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具有隐私保护的新型智能电子机票研究

时间:2006-12-12 00:00来源:compotechasia.com 作者:admin 点击:
目前的电子机票实质是纸质机票的电子化,缺乏必要的信息。提高服务水平是各航空公司的必然选择,开发一种可重复使用和防伪的内嵌RFID(Radio Frequency ldentification)芯片的IC卡形式的智能机票可有效的提高服务水平,而且能够给用户更多的信息。RFID射频标签是承印物与电子技术的一个典型组合应用,是一种新一代多功能智能信息卡技术。

目前该技术在国外已有应用,但国内还很少有成熟的应用。我们试图将此技术应用到航空机票,通过内嵌防伪技术印刷产生机票,使用手持的读取部件对其进行信息处理,除了具有目前机票的信息之外,还可以具有GPS导航的二维电子地图,引导用户在不同语言的陌生环境中顺利登机,也可以提供即时信息。此技术也可以在其他类似场合应用。

新一代智能机票应具有方便读取和显示精度,电子地图的调出时间<1s,具有较低的成本和较高的安全性,能重复使用,提高班机正点运行,减少误机事件,给航空公司提高服务质量和经济效益。

RFID射频标签是承印物与电子技术的一个典型组合应用。其在承印物上就包含了存有产品信息的IC芯片与天线组成的射频电路,通过天线接收来自专用阅读器所发射的射频信号,并应答出标签芯片中所包含的数据信息,也可送入主计算机进行处理,从而实现产品非接触式的识别、查找与管理,打破了传统条形码识别的局限性。RFID有移动数据库的特性,所以十分便于管理。因此,具有极大的研究和应用的价值。

RFID技术在国内的应用研究已有一定的基础。中国公安部门利用非接触式IC卡换发第二代居民身份证是当今全球最重要的RFID应用工程——中国居民第二代身份证的换发需要10多亿张具有无线射频识别功能的IC卡,目前已成功的应用。在票据的税控和防伪中,目前普遍采用的是传统的印刷防伪,票据的发展是逐步趋向无纸化,世界上最先进的防伪技术是智能标签和RFID技术。国外已经在开发或正在实现在纸质印刷品中植入此芯片用来防伪,例如由飞利浦公司(现已改名为“NXP恩智浦半导体”)和INFINEON公司生产的RFID芯片在2005年嵌入欧元的支票中以保证金融安全。 德国汉莎航空公司试用非接触的射频卡作为飞机票,改变了传统的机票购销方式,简化了机场人关的手续。但在智能机票上集成GPS导航定位系统,并产生电子地图的设计想法还没有在国外被提出过,具有研究和开发的潜力。
  
研究目的与系统技术指标

这个研究就是利用射频标签技术,将乘客和机场的相关信息植入到机票中,通过检票口读出相应的机票中指示用户所要进行检票的窗口及登机入口号,然后用读取设备读取后再从应用系统的数据库中读取相应的地图片段,这项技术具有十分广阔的应用前景,RFID在票据行业的发展是必然趋势,处于世界领先地位。

RFID在未来的票据行业中的地位不可忽视,电子、网络和印刷的行业界限早已模糊。标签制造成本中占绝大比例的芯片价格从去年0.5美元下降到现在的0.09美元,我们可以预计一旦芯片价格适合“中国国情”,各行各业的应用前景将是非常广泛的。智能机票及读取器的技术指标如下:
(1) 标签频率:15MHZ,低频
(2) 标签读取时间:<=0.1秒(s)
(3) 电子地图调出时间:<=1秒(s)
(4) GPS定位精确程度:几米内
(5) 显示精度:<=200PPI
(6) 垂直近距离(<=10cm)进行读取 
 
具体的解决方案设计


研究和实现一种新型的机票,称为智能机票。这种机票将不再使用简单的纸质印刷方式,而是内嵌了近几年国际上正在被广泛研究和应用的RFID新型芯片的IC卡的方式,在这种芯片中将被输入我们所需要的机票的基本信息:机票编号;购票用户的基本信息:姓名,年龄,护照信息等;机票票面的基本信息,以及防伪标签等,并且这种机票可以被重复使用,只要我们更新RFID标签的信息就可以做到。

然后我们将设计一种将读取部件和信息处理系统相结合的手持设备系统(图1),此系统不但可以读取并且解码从被动RFID标签上传送过来的信息后调出我们事先设计好并存入优化了的数据库后的二维电子地图,而且可以在缺少本地电子地图的情况下利用远程信息交互系统通过机场布置的无线网络接入点和机场计算机中心通信,并可以有选择的下载最新的地图信息;通过手持设备的GPS定位系统读入用户当前所在机场的位置,从而映射到电子地图上。此系统可以根据用户的不同需求缩放或者进行最优化计算,从而在屏幕为用户全屏显示目的地的详尽地图信息和最优路线,动态的指导用户及时有效的到达登机处登机。用户还可以利用远程信息交互系统与机场计算机中心链接,查询最新的航班信息,票务信息等旅客服务信息,从而解决了用户在陌生的空间,语言环境中的出境、登机的后顾之忧。

建立系统的数据模型(图2),通过数据模型可以了解到系统从RFID芯片读取数据后,形成系统独有的感兴趣的信息(比如用户需要去的登记口),从而调出相应的数据库中的地图,然后同时系统根据用户所持设备的GPS模块用差分定位技术,将用户位置动态的显示到地图上,并且可以让系统处理随之而来的事件(比如,用户需要最短路径,缩放地图,和外部设备或者网络联接等,并可以记忆和存储用户感兴趣的信息,便于以后的重复查询时快速定位并调出相应地图,指示用户到达目的地。

其中需要考虑采取什么样的RFID信息读取硬件模块来保证数据的快速、正确、有效的对数据进行无重复的读取和解码,并且能准确的将数据传递给信息读入子系统,这个模块将由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。(图 3)

其中各部件功能有:
a).天线: 用来发送无线信号给RFID标签,并把由RFID标签响应回来的数据接收回来.
b).系统频率产生器:产生系统的工作频率(我们用的是15MHz的频率)。
c).相位锁位回路(PLL):产生射频所需的载波信号。
d).调制电路:把要送给RFID标签的信号加载到载波并送给射频电路送出。
e).微处理器:产生要送给RFID标签信号给调制电路,同时译码RFID标签回送的信号, 并把所得的数据回传给应用程序,若是加密的系统还必需做加解密操作。
f).存储器:存储用户程序和数据。
g).解调电路: 解调RFID标签送过来的微弱信号,再送给微处理器处理。
h).接口单元:用来和手持设备内置的信息处理系统通信。

手持设备内软件模块结构设计

手持设备将全面应用JAVA构件技术、中间件技术,整合最新的 GPS 技术、嵌入式操作系统和无线网络通信技术,实现在系统资源有限的条件下(硬件处理速度、存储容量等)大容量空间信息的压缩与检索技术,并且可以有效地支持系统终端与机场中央计算机系统的交互、以及实现系统间功能的互操作,实现在小型手持设备上的空间信息管理、空间信息浏览、可视化、空间信息查询、空间分析处理等功能,并能实现矢量、影像结合的最短路径计算、动态指引与路径查询等功能。
用来支持智能电子机票应用系统各模块的软件结构图如图4所示,此结构将由4个部分组成:功能构件库,中间件层平台,手持设备操作系统,基本的硬件平台。

功能构件库层:利用构件具有的关系清晰,结构紧凑,接口方便易用、代码效率高,使用方便等特点。根据应用系统和硬件系统的不同需求,从构件库模块中,选出所需模块并进行动态组合,快速开发出符合要求的应用系统模块,同时可以进行二次接口开发。

中间件层平台:使用成熟的JAVA技术,提供强大的空间数据管理功能、空间数据可视化功能,空间数据检索和查询功能、分析功能、 GPS接收和解析功能、导航和实时定位功能、地图编辑等功能,为应用系统的数据提取和管理提供强大的支持。并且支持多种通信接口,和不同的通信平台提供良好的兼容性。

手持设备操作系统:可以选择采用基于Linux或者windows的网络操作系统,很好的支持中间件层平台的运作。
基本的硬件平台:使手持设备整合多种通信模块以及GPS模块,提供多种接口,便于通信手段的扩展和延伸,一定运算能力的处理器和足够多的内存容量将会是进行快速矢量计算、动态影像显示的硬件保证。

带有个人信息保护的
RFID标签信息读取模块设计

  
硬件平台(信任平台模块芯片)可以参照美国得克萨斯器械公司设计的读取他们公司的 Tag-ItTM (HF)RFID 标签的设备,但需要修改其密钥存储数据库。设计时需要考虑的模块为核心部分、策略设计部分、用户代理。
核心部分:此部分采用操作系统(Linux),和硬件平台相联系的无线通信接口,通信协议(TCP/IP),以及读取RFID标签数据的基本功能。它可以很好的和信任平台模块芯片(Trusted Platform Module)进行联系并保证此模块总是可以准确的反映读取器的配置和监控任何在核心部分运行的进程。并且在核心程序上运行的各个具体应用无法修改核心部分的数据,核心部分进程也无法危害到信任平台的安全。从保护用户的私有信息方面来讲,除非符合安全策略,RFID标签的解密密钥才会被使用去解锁并读取用户的私人信息。

策略引擎:是读取系统在隐私保护和界面友好的基础上进行操作的软件模块。策略引擎部分有两个主要部件:1,决定这个标签是否可以由读取系统扫描并决定是否有权限对读取的数据进行处理。 2,是否可以将RFID信息读取后进行解码。当需要一个密码去解密RFID的某些特殊代号或者鉴别某个RFID标签,策略引擎便会提供这个密码给核心部分,然后让核心部分去执行上述任务。我们同样需要这样的密码去升级策略引擎或者将策略从一个读取系统移植到另一个读取系统时时候不用改变下层的核心部分,即仍然可以使用原来的核心部分运行的策略。

用户代理:用户代理基于系统核心部分和策略引擎之上并能和两者有效的结合从而为用户提供有效服务,用于执行信息保护策略并监控策略的执行情况同时兼备系统审计功能,保证某些特定的RFID编码由在信息保护策略中规定的用户可以知晓。

除了上述的系统结构的改进设计外,从芯片硬件本身出发,可以采用比如IBM公司近期研究出来的使用“裁剪标签”技术的RFID芯片。消费者在完成购物后将RFID天线扯掉或者刮除,使芯片读取距离将较以前大大减少(减少到1~2英寸),大大减少了隐私被泄露的可能性,同时保护了消费者、制造商和贸易商三方的利益不受损害。

总结与展望

我国目前电子标签芯片设计已实现国产化,国内已有多家企业可以设计和生产符合国际标准的电子标签芯片。所以这个系统中将被采用的RFID标签,工作频率将定为低频(LF),15MHZ,并且引进国外标准CMOS工艺下制作完成的国产RFID标签芯片。另外该芯片还要求使用超低功耗模拟电路,因为这将直接影响到芯片的阅读距离和整体性能。此RFID将应用近距离13.56MHz RFID天线(< 10cm),它能提供最大可能的信号给标签上的芯片,并且在标签的方向性和天线的极化等特性上都能与读卡机的询问信号相匹配。关键的读取模块硬件部分将采用Sirit 公司研制的即插即用读写卡,这种卡可以使用于智能手机、PDA、手持机、POS销售终端和笔记本电脑之类的电子设备上,并且支持多种类型的RFID芯片的信息的读取。

同时,利用大学的通信实验室就可以提供很好的无线通信研究设备和场所,从而实现多功能智能电子机票的模型,向大家展示一种新的材料应用实践—RFID芯片的应用设计。使用RFID技术的可重复使用的机票将代替我们传统的纸张机票,从环保的角度来看,是一个非常有效的改进,会受到广泛的关注。在此基础上,专注于RFID应用层的开发,使技术更好的服务于我们的消费者:利用GPS定位和电子地图技术,让国人或者外国友人在机场这种陌生环境中,可以自己寻找机场出口和登机口,解决了他们的后顾之忧。并且系统有很好的扩展性,还会引入其他的功能模块,比如自动检票子系统,自动找飞机座位,甚至自动退票子系统等;这样就可以大大提高了机场运营的效率而且减少了成本,增加了旅客的满意程度,扩展航空业务,将为国家民航事业的发展做出应有的贡献。(责任编辑:admin)
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