RFID在测量船装备管理中的应用研究

邱冬冬，金华松，于建成

（中国卫星海上测控部 江苏 江阴 214431）

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息实现对目标进行自动识别的一项技术。RFID的基本原理是利用电磁场的空间传播理论，在读写器和电子标签之间通过射频通讯的方式实现无接触的数据收发通信，从而能对物体进行唯一性标识。该技术以其高保密性和便携易用性，已经大量应用于物流和交通管理等领域，能实现对动态或静态目标的识别和采集数据以及物品的跟踪定位等功能[1-6]。

测量船的试验装备种类和数量繁多，管理起来比较复杂。虽然现在引入了质量管理体系，但现在的装备管理仍旧依靠老式的人工管理方法，信息化程度不高，装备的申请、审批、借调、保养和维修等环节都是借助于人工处理的方式，这种方式的效率不高，在当前测量船测控任务密度大的情况下，装备的管理容易出现差错。

RFID技术可以自动识别目标对象并获取相关数据、建立电子标签，安全性能好，能克服传统装备管理中的不足，有效地控制和降低管理成本，简化业务工作流程，提高装备管理的效率。测量船在出海执行任务期间，装备调用、维护频繁，在试验装备的管理上存在一定的难度，RFID系统可以有效地提高测量船装备管理的效率，具有很大的应用前景。

1 系统设计

1.1 RFID技术基本原理

虽然已经产生了半个多世纪，但是受限于技术和成本，RFID技术直至上世纪90年代才迅速发展起来。目前，这项技术已经将多种学科技术进行融合，逐渐发展成一个跨学科的专业技术领域，国内外对RFID技术的研究主要集中在技术标准的制定、电子标签成本的控制、技术的开发及应用等方面。

RFID系统一般由标签、读写器和计算机等组成，其结构图如图1所示。

图1 RFID系统结构图Fig. 1 Structure schematic of RFID system

其中，读写器是用来实现对电子标签的读写功能，是RFID系统的关键设备。按照频率、使用场合和天线数量等分类标准，可对读写器进行不同的分类；射频天线是发射和接受射频信号的设备。发射时，将高频电流信号转换为电磁波信号，接收与发射过程正好相反。射频天线负责将整个系统连接起来。根据系统的工作频率不同，射频天线分为近场感应线圈天线和远场辐射天线；电子标签一般由耦合元件和芯片组成，作用是接受读写器的激活操作，正确的发射和接收射频载波信号，与读写器实现数据信息的传输交换功能。电子标签在使用时一般需要附着在物体上。电子标签存在有源标签和无源标签之分。

读写器的天线发射出与标签相应的工作频率的射频信号，当标签进入信号范围时，标签天线产生感应电流，标签获得能量后被激活，并向读写器发送出自身的标签信息。读写器接到信号后对解调出标签信息并送至计算机进行处理，计算机按需求对标签发出相应的处理和控制指令，标签的解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，控制逻辑完成数据存储、发送或其它相关操作。

1.2 系统组成和功能

本文将RFID技术应用于装备管理中，设计了一个RFID系统，该系统由读写器、装备的仓储门禁管理终端、报警装置、服务器、装备管理终端、RFID管理终端、用户终端和便携式RFID终端等部分组成。系统组成如图2所示。

图2 应用RFID技术的装备管理系统组成图Fig. 2 Composition of an equipments management system applied RFID technology

当有装备进入或调出仓储室时，RFID管理终端通过读写器读出标签上记录的装备综合信息，并将数据传输至服务器；装备管理终端里面有装备实力数据库，并建立起了装备与标签的对应关系，还可通过服务器，经RFID管理终端对设备的标签进行编辑和更新等操作；便携式RFID终端可随时对装备上的RFID标签信息进行现场采集，并查看装备信息；若有人员或装备违规进出仓储室时，声光报警装置将启动，同时，仓储入口处的读写器也会对装备信息进行读取，并在门禁管理终端上留下相应的记录。

该RFID系统与现有的试验装备实力管理系统相关联，即被管装备上的电子标签内被设定了独有的设备编码，该编码与装备实力数据库中的装备一一对应。通过RFID读写器或便携式RFID终端可读取装备上的编码信息，并通过编码显示该装备在装备实力数据库中的其他信息，比如装备编号、名称、型号、装备负责人等信息，或是装备维护维修记录、借调记录、参试记录和准用状态等信息。同时，当装备有了状态改变，也可以通过RFID读写器，在装备实力数据库中对其进行状态更新。

当进行装备检查时，装备管理机关到装备使用单位，利用手持RFID终端检查装备的在位、配套以及使用情况和登记情况是否一致。在试验前进行装备状态确认时，利用手持RFID终端检查装备准用证状态和装备测试的详细记录，检查装备能不能满足试验任务的要求。

当携带涉密装备或其他重要装备外出时，需经过申请和审批，通过之后才可以顺利通过门禁，不然便发出告警，并留下记录。

1.3 安全机制研究

RFID系统工作的关键就是标签与读写器之间的射频通道，由于射频的发射和接收的隐蔽性差，RFID系统容易遭受各种形式的攻击和威胁。RFID系统的安全问题可以归结为一点，就是非法的读写器对标签进行读写操作，从而获取到装备的敏感信息，造成失泄密的发生，甚至是篡改装备实力信息，或是通过窃取的标签信息对标签进行伪造，并利用伪造的标签代替原有标签，造成不可估量的损失。因而，加强对RFID安全机制的研究就显得十分重要。

当前，保障RFID系统本身安全的方法主要有两大类：物理安全机制（“Kill Tag”销毁标签，法拉第网罩和主动干扰），安全协议法等。

“Kill Tag”销毁标签法指的是从物理上销毁RFID标签的一种方法，一旦使用，标签将永久作废[7]。法拉第网罩法是在RFID标签周围加一个屏蔽罩，这样以来，外部电磁信号不能进入屏蔽罩，里面的电磁波信号也无法穿透出去。此方法可以阻止外部设备扫描标签，但是要增加一个物理设备，带来不便的同时也大大增加了成本。主动干扰法是指的是用设备主动发射无线电信号以阻止或破坏附近设备的读写操作。该方法可能导致非法干扰，甚至可能阻断附近其它无线通信系统。

安全协议法是在RFID得到广泛应用之后提出来的一种解决信道数据的安全传输的方法，这种方法不需要使用额外的物理设备，操作使用方便高效，并且安全性高，是提高RFID系统安全性的一种较好的解决方案。其典型代表是Hash-Lock协议法。Hash-Lock协议的工作机制如下[8]：

锁定标签：对于唯一标志号为ID的标签，首先读写器随机产生该标签的Key，计算metaID=Hash(Key)，将metaID发送给标签；标签将metaID存储下来，进入锁定状态。读写器将(metaID,Key,ID)存储到后台数据库中，并以metaID为索引。

解锁标签：读写器询问标签时，标签回答metaID；读写器查询后台数据库，找到对应的(metaID,Key,ID)记录，然后将该Key值发送给标签；标签收到Key值后，计算Hash(Key)值，并与自身存储的metaID 值比较，若Hash(Key)=metaID，标签将其ID发送给读写器，这时标签进入已解锁状态，并为附近的读写器开放所有的功能，否则，返回给读写器认证失败信息。安全协议流程如图3 所示。

1.4 应用领域

图3 Hash-Lock安全协议工作流程Fig. 3 Workflow of Hash-Lock security protocol

RFID系统可以应用在装备的仓储管理中，这样可以高效地管理仓储装备的流动信息，还可以监视装备的一切信息。当需要调用装备时，装备在某个时间段的位置、状态和调用情况经过装备流经地的读写器的操作，都可以在装备实力数据库中得到体现。这样监控中心可以了解到装备的各种实时信息。

当需要维护或者进厂维修时，可以通过便携式RFID终端对装备进行更新标签的操作，之后将装备实力数据库中的装备数据进行实时更新，并可以生成报告，方便查阅装备的维护、维修情况。

此外，在装备的运输过程中、追踪监控过程中，都可以引入RFID技术。通过在装备管理中引入RFID技术，可以简化业务工作流程、改善清查装备的质量、降低运作成本。

2 结束语

本文介绍了RFID技术的原理，设计了一套应用于装备管理的RFID系统，并阐述了其运行机制。最后介绍了RFID技术的安全机制和应用领域。RFID技术为装备管理和保障模式带来变革，与任何一项新技术的产生和应用一样，这需要我们扩宽思路、开拓视野，时刻关注应用发展的进展及研究方向，将RFID的推广应用真正落到实处，提高装备管理水平和效率、降低保障成本，不断增强测量船执行海上测控任务的能力。

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