（计算机系统结构专业论文）物联网中间件系统的研究与设计.pdf

上海大学硕士学位论文 摘要 物联网( 即e p c 系统) 是指在全球统一的编码系统基础之上，利用互联网和 射频识别技术形成的广义的技术体系。它的目标是通过供应链的全程信息化使 企业提高资本的可视性，确保产品的安全性和完整性。 物联网实现供应链全程信息化的基础是能识别全球供应链系统中存在的所 有商品，这就需要对每一个商品进行编码。a u t o i d 中心采用电子产品代码( e p c ) 实现了对每个商品的标识。由于物联网系统内的e p c 数据非常庞大，这样使得 传送和管理这些数据成为一个难题，因此物联网中间件系统的关键任务就是及 时处理好这些海量数据。 本文重点研究和设计物联网中间件系统( s a v a n t 系统) 来解决海量数据处 理和实时动态跟踪两大难点。在简单介绍射频识别技术( r f i d ) 和系统描述物联 网网络架构的基础上，深入研究了s a v a n t 中间件的基本构成，功能设计，数 据处理流程和通信流程。 本文的主要工作是设计了s a v a n t 采集数据的基本模块如适配模块、信息 缓冲区模块以及连接模块；同时还设计了平滑过滤器、阅读器过滤器、e p c 码 过滤器、事件过滤器和异常过滤器这五大过滤器模块来提高系统处理数据的效 率和满足上层管理软件的需要；最后通过实验验证了所设计的s a v a n t 系统能 够满足实际的物流管理要求。 系统在模块化管理上使用j m x 技术，将各个模块设计成功能独立的 m b e a n 。这样除了方便服务器根据上层应用需求挑选所需的功能模块外，也很 好的封装了模块，提高了系统的安全性。 关键词：物联网，射频识别，产品电子码，s a v a n t 中间件 v 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t i n t e m e to ft h i n g s ( e p cs y s t e m ) r e f e r st ot h et e c h n o l o g ys y s t e mu s i n gn e t w o r k a n dr f i dt e c h n o l o g yw h i c hb a s e so nt h eg l o b a lu n i f o r mc o d i n gs y s t e m i ta i m st o h e l pe n t e r p r i s e s t o i m p r o v ea s s e tv i s i b i l i t y w h i l ee n s u r i n g p r o d u c ts a f e t ya n d i n t e g r i t ya c r o s st h es u p p l yc h a i n r e c o g n i z i n ga l lt h ec o m m o d i t i e si nt h eg l o b a ls u p p l yc h 血i st h ef o u n d a t i o nt o o b t a i nt h ei n t e r n e t b a s e ds u p p l y i n gc h a i ni n f o r m a t i o n t h i sg o a tc a nb ea c h i e v e db y u s i n ge p c ( e l e c t r o n i cp r o d u c tc o d e ) i ti sd i f f i c u l tt ot r a n s l a t ea n dm a n a g et h el a r g e a m o u n to fe p cd a t ai ni n t e r n a to ft h i n g s t h e r e f o r e ，p r o c e s s i n gt h o s eh u g ed a t ai n t i m ei si d e n t i f i e dt ob et h ek e yo b j e c t i v eo f i n t e m e to f t h i n g ss y s t e mm i d d l e w a r e t h et h e s i sf o c u s e so nt h ed e s i g no fi n t e m e to ft h i n g sm i d d l e w a r es y s t e m ( s a v a n t ) t os o l v em a s s i v ed a t ap r o c e s s i n ga n dr e a l t i m ed y n a m i c t r a c k i n g a f t e r s i m p l yi n t r o d u c e st h er 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 ya n di n t e m e to f t h i n g sn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，t h ee s s e n t i a lc o m p o n e n t s ，f u n c t i o n a ld e s i g n , d a t a p r o c e s s i n gp r o c e d u r e s a n dc o m m u n i c a t i o np r o c e d u r e so fs a v a n tm i d d l e w a r e s y s t e mh a v eb e e nd e e p l ys t u d i e d t h ep r i m a r yo b j e c t i v eo ft h et h e s i si st od e s i g ns a v a n t sb a s i cd a t a c o l l e c t i o nm o d u l e s i ta l s oh a sd e s i g n e df i v ef i l t e rm o d u l e st oi m p r o v et h es y s t e m e f f i c i e n c yo fd a t ap r o c e s s i n ga n dn l e e tt h er e q u i r e m e n t so fu p p e rm a n a g e m e n t s o f t w a r e f i n a l l y , t h ee x p e r i m e n t sv a l i d a t et h a tt h ed e s i g n e ds a v a n ts y s t e mc a n m e e tt h ea c t u a ld e m a n do fl o g i s t i c sm a n a g e m e n t t h ej m xw h i c hi sa p p l i e di nm o d u l em a n a g e m e n ti su s e dt od e s i g ne v e r y m o d u l ea sa nm b e a ni n d e p e n d e n t l y t h em e t h o dd o e sn o to n l yp r o v i d et h e c o n v e n i e n c es e r v e rf o rc h o o s i n gd e m a n d e dm o d u l e sa c c o r d i n gt oa p p l i c a t i o n , b u t a l s oe n c a p s u l a t em o d u l ee x c e l l e n t l ya n di m p r o v et h es e c u r i t yo f s y s t e m k e y w o r d s ：i n t e m e to f t h i n g s ，i 讧i d ，e p c ，s a v a n t v l 上海大学硕士学位论文 原创性声明 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。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其它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。 签名： 本论文使用授权说明 日期：趔 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 吼趔 上海犬学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 在过去的2 5 年里，e a n u c c 编码i f - 2 1 已大大提高了物流供应链的效率， 并且已成为全球最通用的标准之一。条码已经成为产品识别的主要手段。但条 码仍然存在许多无法克服的缺点，例如：使用条码只能识别类产品，而无法 识别单品；条码是可视传输技术，即扫描仪必须“看见”条码才能读取它，这 表明人们通常必须将条码对准扫描仪才有效；而且如果印有条码的横条被撕裂、 污损或脱落，就无法扫描这些商品。 产品的唯一识别对于某些商品非常必要，而条码识别最大的缺点之一是它 只能识别一类产品，而不是唯一的商品。例如牛奶纸盒上的条码到处都一样， 要辨别哪盒牛奶先过期，如果不改进目前条码技术那将是不可能实现的。那么 如何才能识别和跟踪供应链上的每一件单品呢? 随着因特网的飞速发展和射频技术趋于成熟，信息数字化和全球商业化促 进了更现代化的产品标识和跟踪方案的研发，可以为供应链提供近乎完美的解 决方案。也就是说，公司将能够及时知道每个商品在他们供应链上任何时点的 位置信息。虽然有多种方法可以解决单品识别问题，但目前所找到的最好的解 决方法就是给每一个商品提供唯一的号码一“e p c 码”。 e p c 是产品电子码【3 l e l e c t r o n i cp r o d u c tc o d e 的简称。它是在射频识别 r f i d 4 1 上发展起来的一项技术。它采用一组编号来代表制造商及其产品，不同 的是e p c 还用另外一组数字来唯一地标识单品。e p c 是唯一存储在r f i d 标签 微型芯片中的信息，这样可使得r f i d 标签能够维持低廉的成本并保持灵活性， 使数据库中无数的动态数据能够与e p c 标签相链接。 1 9 9 9 年美国麻省理工学院( m i t ) 成立了自动识别技术中, i ：, ( a u t o i d c e n t e r ) ，提出了e p c 概念，其后四个世界著名研究性大学：英国剑桥大学、 澳大利亚阿雷德大学、日本k e i o 大学和上海复旦大学相继加入参与研发e p c ， 并得到了1 0 0 多个国际大公司的支持，其研究成果已在一些公司如沃尔玛、宝 上海大学硕士学位论文 洁公司、t e s c o 公司中试用。1 5 】 物联网【艄】是一个非常先进的全球系统，其目的在于搭建出一个可以识别任 何事物同时可以识别这个事物在物流供应链中实时位置的开放性全球网络，由 于其商品统一采用e p c 编码，所以也被称之为e p c 网络。它主要由六方面组 成：e p c 编码标准 9 1 ，e p c 标签f 1 0 】，阅读科1 n ，s a v a n t ( 物联网中间件) 【1 2 1 ， 对象名解析服务( o b j e c tn a m i n gs e r v i c e ：o n s ) 1 3 ，物理标记语言( p h y s i c a l m a r k u pl a n g u a g e ：p m l ) t 1 5 1 。 e p c 网络系统中的e p c 编码规范，s a v a n t 规范，o n s 规范，p m l 规范 都是由e p c g l o b a l 制定的。e p c g l o b a l 由e a n 和u c c 两大标准化组织联合成立， 是一个中立的、非赢利性标准化组织。它的主要职责是在全球范围内对各个行 业建立和维护e p c 网络，保证供应链各环节信息自动实时识别采用全球统一的 标准。通过发展和管理e p c 网络标准来提高供应链上贸易单元信息的透明度与 可视性，以此来提高全球供应链的运作效率。而主要硬件_ e p c 标签和阅读 器，实际上则是r f i d 无线射频识别系统中的射频接收器和发射器。 r f i d ( 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 n ) 的全称是无线射频识别技术，其主要核 心部件是一个电子标签，直径仅为2 毫米不到，通过相距几厘米到几米距离内 传感器发射的无线电波，可以读取电子标签内储存的信息，识别电子标签代表 的物品、人和器具的身份。 在原理上，r f i d 是以电子芯片来承载数据，能储存商品序号、模块编号、 包装颜色、组装位置或数据类型等电子化信息。在运作模式方面，r f i d 系统是 由r f i d 标签( 或称t a g ) 与r f i d 阅读器( 或称r e a d e 0 两个主要组件组成。双方 以射频传输技术来传递数据，当r f i d 标签通过一个r f i d 阅读器的有效范围时， r f i d 标签会将所置的信息传递至r f i d 阅读器上，r f i d 阅读器再结合信息系 统，提供信息查询、物品辨别的功能。不同于条形码只能进行单一扫描，r f i d 阅读器可同时辨识读取数个r f i d 标签。无需接触，r f i d 阅读器就能够直接读 取信息至数据库内，一次性处理多个标签，并将物流处理的状态写入标签，供 下一阶段物流处理读取和判断。 每件产品都加上r f i d 标签之后，在产品的生产、运输和销售过程中，解 2 上海大学硕士学位论文 读器将不断收到一连串的e p c 码。整个过程中最为重要、同时也是最困难的环 节就是传送和管理这些数据。自动识别产品技术中心开发了一种名叫s a v a n t 的软件技术，相当于该新式网络的神经系统。 s a v a n t 与大多数的企业管理软件不同，它不是一个拱形结构【1 6 】的应用程 序。而是利用了一个分布式的结构，以层次化进行组织、管理数据流。s a v a n t 将被利用在商店、分销中心、地区办公室、工厂，甚至有可能在卡车或货运飞 机上应用。每一个层次上的s a v a n t 系统将收集、存储和处理信息，并与其它 的s 怂，a n t 系统进行交流。例如，一个运行在商店里的s a v a n t 系统可能要通 知分销中心还需要更多的产品，在分销中心运行的s a v a n t 系统可能会通知商 店的s a v a n t 系统一批货物已于一个具体的时间出货了。s a v a n t 系统需要完 成的主要任务是数据校对、解读器协调、数据传送、数据存储和任务管理。 通过e p c 网络的发展不仅能够对货品进行实时跟踪、而且能够通过优化整 个供应链给用户提供支持，从而推动自动识别技术的快速发展并能够大幅度提 高全球消费者的生活质量。但是如果直接就将每个e p c 码不经过处理就直接使 用，那么在整个e p c 网络系统中流通和维护的数据量将十分巨大。在将e p c 码的相关信息发送到用户的服务器之前对这些数据进行过滤、整合等操作，不 但可以节省用户大量的存储空间，还能大大提高整个e p c 网络系统的处理效率。 1 2 当前研究现状 物联网中间件的发展可以分成如下三个阶段【1 刀：应用程序中间件阶段 ( a p p l i c a t i o nm i d d l e w a r e ) ，架构中间件阶段( i n f r a s t r u c t u r em i d d l e w a r e ) ，和解决 方案中间件阶段( s o l u t i o nm i d d l e w a r e ) 。目前国外各大i t 产商为了瓜分未来物联 网技术所带来的巨大商业利益，都在大力开发相关的软件产品，他们的产品已 经不再是简单点对点的应用程序中间件了，而是相对高级的架构中间件产品， 如o r a c l e 开发的o r a c l ew a r e h o u s em a n a g e m e n t ，s u n 开发的s u nj a v as y s t e m r f i ds o r w a r e ，s a p 开发的s a pb u s i n e s si n f o r m a t i o nw a r e h o u s e 等等，并且他 们现在的研发重点已经转移到更高级的解决方案中间件。国内有自主知识产权 的中间件产品只有北京东方励格技术有限公司一家，而且其产品仅限于r f i d 上海大学硕士学位论文 技术方面的应用，相比物联网所需的海量数据处理能力来讲，其技术可移植性 不高。 中国是世界制造业中心，也是世界消费大国之一，毫无疑问是物联网技术 应用大国。但是国外开发的先进技术出于商业利益考虑，都是有产权保护的， 并不能免费使用。目前，正是物联网技术的发展和成熟期，全球物联网标准也 正在研究制定中，这正是国内软件业奋起直追，开发自身核心技术，参与标准 制定的绝好良机。 本文就是针对物联网海量数据处理问题，参考a u t o i d 中心制定的规范， 试验设计了初步可行的物联网中间件s a v a n t 系统。 1 3 本论文的工作内容 作者的主要工作包括： 1 ) 、对世界范围内出现的新技术之一物联网技术进行了详尽分析，研 究了国外在这方面的最新进展。 2 ) 、认真研读和翻译了关于物联网的相关协议和专利，并进行了深入的分 析。 3 ) 、以国际规范s a v a n ts p e c i f i c a t i o n1 0 为框架，尝试设计了物联网中间件 的功能模块。 钔、进行了系统试验，证明了该中间件系统在物联网中使用时带来的优越 性。 1 4 本论文的组织 本文讨论了关于物联网的中间件研究。简要介绍了什么是物联网和其发展 的基础技术无线射频技术。着重介绍和分析了物联网中间件s a v a n t 。 并基于国际规范s a v a n ts p e c i f i c a t i o n1 0 搭建框架，设计了该中间件的基本功能 模块。通过试验，证明了该新技术在现代物流系统中可以发挥高效的管理作用。 文章的组织结构如下： 第一章为绪论，阐述了课题研究的目的和意义，当前的研究现状以及文章 的内容和组织结构。 4 上海大学硕士学位论文 第二章主要介绍了物联网的依靠技术r f i d 一无线射频技术。由于该技术 在7 0 年代早期就已经发展起来，本章只对其进行了非常简单和形象的介绍。主 要介绍了r f i d 在物联网中的使用原理。 第三章介绍了物联网网络架构即e p c 网络系统。什么是e p c 码，什么是 e p c 网络系统，还有e p c 网络系统中的6 大组成部分，这6 部分的功能，以及 他们如何协调工作、传送信息。 第四章着重介绍了e p c 系统中的中间件s a v a n t 。本章主要在深入分析 s a v a n ts p e c i f i c a t i o n1 0 后，简单描述了s a v a n t 的基本结构，相关功能。 第五章是本文的核心部分。主要包括系统试验的设计思想，设计实现，工 具使用和模块管理，试验结果及其分析，试验结论5 部分。由于e p c 的相关协 议还在不断完善中，因此在试验中，除了按照协议的要求实现了s a v a n t 的一 些基本功能外，还对用户可能常用的需求进行总结，参考s u n 公司的设计思想， 设计了有效处理数据的过滤功能。并尝试使用j m x 进行模块化的管理，使其具 有更高的安全性和更好的可重用性。 第六章对全文进行了总结并指出了需要进一步研究的问题和方向。 上海大学硕士学位论文 第二章r f i d 基本原理 2 1 r f i d 简介 r f i d ( 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 ) 射频识别技术是一种非接 触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识 别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。短距离射频产品不怕油渍、灰 尘污染等恶劣的环境，可以替代条码识别技术，例如用在工厂的流水线上跟踪 物体。长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别 车辆身份等。 2 2r f i d 技术的优势 r f i d 技术是一种无线非接触技术，与条形码技术相比有较大的差别，有不 同的适用范围，两者之间最大的区别是条形码是“可视化技术”，而射频标签只 要在接收器的作用范围内就可以被读取，是非接触式的。两者具体的区别如下 表2 1 所示。 表2 一lr f i d 与条码之间的性能比较 篆。一璁能；薹主薹主! 薹三i 萎篓：，匕差蓁耋 雾霉焉i 醯猫二：。一；墨 老盘钮以幺黧甾；蚪槲盘j 妊姆_ 墙 信息载体纸，塑料薄膜，金属表面 e e p r o m 标签信息容量小大 读取数量 一次一个 次多个 读取方式激光扫描无线通讯 读取距离较短 趣 读取能力标签信息不可更新标签信息可反复读写 高速读取移动读取能力有限可高速移动读取 读取方便性 表面定位读取全方位穿透性读取 适应性污秽或损坏无法读取在恶劣环境下仍可读取 保密性差好 智能性无有 6 上海大学硕士学位论文 i功能 z 一r 一 ，一+ 条码 r f i d一，j 光遮盖 全部失效没有影响 成本 低高 寿命 短长 r f i d 相比条码具有相当的技术优势，能够满足社会经济发展对商品管理的 迫切需要。r f i d 技术作为一种快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和 信息标准化的基础，具有唯一有效标识实体对象的功能，而被广泛应用与生产、 零售、物流、交通等各行各业。 2 3r n d 基本构成及其工作原理 最基本的r f i d 系统由三部分组成【1 8 1 ：电子标签( r a 曲、阅读器( r e a d e r ) 、微 型天线( a n t e n n a ) 。r f i d 系统在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面， 电子标签中保存有约定格式的电子数据。阅读器可无接触地读取并识别电子标 签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。 r f i d 的工作原理是【1 蛆1 i ：阅读器发出电磁波，在周围形成电磁场，标签进 入磁场后，从电磁场中获得能量，激活标签中的微芯片电路，芯片转换电磁波， 发送出存储在芯片中的产品信息( 即p a s s i v et a g ，无源标签或被动标签1 ，或者 主动发送某一频率的信号( 即a c t i v et a g ，有源标签或主动标签) ，阅读器读取信 息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。图2 - 1 简要的描述了这个 工作过程。 阅读器 降 主 控 倒一 器 图2 - 1r f i d 工作原理 标签：标签也被称为电子标签，它是带有天线的芯片，芯片中存储有能够 识别且标的信息。r f i d 标签具有持久性，信息接收传播穿透性强，信息存储容 7 上海大学硕士学位论文 量大、种类多等特点。有些r f i d 标签支持读写功能，目标物体的信息能随时 被更新。 阅读器：分为手持和固定两种，由发送器，接收仪，控制模块和无线收发 器组成，无线收发器和控制计算机连接从而实现它的沟通功能。阅读器也由天 线接收和传输信息。 标签上的数据是通过射频无线电波的形式发送，并不要求目标物体在视野 范围内，加上数据处理快的特点，解读器能达到每秒钟辨识1 0 0 0 个标签的速度。 大多数r f l d 系统能够同时收集到天线范围内的大量标签数据。 r f i d 通过自动的方式迅速简便无误的获得关于产品，地点，时间，交易等 信息。不用接触，不用看见目标，即使物品被牢固包装或是环境不适，也不会 影响它的识别功能。这是它有别于条形码的一大特点。 2 4 本章小结 本章简单介绍了r f i d 系统的组成和基本工作原理。在物联网应用中r f i d 标签作为e p c 信息载体，对物联网的发展起着关键的作用。本章的介绍对系统 的硬件配置和标签阅读器等设备选型，有一定的参考作用。 8 上海大学硕士学位论文 第三章物联网网络架构 3 1e p c 及“物联网”价值 低价无线射频电子标签( r f i d ) 、产品电子代码( e p c ) 、互联网三个元素的有 效组合，孕育出正在改变世界产品生产和销售管理的网络系统，这就是“物联 网”。物联网展示了一种在全球范围内对每个产品跟踪的全新理念。它将是一场 轰轰烈烈的物流革命，并对人类的生活方式产生深远的影响。 自1 9 9 9 年提出e p c 物联网的构想到2 0 0 3 年，短短的几年时间，a u t o i d 中心已经完成了e p c 应用方面三个阶段示范实验：第一阶段是货堆试验阶段。 2 0 0 1 年9 月2 8 日，m i t 实验室成功的异地读取了宝洁公司位于密苏里州杰拉 杜角的工厂货盘上的b o u n d y 纸巾的电子产品码。第二阶段是货箱试验阶段。 2 0 0 2 年2 月，美国多家大公司将包装盒上配有e p c 标签的货物在全美选定的几 个配送中心和零售商之间运输，数据传输量大大增加，系统仍然运行良好。第 三阶段是单个物品试验阶段。2 0 0 2 年底，a u t o i d 中心将标签加载到单个物品 上，测试系统处理更大数据量的能力。【2 2 l 截至2 0 0 5 年2 月2 0 日，全球e p c 最终用户已达9 0 家，其中美国有7 0 家， 美国以外的国家和地区有2 0 家；解决方案提供商有7 5 家，其中美国有5 0 家， 美国以外的国家和地区有2 5 家。按照e p c 发展构想，大概经过3 5 年的时间， 其将应用于生产企业、配送中心、零售商以及运输、仓储等环节。预计货箱和 托盘将在2 0 0 5 2 0 0 7 年间将在大型零售商使用，而实现产品和地方应用的扩张 阶段得等到2 0 0 8 2 0 1 2 年，成为标准的时间最早在也就在2 0 1 3 年。而单品和 货架的应用时间更要推迟，大型零售商使用时间可能在2 0 0 7 2 0 0 9 年，而扩张 阶段在2 0 1 0 2 0 1 4 年，成为标准要到2 0 1 5 年以后了。田l e p c 的广泛应用可以提高整个供应链和生产作业管理水平，在自动仓储库 存管理、产品物流跟踪、供应链自动管理、产品装配和生产管理、产品防伪等 多个方面起到非常重要的作用，对于企业提高自身竞争力具有非常重要的意义。 e p c 的应用，将在减少流动资金，降低库存存货，减少最小存货量，减少固定 资本需求量，提高固定资产利用率，在不同的方面给零售业、制造业和运输业 9 上海大学硕上学位论文 带来巨大的潜在利益。 零售业应用方面，不但能增加企业利润，还可以尽量的减少企业投资。一 方面可以提高订单供品率，增加产品可获取性，这将很大程度上减少商品脱销 现象的产生，对于收入的增加，作用将十分明显；另一方面，也能一定程度的 减低成本。e p c 的应用有利于零售商降低运转费用，提高运转和工作效率，有 利于减少货物损失和非流通存货量。 制造业应用方面，既可以增加企业利润，又可以降低投资额。e p c 的应用， 一方面将减少滞销和脱销，从而带来企业收入的增加；另一方面，可以降低配 送成本，提高劳动生产效率，同时降低产品退货率，减少配送与运输成本。 运输业应用方面，e p c 可用于资产的管理、追踪和维护，提高企业资产利 用率：可自动获取数据，从而规划产量，降低取货和存货成本，实行分组管理， 提高运作效率；在安全性方面，可用于货物真伪表识、自动通关以及运输路线 跟踪；在质量管理和客户服务，可提高调度准确性、送货可靠性和送货效率； 资金管理方面，可由此确定交易定价，并监控转包商，降低数据存储成本；收 益率方面，可减低索赔、保险费用，并提供新信息增值服务。 e p c 广泛有效的应用和物联网的建立，将给消费产业的流通带来革命性的 效率，具有不可估量的发展潜力和价值，因此e p c 技术的发展和应用的推广受 到很多发达国家和地区的关注。 在由e p c 标签、阅读器、s a 、，a n t 中间件、i n t e r a c t 、o n s 服务器、p m l 服务器以及众多数据库组成的实物互联网中，阅读器读出的e p c 码只是一个信 息参考( 指针) ，由这个信息参考在i n t c m c t 上找到口地址并获取该地址中存放 的相关的物品信息，并采用分布式s a v a n t 软件系统处理和管理由阅读器读取 的一连串e p c 信息。由于在标签上只有一个e p c 码，计算机需要知道与该e p c 匹配的其它信息，这就需要o n s 来提供一种自动化的网络数据库服务，s a v a n t 将e p c 传给o n s ，o n s 指示s a v a n t 到一个保存着产品文件的p m l 服务器 查找，该文件可由s a v a n t 复制，因而文件中的产品信息就能传到供应链上。 e p c 网络有很多重要的特点：( 1 ) 不像传统的条码，本网络不需要人的干预 与操作而是通过自动技术实现网络运行；( 2 ) 无缝链接；( 3 ) n 络的成本相对较低； 1 0 上海大学硕士学位论文 ( 4 ) 本网络是通用的，可以在任何环境下运行。其总体结构入图3 1 所示： 器 图3 - 1e p c 物联网网络结构( 见文献【1 3 】图1 ) 下面对e p c 网络中主要的6 个部分及其运作机制进行介绍。这6 大部分分 别是：e p c 编码标准，e p c 标签( t a g ) ，阅读嚣：( r e a d e r ) ，中间件( s a v a n t ) ，对 象名解析服务( o n s ) ，p m l 服务。 3 2e p c 编码标准 e p c 码是新一代与e a n u p c 码兼容的编码标准，在e p c 系统中e p c 编码 与现行g t i n 相结合，因而e p c 并不是取代现行的条码标准，而是由现行的条 码标准逐渐过渡到e p c 标准或者是在未来的供应链中e p c 和e a n u c c 系统 共存。e p c 中码段的分配是由e a n u c c 来管理的。在我国，e a n u c c 系统 中g t i n 编码是由中国物品编码中心负责分配和管理。同样，a n c c 也即将启 动e p c 服务来满足国内企业使用e p c 的需求。 上海大学硕士学位论文 表3 - 1e p c 编码结构( 见文献p 1 ) e 一+ 7 二= _ * ! g 。4 瑟霸鬻徽 j 1 一 + 版本导。 ，墨考掣j ，： t y p e l22 01 7 2 7 e p c “t y p e 221 5 1 53 2 t y p e 322 61 3 2 3 e p c 9 6t y p e l82 82 4 3 6 t y p e l83 2 5 61 6 0 e p c 2 5 6t y p e 286 45 61 2 8 t y p e 381 2 85 66 4 e p c 码是由一个版本号加上另外三段数据( 依次为域名管理者、对象分类、 序列号) 组成的一组数字。其中版本号标识e p c 的版本号，它使得e p c 随后的 码段可以有不同的长度；域名管理是描述与此e p c 相关的生产厂商的信息，例 如“可口可乐公司”；对象分类记录产品精确类型的信息，例如：“美国生产的 3 3 0 m l 罐装减肥可乐( 可口可乐的一种新产品) ”；序列号唯一标识货品，它会精 确的告诉我们所说的究竟是哪一罐3 3 0 m l 罐装减肥可乐。具体结构见表3 1 。 3 3e p c 标签 e p c 标签是产品电子代码的信息载体，使用射频标签。e p c 标签根据其功 能级别的不同目前分为5 类，目前所开展的e p c 测试使用的是c l a s s l g e n 2 2 4 1 。 e p c 标签主要由天线、集成电路、连接集成电路与天线的部分、天线所在 的底层四部分构成。9 6 位或者6 4 位e p c 码是存储在r f i d 标签中的唯一信息。 e p c 标签有主动型、被动型和半主动型三种类型。主动型r f i d 标签有一个电 池，这个电池为微芯片的电路运转提供能量，并向阅读器发送信号( 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，它从阅读器获得电 能。解读器发送电磁波，在标签的天线中形成了电流；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阅读器处获得 能量。 3 4 阅读器( r e a d e r ) s a v a n t 和r f i d 硬件设备间的联系，主要是r f i dt a gr e a d e r 。它支持 上海大学硕士学位论文 a u t o i dr e a d e rp r o t o c o l 1 0 ，同时支持其它阅读器协议，而且也支持 v e n d o r - s p e c i f i cr e a d e rp r o t o c o le x t e n s i o n s 。 阅读器是用来识别e p c 标签的电子装置，与信息系统相连实现数据的交换。 阅读器使用多种方式与e p c 标签交换信息，近距离读取被动标签最常用的方法 是电感耦合方式。只要靠近，盘绕阅读器的天线与盘绕标签的天线之间就形成 了一个磁场。标签就利用这个磁场发送电磁波给阅读器，返回的电磁波被转换 为数据信息，也就是标签中包含的e p c 代码。 阅读器的基本任务就是激活标签，与标签建立通信并且在应用软件和标签 之间传送数据。e p c 阅读器和网络之间不需要p c 作为过渡，所有的读写器之 间的数据交换直接可以通过一个对等的网络服务器【2 ”6 】进行。 e p c 系统网络技术【2 7 2 8 1 ：e p c 系统网络技术是e p c 系统的重要组成部份， 主要是实现咨询管理和数据流通，主要包括s a v a n t ，o n s ，p m l 。e p c 系统 的咨询网络系统是在网际网络互联的基础上，通过s a 、硝n t 管理软件系统。对 象名称解析服务( 0 n s ) 和实体标识语言( p m l ) 实现全球的“实物互联网”。 3 5 中间件s a v a n t 每件产品都加上r f i d 标签之后，在产品的生产、运输和销售过程中，解 读器将不断收到一连串的e p c 码。整个过程中最为重要、同时也是最困难的环 节就是传送和管理这些数据。自动识别产品技术中心于是开发了一种名叫 s a v a n t 的软件技术，相当于该新式网络的神经系统。 s a v a n t 作为一种软件，擅长处理海量咨询、灵活过滤数据。在e p c 网络 里，阅读器将收集到的e p c 码传送给s a v a n t ，依据这些数据，s a v a n t 向各 处的o n s 提出询问，由o n s 找寻对应该e p c 码的产品资料地址，再回复给 s a v a n t 。由此s a v a n t 可以找到物品资料并传递给供应链应用系统。 s a v a n t 的主要目的是管理和传输资料，防止企业和公用网络的超载，具 体归纳为下面几点： 1 资料校对 处于网络边际的s a v a n t 系统，直接与阅读器进行信息交流，它们会进行 资料校对。并非每个标签每次都会被读到，而且一个标签的资料可能被误读， 上海大学硕士学位论文 s a v a n t 系统能够利用算法校正这些错误。 2 阅读器间协调 如果从两个有重叠区域的阅读器读取信息，她们可能读取了同一个标签的 资料，产生了相同多余的e p c 码，s a v a n t 的一个任务就是分析已取读的资料 并且删除这些冗余的产品代码。 3 资料传送 在一个层次上，s a v a n t 系统必须决定什么样的资料需要在供应链上向上 或向下传送。例如，在冷藏工厂的s a v a n t 系统可能只需要传送它所存储的商 品温度资料就可以了。 4 资料储存 现在的资料库不具备在一秒钟内处理超过几百条事件的能力，因此 s a v a n t 系统的另一个任务就是维护存储的资料。系统能够实时的取得商品的 e p c 码并且能智能的将资料存储，以便其它企业管理的应用程序有权访问这些 资料，并保证资料库不会超负荷运转。 5 任务管理 无论s a v a n t 系统在层次结构中所处等级是什么，所有的s a v a n t 系统都 有一套独具特色的任务管理系统，这个系统使得它们可以实现用户自己定义的 任务来进行资料管理和监控。例如，一个商店钟的s a v a n t 系统可以通过编写 程序实现一些功能，当货架上的产品降低到一定水平时，就会给仓库管理员发 出警报。 3 6 对象名解析服务o n s ( o b j e c tn a m es e r v i c e ) a u t o i d 中心认为一个开放式的，全球性的追踪物品的网络需要一些特殊 的网络结构。因为除了将e p c 码存储在标签中外，还需要一些将e p c 码与相 应商品信息进行匹配的方法。这个功能就由对象名解析服务( o n s ) 来实现，它 是一个自动的网络服务系统，类似于域名解析服务( d n s ) 鲫，d n s 是将一台计 算机定位到万维网上的某一具体地点的服务。 当一个解读器读取一个e p c 标签的信息时，e p c 码就传递给了s a v a n t 系统。s a v a n t 系统然后再在局域网或因特网上利用o n s 对象名解析服务找到 1 4 上海大学硕士学位论文 这个产品信息所存储的位置。o n s 给s a v a n t 系统指明了存储这个产品的有关 信息的服务器，因此就能够在s a v a n t 系统中找到这个文件，并且将这个文件 中的关于这个产品的信息传递过来，从而应用于供应链的管理。 对象名解析服务将处理比万维网上的域名解析服务更多的请求，因此，公 司需要在局域网中有一台存取信息速度比较快的o n s 服务器。这样一个计算机 生产商可以将他现在的供应商的o n s 数据存储在自己的局域网中，而不是货物 每次到达组装工厂，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，o n s 将能够 引导s a v a n t 系统找到存储着同种产品信息的另一台服务器。 o n s 运作过程如图3 2 所示，分以下几个步骤： 1 从标签上判读一个资料字符串e p c 代码： 2 阅读器将该字符串e p c 代码发送到本地服务器； 3 本地服务器对e p c 代码资料进行适当整理，过滤，将e p c 代码发送到 本地0 n s 运算器； 4 本地o n s 运算器利用格式化转换字符串将e p c 比特位编码转变成e p c 域前缀名，再将e p c 域前缀名与e p c 域后缀名结合成一个完整的e p c 域名， o n s 运算器再进行一次o n s 查询，将e p c 域名发送到指定o n s 服务器基础架 构，以获得所需要的咨询； 5 o n s 基础架构给本地o n s 运算器回馈e p c 域名对应一个或多个p m l 服务器的i p 地址； 6 本地o n s 运算器再将口地址回馈给本地服务器； 7 本地服务器再根据i p 地址联系正确的p m l 服务器，获取所需的e p c 咨询。 上海大学硕士学位论文 务器 图3 - 2o n s 运作过程( 见文献图3 1 在o n s 中有一种本地o n sc a c h e 【i ”，它用来降低对全局o n s 的访问。频 繁访问和最近访问的值可以保存在本地c a c h e 中，它作为o n s 访问的第一站。 本地c a c h e ，动态o n s 和供应链一起可以查找、跟踪物品。 3 7 物理标记语言p m l ( p h y s i e a im a r kl a n g u a g e ) e p c 码识别单品，但是所有关于产品有用的信息都用一种新型的标准的计 算机语言物理标记语言( p m l ) 所书写，p m l 是基于为人们广为接受的可扩 展标识语言0 踟l ) 1 3 习发展两来的。 p m l 的目标是提供一个统一标准的词汇集，用来描述与e p c 网络活动物 品相关的信息。举例来说，p m l 所描述的内容包括像r f i d 传感器这样的观测 仪器，它用于像r f i d 阅读器这样的基础组件的配置文件中或电子商务中有关 e p c 的数据资料中( 如包括e p c 的船运消息) 。虽然这些不同的词汇有各种含义， 但他们使用的命名和设计规则与p m l 一样。 图3 3 是p m lc o r es p e c i f i c a t i o n 中描述的传感器【1 5 】的近似分类。从图中可 以看出，p m l c o r e 把所有那些不同的设备都描述为传感器。 1 6 上海大学硕士学位论文 图3 - 3 传感器的近似分类( 见文献图4 ) p m l 词汇以x m l 为基础，定义提供了在e p c 网络系统组件中交换的数据。 在系统中交换的x m l 信息是从p m l 设计中实例化而来。当然，p m l 不是试图 取代现有的商务交易词汇或任何其它的x m l 应用库，而是通过定义一个新的 关于e p c 网络系统中相关数据的定义库来弥补系统原有的不足。 p m l 定义了一套方案来定义被捕获的数据的交换格式。我们可能从传感器 或者数据仓库( 如，分配捕获来的数据的s a v a n t 或e p c 信息服务) 直接访问这 些数据实体。任何可能的对原始数据的解释都是由其它p m l 下的词汇来处