基于超高頻RFID 的圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源檢測(cè)系統(tǒng)

扎西卓瑪

（青海省玉樹(shù)藏族自治州圖書(shū)館，青海玉樹(shù) 815000）

圖書(shū)館資源檢索是一套完整的數(shù)據(jù)信息運(yùn)行系統(tǒng)，可根據(jù)客戶(hù)端指令處理已知的圖書(shū)資源信息，然后由傳輸通道將待執(zhí)行指令反饋給各級(jí)執(zhí)行主機(jī)[1]。然而，隨著在架圖書(shū)資源總量的不斷增加，一部分書(shū)籍資源會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤排序的情況，不僅會(huì)增加數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)的運(yùn)行壓力，還會(huì)導(dǎo)致圖書(shū)資源錯(cuò)序存儲(chǔ)的情況。

針對(duì)資源管理問(wèn)題，相關(guān)學(xué)者設(shè)計(jì)了基于共享BERT 的檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)既定序列文件對(duì)數(shù)據(jù)資源信息進(jìn)行整合處理，再借助獨(dú)立運(yùn)行主機(jī)，進(jìn)而更改數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)位置[2]。

超高頻RFID 技術(shù)具有獨(dú)立讀取多個(gè)數(shù)據(jù)信息標(biāo)簽的能力，既可以改變數(shù)據(jù)信息參量的存儲(chǔ)容量，使其穿透性傳輸能力得到保障，也可以多次讀寫(xiě)處理所選定的信息文件，從而使其存儲(chǔ)體積能夠與數(shù)據(jù)庫(kù)容積相匹配[3]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，超高頻RFID 技術(shù)的應(yīng)用涉及UHF 電子標(biāo)簽設(shè)置、低功耗芯片設(shè)計(jì)、防碰撞算法等多方面內(nèi)容，可以在常規(guī)數(shù)據(jù)信息讀取指令的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展傳輸指令對(duì)信息參量的容納能力，對(duì)已存儲(chǔ)指令文件進(jìn)行整合處理，使其在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的映射傳輸能力得到保障，也可以更改數(shù)據(jù)信息參量的存儲(chǔ)形式，避免這些信息文件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)造成攻擊性影響[4]。

針對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)執(zhí)行能力有限、并不能完全解決在架圖書(shū)錯(cuò)誤排序的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于超高頻RFID的圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源檢測(cè)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)

圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)由RFID 架構(gòu)、資源存儲(chǔ)體系、執(zhí)行主機(jī)、局域網(wǎng)總線四部分組成。在圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源檢測(cè)系統(tǒng)中，RFID 結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)改變圖書(shū)資源信息的存儲(chǔ)形式，并可以借助傳輸信道，將已存儲(chǔ)信息參量反饋給下級(jí)硬件應(yīng)用結(jié)構(gòu)[5-6]。

作為圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)體系的核心應(yīng)用結(jié)構(gòu)，執(zhí)行主機(jī)可以將待處理圖書(shū)資源信息分配至客戶(hù)端主機(jī)之中，并可以根據(jù)超高頻RFID 原則，建立多個(gè)圖書(shū)標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，以供系統(tǒng)檢測(cè)主機(jī)直接調(diào)取與利用。

圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)框架示意圖

為避免圖書(shū)資源出現(xiàn)錯(cuò)序存儲(chǔ)的情況，在設(shè)置圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)框架時(shí)，要求資源信息參量的傳輸方向必須由局域網(wǎng)縱向端指向RFID 架構(gòu)端。

1.2 糾錯(cuò)處理模塊

糾錯(cuò)處理模塊結(jié)構(gòu)如圖2 所示。該模塊負(fù)責(zé)對(duì)錯(cuò)序排列的圖書(shū)館在架資源信息進(jìn)行重排處理。由于該結(jié)構(gòu)附屬于圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)體系下端，故而隨著資源信息輸出量的增大，該模塊的實(shí)時(shí)運(yùn)算能力也會(huì)不斷加快[7]。

圖2 糾錯(cuò)處理模塊連接結(jié)構(gòu)圖

BOM 芯片、SMT 芯片、PCB 芯片是糾錯(cuò)處理模塊的三個(gè)底層連接結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)接受PIC 糾錯(cuò)主機(jī)的調(diào)度處理。BOM 芯片與SMT 芯片之間的連接關(guān)系必須滿(mǎn)足圖書(shū)資源信息共享?xiàng)l件，前者負(fù)責(zé)處理錯(cuò)序圖書(shū)資源信息，后者負(fù)責(zé)建立常規(guī)圖書(shū)資源序列。在圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)信息處理過(guò)程中，兩類(lèi)應(yīng)用芯片可以同時(shí)將完成處理的圖書(shū)資源信息參量反饋給下級(jí)PCB 芯片[8]。PIC 糾錯(cuò)處理芯片同時(shí)管控BOM 芯片、SMT 芯片與PCB 芯片，可以直接調(diào)取圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)體系中已存儲(chǔ)的圖書(shū)資源信息參量。

1.3 資源定位模塊

資源定位模塊可以確定在架圖書(shū)館錯(cuò)序資源信息所處的實(shí)時(shí)傳輸位置，能夠與系統(tǒng)糾錯(cuò)處理模塊建立并列連接關(guān)系，并可以根據(jù)超高頻信號(hào)的輸出總量，調(diào)節(jié)圖書(shū)資源信息參量在圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)體系中的存儲(chǔ)形式[9]。

在圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源檢測(cè)系統(tǒng)中，設(shè)置資源定位模塊必須遵循圖3 所示的連接原則。

圖3 資源定位模塊連接原理圖

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，資源定位模塊設(shè)備連接層中的PCBA 結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)圖書(shū)資源信息分離指令，可以在定位芯片結(jié)構(gòu)的作用下，調(diào)節(jié)在架錯(cuò)序圖書(shū)資源數(shù)據(jù)的傳輸速率[10]。BOM 結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)RFID 信號(hào)獲取指令，可以聯(lián)合定位芯片結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)錯(cuò)序圖書(shū)資源信息參量在數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)中所處的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)位置。

2 檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

2.1 RFID天線設(shè)置

RFID 天線是基于超高頻RFID 原則建立的數(shù)據(jù)參量判別標(biāo)簽。對(duì)于待測(cè)圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息而言，只有所建立標(biāo)簽結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)行能力得到保障，系統(tǒng)主機(jī)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息的準(zhǔn)確檢測(cè)。

在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)中，圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息與常規(guī)傳輸信息總是保持雜糅狀態(tài)，所以在設(shè)置RFID 天線標(biāo)簽時(shí)，必須對(duì)所提取信息參量的所屬類(lèi)別進(jìn)行分辨[11-12]。

假設(shè)d1表示常規(guī)圖書(shū)館在架資源信息存儲(chǔ)參量，ξ1標(biāo)記基于超高頻RFID 原則的常規(guī)信息存儲(chǔ)系數(shù)，d2表示圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息存儲(chǔ)參量，ξ2表示錯(cuò)序信息存儲(chǔ)系數(shù)，表示參量d1與參量d2的平均值。聯(lián)立上述物理量，可將超高頻RFID 天線標(biāo)簽求解表達(dá)式定義為：

由于圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息的瞬時(shí)傳輸速率很快，所以在求解超高頻RFID 天線標(biāo)簽表達(dá)式時(shí)，要求參量d2的取值水平必須大于參量d1。

2.2 輻射系數(shù)

輻射系數(shù)是一項(xiàng)矢量性指標(biāo)，可以影響圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息的實(shí)時(shí)傳輸方向。在超高頻RFID 天線標(biāo)簽結(jié)構(gòu)的作用下，該項(xiàng)指標(biāo)參量的數(shù)值水平越高，圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息的實(shí)時(shí)傳輸速率也就越快。為保障系統(tǒng)應(yīng)用主機(jī)對(duì)于圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息的準(zhǔn)確性檢測(cè)能力，在求解輻射系數(shù)時(shí)，要求待測(cè)資源信息的單位傳輸量不得為零[13-14]。因此，在式（1）的基礎(chǔ)上，假設(shè)l1,l2,…,ln表示n個(gè)不同的圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息定標(biāo)值向量，且l1,l2,…,ln的取值結(jié)果同時(shí)大于自然數(shù)1，基于超高頻RFID 的圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息輻射系數(shù)計(jì)算式為：

其中，α表示一個(gè)隨機(jī)選取的圖書(shū)資源信息錯(cuò)序傳輸指標(biāo)，gα表示基于指標(biāo)α的數(shù)據(jù)信息檢測(cè)特征值，ΔK表示待測(cè)資源信息的單位傳輸量，f0表示錯(cuò)序資源信息的初始傳輸速率。在超高頻RFID 技術(shù)的影響下，圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源信息的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)量越大，n指標(biāo)的定義數(shù)值也就越大。

2.3 資源序列條件

資源序列條件決定了圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源檢測(cè)系統(tǒng)的執(zhí)行能力。在已知待測(cè)信息參量輻射傳輸能力的情況下，為求得準(zhǔn)確的資源序列條件，應(yīng)同時(shí)考慮超高頻RFID 標(biāo)簽結(jié)構(gòu)對(duì)于待測(cè)信息參量承載能力的最大值與最小值[15-16]。

其中，vmax表示超高頻RFID 標(biāo)簽內(nèi)待測(cè)信息參量的最大容納數(shù)值，vmin表示最小容納數(shù)值。

整合上述指標(biāo)參量，聯(lián)合各級(jí)硬件應(yīng)用結(jié)構(gòu)，完成對(duì)基于超高頻RFID 的圖書(shū)館在架錯(cuò)序資源檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3 實(shí)例與結(jié)果分析

在圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)體系中，在架圖書(shū)排布序列指標(biāo)μ可以體現(xiàn)主機(jī)對(duì)于圖書(shū)資源信息的處理能力，從而影響圖書(shū)資源錯(cuò)序存儲(chǔ)行為的出現(xiàn)概率。一般來(lái)說(shuō)，在架圖書(shū)排布序列指標(biāo)的數(shù)值水平越高，檢測(cè)主機(jī)對(duì)于圖書(shū)資源信息的處理能力也就越強(qiáng)，當(dāng)前情況下，圖書(shū)資源錯(cuò)序存儲(chǔ)行為的出現(xiàn)概率也就越小。

式（4）為在架圖書(shū)排布序列指標(biāo)μ的計(jì)算表達(dá)式：

其中，I表示待處理在架圖書(shū)數(shù)量，γ表示實(shí)時(shí)檢測(cè)速率，ΔT表示單位檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)，σ表示圖書(shū)種次或類(lèi)型數(shù)量。

表1 為實(shí)驗(yàn)所需檢測(cè)元件的具體型號(hào)。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備選型

實(shí)驗(yàn)的具體執(zhí)行流程如下：

步驟1：將超高頻RFID 執(zhí)行程序輸入到7090MT型圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)主機(jī)中[17-18]，控制圖書(shū)資源輸出數(shù)量，使得主機(jī)元件能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，記錄當(dāng)前情況下實(shí)驗(yàn)組各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的表現(xiàn)數(shù)值；

步驟2：將共享BERT 執(zhí)行程序輸入7090MT 型圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)主機(jī)中，控制圖書(shū)資源輸出數(shù)量，使得主機(jī)元件能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，記錄當(dāng)前情況下對(duì)照組各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的表現(xiàn)數(shù)值；

步驟3：對(duì)比實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組記錄數(shù)值，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

圖4 反映了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組待處理在架圖書(shū)數(shù)量與實(shí)時(shí)檢測(cè)速率之間的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖4 兩組待處理在架圖書(shū)數(shù)量與實(shí)時(shí)檢測(cè)速率關(guān)系曲線

分析圖4 可知，實(shí)驗(yàn)組檢測(cè)速率指標(biāo)呈現(xiàn)出先上升、再穩(wěn)定的數(shù)值變化狀態(tài)，當(dāng)待處理圖書(shū)數(shù)量達(dá)到5 000 本后，其檢測(cè)速率達(dá)到最大值195 本/s；對(duì)照組檢測(cè)速率指標(biāo)保持先上升、再穩(wěn)定、最后下降的數(shù)值變化態(tài)勢(shì)，當(dāng)待處理圖書(shū)數(shù)量處于4 000～5 000 本之間時(shí)，其檢測(cè)速率達(dá)到最大值150 本/s，與實(shí)驗(yàn)組極值相比，下降了45 本/s。

規(guī)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，單位檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)ΔT取值恒等于60 min，聯(lián)合圖4 中的實(shí)驗(yàn)數(shù)值，對(duì)在架圖書(shū)排布序列指標(biāo)μ進(jìn)行計(jì)算，實(shí)驗(yàn)詳情如表2 所示。

表2 在架圖書(shū)排布序列指標(biāo)

分析表2 可知，實(shí)驗(yàn)組μ指標(biāo)隨待處理在架圖書(shū)數(shù)量增多保持不斷增大的數(shù)值變化狀態(tài)，當(dāng)待處理在架圖書(shū)數(shù)量達(dá)到6 000 本時(shí)，其μ指標(biāo)最大值達(dá)到了325.0；對(duì)照組μ指標(biāo)則保持先上升、再下降的數(shù)值變化狀態(tài)，當(dāng)待處理在架圖書(shū)數(shù)量等于5 000 本時(shí)，其μ指標(biāo)最大值達(dá)到了208.3，與實(shí)驗(yàn)組最大值325.0 相比，下降了116.7。

4 結(jié)束語(yǔ)

以超高頻RFID 技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)重新規(guī)劃圖書(shū)館物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的方式，調(diào)節(jié)糾錯(cuò)處理模塊、資源定位模塊兩類(lèi)硬件應(yīng)用結(jié)構(gòu)之間的連接關(guān)系，又根據(jù)RFID 天線設(shè)置原則求解輻射系數(shù)與資源序列條件。

與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)可以使在架圖書(shū)排布序列指標(biāo)呈現(xiàn)出明顯增大的數(shù)值變化態(tài)勢(shì)，這對(duì)于緩解圖書(shū)館在架圖書(shū)的錯(cuò)誤排序情況能夠起到較強(qiáng)的促進(jìn)性影響作用，符合避免圖書(shū)資源錯(cuò)序存儲(chǔ)行為出現(xiàn)的實(shí)際應(yīng)用需求。