基于云服務(wù)的NFC防走失黃手環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

卜曉曉 汪盼 曹吟夢(mèng) 陳堅(jiān) 宋雪樺

摘要：鑒于現(xiàn)有防走失黃手環(huán)使用期限短和存儲(chǔ)人員信息量不足等問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于云服務(wù)的NFC防走失黃手環(huán)系統(tǒng)。使用NFC近距離無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)通過(guò)2G、3G、4G、WiFi等互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接云服務(wù)器，通過(guò)云服務(wù)進(jìn)行走失人員定位并提供走失人員的個(gè)人信息來(lái)與家人和協(xié)助中心取得聯(lián)系，從而達(dá)到防走失目的。測(cè)試表明，該系統(tǒng)能夠有效提供人員信息并幫助找回丟失人員。

關(guān)鍵詞：NFC；云服務(wù)；NFC標(biāo)簽；NDEF編碼

DOIDOI：10.11907/rjdk.161010

中圖分類(lèi)號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2016）005-0099-02

0 引言

當(dāng)前主流的防走失手環(huán)主要以紙條等方式將信息存儲(chǔ)在手環(huán)中，這種方式在一定程度上起到了存儲(chǔ)和提供信息的作用，但是存在很大弊端，如紙條丟失或遇雨水導(dǎo)致信息受損等，并且不利于集中管理和相應(yīng)數(shù)據(jù)更新，存儲(chǔ)的信息量也非常有限。鑒于此，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款基于云服務(wù)的NFC防走失黃手環(huán)系統(tǒng)，將NFC技術(shù)應(yīng)用于防走失黃手環(huán)為全國(guó)首創(chuàng)。

1 系統(tǒng)體系架構(gòu)

NFC黃手環(huán)運(yùn)用了NFC技術(shù)，在智能手機(jī)上開(kāi)啟NFC功能，在手環(huán)上感應(yīng)，“嘀”聲后即可得到走失人員信息，比如走失人員的家庭住址、身體狀況、聯(lián)系電話(huà)等，特別是可以針對(duì)患有特殊疾病的老人予以提示，并提供在特殊狀態(tài)下的急救方式等。同時(shí)還可以通過(guò)接觸的手機(jī)，獲知走失人員的方位，在控制中心獲取地圖信息，協(xié)查人員可以選擇是否需要護(hù)送老人回原地，手機(jī)也可以給出進(jìn)一步指示信息。同時(shí)，家人或者民政人員可以在走失人員的手環(huán)得到感應(yīng)時(shí)就得到反饋信息。

NFC黃手環(huán)系統(tǒng)由NFC黃手環(huán)標(biāo)簽、云服務(wù)器和NFC終端（通常是手機(jī)）組成，如圖1所示。

（1）NFC黃手環(huán)標(biāo)簽。NFC黃手環(huán)標(biāo)簽以橡膠手環(huán)為主體，腕帶上印有唯一編號(hào)。內(nèi)部放置ntag203芯片，用NDEF編碼，存放個(gè)性化的網(wǎng)址，即芯片的編號(hào)信息。

（2）云服務(wù)器。云服務(wù)器包含數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例和Tomcat服務(wù)程序等兩部分組成。數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例負(fù)責(zé)存儲(chǔ)云服務(wù)實(shí)例的ID、黃手環(huán)標(biāo)簽的芯片編碼信息和云服務(wù)的運(yùn)行日志。Tomcat服務(wù)程序負(fù)責(zé)建立與手機(jī)的連接，手機(jī)讀取芯片的地址后訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器，讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容后反饋給手機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)手環(huán)持有者相關(guān)信息的獲取。

（3）NFC終端（手機(jī)）。NFC終端指帶有NFC功能的電子產(chǎn)品，最常見(jiàn)的為手機(jī)。當(dāng)手機(jī)打開(kāi)NFC功能后，靠近手環(huán)芯片位置，即可讀取到芯片內(nèi)的地址實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)。由手機(jī)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器，獲取訪(fǎng)問(wèn)結(jié)果并將其返回給手機(jī)瀏覽器并予以顯示。

2 軟硬件設(shè)計(jì)及主要技術(shù)

2.1 NFC簡(jiǎn)介

NFC（Near Field Communication）是一種基于RFID射頻識(shí)別和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的近距離無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，它無(wú)需另外設(shè)定安裝程序，任意兩臺(tái)NFC移動(dòng)設(shè)備在10cm距離以?xún)?nèi)便可自動(dòng)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信功能，進(jìn)行非觸摸式信息傳遞，實(shí)現(xiàn)電子錢(qián)包和身份驗(yàn)證功能。其運(yùn)行頻率在13.56MHz以?xún)?nèi)，傳輸速率為106～848kbit/s，支持藍(lán)牙和802.11等無(wú)線(xiàn)協(xié)議。NFC技術(shù)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它將成為近距離無(wú)線(xiàn)互連領(lǐng)域一種極富競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。

2.2 NFC設(shè)備操作模式

NFC有3種工作模式，即NFC終端（通常是手機(jī)）作為識(shí)讀設(shè)備（閱讀器）、NFC終端作為被讀設(shè)備（卡模式）以及NFC終端之前的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Peer-to-Peer）模式。

（1）NFC終端作為識(shí)讀設(shè)備（閱讀器）。閱讀器模式，在該模式下NFC終端作為識(shí)讀設(shè)備使用，開(kāi)啟NFC功能的手機(jī)可以讀寫(xiě)任何支持的標(biāo)簽，讀取其中的NFC標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)。即在NFC手機(jī)中的NFC芯片將作為讀卡器使用，與兼容NFC的其它設(shè)備進(jìn)行通信。當(dāng)然，讀取的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在手機(jī)中，也可以存儲(chǔ)在 SIM卡中。閱讀器模式和標(biāo)簽?zāi)Ｊ降耐ㄐ旁眍?lèi)似。本文將手機(jī)中的NFC芯片作為閱讀器與手環(huán)中的NFC芯片標(biāo)簽進(jìn)行通信。

（2）NFC終端作為被讀設(shè)備（卡模式）。卡模式也稱(chēng)為標(biāo)簽?zāi)Ｊ?，即將設(shè)備作為一個(gè)標(biāo)簽，該標(biāo)簽中儲(chǔ)存了相關(guān)的信息資料。當(dāng)有專(zhuān)門(mén)的識(shí)別終端靠近時(shí)，終端則自動(dòng)作為應(yīng)答器，響應(yīng)設(shè)備的識(shí)別。將NFC終端作為移動(dòng)支付即是在實(shí)現(xiàn)卡模式的功能。標(biāo)簽?zāi)Ｊ绞且环N無(wú)源的模式，此時(shí)僅僅是基于電磁感應(yīng)原理，只要識(shí)讀設(shè)備能產(chǎn)生高頻的電磁場(chǎng)，NFC芯片在被穿過(guò)時(shí)就能實(shí)現(xiàn)設(shè)備感應(yīng)。

（3）NFC終端之前的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Peer-to-Peer）模式。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式，即通過(guò)非接觸射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)交換，指將兩個(gè)具備N(xiāo)FC功能的設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。它基于主動(dòng)通信模式，在進(jìn)行通信之前，NFC手機(jī)要產(chǎn)生自己的射頻域后，才能發(fā)送數(shù)據(jù)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式符合ISO/IEC 18092標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 黃手環(huán)硬件設(shè)計(jì)

NFC防走失黃手環(huán)采用被動(dòng)RFID技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行編碼，無(wú)須電池供電，可以永久使用。芯片密封在防過(guò)敏軟性硅膠內(nèi)部，防雨防汗，信息不會(huì)丟失和磨損。與信息沒(méi)有密封措施的普通手環(huán)相比，NFC智能防走失手環(huán)的耐用性非常好，不受環(huán)境影響，沒(méi)有損耗，可以長(zhǎng)期使用。

黃手環(huán)主體采用金黃色橡膠制成手環(huán)，內(nèi)部放置有芯片。采用ntag203芯片，其性能穩(wěn)定、讀寫(xiě)速度快、信號(hào)反應(yīng)靈敏，可同時(shí)多個(gè)讀取，并具備防沖突功能。用NDEF（NFC Data Exchange Format即NFC數(shù)據(jù)交換格式，是NFC組織約定的NFC tag中的數(shù)據(jù)格式）進(jìn)行編碼，存放個(gè)性化網(wǎng)址。NDEF是輕量級(jí)的緊湊的二進(jìn)制格式，可帶有URL、vCard和NFC定義的各種數(shù)據(jù)類(lèi)型。NDEF由各種數(shù)據(jù)記錄組成，而各記錄由報(bào)頭（Header）和有效載荷（Payload）組成，其中NDEF記錄的數(shù)據(jù)類(lèi)型和大小由記錄載荷的報(bào)頭注明，這里的報(bào)頭包含3部分，分別為L(zhǎng)ength、Type和Identifier?？傮w而言，NFC防走失黃手環(huán)就是一個(gè)移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用。

2.4 云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

云服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)有3張表，分別為城市信息表、云實(shí)例信息表、云服務(wù)日志表。城市信息表用于存儲(chǔ)各城市信息，云實(shí)例信息表用于存儲(chǔ)云服務(wù)實(shí)例的基本配置信息、人員基本信息、腕帶編號(hào)信息，云服務(wù)日志表用于存儲(chǔ)云服務(wù)實(shí)例的運(yùn)行日志信息。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)條件準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)主要測(cè)試NFC黃手環(huán)標(biāo)簽功能以及數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例的對(duì)應(yīng)信息是否匹配無(wú)誤。測(cè)試設(shè)備為華為榮耀7。隨機(jī)抽取50個(gè)NFC黃手環(huán)，打開(kāi)手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)及NFC功能，靠近NFC黃手環(huán)的芯片位置進(jìn)行信息讀取。每種測(cè)試條件下各測(cè)試50次，統(tǒng)計(jì)成功次數(shù)。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

手機(jī)靠近黃手環(huán)發(fā)出“嘀”聲后，會(huì)自動(dòng)調(diào)用瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，在云端讀取黃手環(huán)所對(duì)應(yīng)的信息，包括人員照片、姓名、病史、親人聯(lián)絡(luò)方式等，其界面如圖2所示。點(diǎn)擊更多信息后獲得走失人員詳細(xì)信息，如圖3所示。測(cè)試的50個(gè)手環(huán)基本無(wú)差錯(cuò)，結(jié)果如表1所示。從實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，本文實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品基本符合設(shè)計(jì)初衷。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了現(xiàn)有防走失黃手環(huán)系統(tǒng)所存在的問(wèn)題，提出了一種基于云服務(wù)的NFC黃手環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)基于云服務(wù)的黃手環(huán)系統(tǒng)體系架構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)描述，并給出了云服務(wù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。實(shí)驗(yàn)表明，這種防走失黃手環(huán)具有便于操作、安全性強(qiáng)、信息穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。在使用上，采用NFC手機(jī)對(duì)芯片進(jìn)行感應(yīng)的方式，無(wú)需下載、安裝APP，只需開(kāi)啟NFC功能，輕輕接觸手環(huán)，即可讀到該手環(huán)所記載的所有圖片和信息，增加了交互性且方便快捷，可加以推廣應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯：孫 娟）