基于RFID的校园安全信息管理系统的设计与研究

基于RFID的校园安全信息管理系统的设
计与研究
作者：徐守辉
来源：《科技资讯》 2012年第23期
徐守辉
(厦门信达物联科技有限公司福建厦门 361009)
摘要:按照物联网应用的软件开发过程和软件工程生命周期理论,本论文在调研校园安全相关的业务流程的基础上,分析和设计了基于物联网技术的校园安全信息管理系统的一般流程与功能。

论文阐述了系统建设的目标、分析了系统的功能性需求,即通过以RFID为核心的技术,收集、定位、跟踪、发送、查询和统计校园学生的出入及位置信息,以辅助校园考勤和保障校园学员的安全。

在此基础上,论文设计了系统的物理架构、四层软件架构、开发环境和系统关键的接口,
划分出系统的功能模块和描述了模块的功能。

最后,通过测试用例的分析和结果,验证了系统设
计的合理性和有效性。

关键词:校园安全信息管理 RFID技术系统设计与实现
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1672-
3791(2012)08(b)-0005-03
物联网(Internet of Things,IOT)是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产
业浪潮,是一个全新的技术领域,其发展潜力和市场巨大。

ITU报告中物联网的定义为“拥有身
份与虚拟人格的事物在智能空间中应用智能接口相连,并与社会环境、生态环境以及用户环境相联系”[1]。

研究机构iDate估计,“全球将有1亿9千万的机器设备将于2012年通过物联网进行连接和共享信息”。

随着物联网的核心技术RFID的发展,其应用也不断深入到各行各业,各国已将物联网技术的应用当成信息技术的重大发展战略[2]。

当前,社会上的一些不安定因素和违法犯罪行为已影响到中小学校园。

校园的师生均属于安全防范能力较弱的群体,校园的安全问题维系着社会的稳定、牵动着家庭的幸福,已成为全社会
密切关注的话题。

利用RFID的非接触、工作距离远、精度高、信息收集处理自动快捷及环境适应性好等一系列优点[3],不仅能取代传统的IC卡感应和信息收集方式,也能自动实现人员定位和监控、信息
即时发送等等人工很难完成的任务。

因此,为了创建文明安全的校园环境,提高校园管理的标准
化水平、减少校园工作人员的工作强度和操作失误,校园安全信息管理系统的建设有举足轻重的作用,且它非常有现实意义和推广价值。

1 系统建设的需求分析
系统的需求获取和分析,为后续的系统设计提供数据,校园安全管理系统要有以下几个特点。

系统处理的信息量大,特别是上下学时间,进出校园门口的学生数量多且集中。

要求系统提供的信息实时性强,这要求系统能实时收集、处理和发送相应的信息,如实时将
学生进出校门的信息短信方式通知家长。

系统识别准确度高,即要求系统能准确感应到一定距离的感知对象,收集到正确的消息。

系统稳定性强、性能可靠、操作简便。

1.1 系统的建设目标
系统建设目标通常就是其高层面的业务需求,一方面,家长能获得学生在校的实时信息,提高对学生的状态的监控能力,增强学生的安全保障;另一方面,学校能更有效地对学生进行考勤,搜索学生所在的区域,动态查询和统计各项综合数据,从而提高校园安全的整体管理水平。

将系统日常性功能需求描述成用例图(如图1所示)。

1.2 系统数据流分析
DFD(数据流图)是描述系统功能性需求的重要工具和方法[4],校园安全管理系统的数据流包括:师生进出校门的数据流图、信息查询与统计数据流图、保安人员检索数据流图、系统管理数据流图等等,下面以师生进出校门的数据流图进行说明(如图2所示)。

学生或教师从经过校门时,通过RFID读取器读取人员的电子标签ID,它属于DFD中的数据流,实时写入“人员进出信息库”中,“人员进出信息库”的类型属于数据存储单元。

2 系统架构设计
本系统基于B/S架构,用户在各点通过RFID读写器将RFID标签及相关数据信息实时回传至后台管理系统,采用GPRS(或者Wifi等)通讯方式,完成数据信息的传送和采集；而管理人员通过浏览器登陆系统,进行后台管理系统的数据操作和系统维护。

系统设计内容主要包括系统开发环境构建、系统物理架构设计、软件架构设计和接口设计等[5]。

2.1 系统开发环境与物理架构
系统开发环境包括软件环境和硬件环境两部分。

(1)硬件环境包括:有源或无源电子标签、无线网络,服务器、有源或无源读写器等等。

无源电子标签和读取器的成本低且实施相对简单,分高频、超高频和微波三类频段,但读取距离相对较短,属于被动式射频系统,它是比较常见的方式。

有源的成本较高,可显示学生在校的具体区域位置。

常见的有源电子标签工作于433m频段或2.4g工作频段[6]。

2.2 系统软件环境包括
(1)开发工具:Visual Studio 2010(Framework 4.0)[7]。

(2)操作系统Windows Server 2005、后台数据库: Microsoft SQL Server 2008等。

系统的物理架构是在分析系统的需求基础上,明确各硬件设备的性能和选型,并将各硬件和设备进行有效的集成,设计出的系统物理架构图如图3所示,系统信息的传送流程如图4所示。

2.3 系统软件架构
系统的软件架构采用四层架构进行系统设计,所谓四层架构,是在客户与服务之间加入了一业务逻辑层，也叫组件层。

它与客户层、服务器层共同构成了四层体系,即界面层(UI)、服务层(SL)、业务逻辑层(BLL)、数据存储层(DAL)实行分离[8]。

增强了应用程序可用性、安全性、封装复用性、可扩展性和可移植性,以便于实现便捷、高效、安全、稳定的企业级系统应用。

软件系统架构如图5所示。

2.4 接口设计
系统按口设计包括用户接口、外部接口和内部接口三个组成部分,各部分分别说明如下。

2.4.1 用户接口
通过系统配置,系统可设置RFID读写器的连接参数、GRPS连接参数、其他系统交互参数,
系统管理员可通过配置进行灵活修改。

2.4.2 外部接口
本系统提供开放性的软件程序开发接口(Application Programming Interface, API),系统通过Web Service、XML、WSDL实现系统系统与校园网内部业务系统的接口。

系统可调用任何格式的电子文件,系统通过浏览器中直接调阅选中的文件。

如果是图形文件,系统在浏览器界面中直接读入,如果是其他格式的文件(通常是Word文档),系统将文件从服务器端下载并从客户端打开相应的启动软件。

网络拓扑结构为以太网,采用TCP/IP协议和GPRS协议作为本系统的通信接口。

2.4.3 内部接口
内部接口是指系统内部模块及模块内的数据交互,其接口设计方式分成。

(1)在数据访问层抽象出内部接口,提供对数据的访问功能。

(2)在业务逻辑层抽象出内部接口,为服务层提供业务逻辑处理功能。

(3)使用Web Service提供服务接口,供系统内部的各模块调用。

(4)使用RFID读写器提供的接口,完成RFID电子标签数据的实时传送。

3 系统的模块划分与功能
依据上述的需求分析结果,按软件工程理论的“高内聚、低耦合”的原则,将系统分解成以下几个模块。

(1)上下学及出入校门管理:追踪学生是否在规定的时间到校和离校,如果发生异常状况时,通知学校相关人员及家长。

系统也提供网页接口,供家长与学校相关人员查询学生的上下学状况[9]。

(2)学生在校行踪管理:通过手持设备追踪学生在校的区域,定位出学生在校的位置。

(3)危
险区域管理:在校园内的危险区域设立管制机制,当发现学生进入到危险区域内时,系统立即自动报警。

(4)校园访客管理:给来校的访客配发主动式RFID卡片,可通过安装在校园中的主动式RFID读取器来追踪访客在校园内的位置。

(5)系统管理:建立和维护组织和用户信息、设置角色和用户权限,进行日志管理和维护数据字典。

4 系统测试
以某中学的校园安全管理系统建设为实例,该系统参照本文的需求和架构进行设计、系统实现。

系统测试用例包括:非法键容错测试用例、读/写/删除操作结果用例等等,下面以图4中从安全管理系统传送异常数据至校园其他业务管理系统的功能为例进行说明。

某接口系统测试用例如:表1所示。

5 结语
系统需求分析、架构的设计和接口设计,是建立应用系统的基础性工作,本文将RFID无线射频识别技术、计算机技术、通讯技术、监控与自动报警技术充分应用于校园安全管理体系中,是物联网和计算机技术的一个典型应用。

本文以某中学的实际的校园安全管理系统为实例,收集了实际运行的数据。

通过数据说明,该系统实现了“基于RFID技术的校园安全管理系统”预定的功能和性能,达到很高的用户满意度,系统正常运行率高达100%,系统的正常运行,证明了分析架构设计的合理性和有效性。

随着物联网、通讯、安全防护以及软件开发的等新技术的不断涌现,系统的物理和软件架构也将不断更新和发展[10]。

参考文献
[1]2011年中国物联网产业发展研究和报告[R].2011,4.
[2]2011年中国物联网发展研究和报告
[R]./f/14635441.html,2011,7.
[3]周勇斌,冯登国.RFID安全协议的分析与设计[J].计算机杂志，2006,29(4):81-89.
[4](澳大利亚)Leszek A.Maciaszek.需求分析与系统设计[M].机械工业出版社,2009.
[5]Paul C.Brown.SOA实践指南:应用整体架构[M].北京:机械工业出版社,2009.
[6]魏继涛.RFID系统中的防碰撞算法研究[D].华中师范大学硕士论文,2009:22-23.
[7]Christian Nagel: C# Advanced Programming (6th edition)[M]. Tsinghua
University Press.2010.
[8]丁治国.RFID关键技术研究与实现[D].中国科学技术大学博士论文,2009,5:14.
[9]雷静,林强.基于RFID的中小学校园安全智能管理系统的开发与研究[J].中国教育技术
装备,(6):129-133.
[10]胡洋.RFID和AJAX相结合的校园安全管理系统[J].计算机应用与软件,2010,6，27(6).。