基于RFID的旅游团自动点名系统

周思濛

摘要：本文提出了基于RFID实现旅游团自动点名，设计了基于RFID的旅游团自动点名系统及其系统协议，该系统由手持点名器和有源RFID成员卡组成，系统协议具有实时自动点名和信息加密传输功能，系统协议仿真验证了系统的实时性和安全性。

关键词：RFID；自动点名；信息安全

中图分类号：TN929.5；TP311.52；TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）07-0048-02

1 引言

RFID（Radio Frequency Identification 无线射频识别）通过微波射频信号读写目标中的数据以识别该目标。在每个需要识别的目标物品上，附着一个RFID标签，RFID标签存贮该物品的信息，它具有无线收发能力，通过RFID阅读器可以读出标签中的信息，并对它进行识别。

RFID分为无源和有源两种，无源RFID标签吸收阅读器的电磁波能量，激活其电路将自身存储的数据发送出去。由于无源RFID标签发射功率很小，所以作用距离仅为几厘米，而有源RFID标签自带电池，发射功率比无源RFID大为提高，其作用距离可以达到10米以上。有源RFID标签还可以带有芯片控制信息发送和接收。无源RFID在生产物流领域应用于近距离产品识别，在服务领域应用于门禁卡、公交卡、银行卡等，有源RFID在生产物流领域应用于远距离产品识别，在服务领域也有应用，例如：高速收费ETC。

点名实际上也是识别，只不过识别目标是人而不是物，我们在本文中研究并实现把RFID应用到旅游团的点名中。

在旅游过程中，导游除介绍景观外，还担负着组织和管理旅游团的责任。旅游团在不断移动中，因此导游需要经常对旅游团成员逐个点名，特别是在完成一个景点参观之后，集合出发转向下一个景点的过程中。在旅游过程中的点名不同于教室点名和操场排队点名，旅游过程中的点名环境复杂，人员排列杂乱，导游点名工作强度很大，特别是在熙熙攘攘的旅游景点，点名是一件很辛苦的工作，导游们需要反复高声叫唤，既费力又费时。

利用RFID实现旅游中的自动点名可以大大减轻导游的工作强度。自动点名还可以随时跟踪每个旅游团成员的行踪，防止成员走失事故发生。在旅游点名中，每个人戴有一个封装有RFID标签的卡片，标签里存储有个人标识信息。因为旅游中人员分布范围在几米到十几米，只有有源RFID才能满足其点名要求。当某人在导游有源RFID作用范围内，则为“在场”，否则为“缺席”（远离旅游团或走失）。

在基于RFID的点名过程中，为了保证信息安全，防止非法信息干扰、窃听，我们采用了密码技术，点名信息加密后再传送，只有合法信息才能被接收，干扰信息会被拒绝，而且窃听者无法解密信息，不可能窃听。

基于RFID的旅游团点名系统实现了旅游中的自动点名，并保证了系统的信息安全。

2 基于RFID的旅游团点名系统结构

基于RFID的旅游团自动点名系统（以下简称R-AUCA）自动查明旅游团每个成员是否在场，导游不再需要口头点名，需要点名时只需查看一下点名器就可以了。这有效地减轻了导游的工作强度，同时节省了时间。

R-AUCA系统由多个RFID成员卡和一个手持式点名器组成，如图1所示。

RFID成员卡内封装有有源RFID标签，每个成员的身份ID存储在标签中。成员卡中的控制模块执行系統协议。

手持式点名器包含RFID模块、管理模块和人机界面三个模块。RFID模块在管理模块的控制下与RFID标签进行通信，管理模块执行系统协议，人机界面支持人机交互。

R-AUCA系统是实时系统，使导游能够随时随地跟踪每个成员的行踪，系统一发现有成员“缺席”（即超出有源RFID作用距离）立即报警，防止成员走失。

R-AUCA系统运行过程即协议流程如下：

（1）系统在初始化过程中建立成员表，设置总人数、在场人数、缺席人数和点名周期4个参数。初始化完成后进入轮询点名周期，开始周期实时点名。

（2）在一个轮询周期内，对每一个成员轮流点名，在对某个成员点名过程中，成员卡和点名器之间加密传送信息，保证点名的安全性。

（3）一个轮询周期完成后，统计在场人数和缺席人数并在人机界面上显示，如果缺席人数不为0，则报警提醒导游注意。

3 基于RFID的旅游团点名系统协议与仿真

我们首先具体描述R-AUCA系统协议。

R-AUCA系统具有成员卡和点名器之间的加密传输功能，防止外部非法信息干扰和窃听。加密传输通过密码算法实现，密码算法包括加密算法和解密算法。属于一个旅游团的成员卡和点名器共享一个密钥K，成员卡和点名器在向对方发送信息时使用加密算法和密钥K加密，而接收方只能拥有密钥K才能使用解密算法正确解密信息。加密传输使得只有属于同一个旅游团的导游和成员才能互相通信。不属于该旅游团的发送者不可能计算出正确的加密信息，所发送的非法信息被拒绝，而不属于该旅游团的接收者无法解密出有用信息，这就防止了非法信息侵入干扰和窃听。

当多于一个的旅游团在同一小区域时，尽管不同旅游团的 RFID点名系统作用范围重叠，但由于有加密传输，各个点名系统在功能层上是独立的，不会互相干扰。

在R-AUCA系统中，密码算法采用3DES或AES。3DES和AES都是国际数据加密标准，广泛应用于商业数据加密中。加密算法表示为EK（.），解密算法表示为DK（.）。加密、解密算法参数K是成员卡和点名器共享的密钥。密钥在系统首次使用时设置并可以在以后更改。

R-AUCA系统协议如下：

（1）系统初始化：

在点名器中预先建立成员表，表的每一项含4个字段：成员序号，成员姓名，成员卡ID，成员状态。成员状态预置为空。成员表映射到人机界面。

点名器设置三个参数：总人数，在场人数，缺席人数。“总人数”预置为旅游团总人数，“在场人数”和“缺席人数”预置为0。参数映射到人机界面。

点名器以时间T为周期对成员进行周期轮询点名。周期T可在5～60秒之间选择。

（2）一个周期内的轮询点名算法：点名器按成员表从第一个到最后一个逐一点名。对第i个成员的点名程序如下：

点名器从成员表中取该成员标识码 IDi，产生一个随机数r，计算C=EK（r||IDi），发送C。

所有成员卡接收C。

每个成员卡计算D=DK（C），并从D中提取ID；如果ID不等于自己的ID，则丢弃；如果ID等于自己的ID，则计算点名响应信息A=EK（r||ID||“I am here”），将A发送给点名器。

点名器收到A后计算B=DK（A），并从B中提取r和ID，如果r有效且ID=IDi，则接受，对第i个成员的点名完成，置该成员状态为“在场”，更新人机界面该成员状态。如果r无效或ID≠IDi，则丢弃。

在第i+1个成员点名时刻到来时点名器还没有收到第i个成员点名响应，则第i个成员的点名失败，置该成员状态为“缺席”，更新人机界面该成员状态。

（3）一个点名周期结束后，点名器统计计算参数“在场人数”和“缺席人数”，更新人机界面该两参数。如果缺席人数大于0，则驱动声、光、震动警报信号。

我们在无线环境下利用多台电脑进行了R-AUCA系统协议仿真，其中一台电脑仿真系统点名器，其余电脑仿真成员卡。协议软件使用VC++6.0开发，软件中采用密码算法3DES。

我们设置了三种运行测试验环境：（1）静态测试环境，即所有仿真系统处于无线wifi覆盖范围内，验证系统基本功能；（2）动态测试环境，即部分仿真系统随机离开无线wifi覆盖范围，验证系统实时发现“缺席”成员的功能，并在5～60秒之间阶梯调节不同的点名周期进行测试；（3）将所有仿真电脑分成多个部分，每部分仿真一个点名系统（设置不同的密钥K），由这个多点名系统并存的环境，测试系统之间是否干扰，间接测试系统防非法信息干扰和防窃听的能力。

通过反复运行测试，结果证明R-AUCA系统协议实现了旅游团自动点名功能，能够准确实时发现并报告“缺席”成员，并能够抗非法信息干扰和窃听。

4 结语

本文提出了基于RFID实现旅游团旅游中的自动点名，设计了基于RFID的旅游团自动点名系统的体系结构和系统协议，并在无线多机环境下进行了系统协议仿真，仿真測试验证了协议的实时点名功能及抗干扰、窃听的能力。

下一步我们将具体开发基于RFID的旅游团自动点名系统并将其投入应用。

本文的设计已申请国家发明专利。

参考文献

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