RFID技术在电视台设备管理系统的应用.pdf

73影视制作系统网络System NetworkRFID技术在电视台设备管理系统的应用文/南京广播电视集团 徐歆摘要：RFID 是一项无线通信方法,能够对指定的信息实施非接触式的主动辨识。本文根据电视台设备管理问题的切实需求，结合设备的工作环境，阐述了 RFID 技术的理论基础和基本原理，描述了基于 RFID 技术构建设备管理系统的基本构成。并探讨了应用于设备管理中的优势和可行性。关键词：RFID 技术;电子标签;设备管理RFID 是一种无线通信技术，该技术能够基于无线通信所提供的技术平台对指定的对象实施非接触式的主动辨识。RFID 技术在防伪、仓储物流、资产评估以及游戏等项目的情报数据收集中发挥着重要作用。本文主要研究无芯片应答的 RFID 电子标签，这类电子标签成本较低，且可以广泛应用于室内定位。无芯片应答的 RFID 电子标签价格低、操作简单、普适性高、可实现性好。1.电视台设备管理现状在数字电视的运维过程中，优质的电视节目制作都离不开先进技术设备的支持与保证，但对于如何保障电视台设备高效、良好地运转，提高设备运用效益，传统的非智能化手工设备管控方式早已无法满足大规模设备管理工作的需要,并且终将逐渐被采用数据系统的管理方式所替代。目前本台设备管理中尚存以下 问题。（1）在前期设备管理中，需要人工对每个机架中的设备归还情况进行逐一核查。在预约设备时，同样需要人工对机架中的设备进行逐一寻查，导致前期设备管理效率低下,人工成本高。（2）在后期制作设备、演播室设备进行维修保养或迁移作为其他用途后，各设备的存放管理信息不能及时有效地更新。（3）对于本台库房中存放的备机、备品等，由于种类多、数量大，导致对此类设备的人工查询效率 低下。（4）在固定资产盘点时，需要对所有设备序列号逐一核对查询，该过程繁琐且准确率难以保证。本台设备管理中前期设备管理，使用热敏条码，通过条码扫描枪对前期采访设备出库、入库进行管理，其他设备后期编辑设备、演播室设备是对设备上粘贴的资产标签进行管理，与 RFID 技术相比，面临识别速度慢、数据携带量小、设备易损毁、无法反复利用、使用寿命短等不足。在资产盘点时，由于设备条码标签都贴在设备后部边缘处，不方便查看，在设备上架使用后也不适合条码设备扫描。而应用RFID 技术无需与目标接触就可以得到数据从而使设备管理更加便捷、精准。因此，本文基于上述问题，提出了一种基于 RFID技术的电视台设备管理框架，以实现电视台各类设备精准的智能化管理，提高本台设备管理部门的设备管理效率，节省人力成本。2.RFID技术2.1 概述RFID 技术通过射频信息(RF)或通过感应电流所产生的能量信息的方法自动识别目标物品和收集有关信息,从而达到对目标物体的实时跟踪和数据交换的目标。除了对目标的识别之外，RFID 技术还可以对其标74影视制作系统网络System Network记的对象进行精确的定位和追踪。基于此，我们提出了基于 RFID 技术的设备识别与管理，将每台设备都贴上RFID 电子标签，以协助我们在大量贴有电子标签的设备中快速搜索并定位目标。2.2 系统构成RFID 系统一般由 RFID 电子标签、阅读器和应用系统组成，该系统组成模块如图 1 所示。其中，各组件的硬件构成如下：1）RFID 电子标签由天线、耦合元件和芯片组成，每种标记上均带有一种特殊的光电代码，用于保存物体的唯一标记信息，又用来接收阅读器的电磁场调制信号并返回响应信号，以完成对标签识别码和内存数据的读取或入操作。RFID 电子标签按照电源形式分为有源标签、无源标签、半有源半无源标签。RFID 标签(按通讯形式)分为被动式、半被动式(也称作半主动式)、主动式三类。2）阅读器所处系统分为硬件和软件两个部分，其工作原理则是由两者相辅相成共同协作完成的。阅读器系统中的硬件（如图 2 所示）由天线、射频模块、控制模块和接口组成。控制模块作为阅读器的核心设备，由 ASIC 组件和微处理器组成，处理后的信息数据通过射频模块编码调制后，交由阅读器天线发射出去。控制模块通过阅读器的接口将存储的数据传回主机来完成与应用软件之间的交换。阅读器软件部分控制阅读器的所有指令动作包括：向读写器发出读写命令，作为相应的反馈信息，阅读器与电子标签之间就会建立起特定的通信链接等。RFID 阅读器根据频率可以分为 125K、13.56M、900M、2.4G 等频段的阅读器，可以根据应用场合的需求选择不同频段的阅读器。125K：一般叫做 LF，使用操作简便，且价格相对低廉。13.56M：一般叫做 HF，保密性强，读写速度快，中近距离 13.56mhzRFID 保密性好，中远距离13.56MHz 读写速度稳定、速率快。主要运用于家校通、人员考勤管理、出入口管理、图书、档案防盗管理系统、行政会议的签到。900M：一般叫做 UHF，由于通信距离远，且抗冲突性能好，通常用于停车场和物流等场合中。2.4G：微波段 RFID 阅读器，穿透性强。5.8G：微波段 RFID 阅读器，在高速 ETC 电子收费管理系统中广泛应用。应用系统位于 RFID 系统的应用层，主要用于对阅读器采集到的数据进行处理，其中包括对数据的解码、计算以及与主机之间的数据通信等，管理着 RFID 电子标签与目标对象信息的映射关系，需要具有很强的数据存储和处理能力。与传统条形码识别系统比较，RFID 有着许多的优势特性:（1）利用无线电信息主动辨别目标对象,自身具 有一定的穿透性，不需要紫外可见光源，还能够透过物体、设备的外部材料读取数据。保护外部包装，大大缩短了识别时间。（2）无需与目标接触就可获取数据，读取位置的支持距离广，一般从几公分到十多米之间。（3）由于不需要物理接触，标签无机械磨损，寿命长，并且可以在恶劣环境下正常工作，鲁棒性强。（4）支持写入数据功能，无需新建标签。（5）能够对 RFID 标签所附着的物体实施位置追踪，提取定位信息。图1 RFID系统模型 图2 阅读器结构图75影视制作系统网络System Network2.3 理论基础2.3.1 电磁理论基础在 RFID 系统中，RFID 电子标签与阅读器是利用相应的载体进行电磁波的发射与接收，以实现非接触式的目标识别技术。具体来说，这种方法就是利用两个天线的电磁耦合，进行能量传输和数据的信息交互。电感耦合模型如图 3 所示，该变压器按照电磁感应定律利用空间高频交变磁场进行耦合。在电感耦合方式中，阅读器将射频能量约束在阅读器电感线圈周围，通过交变闭合的线圈磁场，完成阅读器与 RFID 电子标签之间的电磁能量转换。在电感耦合系统中，我们可以把负载接入阅读器的电路中，并通过控制负载电阻的连接和断开，实现阅读器天线上的电压变化，进而使得远距离射频 RFID 电子标签对阅读器天线上的电压实现振幅调制。阅读器通过接收到这些电压变化，解调出有用的信息数据，以实现目标物体识别的目标。3.设备识别与管理中的应用3.1 工作原理RFID 的工作原理是通过无线电将标签编号发送给标签阅读器，然后，标签阅读器将该编号反馈至对象命名服务器（Object-Naming Services,ONS），ONS 会从数据库中查找标签的详细信息，例如该设备的生产时间和地点等，设备的识别与管理正是利用 ONS 实现的。对任何贴有 RFID 标签的设备，不管处在什么情况下,应用系统都可以通过无线通信感知其所在位置，时时记录各项设备的工作情况、运行状态、使用时间、使用地点以及使用情况等信息。在整个物联网的无线传输系统下，各项设备与中央处理器之间实现了互联。在人工智能AI 技术的加持下，使得整个系统的运作更加自动化、智能化，例如：查询设备日期的位置信息能够高效处理设备的位置信息和查询情况,记录设备的工作状态信息能够有效控制设备的工作情况,做及时的维护与修理等。3.2 RFID应用于设备识别与管理中的优势在设备识别与管理领域中，与条形码相比，我们所提出的 RFID 技术更具优势。目前，虽然条形码广泛被应用于各行各业，但是它们的局限性显而易见：条形码对于唯一库存单位而言，其中所有物品的条形码是相同的，这使得跟踪、查找、管理等操作非常困难。然而，RFID 的识别可以达到物品层面，对于每一个设备（即使同类同种）进行精确区分。除此之外，RFID 中的识别与跟踪基于无线通信技术，继承了无线通信系统的各项优势，可以工作于恶劣的环境条件下，并且基于 MQTT 协议同时读取多个标签，效率远高于条形码。相比条形码而言，RFID标签不受潮湿环境、灰尘及水污染等问题的影响，具有稳定性高、鲁棒性好、不易被篡改、安全性好等优点。此外，在设备的储存和使用过程中，不可避免会出现相互堆叠相互遮挡的情况，这使得条形码接触式的识别方式不可行。而基于无线通信传输环境的 RFID 技术并不会受制于上述限制，无线电波可以通过直射、绕射、衍射等方式传输，这种非接触的识别方式大大提高了基于 RFID 技术系统的实用性。RFID电子标签的另一项重要特性就是它可以容纳比一个简单的 ID 更多的信息，而且还能够合并额外的只读或读写内存，在此基础上阅读器可以进一步与之交互。只读存储器可以容纳额外的产品详细信息，这些信息不需要在每个询问记录中都读出,但在必要的特定情况下可随时提取。例如，标签内存库可以包含一些批处理程序，一旦发现一些产品存在问题，代码有助于发现其他存在相同或者有类似问题的产品。标签内存还可以用于存储自描述记录，尽管标签的唯一 ID 能够满足恢复在线数据库中记录的需求，但其与数据库的时时通信并不总是可行的。例如，当设备被使用或借用时，自描述信息可以避免其在运输的过程中发生网络中断、监控丢失等情况，或者将附加的运输目的地信息写入标签，这可以大大降低一个时时监控的物联网跟踪系统的 成本。应用在设备管理中的 RFID 标签具备一项有潜力的技术是：它们可以传递保存在系统存储器中的数据信息，通过传感器动态生成的数据商业版本的 RFID 技术已经可以监控设备运输、使用过程中的一些关键环境参 图3 电感耦合模型76影视制作系统网络System Network数。例如：设备在运输过程或使用过程中发生了碰撞，撞击可能会损坏设备的性能，此时，一个动力传感器将会发送一个比特信息至物联网的中央处理器，并与其对应的 RFID 标签代码一起反馈，提醒系统相关问题，便于设备的维修与护理。4.设备管理系统的实现方案4.1 设备管理系统概述 基于 RFID 技术的电视台设备管理系统，其本质就是通过 RFID 技术实现对电视台各种设备的管理，例如：1）前期外采设备（摄像机、三脚架、电池、外拍 灯光、话筒等）；2）后期制作设备（非编、录像机、读卡器、监视器等）；3）演播室设备（切换台、调音台、讯道摄像机、CCU 控制器、同步机、视分、音分、录像机等）；4）新设备库房、报废设备库房。设备管理系统的一般流程，涉及设备的新增、借出、归还、送修、完修、报废，它包含了设备从购买、运用直到报废的全过程。具体来说，我们通过标签阅读器扫描录入各设备的电子标签，并将所获取的标签信息反馈至对象命名服务器，与其建立连接，同时获取对象命名服务器中该设备的管理信息及其管理策略。4.2 系统主要功能需求与实现 采用 RFID 技术对电视台设备进行管理的系统主要面向三类使用者，分别是设备管理员、系统管理员和设备使用人，其主要功能包括对本台设备的使用、借还、查询、统计、设备清点等。针对上述各项功能，我们提出系统的实现方案设计(如图 4 所示)如下：（1）前期设备借还子系统当主要功能为借用设备时，首先确认借设备卡，再读出设备的 RFID 标签信息，通过系统录入借设备信息后，印制凭条，最后进行设备的借出；当其主要功能是归还设备时，首先扫描设备 RFID 标签信息，系统内录入还设备或续借数据信息，印制凭条，最后进行还设备或续借操作等。（2）设备管理子系统 该子系统的主要功能是为设备标签注册，以及根据设备管理策略指定设备的存放地点。具体来说，在新设备进机房时，需要为设备分配唯一可识别的 RFID 电子标签，并通过标签转换装置将数据信息写入电子标签，同时该子系统会根据当前设备管理系统的调度管理现状，对设备指定存放位置的库房信息。其它子功能包括对设备标签等的信息读写、进行识别转换关联、日志查询、系统设置等。（3）设备清点子系统 该子系统的目标是实现对全台设备的全自动化智能清点功能。具体来说，该系统利用非接触式的阅读器对全台各房间内的所有设备进行智能化的扫描，在完成对所有 RFID 标签的扫描后，通过无线网络传输即可将设备存放信息数据录入对象命名服务器上，以此完成全台设备的清点任务。（4）设备安全监测子系统该子系统主要进行设备安全检测、日志查询和系统配置等管理工作。当未办借备登记的设备进入安全门时，控制系统会自动开启声光报警，防止设备被非法带出，对全台设备的管理提供安全保障。5.小结本文基于RFID的基本原理及RFID系统的基本工作流程，设计了基于 RFID 技术的电视台设备管理系统框架，该系统能够实现对全台各设备的智能化使用、借还、查询、统计、设备清点功能，在节省人力成本的基础上，大幅改善了设备的使用效率和管理水平，随着自动化和信息数字化进程的不断加快，RFID 技术一定会得到更广泛的应用。图4 设备管理系统拓扑图