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RFID区域实时定位追踪系统处理方案

提议书

上海锐帆信息科技
02月
目 录
第1章 系统概述 3
1.1 应用概述 3
第2章 设计思想和标准 3
2.1 系统设计思想 3
2.2 系统设计特点 4
2.3 系统实现关键功效 4
2.4 系统建设标准 5
第3章 系统总体介绍 6
3.1 系统原理 6
3.1.1 电子标签 6
3.1.2 RFID自动识别工作原理 6
3.2 系统总体结构 7
3.3 系统功效 7
3.4 系统性能特点 8
3.5 有源电子标签 9
3.6 无线识别基站 11
3.7 手持式PDA电子标签读写器 12
第4章 系统配置标准 13
4.1 系统配置标准 13
4.2 系统关键支撑环境 13
4.3 系统关键硬件 14
4.4 系统关键应用软件 14

第1章 系统概述
1.1 应用概述
区域人员及设备实时定位和追踪系统（APS：Area Position System）是采取现在国际上最优异ACTIVE RFID 技术区域实时定位系统。该APS定位系统能够立即、正确将各个区域人员及设备动态情况反应到中心监控计算机系统，使管理人员能够随时掌握布控区域人员、设备分布情况和每个受控对象运动轨迹，方便于进行愈加合理调度管理。当有突发事件时，管理人员也可依据该APS区域定位系统所提供数据、图形，快速了解相关人员位置情况，立即采取对应控制方法，提升安全和应急工作效率。
区域人员及设备实时定位和追踪系统是集安全控制、人员考勤、跟踪定位、日常管理等一体综合性利用系统。也是中国技术最优异、运行最稳定、设计最专业化区域实时定位系统。这一科技结果实现，将为企机关和机要单位安全生产和日常管理上台阶和事故抢救带来了新契机。
上海锐帆信息科技是中国领先专业从事电子标签(RFID)产品及短程通信设备研发、设计、供货和技术服务高科技企业。上海锐帆信息科技完全自主知识产权i-CollectedTM创新技术是最新、独创专利技术，融合了射频领域和数字技术中多个领先科技，采取独特软件无线电技术、微功耗技术、防碰撞技术、应答协议、局域激活空间访问技术等专利组合。i-CollectedTM 技术创建了高性价比电子标签处理方案，能充足满足高速发展RFID物品自动识别需求。上海锐帆电子标签产品已经成功应用到集装箱自动识别、车辆自动识别、人员追踪、军队可视化物流等很多领域。
第2章 设计思想和标准
2.1 系统设计思想
APS区域实时定位系统包含嵌入式技术、移动计算技术、无线射频识别、计算机软件、数据库、数字通讯等方面。所以，在设计方案时，除了考虑其功效外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充足考虑。系统利用现有成熟工业485通讯网络作为主传输平台，对应无线识别基站、RFID识别标签等设备和系统挂接，经过区域实时定位管理专用软件和主系统以标准专用数据库进行后台数据交换从而实现区域目标跟踪定位和安全管理。系统总体设计关键表现在：
1） 实现布控区域目标进出有效识别和监测监控，使管理系统充足表现“人性化、信息化和高度自动化”。
2） 为管理人员提供人员进出限制、考勤作业、跨区报警、安全监控等多方面管理信息，一旦有突发事件，经过该系统立即能够知道和回溯全部受控目标位置和运动历史情况，确保安全管理工作高效运作。
3） 系统设计安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。
4) 轻松联网，BS 结构，轻松实现更宽广地域联网监控。
2.2 系统设计特点
1） 高度自动化。系统能自动检测受控目标经过受控区域时间、地点信息，并自动实现对受控目标考勤作业、统计及安全管理。
2） 成熟可靠网络通信系统。安装在布控区域无线识别基站，实时将采集到信息经过485工业通讯网络传送到中心集控系统，整个过程无需人为干预。
3） 完备数据统计和信息查询软件。系统软件含有专用数据库管理系统，包含受控目标信息采集和统计分析系统，考勤作业统计和管理分析系统，显示并打印多种统计报表资料，为高层管理人员查询和管理提供全方位服务。
4） 系统安全、稳定、可靠性设计。系统产品完全采取室外环境下全天候连续可靠工作设计。
5） 完善异常情况（包含无效卡、失效卡、黑名单卡进入）报警呼叫系统配置。
2.3 系统实现关键功效
1）受控目标实时跟踪监测，位置自动显示；
2） 实时查询、打印目前及某时间段受控目标数量、 活动轨迹及分布情况；
3）受控目标考勤、统计、存放、打印；
4） 监测图页静态和动态编辑作图对用户开放，支持多个图形格式，鼠标和键盘均可操
作，全方面支持实时多任务。在系统进行实时数据采集同时，系统可进行统计、显示、查询、
编辑、人工录入、网络通信等；
5） 系统中心站及网络终端能够局域网方法联网运行, 使网上全部终端在使用权限范围
内全部能共享监测信息和系统综合分析信息、查询各类数据报表；
6） 监控软件含有很强作图能力, 并提供有对应图形库, 操作员可在不间断监测
同时,轻易地实现联机并完成图形编辑、绘制和修改；
7） RFID识别标签采取纳瓦级低功耗设计，重量轻，无须外部电源，有多个携带方法供
选择。
整个系统将尽最大可能，保持用户现有网络系统和应用系统，并预留接口，可和现有应用系统或未来应用系统结合，实现多方统一管理功效，降低或避免用户反复投资。
2.4 系统建设标准
系统建设包含软、硬件两方面。在软、硬件开发、采购、集成时，上海锐帆信息科技确保遵照了以下标准：
1) 优异性
APS系统关键构建思想是利用射频自动识别技术、嵌入式移动计算技术和软件技术，结构一个覆盖大范围区域产品智能追踪系统，含有产品优异、成熟、性价比高等特点优势。
2) 经济性
在确保满足技术要求前提下，系统设计尽可能采取性能价格比最好产品。系统建设最大程度发挥原有部分设备作用，如计算机网络，设备、软件等，最大程度上为用户节省投资，保护已经有用户投资。
3) 实用性
系统建设完全符合本项目标应用需求和实际情况，突出实用性强，界面友好，操作简单。
4) 扩展性
在系统方案中根据系统分析、统筹计划见解对系统容量及网络发展设想进行方案设计，既考虑到目前使用易用性，更含有合适超前性。
第3章 系统总体介绍
3.1 系统原理
APS实时定位追踪系统经过RFID(电子标签)应用，以电子标签作为现在最优异标识码，含有了不易破损、数据可靠、使用周期长、有效通讯距离长等特点，是替换条形码、红外线标识最好选择。将其安装在受控目标上，来作为目标唯一标识进行追踪和定位。
工作时，管理人员经过联网无线识别基站追踪和定位目标。
3.1.1 电子标签
简单讲，电子标签（RFID）技术是一个无接触自动识别技术，其基础原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特征，实现对静止或移动中待识别物品自动机器识别。
射频识别系统通常由两个部分组成，即电子标签和阅读器。应用中，电子标签附着在待识别物品上，阅读器用于当附着电子标签待识别物品经过其读出范围时，自动以无接触方法将电子标签中约定识别信息取出或将特定信息写入，从而实现自动识别物品或自动搜集物品标识信息功效。
因为RFID不要求在标签和阅读器之间有光线通路，避免了其它自动识别系统（比如条形码）缺点。这确保了RFID系统能够用于恶劣环境，比如灰尘、泥土、高湿度、可见度差环境。 RFID最大优点是在上述恶劣环境下仍能够得到令人满意读写速度，在大多数情况下，能够在100毫秒之内响应。除此之外，RFID读写是完全自动、全透明，不需要手工扫描被追踪对象，也不需要象其它接触式标签技术那样，需要激活磁条阅读器、IC卡阅读器等。
3.1.2 RFID自动识别工作原理
RFID和短程通信设备组成系统关键包含智能RFID，RFID读写设备(Read-Write Units，简称RWU)两部分，读写设备RWU和RFID之间无线通信实现信息管理系统和RFID之间信息交流。
读写设备RWU是RFID读写控制器，由微处理器、安全模块和微波通讯控制器和RS232/485通讯接口等组成，以短程通讯协议和微波无线传输手段，实现RWU和RFID之间安全可靠信息交换目标，RWU经过RS232/485/无线/GPRS和上位机连接，从上位机接收控制命令和数据并返回数据。
RFID是一个含有微波通信功效和信息处理、存放功效移动装置。RFID内置一个小型实时任务系统，完成RFID内部存放器、I/O、电源、通讯协议、密钥、算法、命令协议处理等功效。
短程通信技术采取无线通信协议，其关键是利用小功率微波天线覆盖而组成小区分割，并采取基于HDLC协议时分多址和同时通信机制，经过设计对应处理和控制软件来实现RWU-RFID之间双向数据传输和信息交换。
3.2 系统总体结构
系统方案

系统网络结构

安装方法
关键组成部分以下：
n APS实时定位追踪系统中心Server（数据库和后台服务程序）；
n APS用户应用服务终端；
n APS网络管理子系统；
n 无线识别基站（用于目标受控区域布点追踪）；
n 手持式PDA电子标签读写器（可选，用于对目标人工追踪和查找，实时布控有效补充）；
n 有源电子标签（标识目标）。

3.3 系统功效
实时布控区域目标动态显示功效：
1) 任一时间查询并显示受控区域目标数量、分布情况及身份；
2) 查询一个或多个受控目标现在实际位置；
3) 可实现信息多点共享，供多个部门及领导同时在不一样地点查看；
丰富地图功效：
含有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、土层控制、地图打印等功效。
禁区报警功效：
对于指定禁区，假如有非授权进入，实时报警，并显示进入禁区目标及身份。
目标轨迹查询：
可查找某目标在某个时间段内所经历路径，并在图中画出线路轨迹。
丰富受控目标考勤能力：
可对出入布控区域目标进行统计，实现目标考勤统计，建立目标多种信息报表（如：时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等）。
突发事件控制：
一旦有突发事件，上位机上立即能显示出该现场目标数量、信息，位置和历史情况等信息，大大提升安全管理工作效率和效果。

3.4 系统性能特点
强大系统处理能力：
1) 采取i-Collected算法优化系统数据处理能力；
2) 高度自动化；
3) 基于GIS 技术地理信息显示、查询系统；
4) 完善数据分析能力；
卓越识别性能：
1) 高度识别可靠性，100%前端识别率；
2) 识别距离远（识别距离可达2-50 米可调）；
3) 极高防冲突性（每个识别基站可最多同时识别数以百计运动目标）；
4) 高度识别稳定性（误码率小于10 万分之1）；
5) 快速识别速度（最快可达成200 公里/小时识别速度）。
现场优势：
1) 环境适应性：高抗干扰性，对干扰源、周界环境无特殊要求；
2) 安装方便性：一体化结构设计，无需外接天线；
3) 运行可靠性：内部电路高度集成化，器件故障率最小化。
电气特征：
1) 超低功耗：纳瓦级超低功耗设计，RFID标签在不更换电池情况下可连续正常工作5 年以上；
2) 方便性、安全性，标签无须外接电源，无须充电、无须更换电池；
3) 无辐射，对人体和环境无任何影响，更安全更健康。
系统硬件设计：
1、工控频段
采取2.4G 工控频段无线通讯无需无线电管制委员会同意，不需缴纳频谱占用费用。
2、超低功耗
RFID标签采取独特纳瓦级超低功耗设计，确保能在电池支持下连续工作长达 5～8 年左右。同时，整体结构低功耗设计既确保了设备有效运转，又降低了应用实施复杂性和成本。
3、网络容量大
一个区域定位网络能够容纳多达六万余RFID识别目标和大量接入点。大容量确保了网络强大数据采集能力。同时，网络高冗余性确保了整个网络在部分节点停止工作情况下仍然能够正常运转。
4、高可靠性
APS实时定位系统关键技术现在采取独有i-Collected算法，实现网络自唤醒，自容错，自愈合。
5、运行及维护成本低
APS全部硬件设备均采取免维护设计，建设和维护所需要人工费用是很低，任何一个经过授权RFID标签只要放在网络无线信号覆盖范围内，就可自动加入网络工作，无须任何安装配置。高度智能化最大程度上降低了网络维护所需人力和时间，加上网络节点本身价格低廉，使得系统维护成本极低。

3.5 有源电子标签
上海锐帆信息科技创新RFID产品架构在2.4GHz射频模块和16位高性能RISC微处理器基础上，设计了强壮协议来实现系统超低功耗和高度防冲撞性能，图所表示。含有以下特点：
n 远距离（0～50M）自动识别，可软件控制；
n 最大125枚/秒防冲突性能；
n 最高识别速度可达200公里/小时；
n 只读型；
n 基于HDLC时分多址和同时通信机制；
n 独特纳瓦级超低功耗设计；
n 5年以上使用寿命；
物理特征
n 外壳材料：高温改性ABS塑料；
n 外型：IC卡型(5mm厚度)，或 椭圆型，60mm×35mm×8mm；
n 重量：25克；
n 颜色：可选；
n 防护等级：IP34；
微波链路特征
n 信号调制方法：GFSK；
n 通讯速率：双向1024Kbit/s；
n 工作频率：2.45GHz；
n 最大输出功率：-5dbm；
n 接收灵敏度：-80dbm~90dbm；
n 位误码率：10-9 ；
n 空中接口：符合ISO18000-4规范；
n 电气特征
n 静态电流：小于100nA；
n 工作电流：小于2mA；
n 使用寿命：大于5年（可选使用寿命）；
环境特征
n 工作温度：-30℃ ～ +65℃；
n 存放温度：-40℃ ～ +80℃；
n 工作湿度：小于85％；
n 抗震动：10～Hz 15g 三个轴；
n 自由跌落：1000mm混凝地面，每个面2次；
n 抗电磁干扰：10V/m 0.1～1000MHz AM调幅电磁波.

图 电子标签产品
标签软件整体架构为一个以事件驱动为中心实时任务系统，驱动事件分为定时事件、外围模块事件、看门狗事件、故障事件多个大类，任务系统对事件进行处理以完成特定功效或对系统故障进行处理以使系统恢复正常工作。关键功效有：
n 对微波通讯模块及其它外围电路进行初始化配置
n 控制命令处理
n 数据存放管理
n 密钥和算法实现和管理
n 状态机和安全机管理
n 看门狗、故障、非正常情况处理
3.6 无线识别基站
无线识别基站配有高增益天线，关键用来在固定场所对电子标签进行识读，图所表示，产品关键特点有：
n 远距离（0～100M）自动识别，可动态控制；
n 支持RS232/485/维根方法和上位机通讯；
n i-Detector加密计算和认证，确保数据安全，预防链路窃听和数据破解；
n 最大支持512个信道，使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；
n 优异i-Detector防碰撞技术，最大支持625个/秒防冲突特征；
n 作用距离可控，最大支持128级功率控制；
n 支持读写器固件在线升级；
n 支持联机和脱机两种工作模式，含有内部RTC，带6个当地I/O接口；
n 含有当地存放单元，最大支持512K字节存放容量；
n 抗干扰和防雷设计；
n 满足工业环境要求；
n 防护等级：IP54，IP65；
n 安装方法：专用安装套件；

图 固定式电子标签读写器
3.7 手持式PDA电子标签读写器
基于PDA CF接口手持式读写器，所支持PDA种类多达30余种，并提供二次开发包，含有高度灵活性，为RFID自动识别应用带来了革命性突破。图所表示，产品关键特征为：
n 基于微软WinCE4.0以上嵌入式操作系统；
n Intel® XScale™ 技术微处理器，标准配置为400MHz；
n CF接口电子标签读写模块，支持读写模块即插即用；
n 64MB SDRAM 内存, 标准配置为100 MHz；
n 内置已分区存放器，用于存放操作系统及应用程序和数据；
n 提供SD型存放卡插槽；
n 提供蓝牙Bluetooth接口；
n 提供WI－FI 802.11 接口，可选GPRS通信模块；
n 锂电池后备实时时钟；
n 320x240 分辨率 QVGA-TFT 型彩色触摸屏显示器；
n 使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；
n 优异防碰撞技术，支持多标签读写；
n 可配置微波模块工作方法，发射功率可调；
n 抗干扰和便携式设计
n 满足工业环境要求

图 手持式PDA电子标签读写器

第4章 系统配置标准
4.1 系统配置标准
系统设计在性能最优情况下尽可能降低成本，追求性价比最大化；硬件设备选材基于确保性能、降低价格标准，在考虑建设投入同时还必需考虑通讯系统运行和维护费用。同时也可使用现有设备，并不影响系统高速运行。
4.2 系统关键支撑环境
1) 网络环境
－LAN。
2) 硬件环境
系统使用网络环境(可使用现有设备):-
服务器及PC机
描述
服务器　
P4 1x2.8GHz CPU, 512M内存，30G硬盘、10-100M网卡
管理工作站：
标准配置 P3级以上PC （128M内存 30G硬盘）
3) 软件环境
操作系统：Win Advanced Server，Windows /XP/NT
数据库系统：MS SQL Server
4.3 系统关键硬件
系统硬件
描述
有源电子标签
远距离电子标签，安装在图板上
无线识别基站
用于固定点对识别目标实时追踪
手持PDA电子标签读写器
用以人工查找定位带电子标签目标
485总线设备
建立无线识别基站组网

4.4 系统关键应用软件
系统应用软件
描述
Server
服务器端应用软件
PC Client
PC用户端应用系统
Embedded Client
手持式PDA电子标签读写器追踪用户端应用系统