在智慧校园中，为了全程监控校园的情况和支持复杂的应用，需要涉及众多的RFID 电子标签和阅读器。电子标签数据格式、阅读器和数据管理系统之间的通信传输标准可能相差非常大，并且不同的阅读器数据可能包含不同格式的设备信息和其他信息（如教务信息、财务信息等）。因此每个阅读器都是独立的数据源，而且这些数据源是异构的。这些数据源不仅异构多样，而且数量众多，形成了巨大的异构数据 环境[1]。
为了从这些异构且海量的数据中提取用户关心的信息，需要一个合适的处理平台，对这些异构数据进行处理，把各阅读器的“信息孤岛”有机地集成起来[2]。
由于智慧校园涉及教务、财务、后勤等各个部门，应用非常复杂。同时，随着智慧校园的广泛应用，系统集成规模越来越大。本文采用智能网关[3]来实现异构数据的处理与集成。 根据智慧校园应用的特点，本文设计的智能网关采用自适应模板处理算法对RFID 异构数据进行处理，并在嵌入式设备上实现了该智能网关，实现了智慧校园中RFID 异构数据的处理和集成。
*贵州师范大学 机械与电气工程学院 贵州 贵阳 550025基金项目：贵州省科技厅与贵州师范大学联合基金。基金资助：贵州省科技厅与贵州师范大学联合基金（黔科合LH 字[2014]7038号）
基于RFID 的智能网关设计与实现
Design and Implementation of Intelligent Gateway Based on RFID
罗 云*LUO Yun
摘 要 随着校园规模和学生数量的不断增长，校园信息成倍增长。由于RFID 技术的独特优势，采用RFID 技术
的信息采集系统在智慧校园中得到了广泛的应用。由于标准的不统一，不同的RFID 设备通常无法兼容。针对智慧校园中的RFID 数据和信息，本文设计了基于RFID 的智能网关。本网关采用自适应模板的数据处理算法，实现了RFID 异构数据的处理和集成，形成了应用业务数据。该智能网关具有准确率高、实时性好、速度快、系统稳定等特点，能够满足智慧校园的应用需求。
关键词 智慧校园 射频识别 智能网关 自适应模板遥控器外壳
Ａｂｓｔｒａｃｔ With the scale of campus and the number of students increasing, the amount of campus information is increasing double
and redouble. Because of the unique advantages of RFID technology, the use of RFID technology in the information acquisition system has been widely used in the wisdom campus. As the standard is not unified, different RFID equipments are usually not compatible. The intelligent gateway for RFID data and information in wisdom campus is designed in this paper. The intelligent gateway adopted processing algorithm based on adaptive template, and it has realized process and integration of RFID heterogeneous data, which formed the business data to meet the application. It has been proved that this intelligent gateway has the advantages of high accuracy, high speed, good real-time and system stability, which is able to meet the application demand of wisdom campus.
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ Wisdom campus RFID Intelligent gateway Adaptive template
doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2015.06.043
1 基于RFID
的智慧校园系统图1 基于RFID 的智慧校园系统rfid标签生产
如图1所示，基于RFID 的智慧校园系统包含了电子标签、读写器（阅读器或制卡器等）、智能网关和应用服务器。智慧校园系统可以划分成以下三部分：1.1 RFID 应用子系统
这部分包括电子标签、读写器，主要完成电子标签的识别和RFID 信息的采集和预处理。读写器和电子标签构成一个典型的RFID 应用系统。校园管理方通过制卡器将含有全球唯一的TagID 码和相关信息存储在电子标签中，并将其嵌入到学生的校园一卡通上。当电子标签经过阅读器的识别区域时，阅读器阅读电子标签存储的信息，并将RFID 信息（包括阅读器ReaderID、电子标签TagID、GPS 位置及其他信息等）通过无线局域网传输给智能网关。1.2 智能网关
作为智慧校园的核心，主要实现各种阅读器接入到校园网的任务，完成RFID 信息的数据采集、异构处理、存储和传输到应用服务器等功能。1.3 应用服务器
应用服务器通过以太网接收智能网关发送的统一信息，进行进一步处理并应用。本系统可以根据用户需要开发各类应用软件并部署到应用服务器。学校监控服务器通过校园网连接到智能网关，方便校方对学生的管理。本系统通过RFID 技术和智能网关，在校园网的基础上构建了智慧校园系统，提高了学生管理的有效性和可靠性。
2 硬件方案
缘114
为了实现高性价比的智能网关，本文采用了嵌入式硬件方案。如图2所示，智能网关硬件主要包括主控模块(S3C2440)、大容量存储器和外围部件。外围部件分为以下各个功能模块：ZigBee 模块和WIFI 模块用于智能网关与阅读器通信，以太网接口用于连接应用服务器。外设接口包括串口和USB接口，用于调试和更新数据。触摸屏用于查看智能网关状态和设置网关工作参数。电源模块为智能网关各部分模块提供持续而稳定的电压。
图2 智能网关硬件框
3 软件设计与实现
智能网关采用免费开源的嵌入式Linux 操作系统和SQlite 数据库。智能网关的软件架构如图3所示，由数据采集层、协议转换层、应用服务层组成。
3.1 数据采集层
最下层为数据采集层，包括各类阅读器的接口。阅读器阅读的电子标签数据和阅读器自身数据（合称RFID 数据）通过阅读器接口传输到智能网关。不同种类的阅读器通过对应的阅读器接口与智能网关通信，RFID 数据从阅读器接口进入到智能网关的消息总线，并通过集中器送入到协议转换层，以便进行下一步的数据处理。3.2 协议转换层
蒸汽吹灰器
作为智能网关的中间层，协议转换层主要完成RFID 数据的缓冲、异构处理和统一集成等功能。
不同类型阅读器通常阅读不同种类的电子标签。同时，阅读器生产厂家的差异和用途不同，阅读器输出的RFID 数据包包含的数据类型和信息内容差别较大，并且通信的数据格式也有区别。每个阅读器可以看成一个数据源，不同种类的数据源发送的数据是异构的。智能网关采集数据源的RFID 数据，通过处理算法进行相应的解析并转换成统一格式的信息，存储到目标数据库并发送到应用服务层。其中，异构数据处理算法是智能网关的核心[4]。
对于不同的阅读器，由于其通信格式的不兼容，从而导致需要处理数据的变化，这就要求数据处理算法能够满足不同阅读器的需求。本文根据基于模板映射的思想，提出了基于自适应模板的异构数据处理算法。
如图4所示，本算法包括3部分，第一部分是记录RFID 数据与模板表的映射关系的注册表，注册表保存原始数据中ReaderID （阅读器设备编号）与模板表的对应关系；第二部分是模板库（包含若干模板
表），不同阅读器对应不同模板表，同类阅读器可以共享同一个模板表。每个模板表中记录原始数据中的属性字段与目标数据中的数据域的映射关系。第三部分是具体的映射算法，包括模板筐和映射机制。
处理算法原理
图4 基于自适应模板数据处理算法
基于自适应模板的处理算法原理如下：原始数据作为输入数据送到该算法中，该算法查原始数据中的ReaderID。以ReaderID 为关键字索引，一条实时异构数据可以通过注册表，查到异构数据处理所需要使用的模板表编号。将此模板表放入到模板映射算法的模板筐中，作为映射算法的对应映射规则。映射算法根据模板筐中的模板所规定的映射规则，将原始数据中的属性字段转换到目标数据中的数据域。
当不同种类的阅读器增加时，只需要添加上相应的模板表，在注册表添加ReaderID 与模板表的对应关系。阅读器通信标准或者处理规则变化时，只需要在模板库中添加模板表或修改模板表，在注册表中添加或修改ReaderID 与模板表的对应关系，从而使算法具有很强的通用性、自适应性和扩展性。3.3 应用服务层
最上层是应用服务层，主要包括服务器接口和图形用户界面。服务器接口便于传送数据到应用服务器。同时，图形用户界面使用户在智能网关上通过触摸屏方便的查询相关信息、管理阅读器和配置智能网关[5]。4 性能测试
为了测试智能网关的性能，对其进行模拟实验。由RFID
阅读器软件模拟阅读电子标签并将RFID 数据传送到智能网关
[6]
，智能网关接收并处理模拟的RFID 数据。通过实验，测试
出智能网关性能数据如表1所示。
表1 系统测试结果
测试时间/s 发送数据/KB 接收正确
数据/KB 准确率/﹪延时/s
10
14400014335299.550.562028800028593899.28 1.026086400085639799.12 5.853600
51840000
5135270499.0610.88
由表1分析，可以得出以下结论：该智能网关处理数据准确率较高，准确率不低于99%；智能网关信息处理的延时较小，处理延时每小时不超过15S ；智能网关的处理速度较快，平均处理速度为14.4MB/S。经过试验测试，该智能网关具有准确率高、实时性好、速度快、系统稳定等特点，能够满足智慧校园的应用需求。5 结语
本文针对智慧校园应用中的RFID 数据和信息，设计了基于RFID 的智能网关。该智能网关采用基于自适应模板的数据处理算法，实现了RFID 异构数据的处理和集成，形成了满足智慧校园应用的有效业务数据。经试验测试：该智能网关具有准确率高、实时性好、速度快、系统稳定等特点，能够满足智慧校园的应用需求。
参考文献：
[1]曾国荪，陈闳中.探索信息系统的异构性问题[J].计算机工程与应用,2003(19)：1-4.
奇石底座
[2]居静浩.分布式RFID 设施管理技术研究综述[D].上海：上海交通大学,2007.
[3]F a n W e n b i n g ,C a o X i a o g u a n g ,C h e n Y a n.R F I D M i d d l e w a r e S t a n d a r d i z a t i o n a n d iImplementation[J].Microcontrollers&Embedded System Application,2008(1)：16-18.
[4]Derakhshan Roozbeh,Orlowska Maira E.,Li Xue.RFID Data Management：Challenges and Opportunities[C].IEEE International Conference on RFID[A].Washington：IEEE Press,2007：175-182.
[5]闵华松，童学才.基于Linux 的嵌入式GUI 设计研究[J].微计算机信息,2007(17)：79-80.
[6]Christian Floerkemeier,Elgar Fleisch.RFID Applications： Interfacing with Readers[J].IEEE Software,2008,25(3)：67-70.作者简介：
罗云（1985-），男，助教，主要研究方向：物联网。E-mail ：****************。dmx512协议
（收稿日期：2015-04-24）
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