基于RFID和WSN的RFSN平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

  1 引 言

      無線射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是一項非接觸式自動識別技術(shù)。

      他通過空間耦合(交變磁場或電磁場)自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)。作為條形碼的無線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、讀取距離大、能同時處理多張標(biāo)簽、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等特點，而且他實現(xiàn)了無源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無機械磨損，壽命長，機具無直接對最終用戶開放的物理接口，能更好地保證機具的安全性；數(shù)據(jù)安全方面除標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實現(xiàn)安全管理，讀寫機具與卡之間也可相互認(rèn)證，實現(xiàn)安全通信和存儲。

      該項技術(shù)的基本思想是，通過采用一些先進(jìn)的技術(shù)手段，實現(xiàn)人們對各類物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(運動、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動識別和管理，近幾年里得到快速發(fā)展，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)?，F(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、智能交通、物流管理、海關(guān)檢測管理、身份認(rèn)證等多個領(lǐng)域。

      射頻識別技術(shù)是一個獨立的跨學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域，這個領(lǐng)域與其他傳統(tǒng)學(xué)科不同，他將大量的來自不同專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)綜合到一起：如無線電射頻技術(shù)、電磁兼容性、半導(dǎo)體技術(shù)、數(shù)據(jù)保護(hù)和密碼學(xué)、電信和IT技術(shù)、制造技術(shù)和許多專業(yè)的領(lǐng)域。

      本文提出一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID系統(tǒng)的上下文感知RFID系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了RFID標(biāo)簽和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，獲得上下文事件。上下文感知 RFID系統(tǒng)是指能夠主動自動獲取RFID標(biāo)簽事件的綜合系統(tǒng)，上下文感知RFID系統(tǒng)的目的是在識別信息環(huán)境中可以識別和確定資源的使用。本文的主要目的是設(shè)計一個基于傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID系統(tǒng)的面向IBS應(yīng)用系統(tǒng)安全可靠的上下文感知RFID系統(tǒng)。

      2 面向IBMS的RFID服務(wù)框架

      2．1 RFID服務(wù)及其體系結(jié)構(gòu)

      目前有許多公司和科研機構(gòu)開發(fā)了各種RFID系統(tǒng)，關(guān)于RFID系統(tǒng)的一些內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)也在制定中，圖1所示為當(dāng)前比較統(tǒng)一的RFID系統(tǒng)的基本框架。

      如圖1所示，通用的RFID系統(tǒng)主要包括RFID標(biāo)簽嵌入產(chǎn)品、讀卡器、RFID中間件以及對象名字服務(wù)器ONS(Object Name Server)、信息服務(wù)器IS (InformationServer)、IS查詢器。上下文感知是一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID的環(huán)境信息標(biāo)簽，基于RFID和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的上下文感知系統(tǒng)就是以這種環(huán)境信息標(biāo)簽為主要對象構(gòu)建適合未來各種環(huán)境。在未來，RFID標(biāo)簽組件和傳感器將會集成到感知標(biāo)簽(Sensing Tag，SG)中，家庭或者建筑自動化系統(tǒng)中將會自動控制室內(nèi)環(huán)境設(shè)備。

      2．2 RFID服務(wù)及其體系結(jié)構(gòu)

      本節(jié)主要論述用戶上下文感知功能(Coiltext Ware)自動處理，比如車庫門的控制、燈光控制、室內(nèi)溫度控制以及門禁系統(tǒng)等。

      在UIBS(Ubiquitous computing based IntelligentBuilding management Service)系統(tǒng)中，使用RFID技術(shù)來標(biāo)識用戶，如員工的ID卡上有一個RFID標(biāo)簽，圖2所示為基于RFID服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的上下文分類，其中基于功能和用戶定位進(jìn)行分類。

      2．2．1 UIBS系統(tǒng)面向智能居家管理

      主要包括以下內(nèi)容：

      (1)RFID標(biāo)簽，RFID汽車標(biāo)簽，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點標(biāo)簽；獲取事件 用戶登錄事件，卡記錄事件等。感知事件 溫度事件，濕度事件，光照事件等。

      (2)RFID中間件；

      (3)傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件；

      (4)RFID和傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全信息服務(wù)器(IS)；

      (5)基于RFID的IBS服務(wù)器?？刂?加熱設(shè)備，空調(diào)等。

      2．2．2 在IBS環(huán)境中RFID訪問

      主要分以下幾類：人員識別，門禁系統(tǒng)；燈光自動開關(guān)；溫度監(jiān)測與控制；車體設(shè)備和控制。

      3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

      3．1 網(wǎng)絡(luò)配置

      面向IBS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置基本框圖如圖3所示：

      在該模型中，持有RFID標(biāo)簽卡的用戶通過RFID讀卡器(Reader)在door或者gate處生成一個Capturing事件，該事件數(shù)據(jù)通過中間件傳輸?shù)胶笈_信息服務(wù)器，信息服務(wù)器接著尋找匹配的上下文規(guī)則ID并選擇以一個"通知服務(wù)"(Notification Service)，需要指出的是，在保護(hù)環(huán)境下，UIBS系統(tǒng)的安全信息服務(wù)器發(fā)送接收時間和參數(shù)到RPS(RFID Privacy and security management Service)系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證。RPS系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)并對該ID進(jìn)行封裝，最后通過安全信息服務(wù)器IS發(fā)送一個確認(rèn)消息給IBS服務(wù)器。

    為了保證信息安全，RFID訪問需要考慮這個問題，在此，隱私問題設(shè)計保存在IBS或者各種服務(wù)器中的信息外泄，如個人資料等。RPS確認(rèn)一個用戶的隱私權(quán)限和隱私策略。不管何時，在IBS服務(wù)器或者安全信息服務(wù)器接收的查詢事件都會被傳輸?shù)絉PS，RPS服務(wù)器檢查查詢者的信息和并賦予該用戶的權(quán)限等級。

       本系統(tǒng)只能夠?qū)τ谛畔⒎?wù)器和應(yīng)用服務(wù)器之間的隱私保證的措施主要在于使用ID和參數(shù)加密，訪問控制來防止位置跟蹤。

      IBS中對于安全功能和隱私機制的集成極大的提高了由于需求造成的信息安全性。

      IBS服務(wù)器根據(jù)事件對室內(nèi)的機器和設(shè)備自動控制。最典型的應(yīng)用是，在起居室中，門，停車場，空調(diào)，熱水器的自動控制。

      3．2 上下文識別IS和中間件的設(shè)計

       在此主要論述基于上下文感知系統(tǒng)的RFID系統(tǒng)的功能框圖，該系統(tǒng)通過抓取標(biāo)簽和提取用戶信息進(jìn)行安全可靠控制。

       首先，系統(tǒng)中IS服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)是上下文驅(qū)動的本源，根據(jù)提前定義好的上下文事件關(guān)聯(lián)在一個連續(xù)拓?fù)錁渲兄付ǚ?wù)，如圖4所示，圖中IS服務(wù)器表示信息服務(wù)器，上下文處理點和事件數(shù)據(jù)上下文過濾器，由上下文規(guī)則在一個連續(xù)事件單元映射表示。連續(xù)監(jiān)視時，其可以執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。

       處理結(jié)果收集到結(jié)果隊列，根據(jù)應(yīng)用米處理這些結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果通過返回方法被連接構(gòu)成一個合適的應(yīng)用系統(tǒng)。返回方法通常為Web Service，HttpGet，JMS，以及手機短消息SMS。當(dāng)應(yīng)用需要通過不同的路徑或者通過不同的控制網(wǎng)絡(luò)連接到IS服務(wù)器時需要這些發(fā)。

      一般Web服務(wù)器可以提供上下文感知服務(wù)和控制。本方法的主要的優(yōu)勢在于：他是安全連接并且根據(jù)訪問管理提供隱私策略。尤其是，當(dāng)用WS安全和AS2綁定來保證服務(wù)器問的安全傳輸時，本方法具有很大的優(yōu)勢。RPS服務(wù)器和IS服務(wù)器連接用來為組或者個人私密保護(hù)策略。對于私密處理，RPS服務(wù)器收集及保存用戶的私密數(shù)據(jù)。保護(hù)規(guī)則和語言，如EPAL (Enterprise PriVacy Au-thorization Language)是被設(shè)計用來隱私策略管理。為了避免未授權(quán)人員可能請求或者接收到特定人員的跟蹤信息，在訪問控制中，需要一個詳細(xì)的訪問私密策略。隱私級別根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行定義。

      上面所述的隱私管理系統(tǒng)采用以下的過程：

      (1)基于用戶配置意思和訪問策略的信息管理表的配置；

      (2)隱私控制信息防備，如果用戶要求一個人路徑信息或者位置信息，需要啟用隱私控制信息防備；

      當(dāng)?shù)谌讲樵冃畔⒒蛘咣欅E時，指定的用戶期望知道如何獲得跟蹤信息數(shù)據(jù)庫信息。并決定是否提供。信息服務(wù)器存儲了由隱私策略提供的上下文結(jié)果數(shù)據(jù)和事件日志，信息服務(wù)器也可以將這些信息發(fā)送到IBS服務(wù)器。用戶也可在RPS中根據(jù)個人喜好重新配置隱私策略。從這點上講，通過下面幾種方法定義訪問控制特性：

      RFID／SENSOR上下文結(jié)果數(shù)據(jù)的訪問控制；RFID／SENS()R數(shù)據(jù)源訪問控制；特定日志數(shù)據(jù)的訪問控制；操作模式(超級管理員／一般管理員／一般用戶)。

      安全M／W服務(wù)器包括2部分：一個是無線傳感器禮物，另外一個是RFID中間件服務(wù)。

      3．3 IBS應(yīng)用服務(wù)器設(shè)計

本節(jié)主要論述IBS系統(tǒng)中的應(yīng)用服務(wù)器，對于自動控制服務(wù)，設(shè)計了IBS服務(wù)器，設(shè)備控制板以及控制軟件，其功能模塊圖如圖5所示：

      系統(tǒng)的優(yōu)點如下所示：

      (1)提供安全辦公室／建筑物／園區(qū)管理系統(tǒng)；

      (2)降低了辦公室／建筑物維護(hù)能耗；

      (3)通過應(yīng)用IBS系統(tǒng)中的上下文感知和識別技術(shù)支持高級自動工作條件。

  4 結(jié) 語

      本文通過采用上下文識別IBS系統(tǒng)主要論述了智能建筑管理服務(wù)。

      采用RFlD標(biāo)簽ID卡和基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的光電系統(tǒng)設(shè)計了安全自動控制服務(wù)系統(tǒng)，并描述了采用RFID標(biāo)簽汽車的自動居家門禁系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。

      提出了UIBS系統(tǒng)，提出了該系統(tǒng)的隱私保護(hù)策略，并在RPS中采用配置隱私喜好重新配置引入了一個隱私保護(hù)方案，通過這些方法，實現(xiàn)了個人私密信息的保護(hù)。

      另外，還給出了uIBS系統(tǒng)是一個采用上下文感知RFID和傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能居家管理的有效解決方案。