基于射频视别的档案管理系统设计研究

朱永安

(山东省东明县教育和体育局 山东 菏泽 274500)

0 引言

传统档案管理工作最常采用两种方式。一种是人工管理模式,档案数据的录入、整理、归纳、建库都是依靠纯人工完成,这样的管理方式效率低下,且极易发生数据错误、遗漏等问题,也不便于档案查询;一种是半信息化模式,也是目前最为常见的一种档案管理模式,借助信息化系统完成档案数据的存储、统计、归纳、查询等,但原始数据采集仍然需要依靠人工方式完成[1],一旦数据源采集发生错漏,后续工作都将受到影响,并未完全发挥出信息化管理的技术优势。

同时,随着大数据时代的到来,各类档案信息的数据量也在快速增长,传统工作模式已经很难满足档案管理的需求,因此结合射频识别(radio frequency identification, RFID)技术,实现档案数据的全信息化管理是十分必要的。

1 RFID技术概述

RFID是基于电磁波无线通信的一种信息自动识别技术[2],随着物联网技术的快速发展,RFID技术被广泛地应用于门禁识别、室内安防、电子车牌、物流信息采集、电子商务产品溯源等场景。

1.1 RFID系统

RFID系统主要由数据处理系统、阅读器、电子标签三部分构成,各部件之间采用无线射频方式进行双向通信[3],通信频段包括低频、高频、超高频和微波四个频段。如图1所示。

图1 RFID系统组成示意图

数据管理系统负责对采集终端获取的数据进行解析和处理,并提供数据库服务。除此之外,还可配置数据管理高级服务功能,对用户的具体业务需求进行响应。

阅读器也称为读写器,一方面负责对电子标签采集的数据进行读取和识别,也可依据用户需求向电子标签写入信息;另一方面与数据处理系统进行交互和数据传输。

电子标签是RFID的核心部件,具有唯一的身份标识,用于标记被识别对象[4]。电子标签由芯片与天线构成,芯片带有存储区,可以对采集的信息进行临时存储;天线用于在设定好的频段内进行信号的收发,以及电磁信号与电流信号的转换。

RFID主要包括四个工作频段,不同的频段,适用场景也不相同。低频段的信号传输有效距离短,适用于卡证识别、近距离物品识别等场景;高频段适用于远距离短波通信,例如防伪、人脸识别等场景;超高频段适用于移动场景下的信号传播,例如交通、物流等场景;微波的工作频率为 2.45 GHz,可以用于不停车收费系统(electronic toll collection,ETC)、车辆识别等场景。

1.2 RFID系统的工作原理

RFID三个部件之间采用无线方式进行通信,当阅读器在频段的有效范围内识别到电子标签,就会向电子标签发出射频信号,电子标签接收到信号后,将产生感应电流,并借助该能量启动端口,向外传送芯片存储区内采集到的数据信息,阅读器接收数据后进行解码,并转发至数据处理系统进行数据处理。电子标签被称为无源标签,即没有专门的供电装置,仅靠阅读器触发的感应电流进行短暂供电,完成信息交换,具有成本低、寿命长、故障率低等特点,但有效识别距离短,适用于近距离的接触式识别,例如公交卡识别、身份证识别、校园卡识别等。除此之外,RFID电子标签还分为有源标签和半有源标签[5],有源标签指配有专用供电装置,可以是外接电源,也可以是内置电池,能够主动向阅读器发送信号,具有较高的传输效率和较远的传输距离,例如ETC识别系统[6]。半有源标签采用的是鉴于无源标签与有源标签之间一种工作方式,在无信号状态下设备处于休眠状态,由内置电池仅为标签的存储区进行供电,以使得RFID标签可以持续进行数据采集和存储,当阅读器向电子标签发送激活信号后,再采用无源标签工作方式与阅读器进行信号交换。

2 基于RFID的档案管理系统需求分析

2.1 功能需求

为了实现档案管理系统从数据采集到数据处理的全信息化,基于RFID的档案管理系统功能设计应用满足以下9方面:

(1)档案信息采集功能。通过RFID电子标签自动采集对象的档案信息,存储在标签芯片的存储区内,再通过阅读器进行数据信号的解析与转发。

(2)档案标识功能。能够依据电子标签的硬件标识对档案进行身份标记,确保档案描述对象的唯一性。

(3)档案实体储位监管功能。由于档案是实体对象的一种属性描述,因此有些档案数据是实体存储的,不能仅依靠电子数据进行管理,这些实体档案信息的出入库管理,也需要通过RFID系统实现,包括档案编号识别、档案保存物理位置锁定、档案的出入库记录等。

(4)档案分类功能。能够对档案信息按照不同维度进行归纳和分类,例如依据档案信息的采集日期、审核日期、档案安全级别,以及采集对象的特定属性等。

(5)档案检索功能。能够基于单一维度或复合维度对档案进行快速检索和查阅。

(6)数据统计汇总功能。能够按照不同维度对档案数据进行统计汇总,生成指定格式的报表,并提供有常用格式的数据导出接口。

(7)数据备份与恢复功能。能够进行数据的自动备份、下载,一旦数据发生问题,也可以通过备份数据进行恢复。

(8)用户权限管理功能。能够对用户进行组权限、用户权限的配置和管理,用户在所属权限内对系统数据进行操作。

(9)其他安全管理功能,能够对系统的操作日志、用户密码进行安全管理,确保系统的安全访问。

2.2 性能需求

(1)数据传输的可靠性。RFID系统采用的无线通信相较于有线通信,可靠性方面一直都有所欠缺,在传输过程中极易受到干扰,导致信号错漏和丢失[7],因此需要建立相应的防干扰机制,以确保数据的可靠性。

(2)数据处理的准确性。按照用户的业务请求,提供准确、及时的数据处理服务,是数据管理类系统最基本的性能保障,因此需通过构建RFID数据中心以实现数据的统一管理和处理。

(3)系统安全性。能够稳定、安全运行的系统平台是档案数据管理的基础,可以有效防止数据泄露、丢失和篡改,提高系统的抗风险能力。因此构建完善的系统安全机制,例如登录验证机制、日志管理机制、异常处理机制等,可以有效保障系统的安全性与可靠性。

3 基于RFID的档案管理系统总体架构设计

基于RFID的档案管理系统架构主要分为RFID数据采集与数据处理两个部分,如图2所示。

图2 基于RFID的档案管理系统总体架构设计

RFID档案管理系统由RFID系统与档案管理系统两部分组成:

(1)RFID系统用于实现终端的信号采集、解析,数据初步处理等功能,首先通过RFID终端管理器对实体档案实现电子化信息的转换处理、档案信息初步分类和标记;其次将获取的电子数据存储至RFID数据中心,也就是档案管理系统的核心数据库,所有的数据处理工作都基于RFID数据中心的读写访问来实现。

(2)档案管理系统负责数据的复杂处理,包括档案储位管理、数据查询管理、用户权限管理、安全管理四大模块。

①档案储位管理模块。负责实体档案的储位识别与身份识别,储位识别是对实体档案的具体位置进行定位和标识,要实现该功能,实体档案的存放位置与数字标识的信息匹配是关键;身份识别是对档案属性的唯一性进行标识,档案是针对对象的唯一属性描述,不同的档案代表不同的描述对象,因此档案的最大特点就是唯一性,而这种唯一性在档案数字化处理后也需要进行标识。

②数据查询管理模块。负责电子化档案的具体数据处理,包括数据查询、数据编辑、数据分类/汇总等功能。数据查询功能是系统服务的基本功能,不同用户在其权限范围内都可对部分或全部档案数据进行快速检索和查阅;数据编辑是指对数据的增、删、改等操作,数据主要涉及两个方面:档案数据、系统数据,系统数据是指除电子档案以外的其他数据,例如系统发布的消息通知、用户信息、系统访问日志、异常处理日志、文件备份等数据;数据分类/汇总,用于实现档案数据下属性分类和统计汇总,并可按照用户设置的筛选条件进行数据的发分类汇总。

③用户权限管理模块。负责系统访问用户的权限管理,包括组权限管理、用户管理、文件管理三个部分。组权限管理可以进行用户组的增、删、改、查等操作,并可对组进行权限的分配和设置;用户管理是对用户的基本属性的进行采集和录入,以及增删改查操作,并可对用户进行组分配;文件管理是针对数据库文件进行查询和编辑管理,数据库文件主要分为三大类,一类是用户文件,存储用户信息;一类是档案数据,用于存储档案信息;一类是系统文件,用于存储系统的日常维护信息。该模块只有高级权限用户可以进行访问,例如系统管理员。

④安全管理模块。该模块主要提供了验证机制、日志管理机制、异常处理机制等安全功能,用于维护和监管系统的安全运行,预防非法访问、数据泄露、篡改和系统破坏等事件的发生。

4 基于RFID的档案管理系统部分功能的实现

4.1 储位识别与身份识别

储位管理功能用于实现实体档案的数字储位识别与身份识别,这就需要通过RFID系统将实体档案的标识信息与电子化信息进行匹配,先由RFID电子标签对档案的在库状态、具体存储位置进行识别和定位,再通过电子标签标识对档案进行定位标记。由于RFID电子标签本身具有全球范围内唯一标识的特性,因此借助电子标签对档案的身份和物理位置进行标记是最为有效的储位识别方式。但在电子标签分布过于密集的情况下,电子标签标识就会存在一些问题,最突出的问题主要集中两个方面:一是电子标签的串读,就是在无线信号覆盖范围可能同时识别到多个电子标签,导致无法确定电子标签对档案的对应顺序;二是无线信号的相互干扰,当在相近距离内的多个电子标签同时发出射频信号,就会相互干扰,导致所有的电子标签都无法准确获取信息。

(1)电子标签串读。一般电子标签的宽度在35～40 mm之间,长度在70 mm左右,天线的信号识别的直径范围约为30 mm,将实体档案的放置间距控制在110～130 mm之间,可以较好地解决电子标签串读问题。

(2)信号干扰。采用天线广播与时间片轮转的通信模式[8],可以避免多个电子标签同时发出射频信号,实现点对点的档案读取、数据上传。具体实现思路:首先进行时间段划分,对电子标签进行分组调用,不同时间段激活不同组的电子标签进行数据交换;其次完成信息交换后,间隔一定时间,等待信号消散,再启动一下时间段的电子标签组;最后通过时间片轮转算法实现时间段的轮询和执行。

4.2 RFID数据中心

RFID数据中心负责整个档案系统的数据存储和管理,采用了MySQL关系型数据库工具,面向RFID控制器与档案管理系统提供了数据交互接口,一方面RFID控制器可以对数据库进行写入操作,另一方面能够为档案管理系统提供可靠的数据支持。数据库内数据表的划分主要分为三大类:档案数据表、用户数据表、系统数据表。档案数据表用于存储档案管理信息与其描述对象的属性参数,档案管理信息包括档案的储位标识、身份标识、档案名称、档案创建时间、存档状态、查阅记录等;档案的属性参数包括档案名称和档案具体内容,具体内容又包含文本、图像、视频等多种数据格式。用户数据表用于存储用户信息,包括用户管理和基本信息两类,用户管理信息有用户所属组、用户权限等级、用户安全级别等;用户基本信息是指用户名、密码、用户所属部门、用户邮箱等属性信息。系统数据表用于存储系统日志信息,例如数据备份记录、异常处理记录、预警记录等。

5 结语

综上所述,随着档案管理的信息化普及,档案管理的数据量也在快速增长,为档案管理工作带来了一些问题,主要体现在原始档案数据的采集和处理方面,针对这一问题,本研究对RFID无线信号射频技术展开了深入研究,并在此基础上设计与实现了一个基于RFID的档案管理系统,在系统终端采用RFID架构部署,根据RFID电子标签实现了实体档案终端信息的自动采集,利用RFID阅读器实现了信息的无线传输,通过RFID数据中心实现了数据的存储和管理,并结合系统前端的档案管理系统实现了档案数据的分析、处理和查阅,大大提高了档案管理的工作效率,为档案管理的全信息化发展提供了实践经验。