图书馆RFID标签应用数据模型标准化的研究

引 言

RFID（Radio Frequency Identification， 射频识别技术） 也叫无线射频识别，俗称电子标签。通常以微小的无线收发器为标签来标志某个物体，利用无线电信号和空间耦合（电感或电磁耦合）识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触[1]。RFID 是目前普遍认为的物联网产业核心技术，非常适宜于图书馆标签系统使用。

1 RFID系统在图书馆应用中的技术优势

自 20 世纪 90 年代以来，RFID 技术逐渐走进图书馆， 开始成为图书馆馆藏识别的方式，由于RFID 技术打破了原有的传统束缚，以先进的文献服务理念和馆藏管理模式为先导， RFID 技术为图书流通管理、自助借还、图书安全、排架等方面提供更好的服务，能够提升图书馆的工作效率。RFID 技术在图书馆应用中的取得了巨大的技术成效。

读取信息快，标签可重复使用。RFID电子标签有别于传统的条形码，RFID 电子标签将图书信息存储在芯片中，RFID 标签不需要接触，只需要在有效地距离范围内，设备均可以读出RFID内存储的图书信息，比较于传统的条形码，RFID 读取信息的速度变快。而传统的条形码容易受到损坏和污染， 不易长期使用，但是RFID标签对水、油和化学药品等物质具有较强的抵抗性，并且可以反复对标签里存放的数据进行更改和删除，有效地节约了成本。

节省借还书的时间。采用RFID 技术以后，图书馆的操作人员不需要对书籍进行逐一的扫描操作，借还书人员只需要将所借还的书籍放到自助借还书设备上，就可以自行办理图书借还手续，而且，一次可以借还几本甚至十几本书籍，大大降低了借还书的时间。

提高图书馆工作人员的效率。以前的清点图书工作以及图书整架归位工作都是由图书馆的工作人员每一本书每一本书地核对，在进行归架整理，不仅耽误时间，还耗费工作人员体力，采用RFID 技术以后，工作人员只需要手持配备的相关设备，在书架上移动，就可以利用设备判别书籍是否错架等问题， 有效地提高了工作人员的效率。

具有良好的穿透性，对图书防盗具有更好的安全保障。应用RFID 技术后，书库的图书物理特性可以通过RFID 标签来记录，只要是在读取器可识别的范围内，RFID 标签都可以穿透纸质、木材等非金属或透明的材质进行数据信息的交流传递。

2 图书馆 RFID应用结构

早期的图书馆RFID 应用系统结构示意图如图 1 所示。

这样的图书馆 RFID 应用系统，由于满足ISO15693（射频标签的惟一识别）和 ISO18000-（3 13.56 MHz 空中接口协议），因而可以解决图书馆在采购RFID 标签及设备方面的问题，可以从多家满足图中ISO 标准的供应商选择标签和设备，但是， 依然有些问题难以得到解决：

厂家在生产 RFID 电子标签时，通常根据自己公司的情况或者用户的需求设计标签中的数据项以及编码方式，因此在更换标签时，难以保证标签和原有设备的通用性。由于不同的图书馆采用不同厂家、不同编码方式的标签，导致各图书馆之间无法实现馆际互通，能够解决上面的问题唯有将图书馆RFID 数据模型标准化。

3 图书馆 RFID标签数据模型标准化

标准化是指对产品、过程或服务中的问题做出规定，提供可共同遵守的工作语言，以利于技术合作，同时防止贸易壁垒。通过制定、发布和实施 RFID 标准，可以解决编码通信、空中接口和数据共享等问题，以最大程度地促进RFID 技术及相关系统的应用。

研究数据模型的目的是为图书馆行业 RFID 的应用提供统一一致的数据模型，为行业的互通和整体效益的提高提供基础。拥有共同的标准可以实现馆际互通等多方面的问题。

3.1 图书馆 RFID 标签应用数据模型 

数据模型其实就是统一标准的一个重要的部分。RFID 在图书馆应用中的数据模型是指 RFID 技术在图书馆中使用以 后，为了充分发挥 RFID 技术在图书流通、自助借还、图书安全、 排架顺架等方面的作用，需要哪些数据，这些数据应该如何 在系统中存储，这些数据的编码方案又是什么 [2] ？ 

在标签的图书惟一标识编码方面，目前已经分化为五大 阵营，即美国的 EPC、日本的 UID、ISO、欧洲的 AIM、以 及南美的 IP-X，其中比较有影响力的是 EPC 和 UID 编码。但 是目前这些编码体系都是在商品流通体系中的物品编码，不适 合于图书馆 RFID 应用中的图书编码，现有已使用的 RFID 的 图书馆编码体系都是商品流通 RFID 的编码体系，并没有一个 是专门针对于图书馆建立的编码体系。因此有必要建立一套适 合于图书馆行业的图书标识编码体系，各个国家对于图书馆 RFID 数据模型的选择均有不同，因此产生了很多不同的标准。 2011 年，国际标准化组织发布了 ISO28560。ISO28560 分三个 部分，第一部分 ISO28560-1（通用规则），适合高频（HF）和 超高频（UHF）频段，共有 31 个数据元素，其中 1 个元素“馆 藏标识符”是必备项，5 个是预留项，25 个是可选项。第二 部分 ISO28560-2 和第三部分 ISO28560-3只适用于 HF 频段 [1]。 数据编码部分还没有适用于 UHF 频段的国际标准。2009 年， 文化部成立“图书馆应用无线射频技术数据模型标准”项目 组，2012 年文化部颁布中华人民共和国文化行业标准，WH/ T43-2012 图书馆 - 射频识别 - 数据模型 - 第 1 部分 ：数据元 素设置及应用规则，该规则适用于 13.56 MHz（中高频）和 800/900 MHz（超高频）频段的用户，共有 31 个数据元素，其 中 2 个元素“主馆藏标识”和“所属机构代码”是必备项，6 个是预留项，23 个是可选项。WH/T44-2012 图书馆 - 射频识 别 - 数据模型 - 第 2 部分 ：基于 ISO/IEC15962 的数据元素编 码方案。共 31 个数据元素，其中 1 个数据元素“主馆藏标识” 是必备项，6 个是预留项，24 个是可选项。2013 年 2 月，高 校图书馆 RFID 技术应用联盟工作小组，提出了第四版 UHF- RFID 数据模型规范（下称规范）[3]。规范定义了19 个数据元素， 其中必备 3 项，可选 10 项，预留 6 项。规范除了定义19 个数据元素外，还对数据内容格式、出处、编码方式等都给予了 充分说明解释。

尽管规范考虑了很多因素，但在具体操作层面，由于各家图书馆环境不同，对数据元素的理解不一致，加之规范的可选项太多，同样容易造成混乱。表 1 列出了一些国家和组织对RFID 数据模型元素选取的一些标准。

上述不同国家的图书馆 RFID 应用数据模型从不同的角度对RFID 在图书馆的应用进行了定义。从表中反映所看丹麦标准以及联盟标准对于结构化扩展部分的可选项比较多，各个图书馆同时也会根据自己的实际情况来采用其中的某一项或者某几项，即便强制部分的标准都是一样的，也可能会因为结构化扩展部分的差异而无法实现设备的互通和馆际的互联。

3.2 RFID电子标签的存储结构

EPC Gen2 是新一代的超高频 RFID 标签，它符合ISO/ IEC18000-6C 标准，价格便宜。本文选择了 EPC Gen2 的一种进行研究。标签的存储结构如表 2 所示[4]。

EPC Gen2 标签的存储器空间包含保留内存、EPC 存储器、TID 存储器和用户存储器四个存储体：

(1) 保留内存包含 32位的灭活口令和访问口令。访问口令保护标签的锁存 /解锁操作，32位灭活口令保护标签的灭活操作。

(2) EPC存储器中，地址自低至高依次为CRC-16、协议控制字（PC）和 EPC字组。本标签的EPC存储器 256比特， 其中CRC-16为 16位冗余效验码，协议控制字（PC）指示反向散射的物理层信息，EPC字组为写入数据段，容量为比特256比特。EPC区是编写程序时主要的区域，图书的信息也将存储在EPC区。文章使用的EPC区是 256位，根据EPC[N： N-15] 的顺序由低到高进行排列。

(3) TID存储器保存标签的唯一标识号TID（tagID），在芯片出厂前设置，只读。

(4) 用户存储器可写可读。不同类型标签的用户存储器容量不同，容量越大价格越高。

数据模型的标准化不单单是数据元素的标准化，在数据模型的内容方面，主要关注 RFID 电子标签中存放数据的类别、编码格式。下面表格是联盟标准的编码格式和远望谷公司为某一高校生产的RFID 电子标签的编码格式。

从联盟的标准和远望谷的标准对比来看，可变字符串占据的空间比较大，同一类数据采用的字符集格式并不是完全一样的，并且数据元素的顺序位置也不尽相同。这里标准化差距还是有一定的距离。

表 4 远望谷数据编码格式

结 语

本文对各组织和联盟的图书馆数据模型的数据和所选元素进行了分析，从分析来看 RFID 应用数据元素的数量在选择上应尽可能少，数据元素的内容应尽可能短，数据元素的长度应尽可能地使用定长字段，数据元素可选项应尽可能少，编码格式应尽可能地使用非压缩格式。数据元素少、内容短、长度定长，可以提高处理效率 ；数据元素可选项少，可以提高各个图书馆数据元素的一致性，并且同一类数据元素应该采用统一字符集的格式。并且，RFID 电子标签所选择的数据元素在标签的排列顺序应该保持一致。对于流通交换协议也应该选取统一标准，数据元素非压缩存储，可以提高标签通用性， 真正实现不同厂家标签相互间无障碍的读写。

RFID 标签数据模型要坚持实用、好用、管用的设计理念， 为资源联建共享奠定基础。这样RFID 数据模型的标准化才有可能得以实现。