王 雪

(齊魯工業(yè)大學，山東 濟南 250300)

采用無線射頻識別技術提升圖書館圖書管理服務質量

王 雪

(齊魯工業(yè)大學，山東 濟南 250300)

當前，許多圖書館仍然采用基于光學識別的圖書館管理系統(tǒng)，不能為讀者提供高質量服務，因此，為了提高圖書館圖書管理的服務質量，提出了一種基于射頻識別技術的圖書館管理系統(tǒng)。這種圖書館管理系統(tǒng)以射頻識別技術為核心，能夠實現圖書館的自動化、智能化管理。而且系統(tǒng)具有較高的開放性和兼容性，便于后期維護和升級。同時提出了一種基于ALOHA和Binary Tree的復合防碰撞算法，提高了標簽識別的速度和準確度。

圖書館管理服務；RFID；圖書定位跟蹤

一、引 言

射頻識別技術(Radio Frequency Identification,RFID)，又稱為無線射頻識別技術，是一種無線通信技術，它的工作原理通過射頻近場通信實現設備間的無線通信，以射頻近場通信實現設備識別和數據交換，通過PC端上位機或手持終端對標簽數據進行處理[1-3]。射頻識別系統(tǒng)通常由讀寫器(Reader & Writer)、射頻標簽(Radio Tag)和天線(ANT)三部分組成，其中，讀寫器是對射頻標簽進行讀取和寫入操作的設備，射頻標簽一般由主控電路和耦合電路組成，且具備獨一無二的識別碼，天線用于接收和發(fā)射射頻信號。與傳統(tǒng)的接觸式識別和二維碼識別技術比較，射頻識別技術具有很大優(yōu)勢，讀寫器和標簽在進行識別和數據交換時不依賴任何介質，可以實現遠距離通信，同時支持多任務和動態(tài)識別[4]。

射頻識別系統(tǒng)可以將圖書館的書目數據及借閱記錄等信息全部存儲到服務器數據庫，作為識別查詢庫[5-7]。基于此，就可以通過射頻標簽查詢圖書的館藏信息和借閱狀態(tài)，并能夠通過圖書的定位碼找到圖書的位置，使得圖書借閱流程簡單快速。在圖書管理系統(tǒng)中應用射頻識別技術，具有圖書借閱和返還方便快速、提供自助服務、智能圖書排架和智能防盜等優(yōu)點。

二、基于RFID圖書館管理系統(tǒng)設計

(一)系統(tǒng)架構

基于射頻識別技術的圖書館圖書管理系統(tǒng)采用了分層模型架構，將邏輯業(yè)務和系統(tǒng)用戶界面(UI)層分離開來。降低了各個層次關系的關聯(lián)度，使各個層次之間相對獨立，不存在相互影響。層次結構簡單清晰，便于對其進行升級和維護。系統(tǒng)的整體架構如圖1所示，各個層次結構的作用如下：

1.用戶界面層：UI層又稱為人機界面層，是實現人和系統(tǒng)交互的橋梁，這些交互包括圖書借閱及歸還信息檢索、資源管理和圖形界面。用戶界面層僅僅與邏輯業(yè)務層相關聯(lián)。本設計用戶界面層由界面組件和標簽讀寫組件組成。其中，標簽讀寫組件指的是上位機和射頻識別終端的接口組件，主要實現通過射頻識別終端對標簽進行讀寫，它封裝了射頻識別的讀寫操作。而界面組件主要包括用戶登錄管理、圖書資源管理、讀者信息管理、圖書借還管理、設備管理和系統(tǒng)設置等。

2.邏輯業(yè)務層：作用是為用戶界面層提供服務，能夠處理管理員和用戶的所有邏輯操作。

3.數據訪問層：作用是為邏輯業(yè)務層提供服務，對系統(tǒng)內部數據進行了封裝，對數據庫的存取進行管理。

圖1 系統(tǒng)整體架構圖

(二)系統(tǒng)整體設計

基于射頻識別技術的圖書館圖書管理系統(tǒng)基于傳統(tǒng)圖書館的管理要求和存在的問題，設計了一個相對完整的信息管理系統(tǒng)，它包括終端、通信及信息管理相關硬件和對應的軟件系統(tǒng)。圖書館在對管理系統(tǒng)進行實施時，首先要考慮的是保持圖書館原有功能和服務的完整性。因此，通過論證，將RFID圖書管理系統(tǒng)分為三層，它們是圖書館管理系統(tǒng)層、中間層、射頻識別終端系統(tǒng)層。系統(tǒng)的軟件設計框架如圖2所示：

圖2 圖書館管理軟件基本框架

射頻識別終端系統(tǒng)層由射頻識別終端設備和相關軟件組成。射頻識別終端設備包含標簽讀寫終端、射頻標簽、射頻門禁、自助借還機、標簽轉換裝置、手持盤點終端、實時監(jiān)控、圖書分揀設備等，其核心是粘貼于圖書內的射頻標簽、射頻識別終端、圖書管理數據服務器和設備控制服務器。中間層介于射頻識別終端系統(tǒng)層和圖書館管理系統(tǒng)層之間，可以解決圖書館管理系統(tǒng)層和射頻識別終端系統(tǒng)層因差異化引起的兼容性問題，完成不同數據格式和不同系統(tǒng)接口之間的轉換，由接口轉換組件和數據預處理組件組成。圖書館管理系統(tǒng)層也就是原有的基于二維碼或其他形式的圖書管理系統(tǒng)，在此基礎上，將射頻識別技術與傳統(tǒng)圖書館管理系統(tǒng)結合起來，實現基于射頻識別技術的圖書館圖書管理系統(tǒng)。

三、系統(tǒng)主要算法設計

(一)圖書定位跟蹤算法設計

基于射頻識別技術的圖書館圖書管理系統(tǒng)中，圖書的檢索和自動排架是系統(tǒng)的重要組成部分，其基本原理是圖書的定位與跟蹤，所以，研究圖書館室內環(huán)境下射頻識別技術對標簽的精確定位和跟蹤是能否實現圖書檢索和自動排架的關鍵所在。采用射頻識別技術進行室內小范圍圖書定位是實現圖書檢索和自動排架的基礎，為了實現書庫內圖書檢索和排架相關操作，設計了基于射頻識別技術的圖書定位跟蹤算法，并引入了卡爾曼濾波器，選取相對坐標系中標簽的速度和位置作為狀態(tài)變量，而射頻識別終端所讀取到的未知節(jié)點和參考節(jié)點之間的距離定為觀測量。

(二)ALOHA算法與Binary Tree算法的融合

根據對基于二進制搜索的防碰撞算法和基于ALOHA的防碰撞算法的對比與分析，可知基于ALOHA的防碰撞算法的效率受識別范圍內標簽數量的影響較大，防碰撞效率不高；相對而言，基于二進制搜索的防碰撞算法的防碰撞效率要比基于ALOHA的防碰撞算法的效率高。而將Binary Tree算法引入基于ALOHA的防碰撞算法，將二者進行結合，提出一種高效的防碰撞算法，就能很好地解決這個問題，使得防碰撞效率大大提高。

算法的工作原理是，當標簽進入射頻識別終端后，觸發(fā)標簽識讀操作，開始標簽識讀，首先通過Binary Tree算法對標簽進行清點，具體工作流程是先將區(qū)域內全部標簽分為許多個子集，并在這個過程中對標簽的應答狀態(tài)進行記錄，標簽的應答狀態(tài)包括無應答、正確應答和碰撞；然后根據標簽回復情況判斷子集是否滿足DRCTE公式，如果滿足該公式，則對該子集進行幀長為n的ALOHA防碰撞處理，如果不滿足，則對其進行Binary Tree防碰撞處理。其中，參數n是ALOHA防碰撞算法的一個重要參數，它的取值由DRCTE公式中對標簽數量的估計決定。如果標簽估計數量為1，則n的取值為2，如果標簽估計數量大于1，則n的取值為標簽的估計數量值。算法的流程圖如圖3所示。

圖3 ALOHA與Binary Tree結合算法的程序流程圖

由此，基于ALOHA和Binary Tree的復合防碰撞算法將兩種算法進行了有機融合，通過Binary Tree算法的標簽清點過程估計標簽數量，省去了ALOHA算法的標簽數量估計過程，大大減小了算法的運算時間；并且算法以子集為單位進行標簽數量估計，從而使得估計過程的時間間隙大大減小，并且不會降低估計的準確性；同時，算法對后續(xù)子集標簽數量的估計可以以先前子集的估計為依據，簡化了估計過程，縮短了估計時間。

四、結論

文章介紹了射頻識別技術(RFID)的基本概念以及其技術的發(fā)展現狀，RFID技術引入圖書館管理系統(tǒng)中，給圖書管理帶來了極大的便利；主要探討了RFID技術在學校圖書管理系統(tǒng)中的應用，

主

要包括：系統(tǒng)的分類設計、系統(tǒng)的整體結構、圖書的跟蹤定位算法和關于碰撞問題的分析；并給出詳細的架構以及具體的實現辦法，通過分析和大量的實際應用可知，本系統(tǒng)能夠有效的提高圖書管理的效率和服務質量。

[1]Huang C H,Lee L H,Ho C C,et al.Real-Time RFID Indoor Positioning System Based on Kalman-Filter Drift Removal and Heron-Bilateration Location Estimation[J].IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2015,64(3):728-739.

[2]Fernández-Salmerón J,Rivadeneyra A,Rodríguez M A C,et al.HF RFID Tag as Humidity Sensor:Two Different Approaches[J].IEEE Sensors Journal,2015,15(10):5726-5733.

[3]Feng Y,Xie L,Chen Q,et al.Low-Cost Printed Chipless RFID Humidity Sensor Tag for Intelligent Packaging[J].IEEE Sensors Journal,2015,15(6):3201-3208.

[4]Kim S,Kawahara Y,Georgiadis A,et al.Low-Cost Inkjet-Printed Fully Passive RFID Tags for Calibration-Free Capacitive/Haptic Sensor Applications[J].IEEE Sensors Journal,2015,15(6):3135-3145.

[5]Leon-Salas W D,Halmen C.A RFID Sensor for Corrosion Monitoring in Concrete[J].IEEE Sensors Journal,2015,16(1):1-1.

[6]Goncalves R,Rima S,Magueta R,et al.RFID-Based Wireless Passive Sensors Utilizing Cork Materials[J].IEEE Sensors Journal,2015,15(12):1-1.

[7]Zhu J,Tao B,Yin Z.A Customized RFID-Based Sensor System for Intelligent Oilwell[J].IEEE Sensors Journal,2016,16(13):1-1.

2017-05-23

王雪(1982-)，齊魯工業(yè)大學中級講師，研究方向：無線射頻技術在高校教學管理中的應用。

TN967.3

A

1008—3340(2017)03—0079—03