基于RFID的应用系统研究.doc

基于RFID的应用系统研究Study of an Application System Based on RFID广州大学GuangZhou University黄峥 古鹏Huangzheng Gu peng 广东省广州市大学城广州大学（510006）GuangZhou University, the University City, GuangZhou, GuangDong, China （510006）【摘要】无线射频识别是目前物流行业中信息采集技术之一，通过研发基于RFID 应用的图书采购现代物流信息平台，提出通过RFID 技术，对数据进行实时的采集，对货物进行实时跟踪，从而快速可靠地完成对物品的识别和物流过程的自动化管理。文章对RFID 技术中的硬件、中间件和系统组成原理等提出了一些看法。【关键字】射频识别 物流信息 数据推动 读写器 中间件【Abstract】RFID is one of the technologies of information collection in the current logistics industry. Through the research and development of a modern book purchase logistics information platform based on RFID technology，the application of RFID technology in real-time data acquisition, real-time tracking of goods were discussed in the paper,which can identifying the goods and realizing the autumatic management of logistics process fast and reliable.Besides, some views about hardware, middleware and the principle of the system configuration in relation to RFID technology were presented.【Key words】RFID; logistic information; Data drive; Reader ; Middleware 0引言现代物流信息管理是指经信息技术整合的、实现物资实体从最初供应者向最终需求者运动的最优化物理性的流通过程1。从系统工程的角度分析，物流信息管理是把各种运输、储存、包装、配送、流通加工、信息处理等相关活动有机合成的现代系统，因此，要使物流系统达到最佳的运行状态，必须从系统的观点来管理物流。而无线射频识别(RFID)及其技术是目前物流行业中有前途的信息采集技术之一，它能采用自动识别技术，使物品上的标识信息通过非接触式识别器与企业信息系统实现无缝隙的交互与处理，从根本上架起了沟通物体信息与信息系统的桥梁，从而全面提高物流行业自动化及物流企业管理运作水平。射频识别RFID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。RFID系统一般由电子标签、数据管理系统和读写器三部分组成。射频识别技术的工作原理如下：电子标签进入电磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；读写器读取信息并解码，然后送至中央信息系统进行有关数据处理。1省级教育书店需求以下是关于省级教育书店的物流的需求报告主要内容简介：省教育书店主营业务为各个学校的教材资料和教辅资料，每年分为春秋两季订书，以下是关于省级教育书店的物流的需求报告主要内容简介： 1）制定书目录：教育厅制定一个当季的书目录（称为厅审），而本店制定一部分书目录称为店审书目录。厅审和店审组成一个季度的书目录。 2）确定订数：业务员和销售会根据该书目接受学校和门店对书本进行下订，每一本书被预定的数量称为订数（订数有计划和追加两种，每个季度会有某一个时间点，过了这个时间点的订书订单都被称为追加订数）。 3）向供应商采购：采购人员根据订书情况和上季库存情况统一计划需要订书数，根据汇总记录向各个出版社下订单，并把订单情况记录在系统中；出版社提供的回告单也被录入系统， 作为仓库收货的依据之一。 4）分发送货：分发送货单 ，根据到货情况系统自动向仓库发出送货单，追加货单,按先来先服务的方式生产送货单，管理员可以手工调整发货单。5）仓库：到仓，记录送货单位和对方单号、数量、定价和书的重量；出仓，发货站根据送货单发货，并选择送货类型和记录出仓数。6）盘点：新季度开始前要求对仓库内现有的数量进行盘点并统计各书本的上季库存情况。 7）结算：供应商结算、客户结算、发货站结算。 8）确认：客户确认、供应商确认。在确认过程可能会出现修改折扣和财务需要部分先付款以及打印明细的增值税记录的问题。 9）业务报表: 提供教育书籍的书籍类型需求、数量、价格、物流趋势等分析研究。 10）财务报表：略研究需求关系发现，该项目的需求关系表现出以下特点：书籍发行量大，但种类不如大型图书馆；更重要的是，需求中具有物流管理的特质，非常适用于引用RFID技术进行图书发行的现代化管理。从上述系统需求及各种流程的处理关系中分析，该物流信息管理系统中最大、最重要的数据链节点是书籍的出入库管理（如图1所示）。因此，以书籍的出入库管理数据推动RFID信息管理系统的运行是该系统的关键所在。图1 书籍出入库管理管理视图3系统的总体设计3.1关于硬件的设计采用RFID技术来识别、追踪和保护流通图书的所有资料，可以实现图书仓库自助出入、仓库管理、结算、盘点等功能。整个系统包括：标签初始化转换系统、自助仓库自助出入、自助仓库管理、柜台结算服务系统、手持设备查询盘点系统。系统以RFID技术应用为基础，是一个具有很多自动操作功能的高效图书物流管理系统。它包括： 相关硬件，如 RFID 标签, 长/短距离的 RFID 读写器，其中长距离的RFID用于仓库的盘点、图书的出入仓管理，而短距离的RFID则用于图书的管理； 优化固件协议，采用网络、USB口与上位计算机通讯，能够在硬件设备间高速通信； 配套软件和数据库管理技术,以满足特定的教育图书管理组织。图2为基于RFID识别技术图书物流管理系统的系统结构示意图2：智能化图书物流管理系统手式短距离的 RFID 读写器长距离的 RFID 读写器USB口网络口长距离的 RFID 标签长距离的 RFID 标签短距离的 RFID 标签短距离的 RFID 标签图2 基于RFID识别技术图书物流管理系统的系统结构视图长/短距离的 RFID 读写器与标签是构建具有RFID识别功能重要部分。标签为无触点集成电路卡CICC（Contactless Integrated Circuit Card），又称为电子标签，电子标签根据自身是否带电源分为有源标签和无源标签，有源标签自带电池给自身供电，无源标签不带电池，依靠读卡器发射的电磁波通过电感耦合获得电源3。电子标签根据存储特性还可分为只读标签、读写标签。标签还可以携带密码验证机制。读写器用来读写非接触式RFID或IC卡，现在的技术都把ASIC(专用集成电路)和射频集成到一个芯片里面。读卡器的使用数量和结构形式因系统特点和规模大小的不同而不同，但均是通过电磁波，以无线方式与卡片通信；读卡器与主控机之间的通信方式也有多种方式，常用的有线方式有RS232、485 总线、USB、网络连接等，无线方式有zigbee、WiFi 等。该系统研发的有源电子标签、RFID 读写器组成的基本部分与工作原理基本相同，只是在存储器大小、控制程序上不同，它由CC1101、MCU、E2PROM、RAM、网络端口及USB转换口等部分组成。短距离的 RFID 读写器与电子标签一般设计是一对一读写设计，即短距离的 RFID 读写器在设计中只允许一次读一个电子标签3，当近距离有多个电子标签时，由于电子标签的无线电信强度一致，相互的干扰太大，在设计中，通过算法使读写器不工作，而保持静默。而长距离的 RFID 读写器，在设计时，应准确控制发射功率的大小，从而准确保证长距离的 RFID 读写器的检测电子标签的读写的准确性，如设计三十米距离的范围内，一个长距离的 RFID 读写器的检测电子标签一般不要超过三十个。在一定范围读写电子标签，一定要制定通讯协议，使范围内的读写器能按顺序、准确无误地读写电子标签。读写电子标签过程如下：上位机通过RFID 读写器发出检测与读写电子标签指令，此时，在范围内的电子标签从待机起动，RFID 读写器按协议的方式，根据权限的大小排序，逐个读取电子标签的地址；然后，读写器按顺序逐个与电子标签通讯，实现对电子标签的读写；同时，读写器、电子标签也将自己所得到的信息存入自己的E2PROM中。3.2关于软件的设计基于RFID的信息网络强调物品标识信息与信息系统的交互，将RFID技术应用于智能化图书的信息采集和物流跟踪，可以极大地提高行业内服务水平。智能RFID系统的软件分为应用与硬件控制两个部分，其技术的优势主要表现在以下三点：一是可以实现图书信息采集、信息处理自动化；二是可以实现图书实物流动等操作环节(如分拣、搬运、装卸、存储等)的自动化；三是可以实现管理和决策(如库存管理、自动生成订单、优化配送线路等)的自动化甚至智能化。将RFID技术应用于智能化图书的物流管理，需要从一个集成系统的角度来看待智能化图书的物流管理过程，在更大范围内共享RFID信息，以最低的整体成本，达到最高的供应链物流管理效率。总体上讲，对于应用软件的设计，主要包括两大部分，一是中间件，二个是应用软件；不是所有RFID的系统都需要用到中间件，什么情况下要用，取决于电子标签信息量的大小。信息量越大，用中间件越好。本设计的RFID中间件平台，主要分为3个层次，自底向上依次为数据采集层、事件处理层、信息发布层。 最底层是数据采集层(读写器、标签等)，负责采集粘贴在图书包装上的RFID标签信息；再往上是事件处理层，负责处理来自数据采集层的事件和数据；最上层是信息处理层，负责处理来自事件处理层的抽象事件信息，对其进行存储、传送和发布等处理以服务用户。至于应用软件，根据用户需求所设计的下述几个子系统必须由RFID中间件驱动，它们是： 分发送货管理、仓库出入库管理、盘点管理等。开发语言：Java、C+；开发平台：J2EE采用框架：Struts2.0 + Hibernate。在软件架构方面，本系统采用B/S体系结构。B/S结构允许供应链上任何一台连接Internet/Intranet的节点计算机终端，通过浏览器访问服务器端系统，能够实时对仓储、运输过程中的产品活动进行动态跟踪与管理。并把数据访问层(DAL)，业务逻辑层(BLL)，表现层(UI)三者在逻辑上分开，提高系统的安全性和扩展性。表现层：利用Web浏览器实现客户端用户界面的展示，用户通过系统应用程序的Web页面与服务器进行交互，完成信息的查询，数据的录入等操作。业务逻辑层：业务逻辑层由应用服务器构成。应用服务器利用HTTP协议来接受客户端发送的请求，并根据客户请求面向数据库服务器发送相应的检索和修改指令，最后面向客户端生产实际的响应页面。Web 服务器负责响应HTTP 请求并生成响应页面，应用服务器负责处理相应的业务逻辑。数据访问层：本系统的数据库层采用MySQL数据库系统，使用JDBC和Connector/J作为MySQL的接口，为系统提供底层的数据支持。另外，本系统将采用当前流行的ORM引擎Hibernate对JDBC进行封装，从而使用面向对象的思想来操作数据库。应用软件设计包括以下功能模块：中间件、RFID读写与信息公布、订单管理、采购、仓库管理、财务结算、报表、系统管理、存储管理、门户管理等模块。系统部分模块的处理流程图分别描绘为：分发管理（图3）；进仓管理（图4）；出仓管理（图5）；客户结算（图6）；供应商结算（图7）。通过软件编程，使应用软件实现对图书管理的物流链的所有环节的智能化控制，其控制过程的特点是，以RFID读写仓库的盘点，以及进出仓管理数据实现对系统的智能控制，另外在软件设计上实现现代化管理理念，管理分权限，过程有日志记录在案，所存取的文件都实行热备份。另外，从软件的角度来讲述了系统的构架，最底层的是驱动硬件层的驱动软件层，它是用C语言加汇编语言实现的固件应用软件层。总体来说，固件应用软件层有关内容有如下几点：详细记录了各个硬件模块所对应的驱动软件的设计，它完成最底层的软件功能；阐述了系统所采用协议栈的初始化和处理过程，并给出主要的数据结构以方便理解；协议设计RFID间的通信，给出RFID 开发平台的高层实现，并写出的数据结构和相关命令，从而体现了RFID 开发平台的通用性。 图3分发管理图4进仓管理图5出仓管理图6客户结算图7供应商结算4RFID系统的总体的一些研究没有任何一种技术的相关应用可以自动解决所有存在的问题，RFID也不例外。在成功实施RFID之前，存在一些关键性的技术问题需要实施者给予足够的重视与讨论。4.1关于硬件在开发系统的硬件可以采用自主开发硬件，也可采用已有IC及电子器件集成构成硬件电路；设计的电路要建立系统模型；要考虑读写速度、识别的准确性、对上位机的接口的方便性、载波抵消、高输入动态范围、可变信号带宽、抗邻道干扰宽带、高线性度、高邻道抑制、低带外杂散等问题；要研究正确读写RFID的方法、检测冲突的解码算法，实现标签的快速抗冲突；开发要符合中国无线频谱规范和RFID通讯协议要求4。例如：读写RFID方法，首先设定读写的范围，确定读写的顺序与读写的时间间隔，读写器先启动标签，标签根据协议制定的顺序，由读写器逐个读写、校正、存取，最后打包逐个通讯给上位机。读写器辨别水平还没有达到在任何时间任何条件下阅读准确度都能够达到100%。这样，读写器的准确度不能得到严格保证，从而信息的出错率就不能降到最低。环境影响、贴标签物品的材质、一次阅读标签的数量都会影响到阅读的精确度。如果RFID不能够提供足够高的信息精确度，其应用无疑不会受到企业的欢迎。针对这种情形，可以通过设置冗余读写器以及改善阅读流程来提高准确度。贴上标签的产品如果是由反射射频信号的金属制造的，就会引发缩小操作范围的问题。使用塑料材质的包装可以解决这个问题，但是塑料材质又会引发容易遭到污损和破坏的问题。 4.2 关于软件问题 RFID中间件研究在国际上仍是一个较新的研究内容，成熟公认的成果不多，当前的RFID中间件的市场尚不成熟，尤其缺乏深层次上的功能。RFID应用支撑软件除了标签和读写器上运行的软件外，还包含读写器与应用软件之间的相关软件。而RFID中间件是一种消息导向(Message-Oriented Middleware, MOM)的软件中间件，信息(information)是以消息(message)的形式从一个程序模块传递到另一个或多个程序模块5。消息可以非同步的方式传送，所以传送者不必等待回应。其主要任务是对读写器读取的标签数据进行过滤、汇集和计算，减少从读写器传往应用软件的数据量，因此RFID中间件包含的功能不仅是信息传送，往往还必须包含数据包分析与传播、安全保证、错误恢复、网络资源定位、路由选择、消息与要求的次序优化以及提供排错工具等服务。同时，软件还提供与其他RFID 支撑系统进行互操作的功能,定义读写器和应用两个接口，以利于系统的控制。4.3 其它问题注意到RFID技术可以带来收益之外，需要考虑实施这种技术所需的人力、物力和财力投资。标签成本和读写器成本都是重要的方面。现在，RFID领域最关注的技术领域就是如何降低标签和读写器的成本，考虑降低由于系统集成、安装和实施应用方案时所产生的成本67。一个复杂的RFID系统肯定会影响到现有的业务流程，也会要求有相应的人员培训和业务流程重组，其服务成本和系统维护成本也是需要着重考虑的议题。5结束语RFID 正在成为全球热门新科技，即将进入我们的生活，并深深影响我们的生活，RFID的应用前景无可限量，笔者从研发应用RFID型的系统提出了一些关于RFID技术看法与研究。尽管RFID技术的应用还处于初期阶段，但是，随着RFID技术的发展和应用的深入，充分利用信息技术、计算机网络技术，把现有的条形码系统、自动管理系统转到RFID平台，构建综合化、智能自动化的管理系统必将对现代管理产生重大的影响。参考文献：1李斌，李文锋. 智能物流中面向RFID的信息融合研究J. 电子科技大学学报,2007.12 Vol.36 No.6:1329-13322 康东,李勇鹏等编著. 射频识别(RFID)核心技术与典型应用开发案例M.中国北京： 人民邮电出版社，2008.73 Piraino, V.: A Mi