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

張薔　王昌　劉亮

摘 要：分析了RFID技術(shù)在圖書(shū)館應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，對(duì)比了各組織的數(shù)據(jù)模型元素的選取和編碼方式，對(duì)于RFID應(yīng)用的數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)化提出了一些建議和意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：RFID；圖書(shū)館；數(shù)據(jù)模型；標(biāo)準(zhǔn)化

中圖分類號(hào)：TP316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095-1302（2015）03-00-03

0 引 言

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別技術(shù)）也叫無(wú)線射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽。通常以微小的無(wú)線收發(fā)器為標(biāo)簽來(lái)標(biāo)志某個(gè)物體，利用無(wú)線電信號(hào)和空間耦合（電感或電磁耦合）識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)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(shū)館標(biāo)簽系統(tǒng)使用。

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

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，RFID技術(shù)逐漸走進(jìn)圖書(shū)館，開(kāi)始成為圖書(shū)館館藏識(shí)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(shū)流通管理、自助借還、圖書(shū)安全、排架等方面提供更好的服務(wù)，能夠提升圖書(shū)館的工作效率。RFID技術(shù)在圖書(shū)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(shū)信息存儲(chǔ)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(chǔ)的圖書(shū)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(zhǎng)期使用，但是RFID標(biāo)簽對(duì)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(duì)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(shū)的時(shí)間。采用RFID技術(shù)以后，圖書(shū)館的操作人員不需要對(duì)書(shū)籍進(jìn)行逐一的掃描操作，借還書(shū)人員只需要將所借還的書(shū)籍放到自助借還書(shū)設(shè)備上，就可以自行辦理圖書(shū)借還手續(xù)，而且，一次可以借還幾本甚至十幾本書(shū)籍，大大降低了借還書(shū)的時(shí)間。

提高圖書(shū)館工作人員的效率。以前的清點(diǎn)圖書(shū)工作以及圖書(shū)整架歸位工作都是由圖書(shū)館的工作人員每一本書(shū)每一本書(shū)地核對(duì)，在進(jìn)行歸架整理，不僅耽誤時(shí)間，還耗費(fèi)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(shū)架上移動(dòng)，就可以利用設(shè)備判別書(shū)籍是否錯(cuò)架等問(wèn)題，有效地提高了工作人員的效率。

具有良好的穿透性，對(duì)圖書(shū)防盜具有更好的安全保障。應(yīng)用RFID技術(shù)后，書(shū)庫(kù)的圖書(shū)物理特性可以通過(guò)RFID標(biāo)簽來(lái)記錄，只要是在讀取器可識(shí)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(shū)館 RFID應(yīng)用結(jié)構(gòu)

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

圖1 早期的圖書(shū)館RFID應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

這樣的圖書(shū)館RFID應(yīng)用系統(tǒng)，由于滿足ISO15693（射頻標(biāo)簽的惟一識(shí)別）和ISO18000-3（13.56 MHz空中接口協(xié)議），因而可以解決圖書(shū)館在采購(gòu)RFID標(biāo)簽及設(shè)備方面的問(wèn)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(wèn)題難以得到解決：

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

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

標(biāo)準(zhǔn)化是指對(duì)產(chǎn)品、過(guò)程或服務(wù)中的問(wèn)題做出規(guī)定，提供可共同遵守的工作語(yǔ)言，以利于技術(shù)合作，同時(shí)防止貿(mào)易壁壘。通過(guò)制定、發(fā)布和實(shí)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(wèn)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(shū)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(shí)現(xiàn)館際互通等多方面的問(wèn)題。

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

數(shù)據(jù)模型其實(shí)就是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要的部分。RFID在圖書(shū)館應(yīng)用中的數(shù)據(jù)模型是指RFID技術(shù)在圖書(shū)館中使用以后，為了充分發(fā)揮RFID技術(shù)在圖書(shū)流通、自助借還、圖書(shū)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(chǔ)，這些數(shù)據(jù)的編碼方案又是什么[2]？

在標(biāo)簽的圖書(shū)惟一標(biāo)識(shí)編碼方面，目前已經(jīng)分化為五大陣營(yíng)，即美國(guó)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(shū)館RFID應(yīng)用中的圖書(shū)編碼，現(xiàn)有已使用的RFID的圖書(shū)館編碼體系都是商品流通RFID的編碼體系，并沒(méi)有一個(gè)是專門(mén)針對(duì)于圖書(shū)館建立的編碼體系。因此有必要建立一套適合于圖書(shū)館行業(yè)的圖書(shū)標(biāo)識(shí)編碼體系，各個(gè)國(guó)家對(duì)于圖書(shū)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布了ISO28560。ISO28560分三個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)元素，其中1個(gè)元素“館藏標(biāo)識(shí)符”是必備項(xiàng)，5個(gè)是預(yù)留項(xiàng)，25個(gè)是可選項(xiàng)。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(méi)有適用于UHF頻段的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2009年，文化部成立“圖書(shū)館應(yīng)用無(wú)線射頻技術(shù)數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)”項(xiàng)目組，2012年文化部頒布中華人民共和國(guó)文化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，WH/T43-2012圖書(shū)館-射頻識(shí)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(gè)數(shù)據(jù)元素，其中2個(gè)元素“主館藏標(biāo)識(shí)”和“所屬機(jī)構(gòu)代碼”是必備項(xiàng)，6個(gè)是預(yù)留項(xiàng)，23個(gè)是可選項(xiàng)。WH/T44-2012 圖書(shū)館-射頻識(shí)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(gè)數(shù)據(jù)元素，其中1個(gè)數(shù)據(jù)元素“主館藏標(biāo)識(shí)”是必備項(xiàng)，6個(gè)是預(yù)留項(xiàng)，24個(gè)是可選項(xiàng)。2013年2月，高校圖書(shū)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(gè)數(shù)據(jù)元素，其中必備3項(xiàng)，可選10項(xiàng)，預(yù)留6項(xiàng)。規(guī)范除了定義19個(gè)數(shù)據(jù)元素外，還對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容格式、出處、編碼方式等都給予了充分說(shuō)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(shū)館環(huán)境不同，對(duì)數(shù)據(jù)元素的理解不一致，加之規(guī)范的可選項(xiàng)太多，同樣容易造成混亂。表1列出了一些國(guó)家和組織對(duì)RFID數(shù)據(jù)模型元素選取的一些標(biāo)準(zhǔn)。

表1 不同國(guó)家RFID應(yīng)用數(shù)據(jù)模型

內(nèi) 容 丹麥標(biāo)準(zhǔn) 聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn) 遠(yuǎn)望谷

強(qiáng)制部分 版本號(hào)

應(yīng)用類型

物品主ID

CRC校驗(yàn)

圖書(shū)館編碼

館藏部件數(shù)量

順序部件數(shù)量

館藏權(quán)屬館國(guó)別

版本號(hào)

館藏標(biāo)識(shí)符

內(nèi)容索引

所屬館標(biāo)識(shí) 行業(yè)標(biāo)識(shí)

館代碼

館藏地代碼

標(biāo)簽類型

流通標(biāo)識(shí)

館藏標(biāo)識(shí)符

標(biāo)簽版本號(hào)

EAS防盜位

結(jié)構(gòu)化擴(kuò)展部分 媒體類型

可選物品ID

擴(kuò)充權(quán)屬館

供應(yīng)商標(biāo)識(shí)

物品標(biāo)識(shí)

訂單編碼

發(fā)票編碼 卷冊(cè)信息館藏類別與狀態(tài)

館藏位置

館際互借借入館

館際互借事務(wù)號(hào)

主題

臨時(shí)館藏位置

分館標(biāo)識(shí)

國(guó)際際準(zhǔn)書(shū)/刊號(hào) -

非結(jié)構(gòu)擴(kuò)展部分 - - -

上述不同國(guó)家的圖書(shū)館RFID應(yīng)用數(shù)據(jù)模型從不同的角度對(duì)RFID在圖書(shū)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(duì)于結(jié)構(gòu)化擴(kuò)展部分的可選項(xiàng)比較多，各個(gè)圖書(shū)館同時(shí)也會(huì)根據(jù)自己的實(shí)際情況來(lái)采用其中的某一項(xiàng)或者某幾項(xiàng)，即便強(qiáng)制部分的標(biāo)準(zhǔn)都是一樣的，也可能會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化擴(kuò)展部分的差異而無(wú)法實(shí)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(chǔ)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(jià)格便宜。本文選擇了EPC Gen2的一種進(jìn)行研究。標(biāo)簽的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如表2所示[4]。

表2 標(biāo)簽存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)容

存儲(chǔ)區(qū) 存儲(chǔ)內(nèi)容

TID（TID存儲(chǔ)器） TID[15：0]

TID[31：16]

EPC（EPC存儲(chǔ)器） EPC[15：0]

EPC[31：16]

…….

EPC[N：N-15]

PC[15：0]

CRC-16[15：0]

Reserved（保留內(nèi)存） 訪問(wèn)密碼[15：0]

訪問(wèn)密碼[31：16]

滅活密碼[15：0]

滅活密碼[31：16]

EPC Gen2標(biāo)簽的存儲(chǔ)器空間包含保留內(nèi)存、EPC存儲(chǔ)器、TID存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器四個(gè)存儲(chǔ)體：

（1）保留內(nèi)存包含32位的滅活口令和訪問(wèn)口令。訪問(wèn)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(chǔ)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(chǔ)器256比特，其中CRC-16為16位冗余效驗(yàn)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(xiě)入數(shù)據(jù)段，容量為比特256比特。EPC區(qū)是編寫(xiě)程序時(shí)主要的區(qū)域，圖書(shū)的信息也將存儲(chǔ)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(chǔ)器保存標(biāo)簽的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)TID（tag ID），在芯片出廠前設(shè)置，只讀。

（4）用戶存儲(chǔ)器可寫(xiě)可讀。不同類型標(biāo)簽的用戶存儲(chǔ)器容量不同，容量越大價(jià)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。

表3 聯(lián)盟數(shù)據(jù)編碼格式

序號(hào) 數(shù)據(jù)元素 內(nèi)容

101 版本 2 b編碼信息及6 b版本信息

1 館藏標(biāo)識(shí)符 1～14位變長(zhǎng)字符串

2 內(nèi)容索引 16 b的位映射代碼

3 所屬館標(biāo)識(shí) 2字節(jié)整型數(shù)

4 卷冊(cè)信息 4字節(jié)定長(zhǎng)字段

5 館藏類別與狀態(tài) 2字節(jié)定長(zhǎng)字段

6 館藏位置 變長(zhǎng)字符串

11 館際互借借入館 變長(zhǎng)字符串

12 館際互借事務(wù)號(hào) 變長(zhǎng)字符串

14 備選的館藏標(biāo)識(shí)符 預(yù)留

15 臨時(shí)館藏位置 變長(zhǎng)字符串

16 主題 變長(zhǎng)字符串

24 分館標(biāo)識(shí) 變長(zhǎng)字符串

26 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)書(shū)/刊號(hào) 變長(zhǎng)字符串

27 保留擴(kuò)展位 /

從聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn)和遠(yuǎn)望谷的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比來(lái)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

存儲(chǔ)內(nèi)容 起始地址 終止地址 長(zhǎng)度

行業(yè)標(biāo)識(shí) 1 8 8 b

館代碼 9 24 16 b

館藏地代碼 25 32 8 b

標(biāo)簽類型 33 34 2 b

流通標(biāo)識(shí) 35 35 1 b

館藏標(biāo)識(shí)符 36 80 45 b

保留字段 81 90 10 b

標(biāo)簽格式版本 91 94 4 b

EAS防盜位 95 96 2 b

4 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)各組織和聯(lián)盟的圖書(shū)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(lái)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(zhǎng)度應(yīng)盡可能地使用定長(zhǎng)字段，數(shù)據(jù)元素可選項(xiàng)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(zhǎng)度定長(zhǎng)，可以提高處理效率；數(shù)據(jù)元素可選項(xiàng)少，可以提高各個(gè)圖書(shū)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(duì)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(chǔ)，可以提高標(biāo)簽通用性，真正實(shí)現(xiàn)不同廠家標(biāo)簽相互間無(wú)障礙的讀寫(xiě)。

RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)模型要堅(jiān)持實(shí)用、好用、管用的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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