第1章 系统概述

1.1 应用概述

涉密资产实时定位和追踪系统（APS：Area Position System）是采用目前国际上最先进的ACTIVE RFID 技术的区域实时定位系统。该APS定位系统能够及时、准确的将各个区域人员的动态情况反映到中心监控计算机系统，使管理人员能够随时掌握布控区域人员分布状况和每个受控对象的运动轨迹，以便于进行更加合理的管理。当有突发事件时，管理人员也可根据该APS区域定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员、涉密资产的位置情况，及时采取相应的控制措施，提高安全和应急工作的效率。

公司主营射频识别领域中的2.4G远距离读写器和各类有源电子标签等。产品采用了当今最先进的 0.18uM 的微波芯片技术，使 RFID 的性能和原来的微波技术相比得到了本质的改进，彻底解决了远距离、大流量、超低功耗、高速移动的标识物的识别和数据传输难题，而且成本较以往大大降低，同时也解决了中低频电磁波技术感应距离短防冲突能力差的致命弱点。其各项技术指标在同类产品中居优，广泛应用于各类人员、车辆、资产的远距离身份识别、一卡通消费、防伪防盗、实时监控、跟踪定位等。

第2章 设计思想和原则

2.1 系统设计的思想

APS区域实时定位系统涉及嵌入式技术、移动计算技术、无线射频识别、计算机软件、数据库、数字通讯等方面。因此，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分考虑。系统利用现有成熟的工业TCP/IP通讯网络作为主传输平台，相应的无线识别基站、RFID识别标签等设备与系统挂接，通过区域实时定位管理专用软件与主系统以标准的专用数据库进行后台数据交换从而实现区域目标的跟踪定位和安全管理。系统总体设计主要体现在：

1） 实现布控区域目标进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”。

2） 为管理人员提供人员进出限制、考勤作业、跨区报警、安全监控、求助报警、合理调度等多方面的管理信息，一旦有突发事件，通过该系统立刻可以知道和回溯所有受控目标的位置和运动历史情况，保证安全管理工作的高效运作；

3） 系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性；

4) 轻松联网，BS 结构，轻松实现更广阔地域联网监控。

2.2 系统设计特点

1） 高度自动化。系统能自动检测受控目标经过受控区域的时间、地点信息，并自动实现对受控目标的考勤作业、统计及安全管理。

2） 成熟可靠的网络通信系统。安装在布控区域的无线识别基站，实时将采集到的信息通过TCP/IP通讯网络传送到中心集控系统，整个过程无需人为干预。

3） 完备的数据统计与信息查询软件。系统软件具备专用数据库管理系统，包括受控目标的信息采集和统计分析系统，考勤作业的统计与管理分析系统，显示并打印各种统计报表资料，为高层管理人员的查询与管理提供全方位的服务。

4） 系统的安全、稳定、可靠性设计。系统产品完全采用室外环境下全天候连续可靠工作设计。

5） 完善的异常情况（包括无效卡、失效卡、黑名单卡进入、未授权区域等）报警呼叫系统配置。

2.3 系统实现的主要功能

1）受控目标实时跟踪监测及突发事件按钮求助，位置自动显示；

2）实时查询、打印当前及某时间段受控目标数量、 活动轨迹及分布情况；

3）受控目标的考勤、统计、存储、打印；

4）监测图页静态和动态编辑作图对用户开放，支持多种图形格式，鼠标和键盘均可操

作，全面支持实时多任务。在系统进行实时数据采集的同时，系统可进行记录、显示、查询、

编辑、人工录入、网络通信等；

5） 系统中心站及网络终端可以局域网方式联网运行, 使网上所有终端在使用权限范围

内都能共享监测信息和系统综合分析信息、查询各类数据报表；

6） 监控软件具有很强的作图能力, 并提供有相应的图形库, 操作员可在不间断监测的

同时,容易地实现联机并完成图形编辑、绘制和修改；

7） RFID识别标签采用纳瓦级低功耗设计，重量轻，无须外部电源，有多种携带方式供

选择。

整个系统将尽最大可能，保持用户现有网络系统与应用系统，并预留接口，可与现有应用系统或将来的应用系统结合，实现多方统一管理功能，减少或避免用户重复投资。

2.4 系统建设的原则

系统建设包括软、硬件两方面。在软、硬件的开发、采购、集成时，上海仁微电子科技有限公司保证遵循了以下原则：

1) 先进性

APS系统主要构建思想是利用射频自动识别技术、嵌入式移动计算技术和软件技术，构造一个覆盖大范围区域的产品智能追踪系统，具备产品先进、成熟、性价比高等特点优势。

2) 经济性

在保证满足技术要求的前提下，系统设计尽量采用性能价格比最佳的产品。系统的建设最大限度发挥原有部分设备的作用，如计算机网络，设备、软件等，最大限度上为用户节省投资，保护已有的用户投资。

3) 实用性

系统的建设完全符合本项目的应用需求和实际情况，突出实用性强，界面友好，操作简单。

4) 扩展性

在系统方案中按照系统分析、统筹规划的观点对系统容量及网络发展设想进行方案设计，既考虑到当前使用的易用性，更具有适当的超前性。

第3章 系统总体介绍

3.1 系统原理

APS实时定位追踪系统通过RFID(电子标签)的应用，以电子标签作为目前最先进的标识码，具备了不易破损、数据可靠、使用周期长、有效通讯距离长等特点，是替代条形码、红外线标识的最佳选择。将其安装在受控目标上，来作为目标的唯一标识进行追踪和定位。

工作时，管理人员通过联网的无线识别基站追踪和定位目标。

3.1.1 电子标签

简单的讲，电子标签（RFID）技术是一种无接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别。

射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。应用中，电子标签附着在待识别的物品、设备、人员上，阅读器用于当附着电子标签的待识别物品、设备、人员通过其读出范围时，自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出或将特定的信息写入，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。

由于RFID不要求在标签和阅读器之间有光线通路，避免了其他自动识别系统（例如条形码）的缺点。这保证了RFID系统可以用于恶劣环境，比如灰尘、泥土、高湿度、可见度差的环境。 RFID的最大优点是在上述恶劣环境下仍可以得到令人满意的读写速度，在大多数情况下，可以在100毫秒之内响应。除此之外，RFID的读写是完全自动、全透明的，不需要手工扫描被追踪对象，也不需要象其他接触式标签技术那样，需要激活磁条阅读器、IC卡阅读器等。

3.1.2 RFID自动识别工作原理

RFID与短程通信设备组成的系统主要包含智能RFID，RFID的读写设备(Read-Write Units，简称RWU)两部分，读写设备RWU和RFID之间的无线通信实现信息管理系统与RFID之间的信息交流。

读写设备RWU是RFID的读写控制器，由微处理器、安全模块和微波通讯控制器和RS232、485、TCP/IP等通讯接口等组成，以短程通讯协议和微波无线传递手段，实现RWU与RFID的之间安全可靠的信息交换目的，RWU通过RS232、485、WIFI、GPRS、TCP/IP等与上位机连接，从上位机接收控制命令和数据并返回数据。

RFID是一种具有微波通信功能和信息处理、存储功能的移动装置。RFID内置一个小型的实时任务系统，完成RFID内部的存储器、I/O、电源、通讯协议、密钥、算法、命令协议处理等功能。

短程通信技术采用的无线通信协议，其核心是利用小功率微波天线覆盖而构成的小区分割，并采用基于HDLC协议的时分多址和同步通信机制，通过设计相应的处理与控制软件来实现RWU-RFID之间的双向数据传输和信息交换。

3.2 系统的总体结构

根据系统总体功能及现场调研，涉密资产管理系统总体设计方案包括二部分，其一：楼层外涉密资产门禁管理系统，其二：楼层内涉密资产管理系统，两部分相辅相成共同形成了完善的涉密资产管理体系。

3.2.1 楼层外涉密资产门禁管理系统

楼层外资产门禁设计图

3.2.2 门禁管理系统工作原理

固定资产门禁管理系统是基于先进的射频技术，每个移动的载体装备有一个无线标识，在一楼电梯出入口（单位大门口）各安装两台与无线标识相配套的识别基站（电梯出入口安装缆试天线、单位大门口安装定向性读写器），当无线标识接近识别基站一定的范围内，识别基站会自动识别物品进出，并自动记录下出入的物品所携带的无线标识ID号；若涉密资产未经授权，系统自动报警，防止涉密事件的发生。从而实现每个固定资产载体的出入都有严格的控制，同时保证了实际运行的高效和快速。

3.2.3 门禁管理系统功能

1） 防止被授权涉密资产非法带出未经授权的区域，如：某涉密资产被授予权限为大楼内部使用，借用人员因故意或者无意将资产随身携带到大楼以外时（又未经二次授权），读写器采集到相关信息并传至后台进行比对，激发报警装置进行报警，防止出现机密泄漏；只有经过二次授权的固定资产才可带出大楼，于此同时固定资产的相关信息（如：借用人、借用日期、出库时间等）被自动记录在数据库中；

2） 单位领导或者单位职工只要随身携带电子标签，从门禁通过即可完成考勤功能（职工姓名、职务、上班时间等相关信息自动录入数据库），并可根据实际的需要打印周、月各个时间段的考勤报表；

3） 防止陌生人以种种名义闯入办公大楼，以确保各种涉密资产及行政人员的安全；

4） 给经领导允许的参观人员、外来商务人员等进行登记并配发临时通行证。

3.2.4 门禁管理系统组成部分

1） 远距离固定式定向读写器（一体机）、远距离固定式缆试天线读写器

2） 远距离有源（无源）电子标签，作为临时卡

3） PC服务器

4） 报警器

5） 涉密资产管理系统软件

6） 发卡器，给临时卡授权

3.2.5 门禁管理系统安装拓扑图

电梯口缆试天线安装图

单位门口定向天线安装位置

3.3 楼层内涉密资产管理系统

楼层内涉密资产设计图

3.3.1 楼层内涉密资产管理系统工作流程

楼层内涉密资产管理系统运用RFID技术，每个移动载体都装备有一个无线标识，在机房内安装一台（或者多台）与无线标识相配套的识别基站，使之所有固定资产都在识别基站的识别范围内，识别基站会自动识别所有固定资产随身携带的所有ID信息，并实时监管所有固定资产在位状态。若涉密资产实现未经允许非法带出，系统会随时发送信息给监控中心并触发报警，只有经过授权的合法固定资产，才能安全带出，从而保证每个固定资产的安全。

3.3.2 楼层内涉密资产管理系统工作原理

1） 由识别基站设备扫描到无线标识，信号传输到服务器；

2） 管理员在服务器上通过涉密资产管理软件管理员口令登陆管理平台输入固定许可，临时许可或严禁携带出去的无线标识的编号，系统自动识别判断；

3） 若服务器接收到系统设置为许可携带出门的无线标识，系统自动记录其出入时间与卡号；

4） 若服务器接收到系统设置为严禁携带出去的无线标识，监控中心或者门口及其保密室报警器会长鸣，直至险情排除。

3.3.3 楼层内涉密资产管理系统功能：

1） 实时盘点，盘点人员点击页面刷新选项，读写器在几秒钟内将所有在位之固定资产全部清点完毕，并上传之系统管理软件告知盘点人员库存资产的数量并可显示借出资产的物理信息（借出时间、借出期限、借用人姓名、联系方式等等），通过各个库房的联网机制，可以随时了解本企业全国各地机房资产借入借出情况；

2） 区域定位，通过3台以上读写器可以实现区域非精确定位。

区域定位详解：目前关于RFID定位的主要技术问题如下：

◆ 定位环境的复杂性， RFID是一种以微波传输的技术，而波的发射具有不规律性，且传输很容易受到环境的影响，如反射，衍射，屏蔽等；

◆ RFID产品的技术特征，产品的识别距离问题，目前识别距离主要是通过调整读写器的信号接收范围（读写器天线的增益）和方向(接收范围，)。由于这两个指标很难精确控制，所以在一定程度上限制了RFID定位技术的发展；

由于读写器的接收很难控制，所以我们是否考虑改变RFID电子标签的天线增益来实现定位，从而进行模糊判断。。

区域定位方案：

A B C为阅读器，接收范围为恒定，tag1 tag2 tag3 为同一参数且增益型标签。增益自动可循环（分别为0db 1db 2db 3db）。在发射数据时候同时可发送本身的天线增益数据。

示意图：

以图示 tag1为例子，

当标签增益最大为2db时，ABC阅读器都能接收到信号

当标签增益最大为1db时。AB阅读器能接收到信号

当标签增益最大为0db时，A阅读器能接收到信号

由此可以通过软件可计算出tag1最靠近A，即把tag1定位在A附近，实现区域型定位

以tag2为例子：

当标签增益最大为2db时，ABC阅读器都能接收到信号

当标签增益最大为1db时，ABC阅读器都能接收到信号

当标签增益最大为0db时，B阅读器都能接收到信号

同样可以通过软件可计算出tag2最靠近B，即把tag2定位在B附近.

此方案可以在一定程度上规避复杂的环境对RFID信号传输的影响，通过被多个阅读器的识别次数及接收时候附带本身增益来判断实现区域定位。此技术能在一定程度上满足部分需要对区域定位的需求，如：银行钞箱区域的监控，监控医院特殊器械的位置摆放，涉密资产及人员的定位。。。。。