（信号与信息处理专业论文）一种面向供应链的rfid动态解析系统.pdf

ii 摘 要 rfid 编码解析服务是一个查找服务，提供 rfid 编码与其对应物品的相关信息 存放地址的映射服务。rfid 编码解析服务主要可分为静态解析服务和动态解析服 务，静态解析服务提供的映射关系在编码分配阶段就可以确定，而动态解析服务提 供的映射关系是用一条地址链来描述，并随着关联信息的不断增加而逐渐扩充。现 有的动态解析服务有 epc 组织提出的发现服务。 发现服务可以使用户查找到有关依 靠产品电子编码标识的单一物理实体信息的多个资源。 由于发现服务提供的数据是分散存储在各个信息服务的机构中，要保证每个数 据来源的安全是比较困难的。为此，在 863 课题的引领下，本文提出一种面向供应 链的 rfid 动态解析系统。该系统针对供应链上各个角色的特点，选择生产商作为 信息服务的机构，将供应链相关信息存储在生产商的服务器上。该系统可以及时地 为各企业提供物流信息，在集中管理的基础上采用安全认证机制来保证数据的可靠 性。 本系统在 rfid 编码解析服务的基础上，研究并实现了一种面向供应链的动态 解析服务。本系统采用了证书认证、数字签名和安全传输等措施，同时用权限管理 来控制数据访问，保证了供应链的数据来源安全、可靠。 本系统能与静态解析系统集成，提供公共查询；又可单独为企业内部服务，提 供闭环查询。本系统的研究，对我国 rfid 的应用具有积极的推动作用。 关键词: 射频识别, 供应链, 动态解析, 权限管理, 安全管理 iii abstract rfid code resolution service is a query service. it provides a mapping service for rfid code and the address that memory the information about the goods. rfid code resolution service can be divided into two parts- static resolution service and dynamic resolution service. the mapping relation provided by static resolution service is confirmed at the stage of distributing the code. the mapping relation provided by dynamic resolution service is described as an address chain, and the chain extends with increase of information. epc organization has been researching a dynamic resolution service- discovery services. discovery services are envisaged to provide pointers to multiple providers of information across a supply chain, to indicate the addresses of information services of all organizations that hold information about a given physical object. because of the distributed storage for the datum provided by discovery service, it is difficult to confirm the security of the datum. therefore, the thesis provides a new supply- chain- oriented rfid dynamic resolution system with the lead of 863 project. the system aim at the characteristic of roles in supply chain, set the manufacturer as the organization of information service, and storage the information in server of manufacturer. it can provide an information- shared platform for enterprises and help them acquire information in time. it confirms the trustiness of datum using security authentication based centrality management. the system researches and implements a supply- chain- oriented rfid dynamic resolution system bases on rfid code resolution system. in order to confirm the security of the datum in supply chain, the system takes measures of certificate authorization, digital signature and secure transmission. the system can provide public query integrated with static resolution system. it can also provide private query for some corporation. the research of the system has a positive role in promoting application of rfid in china. keyword： radio frequency identification (rfid), supply chain, dynamic resolution, permission management, security management iv 缩略语 a- crs - authorized crs crs 网络中的授权服务器 ca - certification authority 证书管理机构 crs - code resolution service 编码解析服务 dns domain name system 域名系统 ds - discovery services 发现服务 epc - electronic product code 电子产品编码 epcis - epc information service epc 信息服务 l- crs - local crs crs 网络中的本地服务器 naptr - naming authority pointer 名称权威指针 ons - object naming service 对象名解析服务 pml - physical markup language 物理标识语言 rbac - role- based policies access control 基于角色的访问控制 rfid - radio frequency identification 无线射频识别 r- crs - root crs crs 网络中的根服务器 ssl - secure sockets layer 安全套接层协议 i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论 文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研 究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、 使用学位论文的规定， 即： 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电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“ v” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 1 1. 绪论 1.1. 研究的问题及其意义 无线射频识别（radio frequency identification, rfid）简称射频识别，是一种非 接触式自动识别技术12。射频识别的工作原理是利用无线射频方式在电子标签与 读写器之间进行非接触式双向数据传输与交互， 以达到目标识别和信息交换的目的。 rfid 技术是一个与诸多技术相融合边缘性很强的技术群，涵盖的技术包括：芯片 设计、制造、封装、天线设计、无线电通讯、软件集成、数据交换、信息安全、电 磁辐射和无线收发等涉及信息、先进制造、材料、装备及工艺等诸多前沿和高技术 领域。在货物及商品管理运用上，rfid 的优势在于它是利用无线的方式，可以隔 着包装、货柜或者装箱来读写货物的数位资料，且可以同时进行多个电子标签的内 容辨识。rfid 技术被认为是 21 世纪最重要和最有发展前途的先进技术之一，它将 会对人类的工作生活方式产生极其深远的影响3。 rfid 公共服务平台是 rfid 技术应用的重要领域，也是 rfid 产业链中的关键 环节，其目的是通过建立一个公共的 rfid 信息交换平台，将不同的工作环节互联， 实现无缝信息交换及高效操作并不断提供增值服务，从而降低企业成本，提高行业 效率， 提升政府公共服务水平4。 rfid 编码解析服务 （code resolution service， crs） 就是建立在 rfid 公共服务平台上的，它提供 rfid 编码与其对应物品的相关信息 存放地址的映射服务，能根据用户提供的编码进行编码解析、网络查询，最终得到 存储编码所对应的产品的数据库服务器地址。动态解析服务是 rfid 编码解析服务 中的一种，它提供的映射关系是用一条地址链来描述，并随着关联信息的不断增加 而逐渐扩充。 目前，全球电子商务、供应链由于信息传递的不及时、信息失真、信息交换错 误所造成的损失每年高达数千亿美元5。如何改进现有的数据采集方式，通过实时 的信息共享提高供应链的管理效率已经成为一个社会问题。本文提出的面向供应链 的 rfid 动态解析系统为解决上述问题提供了一种可能。目前国外已有相关机构研 发了动态解析服务，但由于数据采用分散存储管理，需要采取复杂的安全机制来保 证数据的安全。本文针对供应链领域提出了一种新的动态解析服务，数据存储采用 集中式管理，大大提高了系统的安全性。 本系统能够在物流过程中实时、动态地记录物流信息，使得不同的企业能及时、 2 准确的共享供应链信息。本系统为供应链上各企业提供了信息共享的平台，进一步 提高供应链的透明度，对 rfid 在供应链中的应用具有积极的推动作用。 1.2. 国内外研究现状 rfid 最早的应用可追溯到第二次世界大战中用于区分联军和纳粹飞机的“敌我 辨识”系统。随着技术的进步，rfid 应用领域日益扩大，现已涉及到人们日常生 活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。rfid 典型应用包括： 在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销售；在交通运输领域用于集装 箱与包裹管理、高速公路收费与停车收费；在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的 管理以及宠物、野生动物跟踪：在医疗行业用于药品生产、病人看护、医疗垃圾跟 踪；在制造业用于零部件与库存的可视化管理；rfid 还可以应用于图书与文档管 理、门禁管理、定位与物体跟踪、环境感知和支票防伪等多种应用领域。 rfid 技术良性发展需要一个健全的标准体系作支撑，由于历史和现实的原因， 国际 rfid 技术标准体系的发展状况并不尽如人意6。当前，活跃在rfid 舞台上的 具有影响力的国际五大标准组织分别是： epcglobal （electronic product code global， 产品电子代码全球组织） 、iso/iec jc1 sc31 第四工作组、uid（ubiquitous id center） 、aim（automatic identification manufacturers association）和 ip- x。这些标 准组织各自代表了国际上不同团体或者国家的自身利益： ? epcglobal epcglobal的 rfid标准组织是最有影响力的一个组织，在全球拥有上百家很有 影响力的成员，并得到了零售巨头沃尔玛、制造业巨头强生、宝洁等跨国公司的鼎 力支持。该组织由北美 ucc（user created content）产品统一编码组织和欧洲 ean （effective atomic number）产品标准组织联合成立，是国际物品编码协会 ean 和 美国统一代码委员会 ucc 的一个合资公司。它是一个受业界委托而成立的非盈利 性组织，负责 epcglobal 网络的全球化标准的制定，以便快速、准确、自动地识别 供应链中对象。epcglobal在美国选用 915mhz 的 uhf 频段。epcglobal的主要目 的是促进 epcglobal网络在全球范围内更加广泛地应用。 ? 日本的泛在 id 中心 日本也提出了自己的 rfid 标准体系 uid 标准体系。泛在 id 中心是由日本 “tron 计划”倡导成立的一个技术团体，目的是推进日本无线标签（ucode 标签） 技术的发展。支持这一阵营的有包括日立公司在内的日本电子厂商、信息企业等总 计 300 多家，但由于日本技术政策相对封闭，目前国际上的前景还很难预料。 3 ? iso/iec jc1 sc31 第四工作组 该工作组具体承担了 rfid 技术在物流供应链管理及应用中标准化研究与制定 工作。 以美国为首的 epcglobal率先提出了将 rfid技术与互联网技术结合的理念， 提 出“物联网” （internet of things）概念7，即以 rfid 为基础，以互联网为平台结合 现有网络、数据库和中间件等技术，构筑一个比 internet 更为庞大的公共信息网络， 在这个网络中，系统可以自动、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发 相应事件。而日本则一向习惯以自己为主，将 rfid 技术与 e- japan计划相结合提出 了构建无所不在的“泛在网络” ，并且已经建立了自己相应的技术标准体系。另外， 还有韩国等国家也在加紧 rfid技术的研究和应用工作。 rfid 技术正在形成一个跨 越诸多前沿高技术领域的新兴产业。市场调研公司 allied business world 报告显示， 2002 年全球 rfid市场规模是 11 亿美元， 其中日本占 1.8 亿美元， 美国占 6 亿美元。 预计 2005 年可达 30 亿美元，2010 年达 70 亿美元，复合年平均增长率为 26%8。 在中国，rfid 技术主要应用于商业企业流通领域如货物追踪管理与监控、物流 供应链管理；民航领域如行李和速递包裹管理、图书和文档管理、强制检验的产品 管理等；在防伪领域如药品防伪、药品监督管理、证件防伪；金融收费领域如路桥 自动收费、电子票证及小额支付、门票等。2004 年中国标准化协会和“物联网”应 用标准化工作组做了一个调查，其结果指出：未来 3 到 5 年在中国每年至少需要 30 亿个以上 rfid标签，其中电子消费品将需求 8300 万个标签，香烟产品将需要 8 亿 个标签，酒类产品将需要 1.3 亿个标签，信息电子产品大概需要 13 亿个标签。以上 这些数字仅仅涉及商业流通领域的部分产品，而如果再考虑到其它领域，例如：现 代服务业、制造业、邮政、医药卫生、军事等领域，数字将更加惊人9。 为更好地推动 rfid 技术的发展与应用，国家科技部、信产部、国标委等几大 部委都在集聚国内技术力量，开展 rfid 技术的研究开发、标准制订和立项支持等 工作。2005 年 4 月立项了“863”计划研发课题“无线射频关键技术研究与开发” ， 抓住国内有能力迅速切入的突破点和关键技术先期启动，解决 rfid 技术研究中的 部分关键问题，打下了我国的 rfid 技术的研究基础。 中国 rfid 技术政策白皮书 也已经于 2006 年 6 月 9 日正式发布，该白皮书指明了我国 rfid 技术和产业总体发 展目标、指导思想和原则以及发展途径。根据国家“863 计划”安排， “十一五”期 间我国将在 rfid 技术与应用领域加大攻关力度，力争实现我国 rfid 技术领域的 突破与自主创新。 rfid 技术将持续保持飞速发展的良好势头，在电子标签、读写器、系统集成软 件和网络服务系统的研究与开发方面都将会取得新进展。 4 1.3. 本文的主要工作与内容安排 1.3.1. 主要工作 本课题来源于国家“863”重大项目课题rfid 公共服务体系架构设计及应用 服务关键技术研究与开发其中的一个子课题rfid 编码解析服务网络研究与开 发 ，课题编号为 2006aa04a119。 本课题主要研究一种面向供应链的动态编码解析系统（以下简称为动态解析系 统） ，该系统是对传统的静态编码解析系统（以下简称为静态解析系统）的补充，也 是现有编码解析系统在供应链领域的一种新的实现。 1) 动态解析系统与静态解析系统的关系 rfid 静态解析系统与 rfid 动态解析系统的框图如图 1.1 所示： 根服务器 本地服务器 静态解析系统框架 动态解析系统框架 本地服务器 本地服务器 本地服务器 本地服务器 授权服务器授权服务器 授权服务器授权服务器授权服务器授权服务器授权服务器 授权服务器授权服务器 本地服务器 本地服务器 本地服务器 根服务器 信息拥有者信息拥有者 图 1.1 rfid 静态解析系统与动态解析系统的框图 5 rfid 静态解析系统与 rfid动态解析系统都是提供查询服务的，根据编码返回 相应的信息；两者的区别和联系在于： 静态解析系统根据用户输入的 rfid编码，只返回相应的 rfid 信息服务 器的地址；而动态解析系统根据用户输入的 rfid 编码，根据该编码所附 着的物品在供应链中的流转次序返回以一系列的 rfid 信息服务器的地 址。 静态解析系统中 rfid 编码与其信息服务地址的映射关系是分布式存储 的， 以一个根服务器和若干分层次的授权服务器按照编码关系分布式存放 在网络中；动态解析系统中集中存放了某个厂商发放的 rfid 编码与其信 息服务地址的映射关系，在 本系统设计中，动态解析服务器的信息拥有者 可以直接与根服务器连接。 静态解析系统提供的是公共查询服务，不考虑安全问题； 动态解析服务是 为特定的供应链场景提供查询服务，需要考虑安全问题。 2) 与其他的动态编码解析服务的区别 为了更好的推动 rfid技术在商业企业流通领域的发展，epcglobal的欧洲部署 合作伙伴 bridge项目组提出一个新的概念发现服务（discovery services，也被 称为“序列级查找服务” ）1011。本课题研究的动态解析服务与发现服务的区别如 表 1.1 所示： 表 1.1 本系统与发现服务的比较 发现服务 本系统 数据存储 分散在各个企业 集中在生产商 返回信息内容 返回地址链 返回具体的供应链信息 数据格式 不同企业的信息内容不同 相对统一 安全机制 各个企业负责安全管理 由认证中心及生产商负责安全管理 关键技术 基于 web service 的查询 在底层的解析查询 1.3.2. 内容安排 本文共分为六章，具体内容如下： 第二章：首先对 rfid 系统和 rfid 网络进行了详细的介绍，然后介绍了 epcglobal组织提出的对象命名服务和发现服务； 最后介绍了 rfid 在供应链中的应 用。 6 第三章：首先描述了系统的需求和总体系结构，并根据场景，对某个信息过程 所涉及的信息的数据结构进行设计，然后描述如何得到动态信息的过程，最后介绍 了安全机制的设计。 第四章：着重描述对各个模块的设计与实现，根据上章设计的 e- r 图，将数据 以数据库的表格形式存储，然后介绍了各个模块的流程图，最后给出了界面设计及 结果显示。 第五章：对系统的功能及性能进行测试。 第六章：对全文进行了总结和概括，展望今后更为成熟的 rfid 技术在供应链 方面的发展。 7 2. 研究背景 rfid 系统是将 rfid 标签里的信息读取并进行过滤等数据处理的系统；rfid 网络是将 rfid 技术与网络技术相结合的网络，目前较为成熟的 rfid 网络有 epc 网络。本章将首先介绍 rfid系统的组成及其基本原理；然后介绍 epc 网络。接着 介绍 epc 的 rfid 编码解析服务，最后介绍 rfid 在供应链的应用。 2.1. rfid 系统和 rfid 网络 本节将介绍 rfid 系统的组成和基本原理，以及目前较为成熟的 rfid 网络 epc 网络。 2.1.1. rfid 系统 典型的 rfid 标识系统包括电子标签、 电子标签读写器和 rfid 数据处理系统三 部分12。rfid 系统的组成如图 2.1 所示。 rfid读写器 rfid标签 rfid中间件 标签信息标签信息 图 2.1 rfid 系统组成 ? rfid 标签 rfid 标签是它所标识物体对象数据信息的载体，是物体对象数据信息的一个索 引，据此可以索引到物体对象的名称、重量、大小、用途和对象物流情况等细节信 息，这些对象的细节信息存储在后端数据处理系统数据库中。电子标签可分为主动 式标签（active tag） 、 半被动式标签（semi- passive tag）和被动式标签（passive tag） 三种13。主动型 rfid 标签有一个电池，这个电池为微芯片的电路运转提供能量， 并向读写器发送信号（同蜂窝电话传送信号到基站的原理相同） ； 被动型标签没有电 池，相反，它从读写器获得电能。读写器发送电磁波，在标签的天线中形成了电流； 8 半主动型标签用一个电池为微芯片的运转提供电能，但是发送信号和接受信号时却 是从读写器处获得能量。主动和半主动标签在追踪高价值商品时非常有用，因为它 们可以远距离的扫描，扫描距离可以达到 100 英尺，但这种标签每个成本要 1 美元 或更多，这使得他不适合应用于低成本的商品上。auto- id 中心正在致力研发被动 标签，它们的扫描距离不像主动标签那么远，通常少于 10 英尺，但它们比主动标签 便宜得多，目前成本已经降至 5 美分左右（还要进一步降低） ，而且不需要维护。目 前 rfid 应用大都使用被动式标签。 与目前广泛使用的物流条形码标签相比，采用 rfid 标签具有很多优势14，如 表 2.1 所示： 表 2.1 rfid 标签与条形码比较 条形码 rfid 标签 内容读写 只能读取 可读可写 读取方式 必须对准条码 不需要看到或对准条码 读取数量 一次读取一个 可一次读取多个 环境适应 易破损 耐碰撞及不受天气影响 重复使用 不可重复使用 可重复使用 安全性 不可加密 可加密 移动中判读 受限 一定范围内可高速读取 商品身份 一系列商品同属于一个身份序号 纵使同类商品单一商品有其独特序号 rfid 标签的高成本成为这一技术大规模推广的一个最大障碍，因此 rfid 标签 能在单品追踪中发挥作用的关键之一就是大幅度降低标签的成本， 为达到以上目的， 现已采取了以下措施：缩小芯片、开发新型天线和寻找硅的替代品。 ? rfid 标签读写器 rfid 标签读写器的主要负责与电子标签的双向通信- - 获取、添加或修改电子标 签中的数据信息，同时接受来自主机系统的控制命令。读写器与电子标签只见必然 通过空间信道实现读写器向电子标签发送命令，电子标签接收读写器的命令后做出 必要的响应，由此实现射频识别15。 读写器读取信息的距离取决于读写器的能量和使用的频率16。通常来讲，高频 率的标签有更大的读取距离，但是它需要读写器输出的电磁波能量更大。一个典型 的低频标签必须在一英尺内读取， 而一个 uhf 标签可以在 10 到 20 英尺的距离内被 读取。在某些应用情况下，读取距离是一个需要考虑的关键问题，例如有时需要读 取较长的距离。但是较长的读取距离并不一定就是优点，如果你在一个足球场那么 9 大的仓库里有两个读写器，你也许知道有哪些存货，但是读写器不能帮你确定某一 个产品的具体位置。对于供应链来讲，在仓库中最好有一个由许多读写器组成的网 络，这样它们能够准确地查明一个标签的确切地点。auto- id 中心的设计是一种在 4 英尺距离内可读取标签的灵敏读写器。 ? rfid 中间件 rfid 中间件扮演的是 rfid标签和应用程序之间的中介角色，从应用程序端使 用中间件提供一组共同的 application interface （应用接口程序， api） ， 即能连到 rfid 读写器，读取 rfid标签资料17。rfid 中间件提供程序管理、资料过滤与汇集、事 件管理、安全管理、网络管理等机制，是支持 rfid 应用系统开发和运行的支撑软 件， 能为 rfid 应用构建一个标准的平台， 一方面屏蔽了芯片、 标签、 读写器等 rfid 硬件设备以及操作系统、数据库等的差异，提供了高安全、高性能、高扩展性、可 管理型等方面的可靠保障；另一方面有效驱动后端的业务应用系统形成统一的协调 运作。rfid 中间件是一种面向消息中间件（message- oriented middleware，mom） ， 信息是以消息的形式，从一个程序递送到另一个或多个程序。信息可以异步的方式 发送，所以传送者不必等待回应。rfid 中间件从架构上可以分为以下两种：以应 用程序为中心的 rfid 中间件和以基础架构为中心的 rfid 中间件。 rfid 系统的工作原理如下所示2： 1) 读写器对自己的射频信号经编码后加载在某一频率的载波信号上经由天线发送 到读写区域； 2) 进入读写区域的电子标签接收到射频信号后经由标签内部集成电路对此信号进 行调制、解码、解密，然后对请求密码和读写权限等进行判断，合法则开始读 写操作，若经判断其对应的请求密码和读写权限不合法，则返回出错信息； 3) 标签与读写器通信时，控制逻辑电路从存储器中读取相关信息，经加密、编码、 调制后经由天线再发回给读写器，读写器对接收到的信号进行解调、解码、解 密后送至后端数据信息系统进行数据的读取、存储和改写等处理。 2.1.2. epc 网络 epc 概念的提出源于 rfid 技术和计算机网络技术的发展。计算机网络技术的 发展，尤其是互联网技术的发展使得全球信息传递的即时性得到了基本保证。在此 基础上，人们大胆设想将这两项技术结合起来应用与物品标识和物流供应链的自动 追踪管理。 1999 年由美国麻省理工学院 auto- id 中心提出了 epc 概念， 设想为世界 上的任何一件物品都赋予一个唯一的编号，电子标签即是这一编号的载体，编码是 10 epc 的重要组成部分，它是对实体的相关信息进行代码化，通过统一并规范化的编 码建立全球通用的信息交换语言。当电子标签贴在物品上或内嵌在物品中的时候， 即将该物品与电子标签中的唯一编号，建立起了一一对应关系。 epc 网络是在计算机互联网的基础上，利用射频识别、无线数据通信等技术， 构造的覆盖世界上万事万物的一个物联网，旨在提高现代物流、供应链管理水平， 降低成本，被称为是一项具有革命性意义的现代物流管理新技术18。 epc 网络是一个非常先进的、综合性的和复杂的系统。其最终目标是为每一个 单品建立全球的、开放的标识标准。其主要特点如下： 1) 开放的结构体系 epc 网络采用全球最大的公用的 internet 网络系统。这就避免了系统的复杂性， 同时也大大降低了系统的成本，并且还有利于系统的增值。梅特卡夫（metcalfe） 定律19表明，一个开放的结构体系远比复杂的多重结构更有价值。 2) 独立的平台与高度的互动性 epc 网络识别的对象是一个十分广泛的实体对象，因此不可能有哪一种技术适 用所有的识别对象。同时，不同地区、不同国家的射频识别技术标准也不相同，因 此开放的结构体系结构必须具有独立的平台和高度的交互操作性。epc 网络建立在 internet 网络系统上，并且可以与 internet 网络所有可能的组成部分协同工作。 3) 灵活的可持续发展的体系 epc 网络是一个灵活的、开放的、可持续发展的体系，可在不替换原有体系的 情况下就可以做到系统升级。epc 网络是一个全球的大系统，供应链各个环节、各 个节点、各个方面都可受益。 epc 网络包括 rfid系统、物理标识语言（physical markup language，pml） 、 epc 信息服务（epc information service，epcis） 、对象命名服务（object naming service，ons）等软硬件组织，系统复杂，涉及射频识别、计算机软件、硬件、网 络等各技术领域20，epc 网络架构图21由上至下如图 2.2 所示： ? rfid 系统 rfid 系统在前文已有所介绍，rfid系统在 epc 网络中的作用是：读写器将电 子标签中的 epc 数据信息读取出来，送到中间件，数据经过中间件处理后，传送到 epc 信息服务或企业应用数据库中。 11 电子产品编码（epc） rfid标签（rfid tags） 读写器（reader） 中间件（middleware） 对象名称服务（ons） 物理标识语言（pml） 图 2.2 epc 网络架构 ? pml 产品电子码是用来标识单个产品的，但是所有关于产品有用的信息都用一种新 型的标准化的计算机语言物理标识语言22（pml）所书写， pml 是基于为人们 广为接受的可扩展标识语言（xml）发展而来的。 pml可广泛应用在存货跟踪、事务自动处理、供应链管理、机器操纵和物对物 通讯等方面。毫无疑问的是，很难详细描述整个现实世界以满足每个企业、每个行 业的需要。每一个物品都有其物理属性，这包括体积和质量，而且它们经常是有内 部结构的，此外它们为不同公司和个人所拥有，并在这些公司和个人之间进行交易， 总之，它们存在于时间和空间中，pml的核心组件就是要捕获这些物品和环境最基 本的物理属性。 pml在 epc 网络中的作用是提供一种动态的环境，使与物体相关的静态的、暂 时的、动态的和统计加工过的数据可以互相交换。 ? epc 信息服务 在 epc 网络中，epc 信息服务23存储着 epc 相关数据，同时配有相应的接口 为 epc 网络其他组件提供查询和访问服务。 epc 信息服务能够用以 pml 格式表示的 epc 相关的数据来回应服务。epc 信 息服务获取的数据可以包括来自中间件收集的标签读取数据；实例级数据如生产日 期，有效期等；还可以是企业内已经存在的数据。为回应请求，epc 信息服务需要 将这些数据转换成 pml格式。 ? ons 对象命名服务（ons）是一种网络服务。实体对象可以通过自带的 epc 标签与 网络服务模式相关联。网络服务模式是一种基于 vpn 专线或者 internet 的远程服务 模式，可以提供与存储指定对象的相关信息。典型的网络服务模式可以提供特定对 12 象的产品信息。ons 可以帮助识读器或识读器信息处理软件定位这些服务24。 ons 在epc网络中的作用是： 把一个epc转换成一个或者多个因特网urls25， 这些 urls 通常能够识别一个 epc 信息服务，同时它们以找到与此 epc 相关的网 站和因特网资源，从而能够获取关于这个物体更详细的信息。在下一节中将详细介 绍 ons 系统的组成及工作原理。 2.2. epc 的 rfid 编码解析服务 epc 网络可以为用户提供多种应用服务，其中 rfid 编码解析服务是当今最为 广泛的应用服务之一。rfid 编码解析服务能根据用户提供的编码，进行编码解析、 网络查询，最终得到存储编码所指的产品的数据库服务器地址。 与互联网 dns 域名 服务不同，rfid 信息与服务网络中的地址解析服务包含静态解析服务和动态解析 服务两个方面的内容。 2.2.1. 静态解析服务 静态解析服务提供电子标签编码与其对应物品静态信息存放地址的映射服务。 这种映射关系在编码分配阶段就可以确定， 主要由产品的原始制造商加以维护。 epc 网络的静态解析服务主要指 ons 服务。 在上节已简要介绍了 ons 服务，它把一个 epc 转换成一个或者多个因特网 urls。下面将对 ons 系统进行详细的描述。 1) ons 在 epc 网络的地位 图 2.3 描述了应用 auto- id 技术的网络分布。 在一个局域网内的标签识读器在物 理空间上分布在多个地方，用于识读不同环境的 epc 标签，识读器再将读到的 epc 编码信息通过局域网上传到本地服务器，由服务器所带 savant 软件对这些数据进行 集中处理，然后，再由本地服务器通过查找本地 ons 服务或通过路由器到达远程 ons 服务器查找应的 pml服务器地址， 本地服务器就可以与找到的 pml服务器建 立通讯了。 13 标签读写器标签读写器标签 标签读写器 路由器 pml服务器 本地服务器 因特网/vpn（包含可 以定位所需pml服务 器的ons服务器） auto- id技术网络图示 天线 图 2.3 auto- id 网络分布 ons 服务将处理比万维网上的 dns 服务更多的请求，因此，公司需要在局域网 中有一台存取信息速度比较快的 ons 缓冲存储器。 这样一个生产商可以将他现在的 供应商的 ons 数据存储在自己的局域网中，而不是每次货物到达组装工厂，都需要 到万维网上去寻找这个产品的信息。这个系统也会有内部的冗余。例如，当一个包 含某种产品信息的服务器崩溃时， ons 将能够引导系统找到存储着同种产品信息的 另一台服务器。 2) ons 系统架构 ons 体系结构是一个分布式的系统架构26，主要由以下几部分组成： 映射信息 映射信息是分布式存储在不同层次的 ons 服务器里，这种信息可以便于管理。 ons 服务器 如果某个查询请求要求查询一个 epc 对应的 pml 服务器的 ip 地址，则 ons 服务器可以对此作出响应并解决这一问题。每一台 ons 服务器拥有一些 epc 的权 威映射信息和另一些 epc 的缓冲存储映射信息。 ons 缓冲存储器 如果某个查询请求要求查询一个 epc 对应的 pml 服务器的 ip 地址，则 ons 服务器可以对此作出响应并解决这一问题。每一台 ons 服务器拥有一些 epc 的权 威映射信息和另一些 epc 的缓冲存储映射信息。 14 3) ons 工作过程 图 2.4 表示了 ons 服务查询过程的逻辑图示，整个过程主要分为如下几步： 本地ons解算器 标签读写器标签 pml服务器 本地服务器 ons查询过程 ons服务器 基础架构 epc epc域名 epc epc pml服务器 ip器地址 ip地址 与pml 服务器建 立连接 图 2.4 ons 服务查询过程 从标签上识读一个比特字符串 epc 编码； 识读器将此比特字符串 epc 编码发送到本地服务器； 本地服务器对 epc 编码数据进行适当排队、过滤，将 epc 编码发送到本 地 ons 解算器； 本地 ons 解算器利用格式化转换字符串将 epc 比特位编码转换成 epc 域前缀名，再将 epc 域前缀名与 epc 域后缀名结合成一个完整的 epc 域名，ons 解算器再进行一次ons 查询,将 epc 域名发送到指定的 ons 服务器基础架构，以获取所需的信息； ons 基础架构给本地 ons 解算器返回 epc 域名对应的一个或多个 pml 服务器 ip 地址； 本地 ons 解算器再将 ip 地址返回给本地服务器； 本地服务器再根据 ip 地址联系正确的 pml 服务器，获取所需的 epc 信 息。 4) ons 与 dns 的联系与区别 ons 服务是建立在dns基础之上的专门针对epc编码与货品信息的解析服务。 在整个 ons 服务工作过程中，dns 解析是作为 ons 不可分割的一部分存在的。当 将 epc 编码转换成 uri 格式，再由客户端将其转换成标准域名，下面的工作就由 15 dns 承担了。dns 经过递归式或交谈式解析，将结果以 naptr 记录格式返回给客 户端，ons 即完成了一次解析服务。 ons 与 dns 主要的区别在于输入与输出内容的区别， ons 在 dns 基础上专门 用于 epc 解析，因此输入端是 epc 编码，而 dns 用于域名解析，输入端是域名； ons 返回的结果是 naptr 格式，而 dns 则更多时候返回查询的 ip 地址。下面给 出了两者解析的比较。如图 2.5 所示。 输出“naptr记录”输入“epc编码” ons服务 输出“ip地址” dns服务 输入“域名” 图 2.5 dns 与 ons 的解析比较 2.2.2. 动态解析服务 信息关联是 rfid 信息与服务网络最重要的主题，动态解析可以获取与某一电 子标签编码相关联的所有信息的存放地址。 这种映射关系通常用一条地址链来描述， 并随着关联信息的不断增加而逐渐扩充。 epc网络的静态解析服务主要指发现服务。 发现服务为供应链上多样的信息提供者提供指针索引，该指针被用来指示所有 拥有信息服务的机构的地址，这些机构拥有关于物理实体的信息（根据 epc 编码识 别） ，如图 2.6 所示。在某种意义上，发现服务在万维网上扮演着一个搜索引擎的角 色，它可以提供很多详细信息的资源地址链接，epc 或唯一标识符在主要搜索标准 中扮演关键词的角色。与大多数 web 引擎、dns、ons 不同的是，用户通过发现 服务获取信息时，必须鉴别发现服务，而且返回信息的数量将受制于每个信息提供 者安全控制政策27。 16 批发商零售商生产商供应商 图 2.6 发现服务的数据存储 尽管 ons 服务和发现服务都属于查询服务，但他们有不同能力和目的。对象名 称服务是用来指向一个物体的权威信息，这也就意味着它一般是指向制造商所提供 的信息服务。因为 ons 和 dns 一般都不需要认证，因此 ons 内部的记录对所有客 户都是可见的，于是一般认为在 ons 中存储序列号级别的记录或时间是不合适的， 否则将有可能暴露与供应链有关的商业机密。此外，也有人担心以 dns 为基础的 ons 难以承担数十亿甚至上万亿的单品记录。 与此相对的，发现服务被设计成使用一种可扩展的方法，在供应链或产品的生 命周期中提供多个信息服务商的地址。同时，通过恰当的授权和认证（通道控制） 机制来保障数据的安全。 ons 和发现服务对于多个 epc 信息服务的互补作用如下图 2.7 所示： 发现服务（ds） 企业 a epcis 企业 b epcis 企业 c epcis ons ons的查询仅 基于产品类型 （制造商） 发现服务的查询是 根据每个物体唯一的 id（一系列的记录） epcis提供了 一个企业间交换 系列事件信息 的标准查询接口 物体随着它的供应链或生命周期移动 图 2.7 ons 与发现服务的互补作用 17 2.3. rfid 在供应链中的应用 从 1985 年开始，rfid 技术进入了商业领域的运用。由于 rfid 电子标签具有 可读写能力，对于需要频繁改变数据内容的场合尤为适用，它发挥的作用是数据采 集和系统指令的传达，广泛用于物流供应链上的物品管理、仓库管理、运输管理、 生产管理、物品跟踪、运载工具和货架识别、商店、特别是超市中商品防盗等场合。 rfid 在供应链中的应用如图 2.8 所示： 生产制造 原材料的追踪； 库存管理； 流水线的生产； 质量控制； 存储 了解产品信息； 登记自动化； 零售 防止产品失窃； 自动扫描计费； 快速清点货物； 产品归类； 运输 产品的定位； 快速记录信息； 实时跟踪； 配送分销 加快配送速度； 精确控制库存； 自动化记录出库 信息； 售后服务 产品的追踪； 质量的监控； 保修服务信息； 图 2.8 rfid 技术在供应链的应用 从图 2.8 可以看出， 采用 rfid 技术实施方由目前到物流配送环节直接转移到了 供应链的源头生产制造商，商品在出厂之时就已经被粘贴上电子标签，而在后续 的供应链上各环节的企业仅仅只是利用 rfid 读写装置对商品的电子标签进行读 取，并将这些数据上传至信息服务器，就可以准确、有效地掌握物品在整个供应链 各环节的流动信息。通过这种方式，供应链各环节上信息量的采集量将大大增加， 据估计，与所广泛采用的条码识别技术相比，rfid 信息采集量大约是目前采集量 的 30 倍左右，密集的信息采集必然会提高信息的即时性、确定性，从而提高供应链 反应的敏锐性。 rfid 在供应链各环节的具体应用如下所述28： ? 生产制造环节 在生产制造环节中，产品通过 rfid 技术可以完成自动化生产线运作，准确找 到规格纷繁复杂的零部件，及时将其运送到生产线上，实现在整个生产线上对原材 18 料、零部件、半成品、产成品的识别和跟踪，减少人工识别成本，降低出错率，从 而提高效益。rfid 技术还能帮助管理人员及时根据生产进度发出补货信息，实现 库存管理的自动化和流水线的均衡、稳步生产，同时也加强了对质量的控制和追踪。 rfid 技术特别适用于不允许任何一个环节脱节