RFID技术在分布式集中控制保密柜中的应用
引言
随着现代数字化、信息化和网络化的普及，很多涉及技术、商业秘密的文件及介质需要安全的放置，并且在日常的管理工作中，经常需要管理人员对文件的借出与归还等进行登记管理、建立日志信息等，便于文件的跟踪与日后查阅。尤其在涉密行业中，对文件及介质的管理就显得更为关键和重要。若能实现对文件的智能管理，自动记录文件日志，势必会大大提高文件管理的质量和效率。目前，市场中大多使用保险柜来存放文件，传统的保险柜大多为机械式结构，只是在其柜门开关结构上采用更为复杂的锁芯技术，这种保险柜结构单一,且需保证柜钥匙不会落入他处，否则保险柜将不再保险，就必须更换新的保险柜。
RFID（无线射频识别，RadioFrequencyIdentification）是一种通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，从而对目标加以识别的自动识别技术。基于该技术，本文介绍了一种分布式集中控制的保密柜，该保密柜能通过指纹识别等方式实现柜门的开关。此外，通过RFID技术及控制管理系统对保密进行分布式集中控制，从而实现对文件及介质的智能管理。
1系统总体设计与实现
1.1智能保密柜柜体结构的设计与实现
涉密载体智能保密柜由金属结构箱体、智能控制计算机、RFID采集系统、图像采集系统、指纹识别门禁和报警传感器等几大部分组成。开关门的方式除指纹验证外，还可以选择密码锁验证、刷卡开关等多种组合方式。保密柜采用双频RFID技术，主要管理对象为贴有RFID标签的U盘、笔记本电脑、移动硬盘等设备。
智能保密柜系统既可以作为一个单一的系统存在，也可以向集中管理平台传送信息。通过网络可以实现数据共享和数据传输，管理人员可以在任意网络节点上检查物品的在位情况，也可以监督保管人员的工作状况，还可以查询以往的历史数据并用多种方式输出。
智能保密柜的柜体结构如图1所示，它由柜体、智能控制计算机、RFID釆集系统、图像釆集系统、指纹识别门禁和报警系统等几部分组成。
图1智能保密柜柜体结构图
(1)柜体结构
柜体采用优质炭化钢精制柜门及柜身，柜体大门采用自动门锁控制，只有授权的管理人员才能开启，在未授权和断电等情况下锁闭，在大门未关闭好时给予声光提示。柜体内部小柜具有独立的门，只有授权的使用者才能开启。
（2）智能控制计算机
图2所示是本保密柜的智能控制计算机和外设接口示意图。
图2智能控制计算机和外设接口示意图
通过智能控制计算机可以采集来自各个传感终端(如指纹采集器、门磁开关、摄像头、RFID读写器、振动传感器等)的信息，对各个信息进行统一的处理并发出相应的控制信号(如开门、报警指令等)。智能控制计算机同时可提供网络功能，实现分布式集中控制的功能。智能控制计算机采用嵌入式系统结构：软件系统平台为嵌入式Linux2.6系统，嵌入式数据库平台为SQLLite。采用嵌入式操作系统和数据库结构,可以为开发复杂的应用提供良好的支撑，也便于日后系统的升级。本系统的硬件为核心板加扩展板的结构方式。核心板采用AT9260型号的ARM9处理器"，主频为200MHz，RAM为64MB，FLASH为128MB，并提供有外部SD卡扩展接口,电路板为8层设计；扩展板主要由电源部分、接口部分与指示部分组成。接口主要有1个网口、5个串口、1个USB口和26个GPIO。电路板为2层设计。
（3）RFID采集系统
通过双频RFID读写器可以采集柜内物品的电子标签信息，获得物品是否在位等信息，实现对物品的实时监控和管理。系统采用非接触式自动采集，可确保信息的完备、真实和可靠。
（4）图像采集系统
图像采集系统主要由摄像头、存储系统和传输控制系统组成。可在使用者开启柜门时触发摄像头开始录像，采集使用者图像信息并自动存储到存储系统中，系统定期将存储的视频信息上传至管理系统。
（5）指纹识别门禁系统
本保密柜的门禁系统主要由指纹采集器、自动门锁、比较系统和存储系统组成。指纹采集器用于获取来自用户的指纹信息，并通过比较系统将用户指纹和存储系统中的指纹进行比较和验证，通过验证后，随即开启自动门锁。
（6）报警系统
报警系统主要由声光报警和控制系统组成。控制系统接收来自智能控制计算机传来的报警指令，然后启动声光报警器。
1.2分布式系统结构的设计与实现
本保密柜的分布式系统硬件架构示意图如图3所示。系统中的上位机软件系统和柜内智能控制计算机使用TCP/IP协议的网络接口连通。处于网络连通状态时，上位机软件系统可自动实时下载权限信息，而柜内智能控制计算机可自动实时上传柜子操作信息和物品存取信息。上位机软件系统可同时分布式管理多个涉密载体的智能保密柜。
智能保密柜 智能保密柜 智能保密柜
图3分布式系统硬件架构示意图
2RFID技术在系统中的实现
目前，在RFID领域中存在各种不同的应用频段，有125~135kHz的低频段，有13.56MHz的高频段，也有433MHz或860~960MHz的超高频段，还有2.45GHz甚至更高的微波频段。各自频段有着自身的特点。
通常，低频与高频RFID系统是利用电感耦合来传递能量和数据的，它的工作距离相当近，数据传送速率也较低,但受空间电磁干扰的影响相对也较小，并且低频波能绕射和穿过很多材质（如木头、水、铝、人体等等）,因而可由路标激励器来有效地覆盖一个适当的小区域（参考范围约为4m以内，譬如仓库入口等）。此外，低频系统的实现成本通常较低,通信距离短也是一个优势，即能比较精确地标定标签的位置。
超高频与微波段RFID系统拥有相当长的读写距离以及较大的带宽，这就意味着系统可以实现较高的数据速率。在有源RFID系统的工作原理中，从通信能量角度来说，相当于单程传输，可以用几个毫瓦的发射功率实现较远的（数百米的）通信距离，因此，特别适合远距离大数据量的传送。
总体来说，如果应用中既有用到小范围、小数据量操作,又有大范围、大数据量操作的时候，使用低频系统显然不能满足大范围、大数据量的要求；使用超高频系统，由于超高频与微波段电磁波穿透力并不好，因而在小范围的表现不够好。
通过多次实验证明，单独采用低频或者高频RFID技术，在铁柜中的识别标签效果很差，不能保证较好识别效果，因此,笔者研发并并选用一种RFID双频有源技术。其工作原理为:通过125kHz低频段激励信号激活电子标签，在激活状态下,电子标签通过2.4GHz频段将ID信号传送至读写器端。
双频技术指标如下：
频段：125kHz与2.4GHz；识别距离:0~4m可调；防冲撞能力：128个/次；标签使用寿命：大于4年。
3结语
本保密柜通过实验，结果表明，基于有源双频RFID技术的分布式集中控制保密柜系统可以满足用户的保密需求，并具有实时处理能力，而且功能扩展方便。RFID的应用不仅仅限制在该系统方面，它作为对现实世界物体标识与信息传播相结合的一种手段，将对社会各个方面产生重要作用，如物流管理、工业生产控制、个人身份识别、活动目标监测等。事实上，只需结合行业特点稍作调整，本分布式集中控制保密柜系统也可以应用于其它行业，从而形成其它行业的RFID应用解决方案。
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