基于物联网架构的EPC无线通讯协议研究.pdf

山东大学 硕士学位论文 基于物联网架构的EPC无线通讯协议研究 姓名 赵莹 申请学位级别 硕士 专业 控制理论与控制工程 指导教师 吴耀华 20050509 U 东大学硕士学位论文 摘要 E P C 与物鞋网是最近刚刚在物流领域兴起的概念 旨在解决利用信息技术进行 物流数据交换时传递不及时 信息失真 交换错误等问题 物联网是在计算机互 联网的基础L 利用射频识别 R F D 无线数据通信 计算机等技术 构造个 覆盖世界上万事万物的实物互联网 I n t e r n e t o f T h i n g s 物联网内每个产品都有一 个唯一的产品电子码 叫做E P C E l e c t r o n i cP r o d u c tC o d e 通常E P C 码被存入硅 芯片做成的电子标签内 附在被标识产品上 被高层的信息处理软件识别 传递 查询 进而在互呋网的基础上形成专为供应链企业服务的各种信息服务 就是物 联网 本文在介绍物联网基本技术知识的基础上 详细说明了R F I D 读写器与E P C 标 签之间的空气接r 协议 并在山东省高速公路不停车收费系统上做了应用实现 在国内 本文第一次详细阐述E P C 与物联网的工作原理 并在理论高度探讨 物联网读写器与标签通讯协议 受学科发展和作者精力所限 本文只就空中接口 协议做了初步探讨 物联网的实现在技术层面和管理层面都还有许多课题要研究 希望这一课题能给后来的研究者做 个良好的开端 关键字 物联网 E P C 产品电子代码 C 1 G 2 O N S P M L 中间件 读写 器 标签 山东大学硕士学位论文 A b s t r a c t E P Ca n dt h ei n t e r a c to ft h i n g sa r en e wc o n t e n ti nl o g i s t i c si n d u s t r y T h e ya i mt o r e s o l v ei n f o r m a t i o nt r a n s f e r sm i s t a k e ss u c ha si n f o r m a t i o nd e l a y d i s t o r t i o n e x c h a n g e m i s t a k e s e t c w h e nu t i l i z i n gt h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt oc a r r yo nt h ed a t ai n t e r c h a n g e o f t h el o g i s t i c s T h ei n t e m e to f t h i n g sw h i c hc o v e rw i t he v e r yg o o d sa l lO V e rt h ew o r l d i Sb a s e do nt h ei n t e r a c t a n dr e a l i z e dt h r o u g hR F I Dt e c h n o l o g y w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g ya n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y E v e r yg o o d sh a sao n l yE P C E l e c t r o n i cP r o d u c t C o d e w i t h i nt h ei n t e m e to ft h i n g s G e n u a l l yE P Cc o d ei ss a v e de l e c t r o n i ct a g w h i c h c o n s i s t e do f s i l i c o nc h i pa n da n t e n n a o f t e na f f i x e do ng o o d s T h eE P Cc a l lb ei d e n t i f i e 正 t r a n s m i t e da n dq u e r yb yi n f o r m a t i o ns e r v i c es o f t w a r e n es e r v i c ef o r mt h ei n t e r n e to f t h i n g ss e r v i c e A f t e rd e s c r i b i n gt h eb a s i ct e c h n o l o g yo f t h ei n t e r a c to f t h i n g s t h i sp a p e ri n t r o d u c e s t h ea i ri n t e r f a c ep r o t o c o lo f R F I Dr e a d e ra n dt a gi nd e t a i l A n dp u tf o r w a r das u g g e s t i o n f o rt h i sp r o t o c 0 1 A f t e rt h a t t h i sp a p e ri l l u m i n a t eaR F I Da p p l i c a t i o np r o j e e t w h i c hi sa d e m of o re l e c t r o n i ct r a f f i cc o l l e c t o ri nS h a n d o n gh i g h w a y I nd o m e s t i c t h i si sf i r s tt i m et od e s c r i b et e c h n o l o g yo ft h ei n t e m e to ft h i n g sa n d E P C T h i si st h ef i r s tt i m et od i s c u s st h et h e o r yo fc o n u n u n i c a t i o np r o t o c o lb e t w e e n r e a d e ra n dt a g L i m i t e db yt h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n dc a p a b i l i t yo fw r i t e r t h i s p a p e r j u s tm a d ep r i m a r yr e s e a r c ho f R F I Da i ri n t e r f a c e T h e r ea r el o t so f p r o j e c t ss h o u l d b er e s e a r c h e di nt h ei n t e m e to ft h i n g s b o t hi nt e c h n o l o g ya n di nm a n a g e m e n t Ir e a l l y h o p et h i sa r t i c l ei sag o o db e g i nf o rs u b s e q u e n tr e s e a r c h e r s K e yw o r d s T h eI n t c r n e to f T h i n g s E P C C 1 G 2 O N S P M L M i d d l e w a r e R e a d e r T a g n 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进 行研究所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果 对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本声明的法律责任由本人 承担 论文作者签名 煎筮 日 十 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保 留或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 本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检象 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 鱼歪导师签名 第一章绪论 1 1 物联网及产品电子代码的发展背景 定义 随着世界经济的快速发展和现代科学技术的进步 物流产业作为国民经济中一 个新兴的服务部门 正在全球范围内迅速发展 在国际上 物流产业被认为是国 民经济发展的动脉和基础产业 其发展程度成为衡量一国现代化程度和综合国力 的重要标志之一 被喻为促进经济发展的 加速器 相对于发达国家的物流产 业而言 中国的物流产业尚处于起步发展阶段 突出表现在我国物流技术的落后 和管理思想的薄弱 但在过去的2 0 多年里 尤其是我国加入W T O 以后 物流行 业的开始了快速发展 自动识别作为物流行业发展的基础技术也获得了长足的发 展 越来越发挥出链接物流产品与信息的纽带作用 其中最为成熟的是条码技术 条码技术是一种图像识别技术 它把产品标识符号用 组按特定规则排列的条 和空表示 经过数据采集设备的光电转换识剐 译为计算机可以识别的二进制码 从而达到识别产品标识的目的 至今条码技术仍然是非常有效的计算机信息录入 系统 在全世界范围内得到了广泛的应用 目前世界上负责条码分配的国际组织 叫做E A N 国际物品编码执会 在E A N 的倡导下基于条码技术的产品标识已经 发展成为非常完善的体系 叫做E A N U C C 体系 E A N U C C 编码的广泛应用大 大提高了供应链内的生产率和效率 并且已成为全球最通用的标准之一 随着因 特网的飞速发展 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 目前条码已经成为识9 4 产品的主要手段 但条码有如下缺点 1 它们是可视传播技术 扫描仪必须 看见 条码才能读取它 人们通常必 须将条码对准扫描仪才有效 2 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 3 我们认为唯一产品的识别对于某些商品 非常必要 而条码只能识别制造 商和产品名称 而不是唯一的商品 牛奶纸盒上的条码到处都 样 辨别哪盒牛 奶先超过有效期将是不可能的 近年来 随着射频技术趋于成熟 R F I D 产业有了非常丈的发展 人们逐渐发 山东大学硕士学位论文 现在产品识别时使用射频技术代替条码的光电识别技术具有非常大的好处 首先 无线电频率识别并不需要可视传输技术 R F D 标签只要在读写器的读 取范围内就行了 其次 射频技术具有较好的抗干扰性 读取速度快 可多标签同时读取 第三 R F 芯片具有较好的存储能力 可以存储产品标识以外的更多信息 如 果把它用在供应链中 就可以为企业跟踪产品提供极大的方便 基于此种认识 美国麻省理工的A u t o I DC e n t e r 在1 9 9 9 年首先提出E P C 一 产品电子码的概念和应用方案 这个想法的核心思想就是 给每一个商品唯一的 号码 牌照 产品电子码 E P C E P C 标签即是这个编号的载体 当 E P C 标签贴在物品上或内嵌在物品中的时候 即将该物品与E P C 标签中的产品电 子码建立起了一对一的对应关系 E P C 标签从本质上来说是一个电子标签 通过 射频识别系统的电子标签读写器可以实现对E P C 标签内存信息的读取 这个内存 信息通常就是产品电子码 产品电子码经读写器上报给物联网中间件 经处理后 存储在分布式数据库中 用户查询产品信息时只要在网络浏览器的地址栏输入产 品名称 生产商 供货商等信息 就可以实时获悉产品在供应链中的状况 这整个系统我们目前把它称为物联网 物联网是在计算机互联网的基础上 利 用射频识别 R F D 无线数据通信等技术 构造一个覆盖世界上万事万物的实物 互联网 也叫做物联网 I n t e r a c to f T h i n g s 旨在提高现代物流 供应链管理水平 降低成本 被誉为是一项具有革命性意义的现代物流信息管理新技术 物联网系 统构成如下图和表所示 系统构成主要内容 注释 全球产品电子代码的 E P C 编码标准识别目标的特定代码 编码体系 E P C 标签 贴在物品上或内嵌在物 射频识别系统品中 读写器识读E P C 标签 信息网络系统E P C 中阃件物联网的软件支持系统 2 当奎查兰翌 兰竺兰兰 表l l 物联网的构成 图l 一1 物联网的构成 由图和表可以看出 物联网的整个结构可分为射频识别系统和信息网络系统 3 对象名解析服务 O b j e c t N a m i n gS e r v i c e O N S 实体标记语言 P h y s i c a l M a r k u pL a n g u a g e P M L E P C 信息服务 E P C I n f o r m a t i o nS e r v i c e E P C I S 山东大学硕士学位论文 两部分 射频识别系统主要由标签和读写器组成 两者通过R F I D 空中接口通信 读写器获取产品标识后 通过i n t e m e t 或其他通讯方式将产品标识上传至信息网络 系统的中问件 然后通过O N S 解析获取产品的对象名称 继而通过E P C 信息服务 的各种接口获得产品信息的各种相关服务 整个信息系统的运行都会借助i n t e m e t 的网络系统 利用在i n t e r a c t 基础上的发展出的通信协议和描述语言 因此我们可 以说物联网是架构在i n t e m e t 基础上的关于各种物理产品信息服务的总和 1 2 物联网及产品电子代码的发展状况及趋势 美国麻省理工学院A u t o I DC e n t e r 致力于自动识别技术的开发和研究 1 9 9 9 年 在R F I D 和I n t e r a c t 基础上提出E P C 概念之后 世界著名的研究性大学 英国剑 桥大学 澳大利亚阿德雷德大学 日本K e i o 大学 瑞士的圣加仑大学 中国复旦 大学相继加入并参与E P C 的研究开发工作 该项工作还得到了可口可乐 吉利 强生 辉瑞 宝洁 联合利华 U P S 沃尔玛等1 0 0 多家国际大公司的支持 无论 是生产商 零售商 还是系统集成商都积极的参与到E P C 研究中 沃尔玛 麦德 龙等公司纷纷开展了物联网的测试 部分成果已经在一些公司中试用 如宝洁 T E S C O 等 2 0 0 3 年1 1 月 国际物品编码协会 E A N U C C 成立了E P C g l o b a l 正式接管 E P C 在全球的推广应用工作 同时 A u t o I DC e n t e r 于2 0 0 3 年1 1 月正式更名为 A u t o I DL a b 为r P C 誊o b a l 提供技术支持 在我国 E P C g l o b a l 授权中国物品编码 中心作为唯一代表负责我国E P C 码的注册管理 维护及推广应用工作 国内研究人员对E P C 的研究基本上是从空白开始的 技术积累比较薄弱 但 这方面的研究一直在继续 基本属于跟踪发达国家的研究 参与这方面研究的有 中国物品编码中心 A I MC h i n a 山东省标准化研究院以及A u t o D 中国实验室等 科研机构 且前已经取得了一些初步成果 总的来说 E P C 在我国的发展属于宣 传和推广的起步阶段 4 山东大学硕十学位论文 1 3 物联网对物流业的意义 E P C 概念的提出是一件具有革命意义的事件 其革命性的意义表现为 在世界 范围内为每件单品进行唯一标识 这是前所未有的事情 将R F I D 技术的远期应用 推到了无所不在的极致状态 由此为射频识别 R F D 技术的发展注入了极大的 动力 提出了物联网的概念 极大的拓展了互联网的远期内涵 从目前技术的发展状况来看 E P C 技术是一项综合了物品编码规则 射频识别 R F I D 技术以及计算机互联网技术的综合体系 E P C 体系的目标是为人们提供 在任何时间 a n yt i m e 任何地点 a n yw h e r e 任何一件物品 a n yt h i n g 的信 息服务功能 这一点与现代物流业所倡导的理念不谋而合 现代物流发展的核心 就是以信息技术为支撑 整合纷繁复杂的产品信息和实物 提高供应链的信息透 明度 使供应链内企业展开良好协作 共同降低物流成本 自动识别技术是支持物流业发展的基础技术 条码技术曾经推动物流信息的采 集和管理获得发展 而R F I D 技术作为更便利更可靠的信息采集技术必然会将物流 产业推上发展的快车道 同时物联网是构建在互联网通讯基础上的信息互通网络 强烈的发展需求会给互联网提供前所未有的发展契机 为物流企业信息沟通提供 极大便利 总之物联网的发展将为现代物流业的发展插上理想的翅膀 虽然其中 困难重重 许多技术问题 包括概念模型的建立都还在探索中 但前途光明 道 路曲折 正是所有新生事物发展的必然轨迹 物联网技术必将推动物流产业乃至 我们的生活都迈上一个新的台阶 1 4 论文研究的目的及意义 如前文所述 物联网目前在国内的发展还处在宣传和推广阶段 相对于软件技 术 射频标签和读写器等硬件制作技术较为成熟 但仍然存在很多无法满足实际 需求的方面 其中包括标签的制作技术 封装技术 读写器的制作和两者通讯可 靠性等 都还无法达到大量投入应用的要求 因此 本文针对R F I D 技术在物流领域的应用发展持续高歌猛进的现状 着重 研究了物联网的技术架构 和标签与读写器通信的协议现状 提出了标签与读写 5 山东大学硕士学位论文 器通讯空中接口 C I G 2 协议 的若干改进意见 并附R F I D 通讯的简单实现 仅 是作者针对物联网发展过程的思考和对通讯协议的初步探索 但仍对物联网技术 的发展具有积极意义 1 5 论文的研究内容与结构 鉴于作者属于国内针对物联网研究起步较早的人 根据物联网发展的实际状况 和本人的研究状况 本文对物联网做了较详细的介绍 重点在无线射频通信的协 议方面 主要研究内容和组织结构如下 第一章指出自动识别技术是物流业发展的基础技术 正是信息采集的瓶颈所 在 介绍物联网及产品电子码的概念和发展背景 作者认为R F I D 技术和物联网将 会给物流业带来前所未有的发展机遇 讲述物联网技术的发展现状 指出研究空 气接口通讯协议的重要性 第二章从物联网的基本结构出发 分析了R F I D 标签 读写器的工作原理和 网络中间件 对象名解析及E P C 信息服务的技术架构 第三章结合无线局域网的通讯协议 详细阐述了R F I D 标签与读写器通讯的 空中接口协议 探讨了协议进一步的性能需求 第四章以山东省高速公路不停车收费模拟系统为例 详细分析了R F I D 空中 接口协议的实现 第五章根据自己的研究状况得出结论 6 山东大学硕士学位论文 第二章物联网网络架构研究 E P C 网络使用射频技术 R F D 实现供应链中贸易项信息的真实可见性 它 由五个基本要素组成 产品电子代码 E P C 识别系统 E P C 标签和读写器 E P C 中间件软件 对象名解析服务 0 N s 实体标记语言 P M L 以及E P C 信 息服务 E P C I s E P C 本质上是一个编号 此编号用来惟一的确定供应链中某个 特定的贸易项 E P C 编号位于由一片硅芯片和一个天线组成的标签中 标签附着 在商品上 使用射频技术 标签将数字发送到读写器 然后读写器将数字传到作 为对象名解析服务 O N s 的一台计算机或本地应用系统中 O N S 告诉计算机系 统在网络中到哪里查找携带E P C 的物理对象的信息 例如该信息可以是商品的生 产日期 实体标记语言 P M L 是E P C 网络中的通用语言 它用来定义物理对象 的数据 E P C 中间件是一种软件技术 在E P C 网络中扮演中枢神经的角色并负责 信息的管理和流动 确保现有的网络不超负荷运作 2 1 物联网下的E P C 产品电子编码 产品电子代码 E P C I M 是通过无线射频识别 R F D 标签和其他方式来普 遍地识别物理对象的识别方案 而其中的核心 E P C 编码将是新一代的与E A N U C C 编码兼容的新的编码标准 在物联网中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 是存储在射频标签中 的主要信息 对于某些E P C 标签来说是惟一信息 且得到U C C 和国际E A N 两个 国际标准的主要监督机构的支持 目前 其还与其它国家 国际的贸易组织和标 准机构进行合作 E P C 的目标是提供对物理世界对象的惟一标识 它通过计算机网络来标识和访 问单个物体 就如在互联网中使用p 地址来标识 组织和通信一样 7 山东大学硕士学位论文 2 1 1 编码原则 1 惟一标识 U n i q u eI d e n t i f i c a t i o n 与当前广泛使用的E A N U C C 代码不同的是 E P C 提供对物理对象的惟一标 识 就是一个E P C 编码分配给一个且仅一个物品使用 这种情况产生的直接结果 是 首先 必须有足够的E P C 编码来满足过去 现在和将来对物品标识的需要 这样就必须考虑所有物理对象的数量 具体字节的分配情况见表2 1 从世界人口 总数 大约6 0 亿 到大米总粒数 粗略估计1 亿亿粒 E P C 必须有足够大的地址空 间来标识所有这些对象 爨 一 6 O x l 0 6 年汽车 i 睁9 5 6 x 1 0 8 使用中 计算机一 遂 人口 1i 3 3 7 6 O x l 0 9 2 0 x 1 0 1 0 年 剃刀刀片 l 萌 i 3 i 1 0 1 6 宰 1 目 d h 镕 黼 靠 m ir 溅 洲瓶g 蚍 女女 鳓 i 蔓l 渊一钒 女豁五州锄 表2 1 其次 必须保证E P C 编码分配的惟一性并寻求解决编码冲突的方法 这就产 生了由谁或什么组织负责E P C 编码的分配问题 也就是说 由多个管理者分别管 理E P C 空间的一部分 除了组织管理和立法机关的管理 E P C 命名空间的创建和 管理可以借助于自动化软件 最后 还有一个关于E P C 码的使用期限和再利用问题 某些组织可能需要不 定期的跟踪某一产品 就不能对该产品重新分配E P C 码 至少 我们希望在可预 见的将来 对特殊的产品 将有一个惟一的永久的标识 2 生产商和产品 M a n u t u r e sa n dP r o d u c t s U C C 拥有接近1 0 0 万个会员 这些会员中的大多数是较大的公司 其产品往 往需要E A N U C C 编码 当将那些较小的公司 服务机构和私人企业考虑在内时 会有更多的成员 实际上 目前世界上的公司估计超过2 5 0 0 万家 而接下来的l O 年这个数目有望达到3 9 0 0 万 显然需要建立一套标准的与这些预见一致的编码系 山东大学硕士学位论文 统 每个公司都有 系列的产品和服务 需要考虑的一个问题是一个公司具体管理着 多少不同类型的产品 虽然有些公司 尤其是服装行业的产品种类达l O 万种之 多 但大多数公司产品比较单一 产品数量的范围变化很大 如表2 2 所示 值得注意的一点是任何一个组织的 产品类型均不超过1 0 万种 参考E A N 成员组织 此外 需要考虑很多更小的公 司 它们不是任何标准组织的成员 这个数目就更小了 l 薪兴市场经济领域 3 7 0 8 5 0 f f 7 新兴工业经济领域 2 1 7 1 8 3 4 0 0 i 先进的工业国家 一 1 0 8 0 0 1 0 0 0 0 0 豁 o x t m 溅 一 表2 2 3 集装箱 C o n t t i n m 和组合装置 A s s e m b l i e s A g g r e g a t e sa n dC o l l e c t i o n s 传统上 货品 集装箱和托盘都要按照不同的编码结构进行编码 例如S S C C 在E P C 结构中 企业可以沿袭原有的S S C C 将其转换为相应格式的E P C 编码一 一S S C C 一9 6 或S S C C 6 4 容器内的货品记录和货运数据存储在计算机网络中并自 动与容器建立联系 更进一步 运输集装箱的卡车 货车车厢 船舶或仓库也可 使用相应的E P C 编码 下面的图2 1 是E P C 层级图 其描绘了物品货运的情形 这个层级图会随着时间的推移而改变 这样 通过记录E P C 结构以及转换次数 就可以记录产品的出货情况 当一个满载贴有E P C 标签的货物的集装箱 集装箱上也有自己的E P C 标签 通过装有读写器的门时 读写器会读到大量E P C 标签 读写器必须知道这些E P C 码所代表物品的层次才能更有效率的读取 基于以上考虑 E P C 编码中设置了分 区值这一可选字段 用于标识物品在物流货运上的层次 这样通过E P C 的结构 物品货运的过程随着不同E P C 代码的组合就记录了下 来 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 E P E0 1 0 0 0 5 0 1 0 0 1 3 8 4 0 0 0 0 0 1 4 5 0 EE P C0 1 0 0 0 5 0 1 0 0 1 3 8 4 0 0 0 0 0 1 3 E C r L 一 卜E P C0 1 0 0 0 5 0 1 0 0 0 1 7 0 0 0 0 0 0 1 1 3 B 卜一E P C0 1 口D 0 5 0 1 0 0 0 1 7 C 0 0 0 0 0 0 1 1 3 A 卜lE P C0 1 0 口0 5 0 1 0 0 0 1 7 C 0 0 0 0 0 0 1 1 3 9 图2 1 E P C 层级图 E P C 除了标识单个对象 还可以标识组合装置等 A I 哟 D 中心建议用E P c 标识装配件和组合装置及单个货品 这样 就可以采用描述货运数据的方式来描 述组合装置 传统上 组合装置被认为是复杂的 连接着很多元器件 实际上 集装箱和组合装置两者之间没有实质的差别 无论哪种情况 集装箱和组合装置 的拓扑结构都有如图2 1 所描绘的层级结构 除了组合装置和集装箱外 对于那些没有物理联系的实体组成的组合体 例如 宴会用的礼品包可以分配一个惟一的E P C 码 也就是说 拥有不同E P C 码的相同 物体的集合也要分配一个E P C 码 由上面讨论可以看出E P C 码的总数量会超出物 理实体的数目 这就要求设计一个系统防止冗余码的出现 4 嵌入信息 E m b o d d o dI n f o r m a t i o n 是否在E P C 中嵌入信息 一直颇有争议 当前的条码标准 如U C C E A N 1 2 8 应用标识符 A I 的结构中就包含数据 这些信息可以包括如货品重量 尺寸 有效 1 0 山圆圈圈山一山 山东大学硕士学位论文 期 目的地等 A U T O I D 中心建议消除或最小化E P C 编码中嵌入的信息量 其基 本思想是利用现有的计算机网络和当前的信息资源来存储数据 这样E P C 便成了 一个信息引用者 拥有最小的信息量 当然也需要和实际要求相平衡 如易于使 用 与系统兼容等 在已出台的标签规范中 C l a s s l C l a s s 6 不仅只含有E P C 编码 还允许用户编程进行读写自有信息 无论E P C 中是否存储信息 E P C 代码的目标 都是用它来标识物理对象 5 参考信息 I n f o r m a t i o nR e f e r e n c e 产品电子代码的首要作用是作为网络信息的参考 E P C 本质上是在线数据的 指针 使用I n t e m e t 的一个普遍参考就是统一资源标识符 U R J 它包括以前 的统一资源定位符 U I 也 和统一资源名称 U 王m 这些标识符都被域名服务 D N S 翻译为相关的网络协议 m 地址 这些地址就是网络信息的地址 同样 A U T O D 中心提供的对象名称解析服务 O N S 直接将E P C 代码翻译 成P 地址 口地址标识的后台就储存了相关的产品信息 然后由口地址标识的主 机将发送存储产品的相关信息 O N S 本质上相当于E P C 编码和网络信息之间的 胶 水 因此编码的结构应能促进主机地址的查找 并且通过对象 黄页 来提高查 找效率 2 1 2 通用标识符 E P C 标签编码的通用结构是一个比特串 如一个二进制表示 由一个分层次 可变长度的标头以及一系列数字字段组成 图2 2 码的总长 结构和功能完全 由标头的值决定 标头数字字段 图2 2E P C 标签编码的通用结构 如前所述 标头定义了总长 识别类型 功能 和E P C 标签编码结构 包括 它的滤值 如果有的话 标头具有可变长度 当前来说 标头有2 位和8 位 假 定0 值保留来指示一个标头在下面较长层中 2 位的标头有3 个可能的值 0 1 1 0 和1 l 不是0 0 8 位标头可能有6 3 个可能的值 标头前两位必须是O O 而0 0 0 0 0 0 0 0 一 一 当蝥兰鐾丝坚 一 保留 以允许使用长度大于8 位的标头 标签长度可以通过检查标头最左 或称 为 引导头 几个比特进行识别 此外 对于每一个标签长度尽可能有较少的引导头 理想为1 位最好不要超过2 位或者3 位 如果可能 允许使用非常少的标头值引导头 如下表2 3 中斜体字所 注 这个引导头是为了R F I D 读写器可以很容易确定标签长度 当前已分配的标头是这样的一个标签 如果标头前两位非o o 或前5 位为0 0 0 0 1 则可以推断该标签是6 4 位 否则 标头指示此标签为9 6 位 将来 未分配的标 头可能分配给这些或者其他长度的标签 某些引导头目前不与特定的标签长度绑定在一起 这样为规范之外的其他标签 的长度选择留下余地 尤其是对那些能够包含更长的编码方案的较长的标签 比 如惟一I D U I D 它被美国国防部的供应商所追捧 E P C 标签数据标准定义的编码方案标头如下表2 3 所示 标头值标签长度E P C 编码方案 进制 比特 0 16 4 6 4 位保留方案 1 06 4S G T 叮 6 4 1 1 6 4 6 4 位保留方案 0 0 0 00 0 0 1 n a 1 个保留方案 O o o O o o I x n a 2 个保留方案 o 0 0 0 0 1 x x n a 4 个保留方案 0 0 0 0 1 0 0 06 4 S S C C 6 4 O 0 0 0 l 0 0 16 4 G I N 6 4 o 0 0 0 1 0 1 06 4 G R A I 6 4 0 0 0 0 1 0 1 16 4 G I A I 一6 4 0 0 0 0 1 1 0 06 4 4 个 比特保留方案 0 0 0 0 1 1 1 1 o 0 0 10 0 0 0n a 3 2 个保留方案 山东大学硕士学位论文 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 10 0 0 09 6S G T q 9 6 0 0 1 10 0 0 1 9 6S S C C 9 6 0 0 1 10 0 1 09 6G N 9 6 0 0 1 10 0 1 19 6G R A I 一9 6 o o U0 1 0 0 9 6G n I 9 6 0 0 1 10 1 0 19 6G 1 9 6 0 0 1 10 1 1 0 9 6 1 0 个9 6 一位保留方案 0 0 1 11 1 1 l 0 0 0 00 0 0 0 为未来头字段长度大于8 比特 保留 表2 3 产品电子编码 E P C 标签数据标准目前定义了一种通用的标识类型 就是G I D 9 6 它被定义 为9 6 位的E P C 代码 它不依赖任何己知的 现有的规范或标识方案 此通用标识 符由3 个字段组成 通用管理者代码 对象分类代码和序列代码 G I D 的编码 包含四个字段 其中标头保证E P C 命名空间的惟一性 如表2 4 所示 标头通用管理者代码对象分类代码序列代码 G I D 9 6 8 2 82 43 6 0 0 1 1 0 1 0 12 6 8 4 3 5 4 5 61 6 7 7 7 2 1 6 6 8 7 1 9 4 7 6 7 3 6 进制值 十进制容量 十进制容 十进制容量 量 表2 4 通用标识符 G I D 9 6 通用管理者代码标识一个组织实体 本质上一个公司 管理者或其他管理者 负责维持后继字段的编号 对象分类代码和序列代码 E P C g l o b a l 分配通用管理 者代码给实体 确保每一个通用管理者代码是惟一的 山东大学硕士学位论文 对象分类代码被E P C 管理实体使用来识别一个物品的种类或 类型 当然这 些对象分类代码 在每一个通用管理者代码之下必须是惟一的 对象分类代码的 例子包含消费性包装品 C P G 的库存单元 S K U 或高速公路系统的不同结构 比如交通标志 灯具 桥梁 这些产品的管理实体为一个国家 最后 序列代码或者序列代码 在每一个对象分类代码之内是惟一的 换句话 说 管理实体负责为每一个对象分类代码分配惟一的 不重复的序列代码 2 1 3 系列化全球贸易标识代码 S G T I N E P C 标签数据标准定义了5 种E P C 标识类型 来自于产品编码的E A N U C C 系统家族 下面只针对最有代表性的全球贸易标识代码进行描述 E A N U C C 系统代码具备一个共同的结构 以固定的十进制位进行编码 并加 上一个额外的 校验位 组成 校验位由其他位通过算法计算出来 在非校验位 里 固定的分为两个域 由E A N 或U C C 分配的厂商识别代码作为管理实体代码 剩下的位由管理实体分配 厂商识别代码之外的每部分被E A N U C C 系统代码命 名不同的名字 厂商识别代码如果按十进制表示 位数在6 到1 2 之间变化 这 依赖于已分配的特定的厂商识别代码 剩下的位数则要做出相反的变化 使得对 一种特定的E A N U C C 系统代码类型来说 位数的总数固定不变 E A N U C C 推荐将E A N U C C 系统标识编入条码中 同时也便于相关的数据处 理软件使用 规定组成E A N U C C 系统代码的十进制位应该永远作为一个单位进 行处理 并且不被解析成各个单独的字段 然而 这个建议对E P C 网络并不适合 把一个代码的一部分分配给管理实体 E A N U C C 系统类型中的厂商识别代码 的 能力 相对于管理实体负责的部分 剩下的部分 而言 对对象名解析 O N S 的机能是非常必要的 此外 我们相信区分厂商识别代码的能力在过滤时以及在 其他对E P C 派生数据安全处理过程中是非常有用的 因此 特定的E A N U C C 代 码类型的E P C 编码 具备如下方面特点 E P C 编码中厂商识别代码和剩下位之间有清楚的划分 每一个单独编码成二进 制 因此 需要从一个传统的E A N U C C 系统代码的十进制进行转换 并需要有 关E P C 编码厂商识别代码长度方面的知识 E P C 编码不包括校验位 因此 从E P C 1 4 山东大学硕七学位论文 编码到传统的十进制表示的代码转换需要根据其他的位重新计算校验位 S G T I N S e r i a l i z e dG l o b a lT r a d eI d e n t i f i c a t i o nN u m b s 是一种新的标识类型 它基于E A N U C C 通用规范中的E A N U C C 全球贸易项目代码 G T 玳 一个单 独的G T I N 不符合E P C 纯标识中的定义 因为它不能惟一标识一个具体的物理对 象 G T I N 标识一个特定的对象类 比如一特定产品类或S K U 注 所有S G T I N 表示法支持1 4 位G T I N 格式 这就意味着在U C C 1 2 厂商识别代 码以0 开头和E A N U C C 1 3 零指示位 都能够编码并能从一个E P C 编码中进行精 确的说明 E P C 现在不支持E A N U C C 8 但是支持1 4 位G T 矾格式 为了给单个对象创建一个惟一的标志符 G T 玳增加了一个序列代码 管理实 体负责分配惟一的序列代码给单个对象分类 G T I N 和惟一序列代码的结合 称为 一个序列化G T I N S G T I N S G T I N 由以下信息元素组成 厂商识别代码 由E A N 或U C C 分配给管理实体 厂商识别代码在一个E A N U C CG T I N 十迸制编码内同厂商识别代码位相同 项目代码 由管理实体分配给一个特定对象分类 E P C 编码中的项目代码是从 G T I N 中获得 通过连接G T I N 的指示位和项目代码位 看作一个单一整数而得到 序列代码 由管理实体分配给一个单个对象 序列代码不是G T I N 的一部分 但是正式成为S G N 的组成部分 图2 3 怎样由十进制S G T I N 部分抽取 重整 扩展字段进行编码 山东大学硕士学位论文 S G T I N 的E P C 编码方案允许E A N U C C 系统G T I N 和序列代码代码直接嵌入 E P C 标签 所有情况下 校验位不进行编码 下面将详细说明关于S G T I N 的两个 编码方案 S G T I N 6 4 6 4 位 和S G T I N 9 6 9 6 位 1 S G T I N 6 4 S G T I N 6 4 包括5 个字段 标头 滤值 厂商识别代码索引 贸易项代码 序列 代码 见表2 5 标头滤值厂商识别代码索贸易项代码序列代码 引 S G T 呵 6 42 位3 位1 4 位2 0 位2 5 位 1 0 二进8 十进制1 6 3 8 3 十进制容 9 1 0 4 8 5 7 53 3 5 5 4 4 3 1 十 制值 容量 量 十进制容进制容量 量 表2 5S G T I N 6 4 的结构 标头和各字段的十进制容量 标头为两位 2 进制值为1 0 滤值不是S G T 酣纯标识的一部分 而是用于快速过滤和预选基本物流类型的 附加数据 例如单一货品 内包装 箱子和托盘 6 4 位和9 6 位S G T I N 的滤值相 同 现在 滤值的标准规范还没有制定 参见表2 6 类型值 其他0 0 0 0 项目 l 0 0 1 内包装 2 0 1 0 包装箱 3 0 1 1 托盘 4 1 0 0 表2 6 G T I N 的滤值 厂商识别代码索引是E A N U C C 厂商识别代码的编码索引 这个值不是厂商识 别代码本身 而是一个表的索引 这个表提供厂商识别代码同时指明厂商识别代 码长度 通过这个方式 软硬件可以获得转换表的内容 此方式在 厂商识别代 码索引编码的 一位标签转化为E A N U C C 厂商识别代码 中有详细说明 1 6 山东大学硕 学位论文 贸易项代码字段是对G T I N 贸易项代码和指示位的编码 指示位同贸易项代 码字段按照以下方式结合 贸易项代码字段中以零开头是很重要的 指示位放在 这个字段的最左边位置上 例如 0 0 2 3 5 同2 3 5 是不同的 指示位为I 同0 0 2 3 5 结合为1 0 0 2 3 5 结合的结果作为一个惟一整数 编码为二进制作为贸易项代码值 序列代码由一个连续的数字组成 2 5 位容量限制连续数字最大为3 3 5 5 4 4 3 1 比在E A N U C C 系统规范中的序列代码小 这个序列代码只能由数字组成 2 S G T I N 9 6 除了标头之外 G T I N 9 6 由5 个字段组成 滤值 分区 厂商识别代码 贸易 项代码和序列代码 如表2 7 所示 标头滤值分区厂商识别代码贸易项代码序列代码 9 6 位的S 位3 位3 位2 0 一4 0 位2 4 4 位3 8 位 S G T n 呵 0 0 1 18 十进8 十进 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 92 7 4 8 7 7 9 0 6 9 4 3 0 0 0 0 f 二制容制容量 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 十进制容 十进制容量 进制 量 十进制容量 量 表2 7S G T I N 9 6 的结构 头字段和各字段的十进制容量 标头8 位 2 进制值为0 0 1 1 0 0 0 0 滤值不是G T I N 或者E P C 标识符的一部分 而是用来快速过滤和基本物流类 型预选 例如单一货品 内包装 箱子和托盘 6 4 一位和9 6 一位S G T I N 的滤值相同 分区指示随后的厂商识别代码和贸易项代码的分开位置 这个结构与E A N U C CG T I N 中的结构相匹配 在E A N U C CG T I N 中 贸易项代码加上厂商识别代 码 加惟一的指示位 共1 3 位 厂商识别代码在6 位到1 2 位之间 贸易项代码 包括单一指示位 在7 位到1 位之间 分区的可用值以及厂商识别代码和贸易 项代码字段的相关大小在表7 中定义 厂商识别代码包含E A N U C C 厂商识别代码的一个逐位编码 贸易项代码包含G T 烈贸易项代码的一个逐位编码 指示位同贸易项代码字段 以以下方式结合 贸易项代码中以零开头是非常重要的 把指示位放在域中最左 位置 例如 0 0 2 3 5 同2 3 5 是不同的 如果指示位为1 结合0 0 2 3 5 结果为1 0 0 2 3 5 结果组合看作一个整数 编码成2 进制作为贸易项代码字段 山东大学硕士学位论文 序列代码包含一个连续的数字 这个连续的数字的容量小于E A N U C C 系统规 范序列代码的最大值 而且在这个连续的数字中只包含数字 分区值厂商识别代码项目代码和指示位数字 二进制位十进制位二进制位十进制位 O4 01 2 4 1 l3 7l l7 2 23 4 1 01 03 33 091 44 42 781 7 5 52 4 72 06 62 062 4 7 表2 8 S G T I N 9 6 分区值 举例来说 将G T I N10 6 1 4 1 4 10 0 2 3 58 序列代码8 6 7 4 7 3 4 转换为E P C 的变换如 下 I 1 1I I I I I IIIIIIIIIII I I I I I l l lI l l l l111 1IllI I 1 l lI I1 I 0 1 10 6 1 4