基于RFID的旅游團自動點名系統

周思濛

摘要：本文提出了基于RFID實現旅游團自動點名，設計了基于RFID的旅游團自動點名系統及其系統協議，該系統由手持點名器和有源RFID成員卡組成，系統協議具有實時自動點名和信息加密傳輸功能，系統協議仿真驗證了系統的實時性和安全性。

關鍵詞：RFID；自動點名；信息安全

中圖分類號：TN929.5；TP311.52；TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0048-02

1 引言

RFID（Radio Frequency Identification 無線射頻識別）通過微波射頻信號讀寫目標中的數據以識別該目標。在每個需要識別的目標物品上，附著一個RFID標簽，RFID標簽存貯該物品的信息，它具有無線收發能力，通過RFID閱讀器可以讀出標簽中的信息，并對它進行識別。

RFID分為無源和有源兩種，無源RFID標簽吸收閱讀器的電磁波能量，激活其電路將自身存儲的數據發送出去。由于無源RFID標簽發射功率很小，所以作用距離僅為幾厘米，而有源RFID標簽自帶電池，發射功率比無源RFID大為提高，其作用距離可以達到10米以上。有源RFID標簽還可以帶有芯片控制信息發送和接收。無源RFID在生產物流領域應用于近距離產品識別，在服務領域應用于門禁卡、公交卡、銀行卡等，有源RFID在生產物流領域應用于遠距離產品識別，在服務領域也有應用，例如：高速收費ETC。

點名實際上也是識別，只不過識別目標是人而不是物，我們在本文中研究并實現把RFID應用到旅游團的點名中。

在旅游過程中，導游除介紹景觀外，還擔負著組織和管理旅游團的責任。旅游團在不斷移動中，因此導游需要經常對旅游團成員逐個點名，特別是在完成一個景點參觀之后，集合出發轉向下一個景點的過程中。在旅游過程中的點名不同于教室點名和操場排隊點名，旅游過程中的點名環境復雜，人員排列雜亂，導游點名工作強度很大，特別是在熙熙攘攘的旅游景點，點名是一件很辛苦的工作，導游們需要反復高聲叫喚，既費力又費時。

利用RFID實現旅游中的自動點名可以大大減輕導游的工作強度。自動點名還可以隨時跟蹤每個旅游團成員的行蹤，防止成員走失事故發生。在旅游點名中，每個人戴有一個封裝有RFID標簽的卡片，標簽里存儲有個人標識信息。因為旅游中人員分布范圍在幾米到十幾米，只有有源RFID才能滿足其點名要求。當某人在導游有源RFID作用范圍內，則為“在場”，否則為“缺席”（遠離旅游團或走失）。

在基于RFID的點名過程中，為了保證信息安全，防止非法信息干擾、竊聽，我們采用了密碼技術，點名信息加密后再傳送，只有合法信息才能被接收，干擾信息會被拒絕，而且竊聽者無法解密信息，不可能竊聽。

基于RFID的旅游團點名系統實現了旅游中的自動點名，并保證了系統的信息安全。

2 基于RFID的旅游團點名系統結構

基于RFID的旅游團自動點名系統（以下簡稱R-AUCA）自動查明旅游團每個成員是否在場，導游不再需要口頭點名，需要點名時只需查看一下點名器就可以了。這有效地減輕了導游的工作強度，同時節省了時間。

R-AUCA系統由多個RFID成員卡和一個手持式點名器組成，如圖1所示。

RFID成員卡內封裝有有源RFID標簽，每個成員的身份ID存儲在標簽中。成員卡中的控制模塊執行系統協議。

手持式點名器包含RFID模塊、管理模塊和人機界面三個模塊。RFID模塊在管理模塊的控制下與RFID標簽進行通信，管理模塊執行系統協議，人機界面支持人機交互。

R-AUCA系統是實時系統，使導游能夠隨時隨地跟蹤每個成員的行蹤，系統一發現有成員“缺席”（即超出有源RFID作用距離）立即報警，防止成員走失。

R-AUCA系統運行過程即協議流程如下：

（1）系統在初始化過程中建立成員表，設置總人數、在場人數、缺席人數和點名周期4個參數。初始化完成后進入輪詢點名周期，開始周期實時點名。

（2）在一個輪詢周期內，對每一個成員輪流點名，在對某個成員點名過程中，成員卡和點名器之間加密傳送信息，保證點名的安全性。

（3）一個輪詢周期完成后，統計在場人數和缺席人數并在人機界面上顯示，如果缺席人數不為0，則報警提醒導游注意。

3 基于RFID的旅游團點名系統協議與仿真

我們首先具體描述R-AUCA系統協議。

R-AUCA系統具有成員卡和點名器之間的加密傳輸功能，防止外部非法信息干擾和竊聽。加密傳輸通過密碼算法實現，密碼算法包括加密算法和解密算法。屬于一個旅游團的成員卡和點名器共享一個密鑰K，成員卡和點名器在向對方發送信息時使用加密算法和密鑰K加密，而接收方只能擁有密鑰K才能使用解密算法正確解密信息。加密傳輸使得只有屬于同一個旅游團的導游和成員才能互相通信。不屬于該旅游團的發送者不可能計算出正確的加密信息，所發送的非法信息被拒絕，而不屬于該旅游團的接收者無法解密出有用信息，這就防止了非法信息侵入干擾和竊聽。

當多于一個的旅游團在同一小區域時，盡管不同旅游團的 RFID點名系統作用范圍重疊，但由于有加密傳輸，各個點名系統在功能層上是獨立的，不會互相干擾。

在R-AUCA系統中，密碼算法采用3DES或AES。3DES和AES都是國際數據加密標準，廣泛應用于商業數據加密中。加密算法表示為EK（.），解密算法表示為DK（.）。加密、解密算法參數K是成員卡和點名器共享的密鑰。密鑰在系統首次使用時設置并可以在以后更改。

R-AUCA系統協議如下：

（1）系統初始化：

在點名器中預先建立成員表，表的每一項含4個字段：成員序號，成員姓名，成員卡ID，成員狀態。成員狀態預置為空。成員表映射到人機界面。

點名器設置三個參數：總人數，在場人數，缺席人數。“總人數”預置為旅游團總人數，“在場人數”和“缺席人數”預置為0。參數映射到人機界面。

點名器以時間T為周期對成員進行周期輪詢點名。周期T可在5～60秒之間選擇。

（2）一個周期內的輪詢點名算法：點名器按成員表從第一個到最后一個逐一點名。對第i個成員的點名程序如下：

點名器從成員表中取該成員標識碼 IDi，產生一個隨機數r，計算C=EK（r||IDi），發送C。

所有成員卡接收C。

每個成員卡計算D=DK（C），并從D中提取ID；如果ID不等于自己的ID，則丟棄；如果ID等于自己的ID，則計算點名響應信息A=EK（r||ID||“I am here”），將A發送給點名器。

點名器收到A后計算B=DK（A），并從B中提取r和ID，如果r有效且ID=IDi，則接受，對第i個成員的點名完成，置該成員狀態為“在場”，更新人機界面該成員狀態。如果r無效或ID≠IDi，則丟棄。

在第i+1個成員點名時刻到來時點名器還沒有收到第i個成員點名響應，則第i個成員的點名失敗，置該成員狀態為“缺席”，更新人機界面該成員狀態。

（3）一個點名周期結束后，點名器統計計算參數“在場人數”和“缺席人數”，更新人機界面該兩參數。如果缺席人數大于0，則驅動聲、光、震動警報信號。

我們在無線環境下利用多臺電腦進行了R-AUCA系統協議仿真，其中一臺電腦仿真系統點名器，其余電腦仿真成員卡。協議軟件使用VC++6.0開發，軟件中采用密碼算法3DES。

我們設置了三種運行測試驗環境：（1）靜態測試環境，即所有仿真系統處于無線wifi覆蓋范圍內，驗證系統基本功能；（2）動態測試環境，即部分仿真系統隨機離開無線wifi覆蓋范圍，驗證系統實時發現“缺席”成員的功能，并在5～60秒之間階梯調節不同的點名周期進行測試；（3）將所有仿真電腦分成多個部分，每部分仿真一個點名系統（設置不同的密鑰K），由這個多點名系統并存的環境，測試系統之間是否干擾，間接測試系統防非法信息干擾和防竊聽的能力。

通過反復運行測試，結果證明R-AUCA系統協議實現了旅游團自動點名功能，能夠準確實時發現并報告“缺席”成員，并能夠抗非法信息干擾和竊聽。

4 結語

本文提出了基于RFID實現旅游團旅游中的自動點名，設計了基于RFID的旅游團自動點名系統的體系結構和系統協議，并在無線多機環境下進行了系統協議仿真，仿真測試驗證了協議的實時點名功能及抗干擾、竊聽的能力。

下一步我們將具體開發基于RFID的旅游團自動點名系統并將其投入應用。

本文的設計已申請國家發明專利。

參考文獻

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