圖書館RFID標(biāo)簽應(yīng)用數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)化的研究

引 言

RFID（Radio Frequency Identification， 射頻識別技術(shù)） 也叫無線射頻識別，俗稱電子標(biāo)簽。通常以微小的無線收發(fā)器為標(biāo)簽來標(biāo)志某個物體，利用無線電信號和空間耦合（電感或電磁耦合）識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸[1]。RFID 是目前普遍認(rèn)為的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)，非常適宜于圖書館標(biāo)簽系統(tǒng)使用。

1 RFID系統(tǒng)在圖書館應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢

自 20 世紀(jì) 90 年代以來，RFID 技術(shù)逐漸走進(jìn)圖書館， 開始成為圖書館館藏識別的方式，由于RFID 技術(shù)打破了原有的傳統(tǒng)束縛，以先進(jìn)的文獻(xiàn)服務(wù)理念和館藏管理模式為先導(dǎo)， RFID 技術(shù)為圖書流通管理、自助借還、圖書安全、排架等方面提供更好的服務(wù)，能夠提升圖書館的工作效率。RFID 技術(shù)在圖書館應(yīng)用中的取得了巨大的技術(shù)成效。

讀取信息快，標(biāo)簽可重復(fù)使用。RFID電子標(biāo)簽有別于傳統(tǒng)的條形碼，RFID 電子標(biāo)簽將圖書信息存儲在芯片中，RFID 標(biāo)簽不需要接觸，只需要在有效地距離范圍內(nèi)，設(shè)備均可以讀出RFID內(nèi)存儲的圖書信息，比較于傳統(tǒng)的條形碼，RFID 讀取信息的速度變快。而傳統(tǒng)的條形碼容易受到損壞和污染， 不易長期使用，但是RFID標(biāo)簽對水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)具有較強(qiáng)的抵抗性，并且可以反復(fù)對標(biāo)簽里存放的數(shù)據(jù)進(jìn)行更改和刪除，有效地節(jié)約了成本。

節(jié)省借還書的時間。采用RFID 技術(shù)以后，圖書館的操作人員不需要對書籍進(jìn)行逐一的掃描操作，借還書人員只需要將所借還的書籍放到自助借還書設(shè)備上，就可以自行辦理圖書借還手續(xù)，而且，一次可以借還幾本甚至十幾本書籍，大大降低了借還書的時間。

提高圖書館工作人員的效率。以前的清點圖書工作以及圖書整架歸位工作都是由圖書館的工作人員每一本書每一本書地核對，在進(jìn)行歸架整理，不僅耽誤時間，還耗費工作人員體力，采用RFID 技術(shù)以后，工作人員只需要手持配備的相關(guān)設(shè)備，在書架上移動，就可以利用設(shè)備判別書籍是否錯架等問題， 有效地提高了工作人員的效率。

具有良好的穿透性，對圖書防盜具有更好的安全保障。應(yīng)用RFID 技術(shù)后，書庫的圖書物理特性可以通過RFID 標(biāo)簽來記錄，只要是在讀取器可識別的范圍內(nèi)，RFID 標(biāo)簽都可以穿透紙質(zhì)、木材等非金屬或透明的材質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交流傳遞。

2 圖書館 RFID應(yīng)用結(jié)構(gòu)

早期的圖書館RFID 應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。

這樣的圖書館 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)，由于滿足ISO15693（射頻標(biāo)簽的惟一識別）和 ISO18000-（3 13.56 MHz 空中接口協(xié)議），因而可以解決圖書館在采購RFID 標(biāo)簽及設(shè)備方面的問題，可以從多家滿足圖中ISO 標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商選擇標(biāo)簽和設(shè)備，但是， 依然有些問題難以得到解決：

廠家在生產(chǎn) RFID 電子標(biāo)簽時，通常根據(jù)自己公司的情況或者用戶的需求設(shè)計標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)項以及編碼方式，因此在更換標(biāo)簽時，難以保證標(biāo)簽和原有設(shè)備的通用性。由于不同的圖書館采用不同廠家、不同編碼方式的標(biāo)簽，導(dǎo)致各圖書館之間無法實現(xiàn)館際互通，能夠解決上面的問題唯有將圖書館RFID 數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)化。

3 圖書館 RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化是指對產(chǎn)品、過程或服務(wù)中的問題做出規(guī)定，提供可共同遵守的工作語言，以利于技術(shù)合作，同時防止貿(mào)易壁壘。通過制定、發(fā)布和實施 RFID 標(biāo)準(zhǔn)，可以解決編碼通信、空中接口和數(shù)據(jù)共享等問題，以最大程度地促進(jìn)RFID 技術(shù)及相關(guān)系統(tǒng)的應(yīng)用。

研究數(shù)據(jù)模型的目的是為圖書館行業(yè) RFID 的應(yīng)用提供統(tǒng)一一致的數(shù)據(jù)模型，為行業(yè)的互通和整體效益的提高提供基礎(chǔ)。擁有共同的標(biāo)準(zhǔn)可以實現(xiàn)館際互通等多方面的問題。

3.1 圖書館 RFID 標(biāo)簽應(yīng)用數(shù)據(jù)模型 

數(shù)據(jù)模型其實就是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的一個重要的部分。RFID 在圖書館應(yīng)用中的數(shù)據(jù)模型是指 RFID 技術(shù)在圖書館中使用以 后，為了充分發(fā)揮 RFID 技術(shù)在圖書流通、自助借還、圖書安全、 排架順架等方面的作用，需要哪些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)該如何 在系統(tǒng)中存儲，這些數(shù)據(jù)的編碼方案又是什么 [2] ？ 

在標(biāo)簽的圖書惟一標(biāo)識編碼方面，目前已經(jīng)分化為五大 陣營，即美國的 EPC、日本的 UID、ISO、歐洲的 AIM、以 及南美的 IP-X，其中比較有影響力的是 EPC 和 UID 編碼。但 是目前這些編碼體系都是在商品流通體系中的物品編碼，不適 合于圖書館 RFID 應(yīng)用中的圖書編碼，現(xiàn)有已使用的 RFID 的 圖書館編碼體系都是商品流通 RFID 的編碼體系，并沒有一個 是專門針對于圖書館建立的編碼體系。因此有必要建立一套適 合于圖書館行業(yè)的圖書標(biāo)識編碼體系，各個國家對于圖書館 RFID 數(shù)據(jù)模型的選擇均有不同，因此產(chǎn)生了很多不同的標(biāo)準(zhǔn)。 2011 年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布了 ISO28560。ISO28560 分三個 部分，第一部分 ISO28560-1（通用規(guī)則），適合高頻（HF）和 超高頻（UHF）頻段，共有 31 個數(shù)據(jù)元素，其中 1 個元素“館 藏標(biāo)識符”是必備項，5 個是預(yù)留項，25 個是可選項。第二 部分 ISO28560-2 和第三部分 ISO28560-3只適用于 HF 頻段 [1]。 數(shù)據(jù)編碼部分還沒有適用于 UHF 頻段的國際標(biāo)準(zhǔn)。2009 年， 文化部成立“圖書館應(yīng)用無線射頻技術(shù)數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)”項目 組，2012 年文化部頒布中華人民共和國文化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，WH/ T43-2012 圖書館 - 射頻識別 - 數(shù)據(jù)模型 - 第 1 部分 ：數(shù)據(jù)元 素設(shè)置及應(yīng)用規(guī)則，該規(guī)則適用于 13.56 MHz（中高頻）和 800/900 MHz（超高頻）頻段的用戶，共有 31 個數(shù)據(jù)元素，其 中 2 個元素“主館藏標(biāo)識”和“所屬機(jī)構(gòu)代碼”是必備項，6 個是預(yù)留項，23 個是可選項。WH/T44-2012 圖書館 - 射頻識 別 - 數(shù)據(jù)模型 - 第 2 部分 ：基于 ISO/IEC15962 的數(shù)據(jù)元素編 碼方案。共 31 個數(shù)據(jù)元素，其中 1 個數(shù)據(jù)元素“主館藏標(biāo)識” 是必備項，6 個是預(yù)留項，24 個是可選項。2013 年 2 月，高 校圖書館 RFID 技術(shù)應(yīng)用聯(lián)盟工作小組，提出了第四版 UHF- RFID 數(shù)據(jù)模型規(guī)范（下稱規(guī)范）[3]。規(guī)范定義了19 個數(shù)據(jù)元素， 其中必備 3 項，可選 10 項，預(yù)留 6 項。規(guī)范除了定義19 個數(shù)據(jù)元素外，還對數(shù)據(jù)內(nèi)容格式、出處、編碼方式等都給予了 充分說明解釋。

盡管規(guī)范考慮了很多因素，但在具體操作層面，由于各家圖書館環(huán)境不同，對數(shù)據(jù)元素的理解不一致，加之規(guī)范的可選項太多，同樣容易造成混亂。表 1 列出了一些國家和組織對RFID 數(shù)據(jù)模型元素選取的一些標(biāo)準(zhǔn)。

上述不同國家的圖書館 RFID 應(yīng)用數(shù)據(jù)模型從不同的角度對RFID 在圖書館的應(yīng)用進(jìn)行了定義。從表中反映所看丹麥標(biāo)準(zhǔn)以及聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)對于結(jié)構(gòu)化擴(kuò)展部分的可選項比較多，各個圖書館同時也會根據(jù)自己的實際情況來采用其中的某一項或者某幾項，即便強(qiáng)制部分的標(biāo)準(zhǔn)都是一樣的，也可能會因為結(jié)構(gòu)化擴(kuò)展部分的差異而無法實現(xiàn)設(shè)備的互通和館際的互聯(lián)。

3.2 RFID電子標(biāo)簽的存儲結(jié)構(gòu)

EPC Gen2 是新一代的超高頻 RFID 標(biāo)簽，它符合ISO/ IEC18000-6C 標(biāo)準(zhǔn)，價格便宜。本文選擇了 EPC Gen2 的一種進(jìn)行研究。標(biāo)簽的存儲結(jié)構(gòu)如表 2 所示[4]。

EPC Gen2 標(biāo)簽的存儲器空間包含保留內(nèi)存、EPC 存儲器、TID 存儲器和用戶存儲器四個存儲體：

(1) 保留內(nèi)存包含 32位的滅活口令和訪問口令。訪問口令保護(hù)標(biāo)簽的鎖存 /解鎖操作，32位滅活口令保護(hù)標(biāo)簽的滅活操作。

(2) EPC存儲器中，地址自低至高依次為CRC-16、協(xié)議控制字（PC）和 EPC字組。本標(biāo)簽的EPC存儲器 256比特， 其中CRC-16為 16位冗余效驗碼，協(xié)議控制字（PC）指示反向散射的物理層信息，EPC字組為寫入數(shù)據(jù)段，容量為比特256比特。EPC區(qū)是編寫程序時主要的區(qū)域，圖書的信息也將存儲在EPC區(qū)。文章使用的EPC區(qū)是 256位，根據(jù)EPC[N： N-15] 的順序由低到高進(jìn)行排列。

(3) TID存儲器保存標(biāo)簽的唯一標(biāo)識號TID（tagID），在芯片出廠前設(shè)置，只讀。

(4) 用戶存儲器可寫可讀。不同類型標(biāo)簽的用戶存儲器容量不同，容量越大價格越高。

數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)化不單單是數(shù)據(jù)元素的標(biāo)準(zhǔn)化，在數(shù)據(jù)模型的內(nèi)容方面，主要關(guān)注 RFID 電子標(biāo)簽中存放數(shù)據(jù)的類別、編碼格式。下面表格是聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的編碼格式和遠(yuǎn)望谷公司為某一高校生產(chǎn)的RFID 電子標(biāo)簽的編碼格式。

從聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn)和遠(yuǎn)望谷的標(biāo)準(zhǔn)對比來看，可變字符串占據(jù)的空間比較大，同一類數(shù)據(jù)采用的字符集格式并不是完全一樣的，并且數(shù)據(jù)元素的順序位置也不盡相同。這里標(biāo)準(zhǔn)化差距還是有一定的距離。

表 4 遠(yuǎn)望谷數(shù)據(jù)編碼格式

結(jié) 語

本文對各組織和聯(lián)盟的圖書館數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)和所選元素進(jìn)行了分析，從分析來看 RFID 應(yīng)用數(shù)據(jù)元素的數(shù)量在選擇上應(yīng)盡可能少，數(shù)據(jù)元素的內(nèi)容應(yīng)盡可能短，數(shù)據(jù)元素的長度應(yīng)盡可能地使用定長字段，數(shù)據(jù)元素可選項應(yīng)盡可能少，編碼格式應(yīng)盡可能地使用非壓縮格式。數(shù)據(jù)元素少、內(nèi)容短、長度定長，可以提高處理效率 ；數(shù)據(jù)元素可選項少，可以提高各個圖書館數(shù)據(jù)元素的一致性，并且同一類數(shù)據(jù)元素應(yīng)該采用統(tǒng)一字符集的格式。并且，RFID 電子標(biāo)簽所選擇的數(shù)據(jù)元素在標(biāo)簽的排列順序應(yīng)該保持一致。對于流通交換協(xié)議也應(yīng)該選取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)元素非壓縮存儲，可以提高標(biāo)簽通用性， 真正實現(xiàn)不同廠家標(biāo)簽相互間無障礙的讀寫。

RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)模型要堅持實用、好用、管用的設(shè)計理念， 為資源聯(lián)建共享奠定基礎(chǔ)。這樣RFID 數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)化才有可能得以實現(xiàn)。