现代图书馆的信息处理进程研究

周克娟

[摘 要]射频识别（Radio Frequency Identification， RFID）设备作为历史上最为普及的计算技术之一，以其具有成批存取、存储海量数据的能力，支持再编辑等优势而优于传统的条形码技术。RFID技术的应用有利于提高操作的精度和效率，因此成为图书资料流通、跟踪、盘点和安全管理的新方法。本文系统回顾了现有RFID技术的原理及其在图书馆系统中的应用，分析其历史沿革与关键技术在实现图书资料与档案管理中的作用，并对其发展前景做出展望。

[关键词]射频识别；图书馆；信息处

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.08.084

[中图分类号]G259.22 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2018）08-0-03

0 引 言

由于條形码价格低廉，自动识别系统（Auto-IDsysytem）已广泛应用于日常生活的方方面面，然而条形码具有有限的信息存储容量，采用IC芯片（如可以存储和识别信息的记忆卡或智能卡等）是解决该问题的方案之一。这些种类的IC芯片必须接入电源且必须借助阅读器才能传输数据，由此具有操作时间长和设备触点问题等缺点。无触点的IC卡技术能够通过无线电波实现卡片与阅读器之间的数据传输，能量也可由无线电波或卡片的内置电池提供。由于能量和信息的传输都由无线电波实现，所以这类无触点的自动识别系统又称为射频识别系统（下文简称RFID）。

RFID并非新技术，Harry Stockman在1948年发表了名为“Communication by Means of Reflected Power”的论文，讨论了RFID技术的理论与实现，成为RFID技术的开端。其后，有学者分别研究了微波零差与无源应答器的无线电传输系统。此后，RFID技术取得了长足进展，在1980-1990年，RFID系统逐渐成熟并得以应用（如在美国铁路协会和集装箱装卸合作项目中的应用）。RFID在很大程度上简化了商品运输过程中的识别与追踪程序。因此RFID逐渐广泛应用于各行业中，包括图书馆系统。

1 RFID系统概述

RFID系统大致可分为3部分：RFID标签、RFID阅读器、接收和发送数据的应用系统。如图1所示。一般而言，标签由耦合元件（作用如天线）及电子芯片构成。阅读器则由一个射频模块（用于接收和发送信号）、一个控制模块和一个耦合元件构成，可通过一个输入/输出界面（如RS232或RS285）与应用系统相连接，此外一个非常重要的功能是能量供应。其中标签又分为被动标签（或称为无源标签）或主动标签（或称为有源标签）。被动标签不含有能源，处理过程所需的所有能量来自阅读器发出的无限电波，而主动标签则内置电池。表1给出了主动标签与被动标签各方面性能的对比，表2给出了不同类型的RFID标签在图书馆中的应用示例及其典型供应商。无线电波的性质由其频率决定，即电磁谱的频率。RFID大致可分为3类：①30～300 Hz（低频）；②3 M～30 MHz（高频）；③300MHz～300 GHz（超高频）。

除工业、科学和医疗频段由国际电信联盟无线电通信部门确定外，政府严格管理无线电发射机的使用许可。因此，RFID覆盖满足工业和科学需求的频谱，其优点和缺点见表3。其中低于135 kHz的RFID产品技术最为成熟；13.56 MHz频段应用较广，此频段的RFID产品常用于商品管理；2.45 GHz与UHF的RFID产品具有类似的特征，但UHF具有更长的诱导距离。

正如记忆卡或智能卡的结构取决于其记忆模式，RFID按此又可分为4大类。①只读：即只能读取数据，用于记录对象的识别码。②读/写：类似于记忆卡，可擦除和编辑。③内置进程芯片：类似于智能卡，包括操作系统和程序，安全程度高。④内置传感器：如压力和温度传感器。

一套RFID系统具有多种频、发射模式和内部结构，不仅覆盖了传统自动识别系统的所有功能，如记忆卡的记忆功能、智能卡的安全管理功能和条形码的探测识别号码的功能。RFID的进程响应速度优于条形码，并具有非接触式的通讯功能。

2 RFID的信息处理方式

RFID的使用和条形码类似。条形码使信息粘贴和编码于对象，利用具有红外线的特殊扫描仪探测编码信息，然后将这些信息从扫描仪传送至电脑。RFID系统利用专门的阅读器，通过射频从标签读取或传送信息至标签。

一个比特是信息过程中的最小单位。最简单的RFID只具有一个单比特控制状态，功能类似于电磁线（用于图书馆电磁防盗系统）。复杂的RFID则与智能卡无异，标签中的芯片可以存储信息、进行操作或与阅读器交换信息。

被动标签的不同能量产生模式频率不同。RFID被动标签采用不大于13.56 MHz的频率，能量来源于交变磁场，类似于通过磁力进行电磁能量交换，但RFID与此过程相反，是将磁力转换为能量源。电流通过线圈产生交变磁场，再由标签的天线转换为能量。在实际操作中，虽然存在干扰，但RFID系统具有多路存取。阅读器响应时，在阅读器信号有效范围内可能存在不止一个标签。如果所有标签在接收到信号后均产生反应，则会发生冲突。反冲突的通常方案有ALHO算法和二叉树分割算法。

3 RFID系统在图书馆中的应用

3.1 目前图书馆的RFID体系结构

目前，图书馆利用书目数据库追踪书目的流通信息。每本书都分配了一个唯一的编号，通常称为条形码。作者、标题和条形码之间没有固定的关系。在今天的图书馆RFID部署中，标签至少用条形码编程。此外，一些供应商建议在标签上放置额外的信息，如货架位置、最后签出日期、作者和标题。图书借阅手续可在流通柜台或通过一个特殊的自助检查机完成。在这两种情况下，自助检查机读取RFID标签，并在书目数据库中查找ID号和图书之间的关联，并将该书的状态更改为借出。当图书被归还时，标签再次被读取，书目数据库更新。RFID标签也起到安全装置的作用。特殊的RFID出口传感器通常放在图书馆的出口，就像今天大多数图书馆都有磁条防盗装置的出口传感器一样。当一个借阅者离开时，传感器扫描那些没有被检查过的书。根据供应商的不同，安全检查至少有两种方式。第一种方法，由VTL和Libramation等公司采用，此方法用标签存储图书状态，一个特定的比特通常被称为一个安全比特，表明了这本书是被借出还是归还。需要注意的是，安全比特不一定影响标签是否可以被读，必须在每次借出和归还时正确设置安全比特，否则可能错误地触发警报。第二种方法，由Checkpoint公司使用，不将流通状态存储在标签上。相反，由RFID阅读器通过书目数据库查询图书的流通状态，但由于查询耗时会导致延迟问题。同时，隐私问题主要集中在书目数据库和RFID阅读器的响应距离较短两方面。如果不借助书目数据库，则无法直接将条形码映射到书名和作者，因此不会暴露借阅者的阅读习惯。一些图书馆的RFID支持者认为，因为数据库的保密和RFID阅读器的响应距离限制，隐私暴露的风险很小。

3.2 RFID体系结构的隐私保护技术

本文介绍两个基于标签的提高隐私安全的方法，这两个方法不需要单向函数、散列函数或其他需要多个密码原语。

3.2.1 可重写标签的随机事务ID

此方法类似于匿名ID方法，并在图书馆领域得到广泛应用。在每次借出时，RFID阅读器会选择一个新的随机数R和读取标签数据D，并将这对数据（R，D）存储在后端数据库中，然后RFID阅读器会把数据D从标签中删除并将数据R写入。因此，书籍在每次被借出时将拥有不同的标识符。在书籍被归还时，RFID阅读器读取R，查找相应的D，并将D写入标签。如果数据库在书籍被归还后安全地删除了数据R，那么将有利于保护隐私。

3.2.2 基于持续状态的密码改进

简单的密码可能会被窃取。在图书馆应用RFID的过程中，该问题尤为突出，因为出口传感器必须扫描离开图书馆的每一本书。已有学者注意到，通过从标签到阅读器的通道窃取密码比从阅读器到标签的通道更难，考虑到这一点，提出了用一个简单的协议来保护RFID标签中的密码。主要思想是标签发送一个随机数给阅读器，窃取者因为不能获取这个随机数而仅凭阅读器到标签的信息传递是不能破解密码的。此协议需要一个随机数生成器，并且需要在同一进程中保持不变，但仅用于防止读写器到标签链接上的被动窃听，不能拦截针对中间人攻击或修改传输消息的攻击。如果攻击者不能获取随机数R，那么（假设标签随机均匀地选择随机数）秘密S在理论上是安全的。此外，窃取者不能回复协议消息，因为标签所需的随机数每次都会改变。最后，由于随机数R独立于标签数据或序列号，所以不能用来区分不同的标签。

4 结 语

随着科技的快速发展，各行业都面临着日益繁重的信息处理任务。现代信息技术的发展使海量信息和复杂进程的高效处理变成可能，从而在很大程度上不断推进着各行业的发展。现代图书馆系统也从信息技术的高速发展中受益很多。图书馆虽然是单一的服务部门，却涉及各个专业技术的支持，RFID技术便是一例。RFID技术提高了图书馆管理的效率，相比传统技术也更能保障信息安全，使图书馆能够更好地发挥社会功能，焕发出新的生机。可以预见，在不远的未来，应用于图书馆的信息处理技术，如RFID技术将会朝着更高集成度、更高自动化、更高契合度的方向发展，为图书馆管理带来新的技术革新。

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