑管理方面的功能。这主要指图书馆安保、消防方面的功能，乃至图书馆建筑智能化。其二，图书馆文献信息资源建设和图书馆文献信息资源服务方面，它包括图书馆资源共享、图书馆管理智能化、图书馆服务智能化。物联网技术的应用已经快速地促进了现代图书馆的产生和发展。随着信息技术的发展，现代图书馆的发展必将是向智能化方向发展。物联网技术的主要技术构成可以归纳为：感知与标识技术、网络与通信技术、计算与服务技术、管理与支撑技术四大体系。黄虓等将智能图书馆表述为：智能图书馆=图书馆+物联网+云计算+智能化设备[2]。相关研究认为，基于物联网的智能图书馆的主要技术主要包括识别技术、传感器、M2M通信技术、普适计算、云计算技术、知识发现与搜索引擎技术、数据和信号处理技术、关系网络管理技术、安全和隐私技术等[3]。

2.1物联网应用实例及RFID技术

据Checkpoint统计，截止2007年全球有超过2 000家图书馆采用了RFID技术。RFID通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据。电子标签分为被动式电子标签、半主动式电子标签和主动式电子标签3种，其读写距离从7 m、30 m到30 m以上，标签上有一个具有全球唯一编码标识且可进行数据存储的微芯片。作为RFID系统重要组成部分的读写器用于捕捉和处理RFID标签数据，还负责与主机接口，以射频的方式在标签与读写器之间进行数据通信。对图书馆应用系统而言，这种RFID系统操作方式与条码技术操作方式相比较，RFID技术具有更好的抗污染能力，RFID系统相应的存储容量也更大，且资料便于更新，此外RFID系统相比于传统条码技术具有无与伦比的优点，即其具有同时读取多个移动中的RFID标签信息的能力。

早在2006年，RFID系统就被深圳图书馆、中国国家图书馆二期数字图书馆、上海图书馆、南京图书馆、武汉图书馆、集美大学诚毅学院图书馆、陕西省图书馆等国内著名图书馆有效采用，已初步显示出其效用性。

国际上，新加坡、澳大利亚等10个国家近100家机构在图书馆自动管理系统中采用了无线射频识别技术，其中新加坡国立图书馆创先采用RFID技术进行图书管理和提供图书服务。其工作的基本原理如下：在每本书的封底贴一个标签，标签里储存着图书的相关基本信息，对被动式电子标签来说，被动式电子标签与读写器之间的通信是由读写器发起的，而标签响应，其具体过程是由读写器向电子标签中线圈发送微弱的无线电波，该线圈即将信息反馈给扫描器，这样简单地完成信息识别和交换，能够自助地完成图书的借和还的过程。把身份证或借书卡插入读卡器，然后将要借的书在扫描器上扫一下，即完成了借书过程。而更简单地，只须将书投进还书口，相关传送设备即能把书送到书库，这样就完成了还书过程[1，4]。

目前RFID技术应用于图书馆需要实现的功能主要包括以下几点：实现电子标签转换；实现图书自助借还；实现图书快速盘点；实现图书快速查找；实现RFID安全门禁；实现智能分拣；实现与现有系统无缝链接[4]。现今就基于物联网的图书馆而言，都是以RFID系统为核心，由阅读器(Reader)、电子标签(即通常所说的应答器)和应用软件系统3部分组成。

有报道显示，利用著名的国际通用协议SIP2来整合RFID和图书馆应用系统，以它作为图书管理系统和RFID自助服务设备之间的数据接口协议，可提供图书馆个性需求的API接口，实现RFID系统与图书馆管理系统之间的通信，达到其业务作业与信息管理系统的无缝连接[3]。

2.2组网及其相关技术

2.2.1物联网组网技术

物联网主要有基于RFID和WLAN的组网技术。RFID是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标并获取相关信息。其中心环节是标签和阅读器，标签是射频识别系统的数据载体，因而成为该系统的核心。而WLAN作为无线通信技术和计算机网络相结合的产物，具有安装简单、易于扩展、易于管理等特点，得到了广泛的应用。IEEE802.11WLAN大部分采用infrastructure模式组网，另一运作模式是Ad-Hoc，2种模式中前者数据传输速率更高。

2.2.2 ZigBee技术

通过ZigBee技术构建图书馆图书物联网络，并将该网络与IPv6网络融合，然后将读者手机作为客户端构建简单实用的图书动态指示系统[6]。IPv4提供的IP地址有限，大约为43亿；IPv6协议由128位二进制组成，提供的IP地址容量大约为IPv4的8×1028倍，且提供了灵活的路由机制，如果IPv4实现的是人机对话，IPv6则扩展到如何实现事物之间的对话。目前国内一些高校、高科技企业已经建立了实用的IPv6局域网络。

组网方面，ZigBee是较好的选择，其特点为：低功耗，优于蓝牙、WiFi；低成本，简化了协议，免收专利费；短时延，连接入网络只需要30 ms，而蓝牙为3～10 s，WiFi为3 s；由它通过网络协调器组建无线传感网络，则整个网络最多可以支持超过65 000个ZigBee网络节点；适于多节点组网需求，适用大规模无线传感网的组建，适合图书物联网节点数量众多的需要。但ZigBee数据传输率低，只有10～250 kb/s。

ZigBee网络的每个传感器节点是以ID号的形式进行工作，故为了使它能和IPv6有效地结合，就在ZigBee内部网络和采取IPv6协议构建的互联网之间建立协议转换网关。协议转换网关的原理是在其内部建立并维持每个传感器节点的ID和IPv6地址的转换表，当ZigBee网络与外部IPv6网络通信时，协议转换网关在转换表中查找相关的与IPv6地址对应的传感器ID号，以此实现数据的传输[6-7]。

物联网定位系统是通过ZigBee技术组建，由协调器、路由器和终端设备组成。其中协调器是整个ZigBee网络的组织者，负责网络的建立和完成网络的相关配置；而网络终端是实现具体功能的单元，即RFID系统，它具有加入、退出网络的功能[6]。

在用户终端设备及信息表现形式的选择方面，图书馆用户可以选取的能接入网络的用户终端设备主要有计算机、智能手机、电子书、视频播放器等设备。

2.2.3 WiFi技术

WiFi技术应用需安装高成本的线缆，省去租用线路的月租费；相关设备移动便利，建网容易，管理方便。不足之处有：无线局域网现在还不能完全脱离有线网络，目前还只是有线网络的补充，还不能完全代替有线网络；其次，在速度方面无线传输速度还远远不及有线网，如无线局域网的传输速度为10 Mbps左右，而以太网的传输速度可达l Gbps。此外，无线局域网采用基于用户的认证加密体系，因而其数据的保密性和安全性也不及有线接入方式。

2.3 Web 3.0

随着物联网技术的发展，更大尺度、无限扩张、层级丰富而运行和谐的网络系统逐步得到应用和发展，出现所谓的Web2.0、Web3.0时代。Web3.0可用于建立可信的社会网络服务系统(SNS)，实现可管理的网络电话(Voice over Internet Protocol, VoIP)与实时传讯(InstantMessaging,IM)，可控的网络日志(Blog)、影像网志(Vlog)、维基百科(Wiki )，实现信息通信与处理、网络与计算、媒体内容与业务智能、传播与管理、艺术与人文的有机结合和有效的融会贯通。Web3.0的特征包括微内容(Widget)的自由整合与有效聚合；适用于多种平台终端，可实现信息服务的普适性；是一种有效和有序的数字新技术。

随着Web3.0时代的到来，更加开放、兼容性更强、更高智能的搜索技术得到发展。Web3.0的核心技术是人工智能，它使语义的智能学习和理解得以实现，从而促使互联网更加个性化、精准化和智能化。在Web3.0环境下，智能化的搜索引擎不仅能够提供零散的信息，而且可以直接给用户提供解决问题的方案或问题的答案[8]。

一般认为Lib2.0由Web2.0+Lib1.0构成。图书馆2.0(Lib2.0)和图书馆3.0(Lib3.0)在技术上借鉴了Web2.0及Web3.0的许多内容，期望通过一系列相关技术手段，促使图书馆系统和服务具有开放性、互动性、智能化、个性化，进而实现图书馆以读者为中心的服务宗旨。

2.4物联网图书馆构建模型实例

物联网图书馆的设计具体模型各异，但基本上包括感知层、网络通信层、控制及应用层。如有关研究设计的模型分为感知层、接入层、智能信息处理层与应用层，各层具体情况如下：

感知层主要应用了RFID技术，同时采用视频监控完成监控。感知层数据采集终端范围非常广泛，它包括手机、电脑、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等。往上即为接入层，它可以通过3G、WiFi、ZigBee、局域网等通信技术对监控的信息进行可靠通信，并汇总到图书馆馆内机房，并及时进行数据更新。再往上即为信息处理层，其主要作用为负责物联网图书馆系统的管理、维护等。第4层为应用层，它主要为图书馆具体业务提供Web接口，实现自助图书借还、图书入库、图书归架、在线咨询等功能[9]。

3 存在的问题

物联网图书馆建设具有较大的实现价值，但也存在一些急需解决的关键问题。

3.1技术标准和平台建设

1)技术标准。各层面需要大量技术支持，而现在还面临缺乏统一技术标准的问题。物联网还未形成统一的行业标准，不同厂家生产的设备，其频段、接口等不一致。

2)管理平台的建设。物联网提供了互联网的物质基础，但建立全社会性，能进行综合性有效管理的平台，已成为现代图书馆建设面临的一个关键问题。

3.2信息安全问题

信息安全和隐私信息的保护问题，主要有：云服务的透明度；黑客对操作系统漏洞的攻击；手机等终端提高了病毒攻击的可能性；无线传感网络带来的安全威胁；RFID标识容易不受控制地被扫描、定位和追踪。

3.3成本问题及其他

RFID、WiFi、蓝牙、ZigBee、馆舍智能化方面成本问题是个不可忽略的问题。其他方面的问题还有：网络和数据库的依赖性强；由于复杂的电磁环境而带来的信息不稳定。

RFID技术在图书馆应用中需要克服的问题，除了受RFID标签本身成本限制很难保证其安全外，高频识别系统视频识别距离可达10 m，会带来多标签识读问题；图书馆的价值在于其馆内资源的流通，高的流通会带来RFID高频电子标签破坏的问题，以及相应读卡器的灵敏度问题[10]。

4 结束语

综上所述，现代图书馆的发展轨迹将是从传统实物介质的图书馆到智能图书馆。物联网技术应用于现代图书馆，在云计算技术等相关技术的协同下，在实现图书馆建筑智能化的同时，可实现资源、管理、服务智能化。适应信息社会的发展，图书馆更高级的发展趋势将是建设基于物联网的图书馆联盟，

在基于物联网相关技术上实现图书馆建设和管理的一体化。

[1] 李蔚田.物联网基础与应用[M].北京：北京大学出版社,2012:18-19.

[2] 黄虓,陈曦,林龙.图书馆：由数字化到智能化——谈云计算与物联网对智能图书馆信息服务的影响[J].技术与市场,2012,19(8):177-178.

[3] 朱桂华.物联网技术在智能图书馆中的应用体系架构[J].图书馆理论与实践,2011(9):86-88.

[4] 鞠芳.试析物联网时代的智能图书馆建设[J].新世纪图书馆,2010(6):86-89.

[5] 王玉龙.物联网环境下图书馆RFID系统模型构建研究[J].图书馆学刊,2012(8):99-100.

[6] 郭秀梅.基于物联网的图书馆图书动态指示系统构建探讨[J].图书馆论坛,2012,32(5):21-25.

[7] 熊杰.基于Ipv6的ZigBee无线传感器网络构建[J].电脑知识与技术,2008(3):1224-1228.

[8] 刘彩娥,贺利婧.物联网与Web3.0交互作用下的图书馆[J].新世纪图书馆,2011(3):12-14.

[9] 沈彦君.物联网技术在智能图书馆中的应用[J].国家图书馆学刊, 2012,21(2):51-54.

[10] 杨翠红，郭晶,陈嘉懿.射频识别技术催生“智慧图书馆”[J].中国教育网络,2011(8):63-64.

(责任编辑桂堤)

Research and Application of Technology of Internet of Things in Modern Library

LiXiaoqin1,YanBowu2*，LuChuiwei2

(1Library,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003;2School of Computer,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003)

This paper introduces the concept, definition, application and value of Internet of Things. The significance of the technology of Internet of Things in the construction of modern libraries is analyzed as well as the function and meaning of Internet of Things of libraries. The emphasis is put on the networking technology, RFID technology, construction pattern, existing problem of Internet of Things. The prospect of the modern library is discussed.

library;internet of things;RFID;information resource

2013-09-10

湖北理工学院优秀青年科技创新团队资助计划项目(项目编号13xtz10)；湖北理工学院校级科研项目(项目编号13xjz06C)。

李小琴(1972— )，女，助理馆员，大专。

*通讯作者：晏伯武(1969— )，男，教授，博士，研究方向：电子信息技术。

10.3969/j.issn.2095-4565.2014.01.011

TP399

A

2095-4565(2014)01-0044-04