基于RFID的智能檔案管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張波

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省德州市 253000）

物聯(lián)網(wǎng)指的是利用感知技術(shù)以及采集技術(shù)等提取到外部環(huán)境中的特定信息，然后將采集到的信息傳輸?shù)教幚砥髦羞M(jìn)行處理和分析，根據(jù)處理后的結(jié)果做出對(duì)應(yīng)的響應(yīng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有明顯的智能化特征，使得各種類型的設(shè)備通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，便于進(jìn)行管理和操作。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中的核心技術(shù)主要是無(wú)線射頻技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。其中常用的無(wú)線射頻技術(shù)主要是RFID 技術(shù)，該技術(shù)作為一種高可靠的通信技術(shù)引發(fā)了較大的關(guān)注，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，其主要包括電子標(biāo)簽和閱讀器。RFID 系統(tǒng)總體劃分為讀寫器、電子標(biāo)簽、主機(jī)以及天線等部分，其中讀寫器中的核心是射頻模塊，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽信息的識(shí)別和讀取，通過(guò)天線來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)的接收。電子標(biāo)簽則主要完成信號(hào)的發(fā)射功能，通過(guò)天線發(fā)射相關(guān)的信號(hào)，控制模塊實(shí)現(xiàn)終端的管理。在各個(gè)部分成功建立通信之后，即實(shí)現(xiàn)了信息的傳輸功能，由此可以完成信息的感知、處理。在采集外部信息方面利用了各種類型的傳感器，包括檔案信息以及外部環(huán)境信息等。WSN 網(wǎng)絡(luò)主要通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)得到需要的信息信息，即將多個(gè)微型傳感器節(jié)點(diǎn)部署在統(tǒng)一的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，便于實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，并將采集到的信息統(tǒng)一匯總到其他模塊中，在處理和分析后將最終的結(jié)果反饋給用戶。基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)，其能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)檔案信息以及環(huán)境信息，并自動(dòng)化完成信息采集、傳輸、處理的整個(gè)流程，效率較高，安全可靠，具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前將物聯(lián)網(wǎng)與檔案管理相結(jié)合的研究不多，大部分研究只是從理論層面進(jìn)行了分析，缺乏真正的實(shí)現(xiàn)，如在文獻(xiàn)[1-2]重點(diǎn)對(duì)檔案管理引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理論可行性進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[3-4]則結(jié)合RFID 技術(shù)建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的檔案管理系統(tǒng)。本文結(jié)合現(xiàn)有研究的不足,設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的智能檔案管理系統(tǒng)，系統(tǒng)中集成了RFID 技術(shù)與WSN 技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)檔案信息的智能化管理。

1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在本文中主要對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的高校檔案智能管理系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，總體采用了分層架構(gòu)的設(shè)計(jì)方式，具體即為圖1 中所示。根據(jù)圖中信息可知，整個(gè)系統(tǒng)總體劃分為三個(gè)層次，分別是網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層與感知層，各個(gè)層次的功能存在一定的差異性，需要通過(guò)有效的方式進(jìn)行銜接。其中網(wǎng)絡(luò)層主要與信息傳輸以及設(shè)備連接等有關(guān)；應(yīng)用層主要提供檔案管理服務(wù)等功能；感知層主要完成檔案的識(shí)別與信息處理等功能。

2 感知節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2.1 RFID讀取流程設(shè)計(jì)

圖1：系統(tǒng)整體架構(gòu)

圖2：RFID 讀取流程

圖3：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署

在本次設(shè)計(jì)中主要使用了RFID 系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)檔案的識(shí)別與管理，其總體劃分為電子標(biāo)簽以及應(yīng)用系統(tǒng)等多個(gè)部分，能夠?qū)崿F(xiàn)生成電子標(biāo)簽以及定位管理等功能。其中電子標(biāo)簽系統(tǒng)主要涉及到了讀寫器、計(jì)算機(jī)終端以及網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)部分，基于無(wú)線射頻方式采集到電子標(biāo)簽信息，并進(jìn)行識(shí)別與分析，由此實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的檢測(cè)功能。整個(gè)RFID 讀取流程如圖2 中所示。

首先需要將檔案信息寫入到對(duì)應(yīng)的電子標(biāo)簽中，此過(guò)程中主要利用了RFID 讀寫器實(shí)現(xiàn)，可以將編碼信息寫入到標(biāo)簽中，然后貼到檔案上。在檔案識(shí)別方面利用便攜式RFID 讀寫器，工作人員可以隨時(shí)讀取標(biāo)簽的信息。

2.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署

由于RFID 系統(tǒng)的通信距離較小，難以完成遠(yuǎn)程通信的功能?？紤]到遠(yuǎn)程操作的要求，需要使用到網(wǎng)絡(luò)化的RFID 讀寫器，因此在本文中設(shè)計(jì)了RFID、WSN 相結(jié)合的通信方式，主要包括WSID感知節(jié)點(diǎn)、WSID 網(wǎng)絡(luò)，具體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署如圖3 所示。

3 檔案管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的RFID 檔案管理系統(tǒng)總體劃分為多個(gè)模塊，即采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展與升級(jí)，提升了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性。整個(gè)系統(tǒng)總體劃分為數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)處理以及檔案管理三大模塊。其中數(shù)據(jù)庫(kù)模塊主要用于存儲(chǔ)檔案等相關(guān)的信息，基于數(shù)據(jù)庫(kù)表的方式存在保證了數(shù)據(jù)管理的安全性與可靠性。檔案管理模塊主要有基礎(chǔ)管理以及借還管理等多個(gè)子模塊，借還管理可以查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，并進(jìn)行借閱和歸還等操作；儲(chǔ)位管理等功能則通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)的方式得到需要的讀寫器信息。數(shù)據(jù)采集模塊用于獲取檔案的信息，主要利用了RFID 設(shè)備以及傳感器完成信息的采集過(guò)程，然后將采集到的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)模塊中進(jìn)行存儲(chǔ)，提升了數(shù)據(jù)管理與存儲(chǔ)的可靠性。具體的模塊劃分如圖4 所示。

3.2 具體功能模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.2.1 檔案柜管理模塊的實(shí)現(xiàn)

檔案管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)檔案信息的綜合管理，其具體運(yùn)行過(guò)程中要求對(duì)不同的在檔案柜提供管理，以滿足多樣化檔案的管理要求。其中基礎(chǔ)信息管理主要涉及到了檔案盒讀寫器以及門禁控制器等。人員管理用于對(duì)檔案借閱中的人員信息進(jìn)行管理，確保整個(gè)借閱的過(guò)程可以追溯，能夠找到對(duì)應(yīng)的人員信息。

3.2.2 儲(chǔ)位、檔案管理實(shí)現(xiàn)

儲(chǔ)位管理總體劃分為檔案管理、整合管理與整柜管理三個(gè)子模塊，其中檔案管理功能要求將所有的檔案信息統(tǒng)一存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，需要將這些信息按照規(guī)范化的方式錄入到系統(tǒng)內(nèi)。基于RFID 檔案管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)檔案管理的有效組合，同時(shí)提供了單獨(dú)管理模式，不同模式的儲(chǔ)位管理在具體管理流程上存在一定的差異性。

3.2.3 系統(tǒng)界面的的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)界面是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步。在該界面設(shè)計(jì)中，用戶在操作過(guò)程中首先需要通過(guò)登錄功能進(jìn)入到系統(tǒng)中，基于身份認(rèn)證的方式進(jìn)行授權(quán)，確保用戶能夠操作其權(quán)限范圍內(nèi)的功能。在系統(tǒng)的資料入庫(kù)頁(yè)面中提供了不同的資料庫(kù)，滿足了用戶在大部分場(chǎng)景中的使用需求。如果在具體應(yīng)用過(guò)程中存在千字標(biāo)簽數(shù)據(jù)，則可以采取自動(dòng)化的錄入方式，用戶查詢時(shí)可以將這些信息詳細(xì)的展示在系統(tǒng)頁(yè)面中。如果存在電子標(biāo)簽的實(shí)體資料，則可以采用讀寫器的方式進(jìn)行識(shí)別，然后將信息自動(dòng)化的錄入到系統(tǒng)中。電子標(biāo)簽的應(yīng)用可以對(duì)實(shí)體庫(kù)類型進(jìn)行調(diào)整，在此過(guò)程中主要利用了 execute 函數(shù)，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽對(duì)應(yīng)信息的識(shí)別和處理，并識(shí)別得到的信息自動(dòng)化錄入到系統(tǒng)中。系統(tǒng)在錄入過(guò)程中會(huì)進(jìn)行合法性檢驗(yàn)，只有檢驗(yàn)通過(guò)后才能正常錄入到系統(tǒng)內(nèi)。如果無(wú)法有效完成合法性檢驗(yàn)的過(guò)程，則需要采取人工方式進(jìn)行檢驗(yàn)，即由工作人員結(jié)合具體的類型進(jìn)行劃分，在驗(yàn)證通過(guò)后可以選擇“入庫(kù)”選項(xiàng)，由此能夠?qū)⑿畔⒋鎯?chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)應(yīng)位置。如果選擇“生成”選項(xiàng)，則可以得到對(duì)應(yīng)的資料信息，按照上述過(guò)程完成了入庫(kù)處理的功能。

圖4：系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

3.2.4 檔案網(wǎng)絡(luò)管理

本文設(shè)計(jì)的智能檔案管理系統(tǒng)充分利用了有線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的傳輸方式，其中在數(shù)據(jù)的采集與傳輸方面主要利用了無(wú)線傳輸技術(shù)，即采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)以及檔案數(shù)據(jù)等基于網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸?shù)浇K端設(shè)備控制器中，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男逝c安全性。對(duì)于服務(wù)器端來(lái)說(shuō)，則需要通過(guò)合理的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理與分析，并將處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的控制事件，然后傳輸?shù)交谖锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用的系統(tǒng)中，通過(guò)檔案管理系統(tǒng)界面可以展示處理后的信息，使得終端用戶能夠直觀看到處理后的相關(guān)信息，可以進(jìn)行查詢和導(dǎo)出等操作。檔案網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以結(jié)合需求來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的轉(zhuǎn)換處理，得到對(duì)應(yīng)的事件后傳輸?shù)綑n案管理系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行高效可靠，能夠?qū)崟r(shí)獲取到用戶的需求信息，然后將查詢的結(jié)果反饋給終端用戶，由此為用戶提供了更高質(zhì)量的檔案管理服務(wù)。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 測(cè)試環(huán)境部署

在系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中首先需要配置合理的測(cè)試環(huán)境，通常要求結(jié)合實(shí)際應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行配置，在本次研究中結(jié)合智能檔案管理系統(tǒng)的運(yùn)行要求，配置如下的測(cè)試環(huán)境：

（1）應(yīng)用服務(wù)器：中級(jí)以上配置，8 核處理器，硬盤容量不低于 10TB，內(nèi)存不低于16G；

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：高級(jí)配置，8 核處理器，硬盤容量不低于 10TB，內(nèi)存不低于16G；

（3）服務(wù)器系統(tǒng)：Windows Server 2008 R2；

（4）數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件：SQL Server 2012 ；

（5） 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：設(shè)置好防火墻等安全防護(hù)措施，連接網(wǎng)絡(luò)，能夠正常訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)。

在配置上上述測(cè)試環(huán)境后開(kāi)展了具體的測(cè)試工作，測(cè)試結(jié)果顯示系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、效率較高，達(dá)到了預(yù)期的應(yīng)用要求。

4.2 客戶端環(huán)境

客戶端環(huán)境配置如下所示：

（1）PC 機(jī)配置：4 核處理器，硬盤容量不低于1TB，內(nèi)存不低于8G；

（2）PC 機(jī)系統(tǒng)：Windows7 操作系統(tǒng)；

（3）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：設(shè)置好防火墻等安全防護(hù)措施，能夠連接網(wǎng)絡(luò)并通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)。

4.3 功能測(cè)試結(jié)果

以“檔案借閱”功能測(cè)試為例，檔案管理人員將檔案標(biāo)簽放置在讀寫器上進(jìn)行讀取，通過(guò)讀取，可現(xiàn)實(shí)檔案信息和相關(guān)借閱的數(shù)據(jù)信息，并現(xiàn)實(shí)借閱成功。

點(diǎn)擊“檔案歸還”，將檔案防止在一體機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，界面現(xiàn)實(shí)檔案信息，并現(xiàn)實(shí)歸還成功。

4.4 性能測(cè)試

性能測(cè)試旨在于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度以及穩(wěn)定性等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，以保證系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中為用戶提供更高質(zhì)量的檔案管理服務(wù)。性能測(cè)試采取了分步測(cè)試的方式，首先需要進(jìn)行不間斷測(cè)試，即讓系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行，檢測(cè)系統(tǒng)是否始終處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，要求達(dá)到7*24 小時(shí)無(wú)故障運(yùn)行；其次是測(cè)試系統(tǒng)并發(fā)性，即讓多個(gè)用戶同時(shí)操作系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常問(wèn)題，是否仍然能夠高速為用戶提供服務(wù)；最后測(cè)試系統(tǒng)的健壯性，主要測(cè)試系統(tǒng)指令執(zhí)行的速度，使得系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間足夠小。通過(guò)上述三方面的測(cè)試，本系統(tǒng)滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述的設(shè)計(jì)看出，在通過(guò)系統(tǒng)部署運(yùn)行后，檔案管理系統(tǒng)中的測(cè)試的功能按照預(yù)期進(jìn)行運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)檔案管理的智能化和自動(dòng)化。由此說(shuō)明，本文研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在檔案數(shù)字化管理方面具有可行性，可為檔案管理提供參考借鑒。