RFID读写技术在户外广告互动中的应用

邱静波

0 引言

应用涉及RFID技术、3G网络传输及分享类社区网站等多项技术，利用以上技术将广告带向互动化传播及精准化投放。

1 应用背景

1.1 传统广告的互动化进程

传统广告过去由于技术的局限性，只能停留在简单的视频及图片广告的展示下，无法与受众进行有效互动，故广告的传播力始终无法提高，而广告效果的侦测更是无从说起。而计算机技术、RFID与3G技术的出现使展示类广告，如楼宇广告屏、户外数字媒体等，也有了与网络广告一样互动的可能性，且更具地域性以及针对性，配合相对应的网络社区就形成了时下最新的So.Lo.Mo（Social、Local、Mobile）营销概念，如图1所示：

图1 SOLOMO概念图

1.3 数字新媒体与SoLoMo模式结合的应用----互动广告屏

本应用特针对国内某楼宇广告媒体集团的楼宇广告产品而设计，但其功能模式皆可引入到国内其他数字媒体公司，如公交车站广告联播网及地铁广告联播网等。

通过在楼宇广告屏上安装RFID阅读器并以3G网络连接至中央服务器，用户持互动卡（即装有RFID芯片的卡片）刷屏幕读卡区域，阅读器将读出芯片代码信息并连带广告代码信息通过3G网络发送至服务器，并由服务器将对应的广告信息发送至芯片所绑定的手机号码中，进行网上预订或支付，再到线下实体店铺进行消费或者快递物品直接送到用户手中，完成整个O2O消费过程。媒体公司在网络建设消费社区，用户通过这里了解他人的消费评价及查看更多的优惠信息，并与他人分享自己的消费心得，这样一个有机的SoLoMo形态就产生了。

2 技术背景

RFID是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的的技术。其核心部件是一个电子标签，分为有源和无源两种，通过相距几厘米到几米，甚至十几米的距离内读写器发射的无线电波，读取电子标签内的存储信息。无源RFID标签，是将读写器发送的射频能量转化为直流电源为芯片电路供电的。

2.1 RFID的特点和优势

（1）穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。

（2）数据的记忆容量大。RFID最大的容量则有数兆字节。

（3）安全性。由于 RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及编造。

（4）快速扫描。RFID辨识器可同时辨识度去数个RFID标签。

（5）体积小型化、形状多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。

（6）抗污染能力和耐久性。

（7）可重复使用。RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。

2.2 国内外RFID技术应用现状

目前，RFID在世界各个地区和国家日益触入社会的多个领域，如德国汉莎航空公司开始试用RFID芯片卡作为飞机票，改变了传统的机票购销方式，简化了机场入关的手续。日本利用RFID技术，在东京的快速路上实现了不停车收费，对解决交通阻塞起了很好的作用，同时国内的某些高速公路路段也在试用类似的不停车收取过路费的技术（ETC系统）。2010年 5月份开始的上海世博会的门票系统也全部采用RFID技术，每张门票内都含有一颗具有自主知识产权的“世博芯”，通过采用特定的密码算法技术，确保数据在传输过程中的安全性，外界无法对数据进行任何篡改或窃取。

3 业务模式

互动广告屏是一种创新性的广告传播形式，是利用RFID技术、3G技术及web 2.0技术等多项新技术相互融合的新产物。由互动广告屏端（前端），数据平台和网络社区端组成。其中互动广告屏端利用RFID技术，使广告受众与广告互动屏之间发生互动，数据平台根据受众的数据信息，将广告内容发送至受众的手持终端内，而受众可根据收到的内容，去商户进行消费或者直接通过快递获取实物，消费后再进入网络社区分享消费经验，形成有机的广告营销生态圈。

3.1 操作步骤和思路

广告互动屏端的部署是整个系统的关键，创新性的利用RFID技术来实现人机互动，步骤和思路如下：

（1） 在现有的楼宇广告刷屏机上，安装一个RFID阅读器，并与屏幕中的信息处理装置进行连接，每块屏幕需安装一个3G通信模块用于传输信息至数据后台。

（2） 将装有优惠卡(IC卡)发放给用户，每块芯片有一专属的电子编码（UID），而数据后台则记录着所有的芯片电子编码。

（3） 用户收到优惠卡后，可以按照优惠卡上专属的编码，以短信方式发送该编码至数据后台，后台便可以将该手机号码与该芯片的电子编码绑定，建立相应的用户数据，如手机号码、地址、消费记录等，在用户使用该卡时，可以用来记录该用户的相关信息。

（4） 广告屏在播发广告时，将广告片的代码储存与信息处理装置中，当用户在读卡区域刷优惠卡时，读卡器将读到的IC卡中的UID传送至信息处理装置中，连同广告代码及本机的识别码一起通过3G模块上传至数据后台，并在屏幕上显示发送的情况（成功或失败）。

（5） 数据后台辨认广告代码后，抓取数据库中的回复短信；同时辨认芯片代码，抓取与该芯片绑定的手机号码，将回复短信通过移动网络，发送至该手机号码完成互动过程。

（6） 广告进行刷新时，将储存在信息处理装置中的广告代码进行擦除，存入最新的广告代码。以备下一次刷取短信。

（7） 数据后台在记录用户的刷卡行为后，以刷卡时间、广告类型、用户地点、用户年龄性别等信息作为分析依据，可以得出某用户的消费习惯及特点，为今后的精准营销做了铺垫，如图2所示：

图2 广告互动屏前端实施示意图

4 读卡器软件部分设计

本应用采用一款13.56MHz的射频读卡器，使其能非接触地读取优惠卡内信息，使信息准确无误地传输至信息处理器中，并保证一定的读卡距离。

编程平台：Keil uVision2；程序烧录软件：Atmel Microcontroller ISP Software

4.1 刷卡操作的流程

系统的工作流程，如图3所示：

图3 系统工作流程图

（1）初始化

初始化就是对优惠卡芯片的32个寄存器进行设置。在复位引脚RSTPD脚由高变低的时候复位，延时的长度由系统晶振频率决定，本系统的晶振频率是13.56MHz。

（2）发送请求

发送请求命令过程，为ISO/IEC14443 TYPE A 通信协议中的 REQA命令。帮助读卡器的TRANSCEIVE命令将REQA命令发送至优惠卡，并接受返回的数据。发送请求命令的作用就是搜寻有无优惠卡（IC卡）靠近，根据返回的数据判断有无需要与之通信的IC卡。

请求模式有Request all和Request std两种。Request all指令是非连续性的读卡指令，只读一次。但有个例外，当某一次Request all指令读卡失败时，例如，卡片没能通过认证或其他原因而出错时，Request all指令将连续地读卡，知道读卡成功才进入非连续性的读卡模式。Request std指令的使用和Request all指令刚巧相反。Request std指令是连续性的读卡指令。当某一张卡片在天线的有效工作范围内，Request std指令在成功地读取这一张卡片后，进入对卡片的其他操作。如果其他操作完成之后，程序员又将程序进入Request std指令操作，则Request std指令将连续地再次进行读卡操作，而不管这些卡片是否被拿卡。只要有一张卡片进入天线的有效的工作范围内，Request std指令，将始终连续地再次进行读卡操作。对于Mifare One卡，该函数返回值为0004H。发送请求程序流程，如图4所示：

图4 请求程序流程图

（3）防冲突

防冲突原理：读卡器发送SELECT命令至IC卡，所有IC卡返回其完整的UID标识。如果有多于一张卡发回请求应答，则将产生冲突；此时读卡器受到的应答信息至少有一位既是0又是1，即该位的前半部分和后半部分都有调制信号。此时，读卡器识别出第一个发生冲突的位置，并保留冲突位之前的 UID，然后再由读卡器决定在冲突位添加 1个bit（0或1），一般添加1，并将SEL和有效位数据发送出去。只有当其 UID部分与读卡器发送的有效数据相同时，才发出UID的其余位，这样就排除了冲突位为0的IC卡。

其过程为 ISO/IEC14443 TYPE A 协议中的ANTICOLLION命令。处理器将ANTICOLLION命令发送给IC卡后，将自动完成防冲突过程。此段程序执行完毕后，读卡器即可正确的接收到1张IC卡的UID。

（4）选择卡

选择卡的过程即为 ISO/IEC14443 TYPE A协议中的SELECT命令。作用是选择一张卡。

（5）三重认证

三重认证原理：三重认证就是读卡器对IC卡的密码认证。认证过程原理示意图，如图5所示：

图5 三重认证原理示意图

认证步骤：

① 由IC卡向读卡器发送一个随机数据RB。

② 读卡器受到RB后，向IC卡发送一个令牌数据TOKEN AB，其中包含了读卡器发出的一个随机数据RA。

③ IC卡受到TOKEN AB后，对TOKEN AB的加密部分进行解密，并校验第一次由步骤①中IC卡发出的随机数据RB是否与步骤②中接收到的TOKEN AB中的RB相一致。

④ 如果步骤③中校验结果正确，则IC卡向读卡器发送令牌TOKEN BA给读卡器。

⑤ 读卡器收到令牌TOKEN BA后，将对令牌TOKEN BA中的RB进行解密；并校验由步骤②中读卡器发出的随机数RA是否与步骤④中收到的TOKEN BA中的RA相一致。

如果上述的每一个步骤都能正确通过验证，则整个认证过程将成功，读写器将能对通过认证的这一分区进行下一步的操作。反之，如果认证过程中的任何一个环节出错，则整个认证过程将终止，认证过程必须重新开始。

处理器认证程序步骤是固定的，即采用 LoadKeyE2或LoadKey命令将密钥装入密钥缓冲区；采用Authent1命令，结束时检测错误标志以获得该命令执行的状态，若所接收数据的最后一位为000B，标识由IC卡读入的该字节是正确的；启动Authent2命令，结束时检测错误标志和CryptolOn标志位，若CryptolOn标志位为1，说明认证成功；若为0则失败，如图6所示：

图6 三重认证程序流程图

（6）读卡

在前面的工作完成之后，即可对IC卡进行操作。一次读回一个块的 16B数据，只要不改变分区，则不必经过三重认证环节即可再读。

（7）写卡

一次写入IC卡一个块的16B数据，只要不改变分区，则不必再经过三重认证环节即可再写。

5 总结

户外广告的互动喊了多年，也有一些应用做过类似的尝试，但如何与手机及网络联动一直是个难题。RFID及 3G等技术的普及完成了技术上的可能，而LBS、SoLoMo等理论也给广告互动屏的实现提供了理论基础。受众生活的多元化和碎片化将是未来生活的发展趋势，越来越多的碎片化时间被用在了手机端，特别是智能手机在 iPhone的带动下迅速发展，媒体的力量正在分散，碎片化时间的争夺可以理解成眼球的争夺，也是利益的争夺，广告互动屏广告可以将广告引向手机端，实现对更多碎片化时间的获取，从而使户外广告运营媒体获得更多的广告预算，并刺激消费，扩大内需。

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