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北京邮电大学硕士学位论文 航空邮包交接过程中r f i d 系统的设计与实现 摘要 无线射频识别技术( r f i d ) 是近年来业界关注的焦点，并广泛 应用于各种各样的领域，特别是近几年零售业和物流行业信息化的不 断深入，越来越依赖于应用信息技术来降低成本，提高工作效率。 航空运输是我国邮政通信的重要组成部分，其运营的好坏对邮政 企业的发展有着极其重要的意义。随着中国速递市场的高速发展，中 国的邮政航空运输量也将呈现较高的发展速度。其中，业务量尤其以 北京、上海、广州三地最大。通过无线射频识别技术( r f i d ) 的应 用，能有效地解决邮件在交接环节中长期存在的生产效率低、劳动强 度大和拒识率高等问题，缩短了邮件的传递时限，减轻了职工的劳动 强度，提高了邮件识读率和交接质量，进一步提升了邮政信息化的水 平，促进了业务的发展。 本文课题首先介绍了国内外r f i d 技术的应用状况和航空邮包运 输在国内的实际业务背景，分析现有航空邮包交接的方式与弊端，引 出本课题的研究内容及意义。确定本系统的技术参数与标准协议，分 析在应用中涉及的问题，设计选择总体方案及总体网络架构。分析研 究射频技术的关键问题，针对防碰撞算法进行展开，利用m a t l a b 进行仿真，分析运行结果及本文算法应用价值。再根据航空邮包交接 的业务需求，设计应用软件系统，介绍各模块的具体功能，针对中间 件与应用系统架构进行实现说明。最后介绍了本系统的实际应用情 况，分析应用效果及价值。 课题建立的射频识别( r f i d ) 系统达到了邮包交接自动化、便 捷化的目的，同时具有较好的经济效益和社会效益。课题成功应用于 北京、上海、广州三地航站，识别率达到9 9 以上，总包分拣速度提 高许多，使用效果显著。 关键词：射频识别航空邮包防碰撞应用软件系统 北京邮电大学硕士学位论文 d e s i g na n di m p l e m e 卜n o fr f i ds y s t e m i nt h ea i rt ra n s p o r t a t i o np o s l j a lp a c k a g e h a n d i n go v e r a b s t r a c t r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y ( r f i d ) i st h ef o c u so f a t t e n t i o no ft h ei n d u s t r yi nr e c e n ty e a r s ，a n dw i d e l yu s e di naw i d ev a r i e t yo f a r e a s i np a r t i c u l a r , i nr e c e n ty e a r s ，r e t a i la n dl o g i s t i c si n f o r m a t i o ns y s t e mi n d e p t hi si n c r e a s i n g l yd e p e n d e n to nt h ea p p l i c a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y t or e d u c ec o s t sa n de n h a n c ee f f i c i e n c y a i r t r a n s p o r t a t i o n i sa l l i m p o r t a n tp a r t o ft h ec h i n a s p o s t a l c o m m u n i c a t i o n s n l eq u a l i t yo fi t so p e r a t i o n sh a sg r e a ti m p o r t a n c ef o rt h e p o s t a le n t e r p r i s e s c h i n ap o s t sa i rt r a n s p o r t a t i o nw i l ls h o wah i g h e rg r o w t h r a t ew i t hc h i n e s ee x p r e s sd e l i v e r ym a r k e ti nt h ed e v e l o p m e n to fh i g h - s p e e d i np a r t i c u l a r , t h ev o l u m eo fb u s i n e s si st h el a r g e s ti nb e i j i n g ，s h a n g h a ia n d g u a n g z h o u t h r o u g hr a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y ( r f i d ) ，c a l l b es o l v e de f f e c t i v e l yi nt h em a i ls o r t i n ga n dt r a n s f e ro fp r o d u c t i o ns u c h 嬲t h e l o n g s t a n d i n gl i n k sl o wp r o d u c t i v i t y , t h el a b o ri n t e n s i t ya n dh i g hr e j e c t i o n r a t e ，s h o r t e n i n gt h em a i lt r a n s m i s s i o nt i m e ，t h e r e b yr e d u c i n gt h el a b o r i n t e n s i t yo ft h ew o r k e r sa n di m p r o v et h el i t e r a c yr a t ea n dm a i lt r a n s f e rq u a l i t y , p o s tt of u r t h e re n h a n c et h el e v e lo fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt op r o m o t et h e d e v e l o p m e n to ft h eb u s i n e s s t h ep a p e ri n t r o d u c e sa p p l i c a t i o no fi 江i dt e c h n o l o g ya th o m ea n d a b r o a da n da c t u a lb u s i n e s so fa i rt r a n s p o r t a t i o np a r c e li nt h ed o m e s t i c ， a n a l y s e st h ee x i s t i n ga p p r o a c ha n dt h ed r a w b a c k so fa i rt r a n s p o r t a t i o np a r c e l ， l e a d st ot h es u b je c tc o n t e n ta n ds i g n i f i c a n c e t h et e c h n i c a lp a r a m e t e r so f s y s t e ma r ed e t e r m i n e dw i t ht h es t a n d a r dp r o t o c o l ，t h ei s s u e si nt h ea p p l i c a t i o n a lea n a l y z e d ，a n dt h es c h e m ea n dn e t w o r ka r c h i t e c t u r ei sd e s i g n e d a n a l y s i s o fk e yi s s u e so fr ft e c h n o l o g yf o ra n t i c o l l i s i o na l g o r i t h mt os t a r tt h e 北京邮电大学硕士学位论文 s i m u l a t i o nu s i n gm 筒l a b ，a n a l y z et h er e s u l t sa n da l g o r i t h ma p p l i c a t i o n i n a c c o r d a n c e 、7 i r i m t h ea i rt r a n s p o r t a t i o np a r c e lb u s i n e s sn e e d s ，d e s i g n st h e a p p l i c a t i o ns o f t w a r es y s t e m ，i n t r o d u c e ss p e c i f i cf u n c t i o n so f e a c hm o d u l ea n d t h ea c h i e v e m e n to fm i d d l e w a r ea n da p p l i c a t i o ns y s t e m f i n a l l yi n t r o d u c e st h e p r a c t i c a la p p l i c a t i o no f t h es y s t e ma n dt oa n a l y z et h ee f f e c ta n dv a l u e t h ep r o j e c te s t a b l i s h e st h er f i ds y s t e m ，w h i c hr e a l i z e st h ea u t o m a t i o n a n df a c i l i t yf o rs o r t i n g a ts r m et i m e ，t h i st a k e sb e t t e rb o t hf i n a n c i a lb e n e f i t a n ds o c i a lb e n e f i ta sr e t u r n 1 1 1 er f i ds y s t e mh a sb e e ne q u i p p e di nb e i j i n g ， s h a n g h a ia n do u a n g z h o u st e r m i n a l i ti ss a i dt h a tt h es y s t e mi sd o m gav e r y g o o dj o b k e yw o r d s ：r f i d ，a i r t r a n s p o r t a t i o np o s t a lp a c k a g e ，a n t i c o l l i s i o n ， t h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r es y s t e m i l l 声明 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论 本人签名： 处，本人承担一切相关责任， 吼j 雩毕 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授 日期： 日期： 北京邮电大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章绪论 随着世界经济的发展，以及中国在世界贸易组织中扮演的角色越发重要，我 国的经济市场大门正逐步向其他成员国打开，各行各业都将面临着内外的挑战和 竞争，邮政企业也不例外。特别是随着行业限制的逐步取消，国际大型的速递公 司( 诸如：u p s ，f e d e x ，d h l ，n 盯) 大举进入中国的运输市场。面对这样的 严峻形势，中国邮政速递要想进一步发展、壮大，必须采取一定的措施从内外对 自己进行进一步的完善。 1 1 1 国内外邮政应用状况 射频识别技术( 以下简称r f i d ，r a d i of r e q u e n e yi d e n t i f i e a t i o n ) 是上世纪 9 0 年代兴起的利用大规模集成电路与无线通信技术相结合的自动识别技术，实 现了标签存储信息的识别和数据交换。已经在动物识别、门禁系统、生产制造和 装配、供应链管理、航空行李处理等领域获得了大量应用。为推进我国自主知识 产权的r f i d 相关技术发展，促进r f i d 技术在我国推广应用，国家科技部在国 家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 中启动射频识别若干关键技术研究与开发 项目，同时以子课题的形式，在全国若干行业展开面向应用的r f i d 技术应用研 究。7 d 技术在邮政行业的应用作为其中一个研究课题在2 0 0 6 年l o 月发布 的8 6 3 项目指南中提出。本文课题背景项目为 r f i d 技术在邮政行业的应用 的子课题京沪穗速递总包处理和航空运输交接过程中r f i d 技术应用。 据市场研究公司i d t e c h e x 调查得到的数据表明【l 】：到2 0 2 0 年全球邮政服务 每年需要一万亿个包裹和信件标签，这使得邮政服务成为继零售供应链之外的第 二大r f i d 应用市场。目前，国外很多发达国家都在进行r f i d 技术改造邮政服 务【1 ，2 】： 意大利邮局利用e s c o r tm e m o r ys y s t e m s 公司专门为邮政业务设计的 f a s t t m c kt m 隧道式天线和一次性被动式无线标签使得能在保证的2 4 ( 或4 8 ) 小时内将各种紧急的信件送达目的地。 英国伦敦的邮政中心采用4 1 1e u r e k a 标签系统被用来鉴别邮政中的“m i n i y o r k s ”( 是一种滚柱罩) ，并以此方法进行邮件的邮递工作。彻底改变了以前邮 政网络因为经常在进行邮件分类工作时短缺m i n iy o r k s ，由此引起邮递的延迟。 澳大利亚邮政中心( a u s t r a l i ap o s t ) 出于改善邮政运营机制中的监控和管理 北京邮电大学硕士学位论文 质量的目的，通过装配4 0 0 多个读卡器，同时使用大约1 2 5 0 0 枚有源标签，随后 对已贴有r f i d 标签的“特别 信件( 包裹) 在国内邮政服务系统中的流程加以 追踪；同样的，对国际信件也会使用相同的r f i d 技术进行追踪。2 0 0 6 年1 月， r f i d 信件分拣和投递系统投入使用，贴有r f i d 标签的信件和包裹在经由关键 分拣区域时，受到高度自动化的监控管理。 沙特邮局、德国邮政等也己进行了成功的r f i d 试运行，以提高服务水平并 减少成本。 2 0 0 5 年初，在科技部和原国家邮政局的支持下，上海邮政局实施了r f i d 技 术在上海速递总包处理中的应用项目。将r f i d 技术应用于支局所、市内速递邮 件汇集点与沪青平处理中心之间速递总包处理作业中，实现了市内速递总包交接 环节的自动扫描、点数、勾核。2 0 0 5 年1 1 月系统投入生产试运行，取得了较好 的成效。为扩大r f i d 技术在邮政业务中的应用奠定了基础，提供了宝贵的经验。 也展示了中国邮政依靠科技进步的决心和实力，提升了中国邮政的形象。为了提 高邮政企业市场竞争力，采用新技术，加快业务处理速度和质量。 1 1 2 实际业务背景 航空邮包是指在特快专递中由航空承担运输的部分邮件。航空运输是我国邮 政通信的重要组成部分，其运营的好坏对邮政企业的发展有着极其重要的意义。 为满足邮件业务的发展、适应国际邮政发展的趋势并提高邮政业务的市场竞争 力，国家邮政局一直致力于不断提升各个系统的自动化与信息集成能力。 随着中国速递市场的高速发展( 1 2 的年复合增长率) ，中国的邮政航空运 输量也将呈现较高的发展速度( 1 0 的年复合增长率) 。其中，业务量尤其以北 京、上海、广州三地最大。表1 - 1 给出了2 0 0 7 年4 月份京沪穗三地航空邮包日 平均业务量。表1 - 2 给出了京沪穗三地本地寄发，其它两地速递航空邮包日平均 业务量。 表1 - 1 京沪穗三地航空邮包日平均业务量 单位：袋日 北京上海，“卅l合计全国 邮航2 3 5 52 4 9 51 1 3 65 9 8 6 民航8 9 35 0 58 3 72 2 3 5 合计 3 2 4 83 0 0 01 9 7 38 2 2 1 约1 3 万 由表1 - 1 可见，航空运输主要包括邮航和民航两种运输方式，以邮航运输为 主。全国航空总包的日平均业务量约1 0 万袋，北京、上海、广州三地航空总包 日平均业务量为8 2 2 1 袋，占全国业务量6 3 。北京本口、出口总包量约为3 2 4 8 袋日，7 3 左右通过邮航运输；上海本口、出口总包量约为3 0 0 0 袋日，8 3 通 2 北京邮电大学硕士学位论文 过邮航运输；广州本口、出口总包量约为1 9 7 3 袋日，5 8 左右通过邮航运输。 表l - 2 京沪穗三地之间航空邮包日平均业务量 单位：袋日 北京 上海 广州合计 本地本地本地本地 北京 |3 3 22 2 l2 4 81 2 75 8 03 4 8 上海2 6 01 8 4|1 3 09 13 9 02 7 5 广州 5 0 01 6 38 7 02 7 ll|1 3 7 04 3 4 由此可见，北京本地每天发上海、广州方向约为5 8 0 袋，上海本地每天发北 京、广州方向约为3 9 0 袋，广州本地每天发北京、上海方向约为1 3 7 0 袋；北京 本地每天发上海本、广州本约为3 4 8 袋，上海本地每天发北京本、广州本约为 2 7 5 袋，广州本地每天发北京本、上海本约为4 3 4 袋。京沪穗三地之间航空总包 本口到本口日均1 0 5 7 袋。峰值业务量约为日均业务量的1 3 倍。 1 2 现有航空邮包处理方式 目前大部分的邮政航空邮包处理过程如下图所示，图1 1 为邮包出口流程， 图1 2 为邮包进口流程。各中心局将邮件分拣、封装为邮包时，会给每个邮包挂 上相应的条形码，所有信息数据将会录入至e m s 系统或是中心局生产系统，作 为第一份电子数据储存。直到所有邮包运至寄达地，由寄达局开拆、分拣处理， 才会再有一份邮包数据，录入至e m s 系统。将两份电子数据进行对比运算，得 出此批邮包的损失率和逾限率。 图1 - 1 邮包出口流程 l 舞媸l i ， 躲糍鼢托运l 贼嫩，托逡| 善毒 l 逡口糯板绣馕l| 避口纷蜷i l 。摆毒 ，口2 。 蘧递幕疏 ：歼攥她璎 入董律她， 毒 嚣出口 1 分拣枧分练盘鼹数镭檄孵 i一| 图1 - 2 邮包进口流程 北京邮电大学硕士学位论文 通过原有邮包处理流程我们会发现，原有处理方式存在着几个很明显的缺 点。第一，电子数据，即分拣机批量采集的数据只有两份，也就是说完全自动化 批量处理的环节只有两个，处于整个进出口流程的头尾，中间环节的工作非常薄 弱。第二，所有邮件在运输过程中虽然在上机之前和卸机之后都有人工勾核环节， 但是由于业务量过大，人工运作的效率和准确率较低，逐个核对邮包信息工作量 非常之大。第三，中心局邮包市内运输和民航部门甚至邮航部门之间都存在跨部 门的信息交流不畅。 所以这样并不能完全保证邮件在运输过程中的信息跟踪和储存，而且不可避 免的会产生邮件的丢失、损坏或是逾限。测试表明，一般情况下，熟练工作人员 用手工键盘输入平均3 0 0 次击键出现1 次错误，而一般管理人员或库存保管员将 会高许多。加上繁重的人工识别，工作响应速度低和差错是在所难免的。据估算， 速递邮件用于交接、点数等保障环节的处理时间约占总处理时间的约3 7 7 。而 一般的智能设备识别的准确率非常高，数据采集的速度也是手工作业无法比拟 的，效率是远远高于手工输入。 1 3 课题研究内容及意义 针对目前京沪穗邮政航空邮包处理过程的现状和试验应用的原则，将r f i d 技术应用在京、沪、穗跨异地之间的航空邮包处理过程中，以现有的速递综合信 息平台为基础，保持现有的条码技术应用体系不变，在三地之间本口到本口的邮 包上加挂r f i d 标签，并使r f i d 标签信息与现有的邮包条码信息之间建立数据 关联，在邮包交接、运输等关键环节上增加r f i d 标签信息自动采集点，实现自 动点数和勾挑核对操作，满足业务需要和管理人员及时查询邮包状况的需求。 初步计划课题实现后，r f i d 系统会代替原有流程中人工作业核对环节，实 现完全自动的数据采集及数据管理分析。通过r f i d 信息系统和中心局生产作业 系统、速递综合信息平台的信息关联，由安装在转运交接、航运交接等生产环节 的r f i d 标签识读装置自动采集邮包信息，辅助总包的交接和勾核，直至逐步替 代现有人工逐袋勾核交接的生产模式。应用r f i d 技术解决交接环节的自动点数 和勾挑核对提高速递邮件处理速度，从而可以延长速递邮件收寄的截止时间，增 加速递业务量，提高市场竞争力。 通过引入r f i d 技术，可以帮助邮政行业在以下业务层面得到进一步加强： 第一，对高附加值的物品，可重用的资产进行有效的监控和管理，降低损耗，提 高使用率，降低业务操作成本；第二，自动化业务操作，减少人为失误，优化业 务流程，提高业务操作效率，改善客户服务；第三，满足业务伙伴对物品信息的 4 北京邮电大学硕士学位论文 及时性反馈要求，强化供应链运作效率，深化企业间合作。 芬兰邮政从2 0 0 5 年初开始，进行r f i d 技术的前期调研和技术选型，最终 采纳了b e a 公司的r f i d 解决方案，进行其试点项目的实施。该项目从2 0 0 5 年 5 月开始实施，在2 0 0 5 年8 月正式上线。芬兰邮政集团每年要运送高达2 6 亿左 右的邮件，每年运送的包裹多达2 5 0 0 万个，日常运送线路7 0 0 0 余条，运送地址 2 5 0 万个，这样庞大的业务量可以证明r f i d 技术的运用是极为成功的。 北京邮电大学硕士学位论文 第二章射频识别系统总体设计 2 1 系统参数选择 2 1 1 r f i d 系统基本技术参数1 3 , 4 】 2 1 1 1 标签的技术参数 电子标签的基本技术参数一般包括： 1 标签的能量供应方式：包括有源标签和无源标签； 2 标签的读写性：一般分为只读标签与可读可写标签； 3 标签的内存容量：即标签携带的可供写入数据的内存量； 4 标签的封装方式：取决于标签天线的形状，不同的天线可封装为不同的 标签型式，运用在不同的场合，具有不同的识别性能； 5 标签信息的传输速率及读写速度等。 2 1 1 2读写器的技术参数 读写器的基本技术参数一般包括： 1 读写器的工作频率，与标签的工作频率相对应，部分产品频率可调： 2 读写器的输出功率，必须符合使用国家或者地区对于无线发射功率的许 可标准，如美国的f c c 许可； 3 读写器的输出端口形式，可根据用户的需要设计成r s 2 3 2 、r s 4 8 5 、r j 4 5 、 无线网络等形式。 2 ，1 1 3总体参数 总体参数一般包括标签与读写器之间的参数：系统的调制方式、系统数据的 编解码方式和防碰撞方式等。一般情况下，很多技术参数尤其是总体技术参数都 是由协议直接规定的。直接选择了产品的标准协议，就确定了基本的技术参数。 2 1 2 标准协议 目前，国际上存在三个主要的r f i d 技术标准体系组织即：由总部设在美国 麻省理工学院( m i t ) 的自动识别中心( a u t o i dc e n t e r ) 演变的全球产品电子 代码中心( e p cg l o b a l ) 、i s o i e cj t c l 和日本的泛在id 中心( u b i q u i t o u si d c e n t e r ，u x c ) 。 6 北京邮电大学硕士学位论文 i s o i e c1 8 0 0 0 是基于物品管理的射频识别( r f i d ) 的国际标准，按工作频 率的不同分为7 部分，第l 部分：全球接受频率；第2 部分：低于1 3 5 k h z 的频 率；第3 部分：频率为1 3 5 6 z ；第4 部分：频率为2 4 5 g h z ：第5 部分：频 率为5 8 g h z ；第6 部分：频率为8 6 0 9 3 0 m h z ；第7 部分：频率为4 3 3 m h z 。 其中。第6 部分规定的u h f 频段因为适合远距离识别并且对环境影响较小而成 为目前国际上r f i d 产品发展的热点，相应亦成为人们关注的焦点【5 】。在u h f 工作频段，除了i s o i e c 推出的i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 之外还有e p c 推出的c l a s s l g e n 2 。在u h f 频段标准发展的过程中，e p c 与i s o i e c 两大组织也在不停地寻 求标准的完善和融合，e p c 在a u t o i dc e n t e r 的c l a s s 0 和c l a s s l 的基础上提出了 c l a s s lg e n 2 的标准以及在c l a s s lg e n 2 基础上的改进版本c l a s s 2 和c l a s s 3 标准； i s o i e c 则在e a n u c c 以及g t a g 的基础上提出了i s o i e c1 8 0 0 0 6 系列标准 的类型a 和类型b 。2 0 0 5 年6 月，i s o i e c 在新加坡会议确定，将e p c 的c l a s s l g e n 2 作适当修改列为i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 类型c ，这样，u h f 频段i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 系列标准包括了i s o c 1 8 0 0 0 6 a 、i s o m c1 8 0 0 0 6 b 和i s o c1 8 0 0 0 6 c 三种 类型，两大标准组织阵营实现了真正意义上的融合【6 】。 i s o i e c1 8 0 0 0 6 c 仅对g e n 2 标准中标签存储器部分的功能和内容作了局部 修改，其他继承了g e n 2 标准的全部内容。与i s o i e c1 8 0 0 0 6 a 、i s o i e c1 8 0 0 0 6 b 以及此前的g e n l 相比，i s o i e c1 8 0 0 0 6 c ( g e n 2 ) 有以下的特点【6 l ： 第一，具有较高的阅读速率，在美国达到1 5 0 0 标签秒，欧洲6 0 0 标签秒； 第二，具有更好的加密技术，提高了数据的安全性能，减轻了人们对隐私问 题的担忧，同时提供了更大的内存读写空间，可更好的满足多元化应用的需求： 第三，提供了更多的功能，可适应在高密度多个识读器环境下工作，标签在 晶片内加上了防冲突机制，确保标签在大量被读取时读取率的完整，提供了达成 共识的一项通用标准，从而提高了读取的准确性和数据的可靠性； 最后，允许用户对同一个标签进行多次读写( g e n l 允许多次识读，但只能 写一次，即w o r m ) ，支持长达2 5 6 位的唯一物品识别码u i i ( 例如e p c ) ，而 g e n l 支持最多9 6 位的电子产品编码，i s o i e c1 8 0 0 0 6 a 和i s o i e c1 8 0 0 0 6 b 的唯一识别码u i d 均为6 4 比特。 标准吸收了其他r f i d 相关标准的最新成果，在射频频段选择、物理层数据 编码技术及调制方式、防冲突算法、标签访问控制和隐私保护等关键技术方面进 行了改进，以适应标签低处理能力、低功耗和低成本的要求，这使得i s o i e c 1 8 0 0 0 6 c ( g e n 2 ) 标准在性能上比第一代e p cr f i d 标准有了显著提高。表2 1 对 i s o i e c18 0 0 0 6 标准的三种类型作了简单比较。 7 北京邮电大学硕士学位论文 表2 - 1i s o i e c1 8 0 0 0 6 的三种类型比较 t y p e a t y p e bt y p e c 工作频段 8 6 0 - 9 6 0 吸z8 6 0 9 6 0 珏i z8 6 0 - 9 6 0 m 吼z 识读速率 3 3 k b s ，由无线电政1 0 k b s 或4 0 k b s ，由 2 6 7 - 12 8k b s 器到 策限制 无线电政策限制 d s b a s k ，s s b a s k 标签 调制方式 a s ka s k 或p r - a s k 编码方式 p 匝m a n c h e s t e rp 正 副载波频率 未用未用 4 0 “0 k h z 聊o ：4 0 确o k b s 速率 4 0 k b s4 0 k b s 子载频调制：5 - 3 2 0 k b s 标签由标签选择a s k 和 到识 调制方式 a s ka s k ( 或) p s k 读器 f m 0 或者m i l l e r 调制子 编码方式 日订0f l 订0 载频，由识读器选择 唯一识别符可变，最小1 6 比特， 长度 6 4 比特6 4 比特 最大4 9 6 比特 算法a l o h a a d a p t i v eb i n a r yt r e e 时隙随机反碰撞 类型( 概率或 确定型) 概率 概率概率 在2 5 0 个标签的查 防碰 询区内，自适应时多达2 2 5 6 个标签基本 在识读器阅读场内，多 撞算线形隙为2 5 0 个标签分呈线形，由数据内容 达2 1 5 个标签呈线形， 法 配多达2 5 6 个时隙，的大小决定 大于此数的具有唯一e 基本呈线形 p c 的标签呈n l o g n 标签查询能 算法允许在识读器算法允许在识读器识 具有唯一u i i 的标签数 识别阅读区内，阅别阅读标签区内，阅 力量不受限制 读不少于2 5 0 个读不少于2 5 0 个标签 从上表可以看出，在技术性能和指标上i s o i e c l 8 0 0 0 6 c 比 i s o i e c l 8 0 0 0 6 a 和i s o i e c1 8 0 0 0 6 b 更加完善和先进。i s o i e c l 8 0 0 0 6 c 采用 了开放式协议，只要按照e p c 编码规则进行编码，便可在全球进行物品的唯一 识别定位。与t y p e a b 相比，采用6 c 标准的产品和系统具有读写速度快、抗冲 撞性能好、标签成本低、标准柔性强、系统抗干扰能力强、安全性高等优势。由 于符合i s 0 1 8 0 0 0 6 b 标准的不足，已经逐渐被符合i s 0 1 8 0 0 0 6 c 标准的识别系 统所取代。另外，在2 0 0 6 年度国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 先进制造 技术领域“射频识别( r f i d ) 技术与应用”重大项目中，也提出对符合i s 0 18 0 0 0 - 6 c 标准的标签芯片研发和产业化关键技术和标准的支持，推动r f i d 技术在邮政 和物流行业的应用，推动r f i d 技术在各行业的广泛应用。最近我国信息产业部 无线电管理委员会 2 0 5 号文件关于发布8 0 0 9 0 0 m h z 频段射频识别 ( r f i d ) 技术应用试行规定的通知确定我国超高频段采用8 4 0 - - 8 4 5 m h z ，9 2 0 - - 9 2 5 m h z 两个频段。因此，建议在本系统应用中采用符合i s 0 1 8 0 0 0 6c 标准， 满足我国标准要求( 即9 2 0 - - 9 2 5 m h z ) 的r f i d 识别系统。 8 北京邮电大学硕士学位论文 2 1 3 技术参数的确定 由于我们选择的是现今物流行业的主流协议i s o 皿c 1 8 0 0 0 6 ( 2 ，也就意味着 我们确定了基本的工作频段，读写速率，调制解调方式，编解码方式和防碰撞算 法方向。详细说明见表2 1 。其他参数如标签封装形式、读写器输出端口，由选 择产品酌情确定。 另外需要特别说明的是在标签的参数选择上，由于一般微波信号会对航行产 生一些影响，所以我们一定要选择无源标签，即被动标签，防止在航行过程中发 射信号产生不良影响。 2 2r f i d 系统在应用中涉及的问题 2 2 1 识别系统考虑的因素 在速递总包处理中应用需要综合考虑总包的物理特性、形状、移动速度、批 量识别标签数量、安装环境、应用层级、标签形状与大小、安装方式与位置、标 签成本等影响因素。 1 总包的物理特性。总包内的液体及金属物品等，影响r f i d 系统的识读效 果。 2 总包形状。在集装容器上的标签识别效果较好，柔性邮袋会改变标签的阅 读方向，将降低识读率。 3 物品移动速度。移动速度与标签在电磁场中停留的时间相关，过高的速度 会影响到识读的准确性。 4 批量识读标签数量。标签数量越多，对系统的抗冲撞性能要求越高。 5 处理现场环境。邮政生产现场中的金属支架、立柱、电线、电缆、网络线 等，对系统性能会产生较大的影响。 6 应用层级。应用层级是指r f i d 标签的应用层次( 如单品、小包装、大包 装、托盘、集装箱等) 。不同应用层级改变了识别物的尺寸和数量等，影 响识别效果。 7 标签形状与大小。标签越小，阅读效果越差。 8 标签成本。与条码相比，r f i d 标签的成本，特别是有源标签的成本都比 较高。 2 2 2r f i d 标签封装形式与尺寸 9 北京邮电大学硕士学位论文 r f i d 标签封装形式可以需要根据各种不同要求进行设计。目前r f i d 标签 主要有三类封装型式： 1 卡片类( p v c 、纸、其他) 。采用熔压、封压和胶合等方法封装。 2 标签类。标签成品可制成为人工或贴标机揭取的卷标形式，或是吊牌形式。 可以一次性或重复使用。 3 异形类。采用注塑式或滴塑式封装。可以一次性或重复使用。 标签天线材料、天线表面积、制作工艺等对标签的接收灵敏度、可靠性、价 格也有较大的影响。 另外，r f i d 标签封装尺寸不仅需要考虑便于人工操作、栓挂，还需要考虑 标签嵌体( i n l a y ) 与集装容器、皮带运输机等设施的金属构件的相对隔离。读写 器天线发出的电磁波在金属表体会产生逆向电磁波干扰，减弱标签天线对射频信 号的感应强度，降低电子标签识读率。 2 2 3r f i d 标签数据信息及方式比较 主要介绍适合邮政物流用的i s 0 1 8 0 0 0 6 c 标准。r f i d 标签中的数据存储区 分为四个区域：密码区( 3 2 位) ；e p c 数据区( 9 6 位，可扩展到5 1 2 位) ；标签d 存储区( 6 4 位) 和用户数据存储区( 2 2 4 位) 。用户存储数据主要使用e p c 数据区 和用户数据存储区。一般而言，数据存储空间越大，标签价格越贵。 r f i d 标签中的数据信息是总包自动识别基础。在本项目中r f i d 标签数据 信息标识有两种方式。 方式一：采用唯一的总包i d 信息编码 r f i d 袋牌信息采用一次性写入统一编码的m 信息，即仅含有特定标识信息 ( 下文简称总包i d 信息，具体标准需要另行制定) ，不包含收寄局、寄达局、重 量、件数等总包特征信息。例如，可以采用如图2 1 所示的信息编码方式： 1 位，校验码 8 位，i d 码 2 位，容器种类 图2 - 1 信息编码方式 编码采用阿拉伯数字。容器种类数据取值范围为：0 1 9 9 ；标签d 码为顺 序号，取值范围为l 亿。容器种类代码分类方法见表2 2 。建议尽快另立专项研 1 0 北京邮电大学硕士学位论文 究。 表2 - 2 容器代码表 容器种类 代码 邮袋 0 l 信盒0 2 集装笼0 3 推车 0 4 托盘0 5 集装箱 0 6 汽车0 7 通过唯一d 编码与生产作业系统中的速递总包相关信息建立关联，在识读 总包的唯一d 编码后查找系统中的总包信息，实现对速递邮件总包的点数、路 向检查和网络分拣。 另外，在r f i d 袋牌上应制作与标签存储信息相同的1 2 8 条码和人工可识读 的数据信息，以便使用条码设备采集信息，以及人工分选、回收统计等。 采用这种方式的优点是： 1 r f i d 标签读写设备投入少，降低识读设备投资： 2 不需要对r f i d 标签写入信息，操作准确性高，减少操作误差。 采用这种方式的缺点是： 1 需要修改或开发相关应用软件，建立r f i d 标签i d 编码与条码袋牌信息的 关联； 2 增加了操作工作程序，降低了操作人员的处理速度； 3 对邮政速递和两子系统的可靠性要求高。 方式二：r f i d 标签中写入总包3 0 位信息 即按照邮件盛装容器标牌用条码( 暂行规定) 的要求，在制作速递总包 条码袋牌的同时对r f i d 标签写入相同的数据信息。需要选择数据存储区较大的 r f i d 标签。 另外，r f i d 袋牌上也需要制作与标签存储信息不相同的1 2 8 条码( 如图2 - 9 所示的信息编码方式) 和人工可识读的数据信息，以便使用条码设备采集信息， 以及人工分选、回收统计等。 采用这种方式的优点是： 1 易于保证r f i d 标签与条码袋牌内容信息相同，不易发生差错； 2 对现有的速递封发系统不用做任何改动，便于对以后更多环节使用； 3 可以直接利用标签信息进行总包自动化分拣。 采用这种方式的缺点是： 1 需要为每个封发台席配置r f i d 发卡器，硬件设备投入增大； 2 需要选用数据存储区较大的标签，成本增加； 北京邮电大学硕士学位论文 3 增加了操作人员的操作工作程序，降低了处理速度，对业务高峰的处理速 度有影响： 4 易产生操作失误。特别是在操作台席处有多个r f i d 标签时，如果仅仅对 其中一个标签写入信息时，可能会产生对其他r f i d 标签也写入信息的误 操作，而操作人员难以及时发现和纠正其操作错误。 综合比较，由于方式一可以通过r f i d 标签唯一d 编码查找建立关联的总 包信息，方便总包处理中的清点勾核操作；从上海邮政速递r f i d 试验可以看出， 邮政信息系统的性能可以保证这种方式的正常工作；应用系统修改工作量小，投 资低，人员操作简便。 因此，建议采用方式一，即采用预制带有唯一d 信息的r f i d 标签，作为 京沪穗邮政速递总包r f i d 应用的数据信息标识。 2 3 总体方案 在邮政信息系统里，r f i d 不是孤立存在的，而是作为前端数据采集的手段， 最终还是和后台的邮政综合管理信息系统相连接，实现了邮包的自动识别、路单 信息的自动勾挑核对。射频识别系统的基本工作流程包括【7 ，8 】：第一，读写器将 无线电载波信号经过发射天线向外发射；第二，当电子标签进入发射天线的工作 区时，标签被激活，将自身信息经天线发射出去；第三，识读器天线接收到信号， 经天线的调节器传输给识读器，识读器对信号经行解调解码，送往电脑控制器； 第四，电脑控制器根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应 的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作；第五，通过计算机通信网络 将各监控点连接起来，构成总控信息平台，根据不同的项目可以设计不同的软件。 所以我们的总体方案主要包括：r f i d 系统部署以及应用系统与邮政其他系 统的交互关系。 2 3 1 方案设计及选择 本系统设计是要考虑的主要原则是：数据集中在中心统一存储，站点采用轻 量级数据库存储临时生产数据。要考虑应用系统的扩展性和安全性，实现应用服 务器与数据库服务器分离。体系结构要满足集中维护、集中管理的需要，支持全 国性统一业务的快速开发及全网推广。充分利用综合网现有网络、终端、服务器 等资源，节省本系统投资。与本系统进行数据交换的其他系统主要是中心局生产 作业系统等，接口定义要灵活可配置，适应接口调整变化的需要。 为了更好地满足京沪穗速递总包r f i d 的应用需求，同时考虑到三地分拣机 1 2 n 宣自 顸# * 支 作业系统、速遭生产作业系统和中心局生产作业系统建设的现状，并根据系统架 构总体原则，提出两种速递总包r f i d 应用系统的建设方案供选择：第一，设计 新的应用系统；第二，改造原有系统。 2 3 1 l 方案一：新建系统 在现有生产作业系统之外，独立开发建设一套的r f i d 应用系统，系统示意 如图2 - 2 所示。总包r f i d 信息的采集和处理等功能完全在新系统内完成，对中 心局站点作业系统进行适当改动增加r f i d 应用系统数据交换的接口，以接收来 自r f i d 应用系统采集的总包信息。现有e m s 综合信息平台、分拣机作业系统 保持不变。 围2 - 2 新建独立系统示意