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1、射频识别在物品跟踪与追溯系统中的应用摘要：针对供应链全过程的物品跟踪和追溯需求，提出了基于射频识别语义事件的物品跟踪模型和追溯方法；定义了五种射频识别业务事件，使用可扩展标记语言元素描述产品物流信息。通过缓存优先级排队策略处理并发射频识别复杂事件，实现了射频识别事件与业务单据的自动匹配和集成。设计了物品跟踪与追溯系统的功能架构、网络结构和安全体系，通过Web Service和手机短信等多种方式查询追溯信息。关键词：无线射频识别；跟踪与追溯；事件；产品电子代码信息服务1 引言目前国内外对物品的跟踪和追溯十分重视。欧盟相关法律法规要求在欧盟国家销售的牛肉制品和生鲜水果、蔬菜都要具有可追溯功能。美国
2、食品与药品管理局(FDA)要求对食品安全进行跟踪与追溯。中国于2007年7月和12月，相继出台的食品召回管理规定和药品召回管理办法，以及国家最新颁布的食品安全法，都要求食品药品制造和流通企业能够动态地跟踪同批次产品的当前位置等信息，以便及时、方便地召回有问题产品。在国际标准化组织IS04802：1949中，“可跟踪性”定义为：通过记录标识的方法确定某个实体来历、用途和位置的能力。物品“可追溯性”指原料或部件的来源、产品的加工历史、产品配送过程中的流通和位置可追溯.射频识别(RFID)具有无线、非接触、高速自动目标识别等特点，已逐步应用于铁路运输监控与管理、高速公路收费、危险品管理、农产品食品药
3、品跟踪管理、动物识别管理、集装箱管理、高档商品防伪识别等领域。文献3提出的区域RFID信息公共服务平台包括中间件服务模块和底层硬件模块、企业数据中心模块和企业应用模块。通过RFID中间件服务，使用消息队列将各读写器读到的事件驱动过程链(EPC)信息主动发给企业数据中心，企业数据中心由数据库和产品电子代码信息(EPCIS)组成，存储产品EPC信息，并提供数据交换和查询。文献4设计了轻量级的RFID信息追踪模型和架构，包括物品命名解析服务器、物品溯源服务器、物品信息服务器和公共服务代理器。文献5采用数据网格与RFID相结合的方式，构建农产品跟踪与追溯系统，将RFID数据以规格化的可扩展标记语言(X
4、ML)文档形式描述，采用事件机制、消息发布与订阅机制统一处理RFID事件。广东省和福建省检验检疫部门应用RFID技术对出口鳗鱼产品质量控制信息进行实时追踪和管理，上海对生猪采用RFID技术进行质量追溯。文献7提出制造业动态追踪任务模型，加强了供应链的追溯功能，文献8和文献9提出了仅应用于单一闭环领域的RFID跟踪系统。RFID系统通常将读写器r在t时刻识别的标签s形成数据元组(r，s，t)直接发送给应用系统，将底层数据流变换成可管理的RFID数据流。文献11在简单事件处理中引入标签识别状态和事件驱动状态转换，使用应用无关和应用相关的复合事件处理机制，将RFID原始数据转换为应用系统需求信息，并
5、可定制特定的复合事件处理规则。文献12提出了复合订阅语言，设计了基于图和时间事件的订阅匹配算法，以支持时序和非触发式事件的检测。文献13 分析了基于流的共享事件处理(Stream-based and Shared Event Processing，SASE)的复杂事件算法存在的不足，采用Hash表和有限自动机(DFA)来存储和检测RFID复杂事件。综上所述，已有RFID产品跟踪追溯的研究集中在RFID数据采集和物品RFID信息跟踪记录、RFID信息公共服务平台的研究开发，RFID中间件和RFID事件处理机制的研究集中在RFID数据无冗余采集、数据过滤、简单数据转化成RFID复杂事件、RFID复
6、杂事件的处理机制和事件发布与订阅机制。目前，RFID的应用研究缺乏RFID事件的业务应用分析和技术实现研究；缺乏对并发RFID事件的处理机制研究，未涉及RFID事件与企业业务单据之间的集成。针对RFID技术用于物品跟踪和追溯的需求，本文提出了基于RFID语义事件的物品跟踪模型和追溯方法，使用基于XML的RFID业务事件，记录、存储和追溯产品的物流信息，研究了并发RFID事件的处理机制，设计了基于RFID的物品跟踪与追溯系统的功能架构、网络结构和安全保障方法，实现了基于RFID事件的物品信息实时跟踪和追溯查询。2 基于射频识别的物品跟踪与追溯模型为了建立信息系统中跟踪模型与产品物流实体间的对应关
7、系，需要解决物理实体编码标识与管理系统中相应数据的映射问题。可追溯单元作为产品物流跟踪和追溯的对象，可以是产品原辅料、产品半成品、单品、包装箱、托盘、集装箱等，可追溯单元14包括定义标识信息和记录信息两部分。标识信息的主要功能是确保跟踪与追溯过程的连续性；记录信息的主要功能是实现企业内部和外部流通追溯。通过可追溯单元的设计与构建，可以将对物理实体的跟踪与追溯转变为对供应链中不同可追溯单元信息的追溯，实现由物理追溯向信息追溯的转变。3 射频识别事件语义定义与处理机制EPC global组织发布了EPCIS接口标准H钉，EPCIS提供了一个模块化、可扩展的数据和服务的接口，使得EPC的相关数据可以
8、在企业内部和企业之间共享。EPCIS接口包括EPC事件定义、获取与查询。本文遵循并扩展EPCIS接口，用XML语义描述和存储产品物流的RFID业务事件。31产品物流状态的射频识别事件语义描述根据产品在供应链中的物流变化状态，将RFID复杂业务事件分为五种类型：对象事件，表示读到标签的EPC事件；聚合事件，表示多标签合并的事件；数量事件，表示同类物品标签的数量；交易事件，表示物品与业务处理相关联的事件，该事件可以与具体业务订单绑定；查询事件，表示物品查询次数的事件。RFID事件中的XML元素用于标识产品物流实时状态的参数时间，电子标签，读写器位置，单位，业务类型，关联标签，单据值。根据产品物流跟
9、踪与追溯需要，确定RFID业务事件包括原料检验入库、原料领用、关键零部件装配、生产下线、单品装箱、包装箱入库、包装箱出库、配送入库、配送出库、运输跟踪、零售入库、商品拆分、商品销售、商品查询、商品退货等。产品EPCIS服务器的主要功能为：捕获产品的业务状态，将RFID业务事件通过XML文件实时收集上传保存至EPCIS数据库；通过端口映射，向外网提供一个查询服务。图l所示为一个生产装箱聚合事件。其中，聚合后的对01200001100000001000000聚合体包含的EPC标签为0100000110000000300000000100000110000000F0000000，01000001 1
10、000000060000000。Action为增加标签，bizStep业务步骤为包装；disposition为存储阶段；readPoint为102读写器；bizLocation业务位置为制造商001。200709-20T15：55：04+08：00urn：epc：id：GID：012000011000000010000000epc)urn：epc：id：GID：010000011000000030000000urn：epc：id：GID：0100000l 10000000F0000000urn：epc：id：GID：010000011000000060000000(epcA肋urn：demo：
11、bizstep：packageurn：demo：disp：storageurn：demo：readpoint：102urn：demo：bizloc：manufacture：001图1 产品装箱的RFID业务事件定义32射频识别复杂事件的数据流处理机制RFID数据采集负责RFID设备的配置与监控，获取RFID数据，进行RFID数据过滤和整合，并根据业务指令，将RFID数据封装为具有语义的RFID事件。RFID事件检测组件负责发现大量并发的RFID事件，并将其转入待处理事件缓存池中。RFID事件调度组件查询规则库中的事件处理规则或条件，对所有待处理事件进行加权优先级处理和调度，生成事件处理优先队列
12、。根据事件处理优先队列，RFID复杂事件处理组件依次将RFID事件与企业业务单据进行自动匹配，完成RFID应用的业务操作或错误报警提示。同时将产品物流的RFID业务事件用XML格式、通过超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol，HTTP)上传并存储到EPCIS服务器，提供供应链全过程的产品追溯查询。RFID事件实时调度策略包括基于业务规则的优先级处理、缓存优先级处理、时间序列先后顺序处理等策略。操作用户通过企业内部系统生成业务单据，RFID数据采集并生成RFID事件，计算机缓存中RFID事件与企业内部系统业务单据之间的匹配由系统自动完成。RFID复杂事件的处理也是
13、由RFID应用系统自动处理，但需要人工事先定义复杂事件的实时处理规则或缓存优先级。RFID事件的缓存优先级处理策略为：RFID数据和RFID事件采用数据对象并存储在本地缓存中，EPC事件处理优先级由所在的缓存赋予，根据不同阅读器的业务处理重要程度(人工定义)，分别设置其各自的缓存优先级高低，使重要的EPC得到优先处理；缓存大小监控模块对每个缓存控件进行实时监控，当缓存中的数据达到或已超出缓存上限时，此模块就将此缓存的优先级动态更改为最高，并通知缓存数据处理模块进行处理；缓存数据处理模块按缓存的不同优先级，优先处理优先级高的缓存，系统自动对RFID业务事件进行排序处理。4基于射频识别的物品跟踪与
14、追溯系统41 系统功能和网络结构物品跟踪与追溯系统的功能架构不仅包括传统RFID中间件的数据接入层、数据层和RFID事件管理服务层，还包括面向业务单据集成的单据解析与转换、数据交换、EPCIS服务等功能组件。硬件层是产品流通各环节安装的固定或手持RFID读写器和天线，以及追溯单元(产品6装箱托盘集装箱)上粘贴的RFID电子标签；接入层包括RFID读写器适配器、RFID数据过滤、加密和数据格式转化处理；数据层包括EPCIS数据库、产品数据库、业务单据数据库；服务层包括RFID事件处理组件、XML业务单据解析与转化组件、EPCIS事件上传与查询组件、数据流管理、数据交换服务；基础管理包括用户和权限
15、管理、产品数据和供应链企业信息管理和维护。RFID应用层包括产品RFID数据采集(涉及制造商、分销商、配送中心、零售商)、产品制造过程跟踪管理、流通跟踪管理、产品追溯查询、RFID应用与企业业务系统数据交换。企业商品物流操作的主要步骤、需要跟踪和共享的物品RFID信息。供应链企业在局域网内通过USB串口IP端口多方式连接RFID读写器，采集物品跟踪的RFID信息，将RFID事件与企业应用系统进行业务数据集成，通Internet将物品状态变化的RFID事件(XML文件)实时上传到据中心的RFID事件数据库。物品数据中心由数据库和EPCIS组成，存储产品EPC信息并提供数据交换，包括物品跟踪服务器
16、、物品追溯EPCIS服务器、公钥私钥安全服务器。42射频识别事件与企业业务集成企业应用系统(如企业资源计划(ERP)、销售点终端(Point，POS)、仓库管理系统(WMS)将业务单据通过XML文件传递给RFID跟踪追溯系统，系统自动将业务单据与RFID业务事件进行匹配比较，核对并保持产品物流和信息流的一致性，生成复杂EPC事件，上传到EPCIS服务器，实现产品的追溯和查询。以销售出库业务为例，ERP系统提供的销售出库单包括物料编码、物料名称、规格型号、应发数量、计量单位、单据号、发货仓库、发货单位、接收单位等信息。将销售出库单的XML文档生成文档对象模型(DOM)单据对象，XML节点数据赋值
17、给对象属性，完成单据对象的数据转化，从而屏蔽不同应用系统单据的异构性。以下给出RFID事件与出库单据对象间的业务匹配算法的伪码表示。for(each EventNode child node eNode)将事件链表中的每个事件与单据对象匹配if(eNodebizStep=Ordeoutbound)判断事件是否出库业务if(ListNodeRFIDid包含Ordeproductid) 判断事件中EPC编码是否属于出库商品类型Quantity=quantity+1 Ielse alert(发错商品)lif(Quantity：Ordernumber)alert(商品出库数量多了!)；if(Quant
18、ityOrdernumber)Ordernumber=Quantity Iif(eNode is a tail event)capture(every eNode)；将每个出库事件上传到EPCIS数据库43产品物流信息追溯查询根据上述产品追溯体系，由制造商维护的产品数据库提供产品原料信息和产品属性，EPCIS事件数据库提供产品制造和流通过程的物流信息，以及产品查询过程记录，对单品包装箱的物流信息进行多纬度统计分析。系统能够提供产品RFID标签实时查询方式和发布订阅信息方式，用户可以通过RFID固定设备、web网站、具有RFID读取功能的近距离无线通讯(NFC)手机来读取商品的RFID标签，通过
19、Web Service服务和手机短信访问产品追溯查询平台，得到产品的物流追溯信息。信息查询服务使用Web Service方式，将查询内容全部封装在一个查询服务内，用户用NFC手机或RFID固定读写器一次查询就可以获得所有信息。44射频识别应用系统的安全随着计算机网络开放性、共享性以及互联程度的提高，基于Internet的供应链物品跟踪与追溯系统的信息安全越来越重要，RFID跟踪追溯系统要采取可靠的安全措施来保证RFID数据不可篡改和数据网上传输的安全。因此，RFID跟踪追溯系统的安全设计有以下方法：(1)RFID标签数据加密为实现贵重物品RFID标签防伪，可将EPC编码通过AES算法加密后再写
20、入标签，具有私钥的读写器读取标签密文，再进行编码解密得到EPC明码.(2)用户和读写器身份认证RFID跟踪追溯系统需要验证操作用户的RFID身份卡，只有具有私钥的读写器才能够读取RFID标签信息，实现系统的权限控制，保证操作信息不可篡改。(3)采用数字签名技术实现RFID数据传输的安全以数字签名技术对RFID客户端与数据中心跟踪服务器间进行双向身份鉴别，双向身份鉴别采用的是国际通用的高强度128位RSA非对称算法。传输过程中的机密RFID数据通过加入报文鉴别码(MAC)的方式，实现报文加密和数据完整性校验。根据RFID应用系统的安全要求，可以独立或组合应用上述三种安全加密方法。经过对成本投入和
21、安全强度的折衷考虑，安全体系的密钥存储和加密运算完全由软件实现，也可改为硬件加密以及硬件密钥存储。5 系统实现根据上述的物品跟踪模型和系统功能架构，设计开发了基于RFID的物流跟踪与追溯系统。系统开发选用微软Visual Studio开发平台，C编程语言，数据库。采用客户端务器和浏览器服务器混合技术架构，其中数据采集、RFID事件处理、ERP业务单据集成采用CS架构，实现了RFID应用系统与用友ERPU871软件业务单据匹配集成和数据交换；RFID复杂事件的上传和物品跟踪查询采用BS架构。使用Java 2平台企业版的轻量级框架Spring来管理整个EPCIS事件上传和产品信息查询服务，使用来持
22、久化数据库，集成Quartz来管理事件定时上传任务。手机和服务器之间通过Web Service进行通讯和交换物流信息。手机短信服务器端采用工业级GSM MDEM(俗称短信猫)和移动公司的SP短信服务器两种模式。本文的物品跟踪模型和追溯方法已应用于双沟酒业RFID综合管理系统，对珍宝坊系列白酒和包装箱应用RFID标签进行防伪管理、经销商防窜货管理和库存管理，应用场景包括灌酒车间单品和包装箱标签贴写、仓库管理RFID应用、销售出库的RFID防窜货配送、RFID手机防伪防窜货查询等功能。RFID综合管理系统可以很好地跟踪管理每瓶酒的真伪和制造流通信息跟踪查询。如图6所示为双沟酒业RFID综合管理系统
23、中产品出库应用界面；图7所示为安装RFID读写器的手机读取产品RFID编码后，通过web Service查询产品物流信息。6 结束语目前，大多数工业产品和快速消费品缺乏供应链全过程的跟踪和追溯管理，产品物流信息与企业业务系统之间缺乏实时信息的采集和数据同步。本文提出了基于RFID的产品物流动态跟踪模型和追溯方法，按照应用业务类型对RFID事件进行分类，RFID事件中使用XML元素来描述和存储产品物流信息，通过缓存优先级排队规则处理并发的RFID事件，将RFID事件与业务单据进行了业务集成。设计了跟踪与追溯系统功能模块、网络结构和安全体系，使用Web Service和手机短信方式实现了用户追溯信
24、息的查询，该系统适用于大型酒厂的RFID综合管理系统。Application of RFID on products tracking and tracing SystenmAbstract：Aiming at the requirements of product tracking and tracing in the entire supply chain，a new product tracking model and tracing method based on Radio Frequency IDentification(RFID)semanticevent was put for
25、wardFive types of RFID business events were defined，eXtensible Markup Language(XML)element was used to describe the status of products logisticsBy processing concurrent RFID complicated events with buffered priority queuing rules，RFID events could be integrated and matched automatically with the bus
26、iness order of application systemThe system architecture，network topology and system security of tracking and tracing system were designedThe traceable RFID information of product could be queried and accessed through Web Service and Short Messaging Service(SMS)The tracking and tracing method based
27、on RFID was applied tO the management system of winery which was helpful for anticounterfeiting and anti-changing product for the franchisers，and stock managementKey words：radio frequency identification；tracking and tracing；event；electronic product code information service1 Introduction At home and
28、abroad to track and trace of goods very seriously. EU laws and regulations related to sales in the EU beef products and fresh fruits and vegetables can be traced back to be a function. U.S. Food and Drug Administration (Food and Drug Admistration, FDA) requirements for food safety traceability. Chin
29、a in July 2007 and 12 months, has issued a food recall regulations, and drug recall management approach, and the state recently issued a Food Safety Law, requires food / pharmaceutical manufacturing and distribution companies to dynamically track the current location of the same batch of product and
30、 other information, timely and easily recall the products in question. In the International Organization for Standardization IS04802: 1949, the traceability is defined as: method by recording the identity of an entity to determine the origin, purpose and location capabilities. Item traceability mean
31、s the source of raw materials or components, products, processing history, product distribution and location of the circulation process can be traced back. 3 RFID information for regional public service platform, including middleware service modules and the underlying hardware modules, the enterpris
32、e data center modules and enterprise application modules. RFID middleware services through the use of message queues to each reader to read the event-driven process chain (Event-driven Process China, EPC) information sent to the enterprise data center initiative, database and enterprise data centers
33、 by the Electronic Product Code Information (Electronic Product Code InformationService, EPCIS) composed of EPC information storage products, and provides data exchange and query.4 designed a lightweight RFID tracking information model and framework, including the item name resolution server, the se
34、rver tracing items, items of information and public service proxy server. 5 using the data grid with a combination of RFID, tracking and tracing system of agricultural building, the RFID data to standardized extensible markup language (eXtensible Markup Language, XML) document formal description, us
35、ing the event mechanism, disseminating Unified treatment with RFID event subscription mechanism. Guangdong Province and Fujian Province, inspection and quarantine departments to RFID technology eel products for export quality control information in real time tracking and management, the Shanghai RFI
36、D technology on the quality of live pigs using retrospective. 7 proposed dynamic tracking task model of the manufacturing sector, strengthening the supply chain traceability, 8 and 9 proposed a closed-loop field applies only to a single RFID tracking system.RFID systems typically reader r at time t
37、s the formation of the data tag identifying tuple (r, s, t) sent directly to the application system to manage the underlying data flow into the RFID data streams. 11 introduced a simple event processing and event-driven state labels identify state transitions, the use of application-independent and
38、application-related complex event processing mechanism, the raw RFID data into information system requirements for the application, and can customize a particular complex event processing Rules. 12 proposed a composite subscription language, design and timing of events based on the subscription grap
39、h matching algorithms to support timing and non-triggered events testing. 13 analyzed the flow based on a shared event handler (Stream-based and Shared Event Processing, SASE) the complexity of the shortcomings of the event algorithm, using Hash tables and finite automata (DeterministicFinite Automa
40、ton, DFA) to store and complexity of testing RFID Events.In summary, there are RFID product tracking retrospective study focused on RFID RFID data collection and item information tracking records, RFID information on research and development of public service platform, RFID middleware and RFID event
41、 handling mechanism of the studies focus on RFID data without redundant I acquisition, data filtering, simple data into RFID complex event, RFID complex event processing mechanism and the event publish and subscribe mechanism. Currently, RFID Application of a lack of business applications of RFID ev
42、ents and technology research; the lack of concurrent RFID event processing mechanism, not related to RFID events and business integration between business documents.For RFID technology for tracking and tracing of goods demand, this paper presents the semantic events based on RFID tracking model and
43、tracing of goods means the RFID XML-based business events, recording, storage and traceability products, logistics information, research RFID event concurrent Processing mechanism, designed RFID-based item tracking and tracing system of the functional architecture, network architecture and security
44、methods to achieve event-based RFID real-time tracking and tracing items of information inquiries.2 radio frequency identification-based tracking and tracing items modelIn order to establish information systems to track model and product logistics corresponding relationship between the entities, nee
45、d to address the physical entity identification and management system for encoding data in the corresponding mapping problem. Logistics unit can be traced back as the product tracking and tracing of objects, which can be product raw materials, semi-finished products, single items, boxes, trays, cont
46、ainers, etc., can be traced back unit 14, including the definition of identification information and record information in two parts. Identification information of the main function is to ensure the continuity of the process of tracking and tracing; record information to achieve the main function is
47、 to trace the internal and external circulation. Unit can be traced through the design and construction, will be tracking and tracing of physical entities in the supply chain into different units of information can be traced back back, back to the information from the physical realization of the change retroactive.3 the semantic definition ofRFID event handling EPC global organization EPCIS interface standards issued H nails, EPCIS provides a modular, scalable data and service interface, making the EPC related data can be shared within the enterprise and bet
