引 言　　

　　RFID(Radio Frequency Identification)無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)近幾年受到重視，各種應(yīng)用也相繼出現(xiàn)。許多國(guó)際大廠商的推廣及技術(shù)開(kāi)發(fā),，使得RFID技術(shù)日趨成熟,，使用成本也越來(lái)越低。RFID技術(shù)主要是由感應(yīng)標(biāo)簽(tag),、讀寫器(reader／writer)以及中間件(middleware)所形成的架構(gòu),。例如日本利用RFID追蹤生鮮蔬果的流通以保證質(zhì)量，全球第五大零售商Metro Group結(jié)合RFID與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存及出貨信息,。國(guó)內(nèi)在最近幾年才開(kāi)始注意到RFID這項(xiàng)科技,，相關(guān)的應(yīng)用與研究陸續(xù)出現(xiàn)。本文將以西南石油大學(xué)校史館的應(yīng)用為例,，舉出RFID與無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的兩種主要應(yīng)用模式,，并探討RIFD在系統(tǒng)研發(fā)上的相關(guān)議題。

　　除了RFID識(shí)別技術(shù),，還將RFID與WLAN結(jié)合,，探討無(wú)線及移動(dòng)計(jì)算的新運(yùn)作模式。將探討兩種可能應(yīng)用架構(gòu)：移動(dòng)用戶結(jié)合無(wú)線RFID標(biāo)簽讀取器,，以及移動(dòng)用戶結(jié)合RFID標(biāo)簽,。當(dāng)RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)用來(lái)作為身份識(shí)別與訪問(wèn)控制依據(jù)時(shí)，需考慮可能的安全問(wèn)題,，以防止RFID標(biāo)簽被惡意使用,，達(dá)到身份偽造或越權(quán)使用的目的，因此本文也將設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的RFID數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制,，以保障RFID標(biāo)簽的驗(yàn)證與授權(quán)安全,。

1 相關(guān)文獻(xiàn)探討

　　1．1 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)

　　RFID主要由讀取器發(fā)出無(wú)線電波，可在特定的感應(yīng)范圍內(nèi)感應(yīng)到RFID標(biāo)簽,，不需要實(shí)體接觸即可讀取或?qū)懭刖順?biāo)數(shù)據(jù),。RFID標(biāo)簽通常貼附于物品上,，讀取器感應(yīng)此標(biāo)簽,，快速地獲取物品相關(guān)信息并進(jìn)一步處理，非常適合自動(dòng)化應(yīng)用,。圖1是RFID系統(tǒng)運(yùn)作示意圖,。目前RFID標(biāo)簽因所采用的頻段與感應(yīng)技術(shù)不同，有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn),。其中頻率13．56 MHz以下的RFID通常采用電磁感應(yīng)方式,，標(biāo)簽天線在接收到讀寫器所發(fā)出射頻信號(hào)時(shí)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為啟動(dòng)IC芯片的電力,，同時(shí)從信號(hào)中讀取指令,，標(biāo)簽同樣以無(wú)線電波回傳數(shù)據(jù)至讀寫器。

        RFID標(biāo)準(zhǔn)主要由兩大標(biāo)準(zhǔn)組織EPC與ISO負(fù)責(zé)制訂,。依照ISO標(biāo)準(zhǔn),，RFID依所使用的調(diào)頻可分為135kHz以下的低頻,、主要為13．56 MHz的高頻、860～930MHz的超高頻,，以及2．45 GHz與5．8 GHz的微波,。使用的頻段越高，感應(yīng)距離相對(duì)增加,，發(fā)射半徑較大,，具有更快的讀取速度，不過(guò)成本也較高,。RFID可分為主動(dòng)式卷標(biāo)與被動(dòng)式卷標(biāo)兩大類,。本文采用符合ISO 14443A標(biāo)準(zhǔn)的RFID設(shè)備，并支持MIFARE免接觸式與雙接口智能卡的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn),。

　　1．2 無(wú)線局域網(wǎng)

　　近年來(lái)符合IEEE 802．11標(biāo)準(zhǔn)的WLAN已逐漸成為校園網(wǎng)絡(luò),、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)以及ISP的基本網(wǎng)絡(luò)存取服務(wù)。目前IEEE 802．11 WLAN以11 Mbps的IEEE 802．11b和54Mbps的IEEE 802．11g兩種WLAN最為常見(jiàn),。另一方面,，提供上述WLAN標(biāo)準(zhǔn)的PDA、筆記本電腦也漸趨普遍,，基本上WLAN所提供的帶寬已能滿足大部份網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求,。由于WLAN網(wǎng)絡(luò)布線的方便性，它十分適于在一些特殊公共場(chǎng)合提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù),，因此以WLAN為基礎(chǔ)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也應(yīng)運(yùn)而生,。

　　IEEE 802．11 WLAN提供兩種運(yùn)作模式：Ad Hoc模式與Infrastructure模式，二者主要差別在于是否采用了接入點(diǎn)(Access Point,，AP),。目前大部分WLAN采用In—frastructure模式，亦即移動(dòng)設(shè)備藉由AP達(dá)到通信或接入有線網(wǎng)絡(luò)的目的,，圖2為Infrastructure模式WLAN運(yùn)作示意圖,。

        在室外空曠沒(méi)有障礙物的環(huán)境，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802．11 AP信號(hào)涵蓋范圍大約可達(dá)100 m,，室內(nèi)環(huán)境通信的范圍大約為30 m,。所有使用存取同一AP的移動(dòng)設(shè)備，利用AP所提供的相同頻道進(jìn)行通信,，并形成一個(gè)基本服務(wù)集(Basic Setvice Set,，BSS)。AP通常會(huì)連至有線網(wǎng)絡(luò),，可與其他連接同一有線網(wǎng)絡(luò)的AP構(gòu)成一個(gè)分布式系統(tǒng)(Distrmution Syslcln,，DS)，并可以使用此種方式結(jié)合多個(gè)BSS與有線網(wǎng)絡(luò),，組成延伸服務(wù)集(Extended Service Set,，ESS),。ESS是為了擴(kuò)展無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)范圍，藉由此種設(shè)置方式,，使用者可以在不同無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)基站的通信范圍間漫游(roaming),，但網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)不中斷，適合大范圍應(yīng)用,。本文以Infrastructure模式的802．11b WLAN,、多個(gè)AP與有線網(wǎng)絡(luò)形成的ESS為基礎(chǔ)，建立結(jié)合RFID與WLAN的應(yīng)用系統(tǒng),。

　　1．3 數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)

　　數(shù)字導(dǎo)覽意指將導(dǎo)覽內(nèi)容通過(guò)數(shù)字設(shè)備輸出聲音,、文字、圖片,、影片等給用戶,，讓用戶對(duì)導(dǎo)覽內(nèi)容能夠有大概的認(rèn)識(shí)，并能夠與系統(tǒng)有良好的互動(dòng),。透過(guò)這些互動(dòng),，讓使用者在導(dǎo)覽時(shí)得到更多的樂(lè)趣。目前大多數(shù)的導(dǎo)覽系統(tǒng)為單機(jī)模式,，所有的導(dǎo)覽內(nèi)容預(yù)先存于導(dǎo)覽裝置中,，由用戶自行選擇導(dǎo)覽內(nèi)容，在使用上并不方便,。近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)與移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步,，智能型的數(shù)字導(dǎo)覽技術(shù)被提出，本文也是著眼于此,，探討如何應(yīng)用RFID與WLAN技術(shù)提供更佳數(shù)字導(dǎo)覽方式,。目前新的導(dǎo)覽系統(tǒng)多采用PDA作為用戶的移動(dòng)導(dǎo)覽設(shè)備，并可配合RFID或WLAN技術(shù),，提供智能型的導(dǎo)覽功能,。以下探討兩個(gè)導(dǎo)覽系統(tǒng)個(gè)案。

        (1) Tempies of Tibet

　　Temples of Tibet主要設(shè)計(jì)供游人參觀西藏廟宇時(shí)所使用的單機(jī)導(dǎo)覽系統(tǒng),，導(dǎo)覽設(shè)備使用PDA,，所有導(dǎo)覽內(nèi)容預(yù)先儲(chǔ)存于PDA。最大的特色是導(dǎo)覽內(nèi)容完全以Flash方式在移動(dòng)裝置中呈現(xiàn),，使用接口容易操作，介紹也相當(dāng)完整,。不過(guò)由于其內(nèi)容的豐富性,，檔案大小約有19．4MB，對(duì)于只有64MB容量的PDA而言,，占了將近三分之一的容量,，因此單機(jī)導(dǎo)覽系統(tǒng)畢竟在功能上還是有很大的限制,。

　　(2)西南石油大學(xué)校史館數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)

　　用戶利用已裝上RFID讀取器與耳機(jī)的PDA，讀取黏貼于展覽品展覽柜上的RFID,，PDA會(huì)由WLAN從服務(wù)器傳回相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)覽圖文及語(yǔ)音內(nèi)容,，因而可以依據(jù)使用者面前的展覽品進(jìn)行導(dǎo)覽。該系統(tǒng)也將RFID應(yīng)用在導(dǎo)覽設(shè)備的租借管理上,，服務(wù)人員在處理租借,、歸還時(shí)僅需將導(dǎo)覽設(shè)備與管理系統(tǒng)中RFID傳感器互相感應(yīng)即完成作業(yè)。此導(dǎo)覽系統(tǒng)已大致呈現(xiàn)了RFID與WLAN在展覽品解說(shuō)服務(wù)上的優(yōu)勢(shì),。事實(shí)上,，結(jié)合RFID與WLAN的可能應(yīng)用還有許多，例如票務(wù),、使用者個(gè)性化服務(wù),、定位服務(wù)、即時(shí)消息通知等,。

2 研究構(gòu)想

　　RFID可以扮演不同角色,，配合使用具有WLAN網(wǎng)卡的PDA所開(kāi)發(fā)的無(wú)線RFID標(biāo)簽讀取器，可依RFID讀取器與RFID標(biāo)簽的使用對(duì)象不同,，分為兩種應(yīng)用模式,。第一種應(yīng)用模式是用戶持有RFID讀取器，而RFID標(biāo)簽則貼附于應(yīng)用對(duì)象上,；另一種應(yīng)用模式則是用戶持有RFID標(biāo)簽,，用戶移動(dòng)靠近RFID讀取器。在校史館的應(yīng)用上,，第一種使用模式便是數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)的應(yīng)用,。不僅如此，第一種應(yīng)用模式也可應(yīng)用于用戶的定位服務(wù)或其他個(gè)性化服務(wù),，而若加上PDA本身的計(jì)算與通信能力,，各式情境感知以及需要大量運(yùn)算的應(yīng)用均符合此應(yīng)用模式。導(dǎo)覽系統(tǒng)利用RFID短距離非接觸式感應(yīng)的特性,，讓游客使用PDA感應(yīng)展覽品標(biāo)簽,，并藉由WLAN至從網(wǎng)絡(luò)取得展覽信息進(jìn)行導(dǎo)覽。除此之外,，由于所采用的PDA具有藍(lán)牙(Bluetooth)通信能力,，將在導(dǎo)覽系統(tǒng)的語(yǔ)音導(dǎo)覽功能上利用藍(lán)牙耳機(jī)，充分發(fā)揮無(wú)線通信技術(shù)給數(shù)字導(dǎo)覽帶來(lái)的便利性,。RFID結(jié)合WLAN的第二種應(yīng)用模式是用戶持有RFID標(biāo)簽,。在校史館票務(wù)系統(tǒng)上，利用RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，記錄不同參觀者的購(gòu)票內(nèi)容,。該票務(wù)系統(tǒng)利用RFID讀取器讀取參觀者的RFID標(biāo)簽內(nèi)容,，提供多樣化的票務(wù)應(yīng)用，例如依年齡,、身份,、參觀內(nèi)容、場(chǎng)次,，記錄不同的信息于RFID標(biāo)簽中,，達(dá)到利用RFID技術(shù)達(dá)到身分驗(yàn)證與訪問(wèn)控制目的。

        基于以上研究構(gòu)想,，首先虛擬一個(gè)能展現(xiàn)RFID結(jié)合WLAN特性的小型校史館空間,，然后為此虛擬校史館規(guī)劃、開(kāi)發(fā)導(dǎo)覽及票務(wù)系統(tǒng),。

　　2．1 導(dǎo)覽系統(tǒng)

　　在每個(gè)欲提供導(dǎo)覽服務(wù)的展覽對(duì)象附近放置RFID標(biāo)簽,，并建立WLAN基站，使WLAN基站信號(hào)能涵蓋參觀者所有可能的活動(dòng)范圍,。WLAN基站連至有線網(wǎng)絡(luò),，有線網(wǎng)絡(luò)架有一臺(tái)Web服務(wù)器作為導(dǎo)覽網(wǎng)站，所有的導(dǎo)覽內(nèi)容將被制成網(wǎng)頁(yè)放于此網(wǎng)站,，每個(gè)導(dǎo)覽項(xiàng)目對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的網(wǎng)址,。另外必須記錄所有RFID標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)符與展覽對(duì)象對(duì)應(yīng)，利用此對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù),，網(wǎng)站中網(wǎng)頁(yè)轉(zhuǎn)向(redi—rect)程序可依據(jù)由導(dǎo)覽PDA所傳來(lái)的RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)符提供正確的導(dǎo)覽內(nèi)容,。圖3顯示所規(guī)劃的導(dǎo)覽系統(tǒng)示意圖，其本過(guò)程是：a．RFID讀取器讀取標(biāo)簽ID,；b．PDA經(jīng)由WLA至Web服務(wù)器讀取導(dǎo)覽內(nèi)容,；c．PDA顯示導(dǎo)覽內(nèi)容；d．利用藍(lán)牙技術(shù)將導(dǎo)覽聲音解說(shuō)傳輸至藍(lán)牙耳機(jī),。

　　2．2 票務(wù)系統(tǒng)

　　RFID在票務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用,，有別于導(dǎo)覽系統(tǒng)。用戶持有RFID標(biāo)簽取代傳統(tǒng)門票,，而RFID讀取器則用來(lái)驗(yàn)證門票,。因此，票務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于如何利用RFID標(biāo)簽作為校史館的門票以及如何有效驗(yàn)證門票合法性,。通常校史館的門票可依據(jù)參觀者身份,、年齡或依參觀項(xiàng)目或場(chǎng)次提供不同票價(jià)門票，使用RFID標(biāo)簽取代傳統(tǒng)的門票也應(yīng)能夠提供相同的功能,。一般RFID標(biāo)簽都有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二且不能被拷貝,、篡改的ID標(biāo)識(shí)符,，可以辨別合法的RFID標(biāo)識(shí)符以達(dá)到基本的門票驗(yàn)證功能,。有兩種記錄RFID門票方式：記錄于票務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù),，儲(chǔ)存于RFID卷標(biāo)本身的內(nèi)存。圖4顯示第一種記錄售票內(nèi)容方式的票務(wù)系統(tǒng)示意圖,，基本過(guò)程是：a．參觀者購(gòu)票,，RFID讀取器讀取RFID標(biāo)簽ID；b．售票系統(tǒng)存儲(chǔ)售票內(nèi)容至票務(wù)管理系統(tǒng),；c．參觀者持RFID門票參觀,，館務(wù)人員持RFID讀取器讀取RFID標(biāo)簽ID；d．PDA利用WLAN至票務(wù)管理系統(tǒng)讀取門票內(nèi)容,。

　　2．3 RFID票務(wù)安全機(jī)制

　　由于RFID與WLAN的無(wú)線通信特性,，在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮可能的安全問(wèn)題，RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)符無(wú)法覆蓋的功能至少可保障每個(gè)RFID標(biāo)簽的唯一性,，防止使用復(fù)制RFID標(biāo)簽方式的安全攻擊,，因此基本上不用擔(dān)心RFID門票被違法復(fù)制的問(wèn)題。然而RFID標(biāo)簽內(nèi)存內(nèi)容允許讀寫,，如果RFID門票的內(nèi)容直接以明文方式儲(chǔ)存于內(nèi)存,，則惡意攻擊者可以很容易分析所讀取的內(nèi)容，并加以修改,，然后重新寫入RFID標(biāo)簽內(nèi)存達(dá)到安全攻擊的目的,。因此，使用RFID標(biāo)簽內(nèi)存存儲(chǔ)購(gòu)票內(nèi)容時(shí),，必須有一套票務(wù)安全機(jī)制,，避免上述安全威脅。本文提出使用單向哈希(hash)函數(shù)的票務(wù)安全機(jī)制,，利用RFID標(biāo)簽唯一性,，使存儲(chǔ)于每個(gè)RFID的門票內(nèi)容數(shù)據(jù)均不相同，以防止惡意攻擊者猜測(cè)門票內(nèi)容,。圖5說(shuō)明此RFID票務(wù)安全機(jī)制運(yùn)作過(guò)程,。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　基于以上構(gòu)想，搭建系統(tǒng)以驗(yàn)證架構(gòu)的可行性,。系統(tǒng)所需RFID設(shè)備購(gòu)自Giga—Tms公司,。RFID標(biāo)簽內(nèi)含1KB的只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，RFID讀寫器則采用CF適配卡形式的讀寫器插于HP iPAQ 4700 PDA,，所采用的RFID設(shè)備符合ISO 14443A及MIFARE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，電波頻率13．56 MHz，接口傳輸速率19 200 bps,，感應(yīng)距離約2～3 cm,。WLAN部分使用符合IEEE 802．11b標(biāo)準(zhǔn)的Cisco Aironet 350 AP連接至有線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)端的導(dǎo)覽系統(tǒng)與票務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器使用PC，內(nèi)建網(wǎng)站伺服程序,。在軟件設(shè)計(jì)上,，使用C#語(yǔ)言在Pocket PC操作系統(tǒng)利用COM接口通信程序與RFID讀寫器通信，并利用Web瀏覽器控件及HTTP通信協(xié)議開(kāi)發(fā)導(dǎo)覽系統(tǒng),。圖6顯示本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)架構(gòu),。

        本系統(tǒng)包括導(dǎo)覽系統(tǒng)與票務(wù)系統(tǒng)兩大部分。導(dǎo)覽系統(tǒng)執(zhí)行前必須先設(shè)定RFID讀寫器(CF接口)所在PDA串行通信端口位置并設(shè)定該串行通信端口的傳輸速率(baud rate)與讀寫器無(wú)線頻率(RF)相同,。當(dāng)PDA順利地與RFID讀寫器建立連接后,，導(dǎo)覽程序便開(kāi)始執(zhí)行并持續(xù)監(jiān)控RFID讀寫器傳回來(lái)的數(shù)據(jù)。當(dāng)RFID讀寫器感應(yīng)到RFID標(biāo)簽后會(huì)自動(dòng)傳入ID標(biāo)識(shí)符,，導(dǎo)覽程序?qū)D標(biāo)識(shí)符當(dāng)作一個(gè)網(wǎng)址參數(shù),，啟動(dòng)內(nèi)建的瀏覽器，瀏覽器從導(dǎo)覽服務(wù)器加載相關(guān)介紹網(wǎng)頁(yè),。內(nèi)嵌Flash動(dòng)畫,、文字及語(yǔ)音的導(dǎo)覽網(wǎng)頁(yè)便開(kāi)始播放，導(dǎo)覽語(yǔ)音經(jīng)由藍(lán)牙傳至藍(lán)牙耳機(jī),。圖7顯示PDA導(dǎo)覽畫面,。

        在票務(wù)系統(tǒng)方面，于PC上開(kāi)發(fā)售票管理系統(tǒng),，使用連至PC的COM通信端口與RFID讀寫器建立連接,。之后售票管理系統(tǒng)會(huì)與票務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接，待鎖定一張RFID門票后,，便從票務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中取得門票票價(jià),、剩余可售門票信息并進(jìn)行售票。此外,，售票管理系統(tǒng)也兼負(fù)導(dǎo)覽PDA租用業(yè)務(wù),。在確認(rèn)購(gòu)票內(nèi)容后，售票管理系統(tǒng)便將售票記錄存至票務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù),，并將售票內(nèi)容依據(jù)本文RFID票務(wù)安全機(jī)制寫入RFID門票的內(nèi)存,。另外在負(fù)責(zé)驗(yàn)票的PDA上設(shè)計(jì)門票驗(yàn)證程序，該P(yáng)DA經(jīng)由CF接口RFID讀取器讀取RFID門票RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)符以及2個(gè)512位數(shù)據(jù),，安全機(jī)制進(jìn)行驗(yàn)證,。圖8顯示售票管理系統(tǒng)實(shí)際操作畫面，圖9顯示門票驗(yàn)證程序驗(yàn)證RFID門票后在PDA上顯示的畫面,。

結(jié) 論

　　針對(duì)如何發(fā)揮RFID與WLAN的無(wú)線通信應(yīng)用,，本文提出了兩種可能的應(yīng)用模式，并以校史館導(dǎo)覽系統(tǒng)和票務(wù)系統(tǒng)為例展現(xiàn)其特性,。在研究過(guò)程,，發(fā)現(xiàn)RFID內(nèi)存數(shù)據(jù)保護(hù)的重要性,，因此設(shè)計(jì)了RFID票務(wù)安全機(jī)制。該安全機(jī)制可以廣泛用于RFID內(nèi)存數(shù)據(jù)的保護(hù),。隨著RFID相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,，它也能像WLAN一樣普遍并具有較低的價(jià)格，屆時(shí)各種結(jié)合RFID與WLAN的應(yīng)用將會(huì)更加容易,。