大规模设备管理中RFID技术的应用与设计

摘要：文章首先对RFID技术及其应用情况进行简要的介绍；然后，讨论RFID技术在大规模设备管理中应用需要注意的技术细节，给出具体设计方案。最后，是文章的总结。
关键词：无线射频识别；设备管理

0 前言
    RFID(Radio Frequency Identification)是一种自动无线识别和数据获取技术，随着与传统网络的结合，RFID技术展现出巨大的市场应用潜力，被称为“物联网”和“第二代Internet”它利用无线射频方式在读写器和电子标签之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。在国内外，RFID技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、资产管理等众多领域。时至今日，RF ID技术的新应用仍然层出不穷。
    资产管理是RFID技术应用较早也是较为普遍的行业，相较传统的二维码，RFID电子标签的非接触、读取速度快等特性，在提高工作效率和准确性方面带来的好处显而易见。IT设备作为资产有其管理上的特殊性，其主要存放的机房环境、设备运行的要求，以及设备表面的金属特性均使得RFID技术在IT设备管理方面的应用受到较大的限制。本文就是在这方面的一个尝试。

1 RFID技术特点
1．1 什么是RFID技术
    RFID是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。最基本的RFID系统由三部分组成：1)标签(Tag)，是由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；2)读写器(Reader)，是读取或者写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；3)天线(Antenna)，用于在标签和读写器间传递射频信号。
    根据供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签(Activetag)、无源电子标签(Passivetag)和半无源电子标(Semi-passivetag)，有源电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池，半无源电子标签部分依靠电池工作。依据工作频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。
    读写器通过天线与电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的读写器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及读写器天线。
1．2 RFID技术特点
    与条形码识别系统相比，RFID技术具有很多优势特点：
    (1)通过射频信号自动识别目标对象，无需可见光源，具有穿透性，可以透过外部材料直接读取数据，保护外部包装，节省识别时间；
    (2)由于不需要物理接触，标签无机械磨损，寿命长，且可以在恶劣环境下工作，对环境要求低；
    (3)无需与目标接触就可以得到数据，读取距离支持范围广，一般从几厘米到十几米的距离；
    (4)支持写入数据功能，无需重新制作新的标签；
    (5)使用防冲突技术，能够同时处理多个射频标签，适用于批量识别场合；
    (6)可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位，提供位置信息。
    此外，由于RFID芯片的小型化和高性能芯片的实用化，射频识别标签不仅帮助不同领域的管理者追踪物品的位置和搬运情况，还可以实时报告标签上附带的其他信息，比如设备的运行数据等。

2 RFID在设备管理中的应用
2．1 设备管理现状
    随着计算机应用的普及，信息化程度的提高，数据中心设备的规模不断扩大，设备管理的要求也越来越高。传统的非自动化手工设备管理方式已经无法适应大规模设备管理的要求，逐渐被采用计算机数据系统管理方式所取代。但数据采集仍然依赖先纸张记录，再手工输入计算机的方式。这不仅造成大量的人力资源浪费，而且由于人为的因素，数据录入速度慢、准确率低。随着设备规模的持续发展，目前设备管理中的数据采集方式已难以满足设备管理快速、准确的要求。
    我们在实际工作中还遇到了设备信息采集与设备运行维护矛盾的问题，限制了设备管理工作的开展，主要表现在以下几个方面：
    (1)标签粘贴与查看。一般来说，数据中心的设备上粘贴有两种标签，一种是设备出厂时设备厂家粘贴的设备条码标签，这类标签往往粘贴在设备后部边缘处，本身不方便查看，粘贴的角度也不适合条码设备扫描。而且设备上架运行后，设备后部往往连接各类线缆，查看设备条码时会对设备运行安全带来隐患。另一种是设备转固以后，设备上粘贴的资产标签。这类标签在粘贴位置的选择上存在问题。为了查看或扫描方便，标签需要粘贴在方便查看的设备前表面，而网络设备和服务器设备的前表面一方面凹凸不平、粘贴不牢靠，另一方面标签粘贴也容易遮挡设备的警示灯，设备部件接口等。针对上述问题，设备管理部门做过大量实验，结果均无法令人满意。
    (2)设备更换流程复杂。设备维护部门在进行设备维修更换时，需要通知设备管理部门同时更改设备标签和设备管理系统中的设备信息，以保证设备信息准确有效。设备管理人员往往跟在系统维护人员后面疲于粘贴标签，并手工修改系统内的设备信息。当设备量巨大、设备更换频繁时，设备更换及核查工作更多依赖于设备管理人员的工作责任心和工作细致程度。然而，工作中的疏漏在所难免，设备信息出现差错时，则难以追查历史信息。而RFID标签的非接触自动读取方式，能很好地解决上述问题。因此，引入RFID技术，利用RFID标签替代资产标签和设备条码标签，利用RFID阅读器自动读取方式，代替维护人员用眼查看或条码扫描仪扫描的方式。
2．2 RFID系统设计
2．2. 1 设备选型
    首先，由于设备量较大，希望读取速率较快，读取距离较远，一般来说高频标签比低频标签具备更好的读取速率和读取距离，同时技术和标准上较超高频标签成熟稳定。其次，数据中心设备因其金属表面以及机房环境电磁信号强，在标签选择上，需要选择具有较好封装技术的抗金属标签，以减少因金属表面反射电磁波而产生对标签信息读取的影响，抗金属标签成本较高，往往是普通标签的十几倍。基于成本考虑，放弃有源标签和大容量信息存储标签。第三，在RFID读写器选型时，除了考虑成本和需求外，需要选择与标签相适合匹配的读写器。
2．2．2 系统设计
    根据设备管理工作当前的需求，RFID系统设计如图1所示。

    当设备到货后，在设备侧面粘贴RFID标签，标签内存储设备终身携带的唯一标识信息以及其他状态位信息。在库房和机房入口处安装固定式RFID读写器，读写器通过局域网同设备信息管理系统连接，当贴上电子标签的设备进入或离开库房和机房时，电子标签内的数据被自动读取，并被上传至信息管理系统，设备管理员可实时追踪设备的状态和位置信息。同时，配备手持式RFID读写器，设备管理员可使用其自动进行大批量设备信息采集，通过无线网络与设备信息管理系统连接，设备信息自动上传至设备信息管理系统，自动进行数据比对，完成设备核查盘点功能。RFID系统实施后，很好地解决了标签粘贴与查看的问题，大大提高了设备核查的效率和准确性。
    对于设备更换跟踪问题的解决，中间件技术是关键。基于工作需要和成本考虑，结合本单位实际情况，对RFID系统和现有管理信息系统进行了对接和整合，设计具有设备更换授权和设备状态／位置跟踪功能的中间件系统。首先对标签内的数据区划分信息域，根据实际需求设计标签内数据区编码。如下图所示。

    其中设备编码区域存储的信息与现有设备信息管理系统中的设备编码保持一致，一旦写入不再更改。所占存储位32字节；位置码存储设备位置信息占用8字节；状态码存储设备状态信息，如：运行，故障，维修，报废等等占用8字节。
    中间件具有以下三项主要功能：设备信息查询模块、设备位置跟踪模块、设备更换授权模块。
    中间件系统总界面主要功能是实现登陆，并在后台连接设备现有信息管理系统数据库。显示系统主要功能模块界面。
    设备信息查询模块主要实现设备查询功能，当设备管理员使用手持式读写器扫描RFID标签时，中间件系统根据RFID标签中的设备编码，在设备信息管理系统数据库中查询该设备的基本信息和资产相关信息，并根据查询条件显示在手持式读写器上。
    设备位置／状态跟踪模块主要当设备的位置／状态放生变化时，对设备RFID标签的位置码／状态码信息域写入新的位置／状态信息，同时将设备新的位置／状态信息写回设备信息管理系统数据库。
    设备更换授权模块主要实现设备更换操作的授权和审核功能。当设备信息发生变化，需要写设备RFID标签时，中间件系统会向设备信息管理系统请求授权，授权通过后，设备信息管理系统自动对设备更换操作信息进行记录，包括设备编码、设备更换类型、更换时间、授权人等信息。
    中间件系统的开发和使用，有效完成了RFID系统同现有设备信息管理系统的对接和整合，在手持式读写器终端上完成了设备查询、设备位置／状态跟踪和授权历史记录等功能。简化了设备更换流程的复杂性，同时通过技术手段加强了对设备更换流程的监督。
2．2．3 RFID系统效果
    以设备核查工作为例，对5000万台设备进行信息核查，传统人工核查方式需要两个人10个工作日的反复查看及核对，才能得到较为准确的核查结果。而利用RFID技术只需要一个人在半天内就能完成设备核查工作，准确性非常高。
    将RFID技术引入设备管理工作，大大减少了人工核查工作量，提高了设备信息采集的准确度，解决了设备管理和设备运行维护之间的矛盾，有效地完成了设备进出的自动化控制以及生命周期内的跟踪，提高了设备管理工作的效率和管理水平。

3 小结
    本文介绍了RFID技术的特点，经实践证明在设备管理工作中应用RFID技术可以提高工作效率，减少由人工操作带来的不便，提高设备核查准确性等。然而由于RFID技术在设备管理中的应用工作还刚刚起步，本文仅仅是对RFID技术在设备管理中应用的一点探索，不当之处在所难免。希望能通过此文的介绍，吸引更多人关注并研究RFID技术，共同推动RFID技术的应用和发展。