基于ZigBee及RFID的智慧校园资产管理系统设计

程 泽，何启睿，宋庆浩

(武汉工程科技学院 信息工程学院，湖北 武汉 430200)

0 引言

在现代教育改革进程中，信息技术已广泛运用到高校校园的各个方面之中。目前大多数高校都没有专门应对资产管理的信息化建设制度，仅靠传统的一维、二维码等“贴标签”的资产管理方式，在日益增加的资产中暴露出了越来越多的问题。在现代智慧校园建设背景下，资产管理的改革对高校的建设发展发挥着越来越重要的作用，而实现信息化则是其改革的关键[1]。

1 资产管理总体设计

1.1 系统总体设计方案

1.1.1 智慧校园系统框架

智慧校园是在原数字校园的基础上进化而来。数字校园在过去一段时间确实给高校信息化建设带来了一定程度上的影响和变革，但这种变化依然是较为表面的、被动的，没有从根本上改变校园的管理、教学、科研模式。为了提升高校信息化管理水平，改变以往低效率的传统运作模式，在信息时代大背景下智慧校园概念越来越被重视。在2018年发布的《智慧校园总体框架(GB/T 36342—2018)》国家标准(以下简称《框架》)中提出，智慧校园总体框架建设应当分为基础设施层、支撑平台层、应用平台层、应用终端和安全信息体系等。

1.1.2 资产管理系统设计方案

按照《框架》指导意见，智慧校园的资产管理应当在基础设施、支撑平台、应用平台和应用终端都有所体现。智慧校园资产管理系统应当实现集成化、综合化的管理作用，应当考虑到当前高校的实际情况，兼顾效率与安全，建立从硬件设备、软件应用到网络服务的一体化管理体系。

智慧校园资产管理系统主要由资产标识、资产分析、资产管理、资产安全等子系统组成，如图1所示。其中基础设施层智慧校园资产管理系统最基本的物理层，包含电子标签、传感器、感知设备等数据标识与采集单元，实现对固定和流动资产的标识、图像、位置、状况等信息采集；支撑平台层则是对基础采集单元采集的数据进行存储、分析并提供数据接口服务，并借助分布式计算等对数据进行初步加工处理；应用平台层包含数据报表、资源管理、分类编目等单元，是对支撑平台数据服务的进一步处理加工，对不同数据进行融合、分析、整理和判断；应用终端是将前三层数据整合生成报表最终呈现在用户面前的模块，用户可以通过多平台对资产进行深度追踪和管理，同时也能借助接口服务进一步开发利用。

图1 资产管理系统总体架构

1.2 ZigBee技术

ZigBee技术是一种低成本、低功耗的双向无线通信技术，适用于传输范围较短且数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间，底层则采用IEEE 802.15.4标准规范媒体访问层与物理层。相较于传统的网络通信技术，ZigBee技术表现出更为便捷、高效的特征。在ZigBee网络中，我们可以根据设备具体实现功能的不同进一步区分为终端节点、路由节点和协调器节点等节点，终端节点采集数据并通过路由或协调器节点接入网络，也可以通过协调器节点传送控制指令。

ZigBee技术作为无线传感器网络的通信平台，可实现对各种环境及参数实时监控和智能预警，网络中每个无线传感器节点可自行组织形成无线传感器通信网络[2]。

1.3 RFID技术

射频识别(RFID)通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，识别工作无须人工干预。RFID通过供电方式可分为三类：无源RFID，有源RFID，与半有源RFID。用户可以自定义RFID标签内的存储信息，有利于对物品基础信息的掌握和区分，并可以被读写器进行读写操作。

1.4 ZigBee与RFID技术的区别

ZigBee和RFID在物联网的技术中的作用主要体现在信息采集上。对于较大型或元器件复杂的物体，RFID存在着读写距离的问题，然而通过与ZigBee的搭配，无疑会给终端识别管理技术带来强大的动力。同时ZigBee设备有自组网的特性，所以一个连一个就可以实现远距离的数据的传输，这也就使得可以让ZigBee的终端节点和一些监控设备或者像一些压力和温度感应进行组合使用，也可以进行一些远距离的监测像环境采集。从优缺点方面上看，RFID和ZigBee在某些方面就有一种互补的感觉，RFID无法实现长距离的监测，而ZigBee就可以；无源RFID电子标签容易粘贴物体，可大量复制，成本较低，相对的ZigBee集成度高成本也就更高。ZigBee和RFID技术的结合是大势所趋，而对于在物联网中的应用，其互相搭配的作用显而易见，对某些设备进行一些状态的监测和对设备进行消息发送就可以很好的运用到ZigBee和RFID技术。

2 校园资产管理系统的设计

2.1 资产标识子系统

资产标识主要采用RFID电子标签进行记录。在读写器设备不含天线的情况下，PHILIPS公司封装的UCODE HSL电子标签的稳定读卡距离可达十米左右。在2.45GHz的超高频段上，全世界都可以免费使用，UCODE HSL使用18000-6国际标准协议，同时兼容ISO18000-4，向下兼容ANSI 256/Intellita。同时UCODE HSL电子标签具有2Kbit的存储记忆体，用户可以自定义标签所属物品的属性等信息，方便对物品相关数据进行收集、追踪和接收终端信息的反馈[3]。

在一定范围内，需要布置有相对应的读写器、协调器和路由设备(见图2)，对电子标签实时读取，并向分析系统反馈数据信息。同时，可以在较贵重的电子实验设备(如计算机、机床等)嵌入ZigBee模块，实时获取设备的运行状态。而ZigBee也可以采用自组织网形式，使各个模块彼此在网络的通信范围中寻找彼此，形成一个新的ZigBee网络。模块之间还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的相互联络关系，对原有网络进行刷新。

图2 物联网识别终端树状拓扑结构

路由和协调器对设备信息进行无线读取、汇总，将自身位置等信息一并提交到数据服务器中。

2.2 资产分析子系统

资产分析子系统包括数据存储、数据分析等服务，应当基于分布式存储及备份、分布式计算和云计算等服务，建立资产项目大数据模型，为后续算法提供大量、可溯的数据支撑。还包括数据接口以方便开发者或云计算技术直接调用数据资源。

物联网的数据处理关键技术主要有分类处理和关联规则处理两方面。分类处理是指通过相关文本信息处理系统对物联网中的目标数据进行分类处理，然后依据预先设定的分类标准建立虚拟模型，以此来对物联网数据进行分类，能有效避免物联网数据处理失误。关联规则处理则是指通过文本信息处理技术，分析物联网数据之间存在的联系性，然后根据实际的联系性将其有机结合起来，处理为有效应用数据[4]。

2.3 资产管理子系统

资产管理子系统由电子标签、读写器以及微控制器构成。标签中存有物品的标识信息，如物品名称、物品属性、教室归属等。读写器一个位于封闭房间(如教室、场馆等)门内称为门内读写器，另一个位于封闭房间门外称为门外读写器。两个读写器的作用就是在其读卡范围内检测识别并发送带有电子标签的物品信息。通过两个读写器对同一物品的标签读取顺序来识别物品是进入还是离开区域。当有人将区域内可借出物品借出或归还时，需要向管理员申请，征得同意后方可将物品借出或归还。

通常情况下，电子标签由耦合元件和芯片组成，每个标签在芯片中存储能够标识目标对象的标识信息，因此，每个目标对象具有唯一的ID编码。无源电子标签成本远远低于有源电子标签的成本，并且有通用的协议标准。因为电子标签需要贴在物品内部，其金属外壳、电路板等电子器件会对电子标签有巨大的影响，导致读卡器难以读到有效数据，因此，需要对电子标签内部采取防金属化处理[5]。

3 结语

物联网的发展势必会伴随着无线通信技术的发展，ZigBee和RFID只是其中的几个比较常用的代表，除此之外还有基于NB-IOT、NFC等技术的物联网终端通信方式，各有各的优势和不足。文章主要对智慧校园的资产管理模块提出了基于物联网的建设构想，同样的通信技术也可以运用在智慧校园系统其他模块上。如何灵活运用物联网进行数据采集是数据分析、大数据等工作的基础，也是整个智慧校园系统的核心部分。