基于ＲＦＩＤ技術(shù)的電子標(biāo)簽在物流網(wǎng)中的應(yīng)用

［摘 要］ 本文首先介紹了RFID系統(tǒng)的基本組成和工作原理，分析了RFID應(yīng)用在物流網(wǎng)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，針對(duì)RFID自身特點(diǎn)和物流行業(yè)特征，構(gòu)建了一個(gè)面向物流與供應(yīng)鏈管理的RFID應(yīng)用框架；為解決不同領(lǐng)域多個(gè)企業(yè)信息共享和協(xié)同工作，提出了基于Web Service的分布式RFID物流網(wǎng)應(yīng)用體系，并就應(yīng)用體系的具體實(shí)現(xiàn)做了詳細(xì)的闡述。

［關(guān)鍵詞］ RFID；電子標(biāo)簽；物流網(wǎng)；SOA

［中圖分類號(hào)］F270.7［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1673-0194（2008）18-0062-04

1 引 言

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，以及企業(yè)出于提高自身競(jìng)爭(zhēng)力的考慮，主動(dòng)尋找新的技術(shù)提高管理和流通效率，使RFID技術(shù)借機(jī)嶄露頭角。成本越來(lái)越低的電子標(biāo)簽可以方便地粘貼于商品的包裝上，并取代條形碼成為供應(yīng)鏈管理增值的重要手段。此外，生物特征識(shí)別（Biometrics）技術(shù)、微電機(jī)系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的興起，也促成了一些集成多種功能的RFID應(yīng)用。RFID產(chǎn)品在物流與供應(yīng)鏈管理、防偽和安全控制、交通管理與控制、生產(chǎn)管理與控制等方面發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。

2 RFID工作原理

最簡(jiǎn)單的RFID系統(tǒng)由以下3部分組成，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要其他硬件和軟件的支持。

第一部分：電子標(biāo)簽（Tag）。由耦合元件及芯片組成，且每個(gè)電子標(biāo)簽具有全球唯一的識(shí)別號(hào)（ID），無(wú)法修改、無(wú)法仿造，這樣提供了安全性。電子標(biāo)簽附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。電子標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別物體的表面。

第二部分：天線（Antenna）。在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號(hào)，即標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息。它可以內(nèi)置于讀寫器中，也可以通過(guò)同軸電纜與讀寫器天線接口相連。

第三部分：閱讀器（Reader）。讀?。ɑ?qū)懭耄╇娮訕?biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。閱讀器可無(wú)接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。通常閱讀器與計(jì)算機(jī)相連，所讀取的標(biāo)簽信息被傳送到計(jì)算機(jī)上，進(jìn)行下一步處理。

RFID的核心部件是電子標(biāo)簽，它又被稱為遠(yuǎn)距離射頻卡、遠(yuǎn)距離IC卡、射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體。通過(guò)幾厘米到幾米甚至十幾米的距離內(nèi)讀寫器發(fā)出的無(wú)線電波，讀取電子標(biāo)簽內(nèi)的儲(chǔ)存信息，通過(guò)耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間(無(wú)接觸)耦合，在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。圖1為電子標(biāo)簽與讀寫器通信的工作原理示意圖。

RFID系統(tǒng)的基本工作流程是：讀寫器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)附著標(biāo)簽的目標(biāo)對(duì)象進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)；讀寫器對(duì)接收天線接收到電子標(biāo)簽發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后，送到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的處理；數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該電子標(biāo)簽的合法性，針對(duì)不同的設(shè)置做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

3 RFID的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代物流系統(tǒng)是從供應(yīng)、采購(gòu)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售到消費(fèi)的一個(gè)完整的供應(yīng)鏈。RFID可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別，基于RFID的信息網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)物品與信息的交互，從整個(gè)集成供應(yīng)鏈看，RFID系統(tǒng)使供應(yīng)鏈的透明度大大提高，物品能在供應(yīng)鏈的任何環(huán)節(jié)被實(shí)時(shí)追蹤。將RFID技術(shù)應(yīng)用于物流與供應(yīng)鏈管理中的信息采集和物流跟蹤，可以極大地提高行業(yè)內(nèi)服務(wù)水平。RDIF技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）可以實(shí)現(xiàn)信息采集、信息處理的自動(dòng)化。

（2）可以實(shí)現(xiàn)商品實(shí)物運(yùn)動(dòng)等操作環(huán)節(jié)的自動(dòng)化，如分揀、搬運(yùn)、裝卸、儲(chǔ)存等。

（3）可以實(shí)現(xiàn)管理和決策的自動(dòng)化甚至智能化，如庫(kù)存管理、自動(dòng)生成派工單、優(yōu)化配送路線等。

（4）和傳統(tǒng)條形碼相比，具有體積小型化、形狀多樣化；快速掃描；可重復(fù)使用；數(shù)據(jù)的記憶容量大；穿透性和無(wú)屏障閱讀；安全性好等特點(diǎn)。

4 RFID面向物流網(wǎng)的應(yīng)用框架

將RFID技術(shù)應(yīng)用于物流與供應(yīng)鏈管理，需要將物流過(guò)程從一個(gè)大系統(tǒng)的角度來(lái)看待，在物流網(wǎng)（Internet of logistics）范圍內(nèi)共享信息，以最低的成本，達(dá)到最高的供應(yīng)鏈物流管理效率。同時(shí)RFID應(yīng)用時(shí)還需結(jié)合自身的特點(diǎn)：

（1）RFID的互動(dòng)作用。物流體現(xiàn)物品的流動(dòng)性，由于在供應(yīng)鏈管理的各環(huán)節(jié)可以對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行再加工（修改數(shù)據(jù)、寫入新的數(shù)據(jù)），RFID電子標(biāo)簽不再是一個(gè)靜態(tài)的貨物標(biāo)識(shí)，它的動(dòng)態(tài)變化反映了物品的狀態(tài)、貨物與貨主之間的互動(dòng)作用。物品在生產(chǎn)、存儲(chǔ)、流通、消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)被檢測(cè)時(shí)，就需要利用RFID來(lái)對(duì)物品的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行記錄、處理和信息追溯管理。物品的跟蹤與監(jiān)控，就是RFID系統(tǒng)對(duì)物品的信息加工過(guò)程，自動(dòng)記錄商品在整個(gè)供應(yīng)鏈上的流動(dòng)信息，狀態(tài)的記錄往往決定了RFID對(duì)物品處理的下一步行動(dòng)。

（2）RFID的連接作用。正是由于RFID的動(dòng)態(tài)作用，使得RFID與企業(yè)、與社會(huì)能夠保持聯(lián)系。如集裝箱采用RFID后，當(dāng)集裝箱通過(guò)閘口時(shí)，其基本信息如箱號(hào)等可以被自動(dòng)識(shí)別；超市中物品使用RFID后，當(dāng)采購(gòu)的貨品通過(guò)讀寫器時(shí)，營(yíng)業(yè)員不但可以迅速得到商品的信息與價(jià)格，還可以迅速向顧客提供商品的使用信息、消費(fèi)警示信息。

（3）RFID具有對(duì)從采購(gòu)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售到消費(fèi)整個(gè)過(guò)程的全方位的信息處理及服務(wù)作用。RFID利用電子標(biāo)簽中的信息對(duì)多種信息進(jìn)行獲取、處理和發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各應(yīng)用節(jié)點(diǎn)能夠協(xié)同工作。每一個(gè)RFID讀寫器將其采集得到的物品信息通過(guò)中間件和信息網(wǎng)絡(luò)傳送到這些信息應(yīng)該到達(dá)的任何地方，同時(shí)它可以根據(jù)從信息網(wǎng)絡(luò)上得到的信息對(duì)物品上的電子標(biāo)簽進(jìn)行信息加工。

針對(duì)RFID具有的特點(diǎn)和物流行業(yè)的應(yīng)用特征，構(gòu)建一個(gè)通用的面向物流網(wǎng)的RFID應(yīng)用框架，框架設(shè)計(jì)可分為4個(gè)層次（如圖2所示）：

（1）環(huán)境層：RFID應(yīng)用環(huán)境構(gòu)造，包括貼有電子標(biāo)簽的物品、天線、讀寫器、傳感器、儀器儀表、計(jì)算機(jī)硬件、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端設(shè)備等。

（2）采集層：基于RFID的物流信息采集，通過(guò)讀寫器采集RFID電子標(biāo)簽的信息，進(jìn)行簡(jiǎn)單的信息處理(解碼、防碰撞、多通道信息去重、信息過(guò)濾、分類)后將信息傳送到集成層。

（3）集成層：RFID應(yīng)用支撐平臺(tái)，支持RFID信息的輸入、獲得、傳輸、處理及協(xié)同。包括信息查詢服務(wù)、RFID中間件、集成平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及信息傳輸。

信息查詢服務(wù)：包括物品編碼管理、資源目錄及解析查找、發(fā)現(xiàn)、定位、驗(yàn)證機(jī)制。

RFID中間件：主要解決信息語(yǔ)義定義、讀寫器信息采集、信息寫入(一次寫入或分段寫入)、數(shù)據(jù)庫(kù)接口。

集成平臺(tái)：主要是在中間件基礎(chǔ)上增加與第三方應(yīng)用的接口(為財(cái)務(wù)、OA、電子商務(wù)、 MES、ERP、CIMS、SCM、CRM等系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口)，使各種應(yīng)用軟件與RFID中間件數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：為了高效、可靠、方便地對(duì)RFID信息進(jìn)行管理，建立統(tǒng)一的物流數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、修改、查詢及統(tǒng)計(jì)。

傳輸系統(tǒng)：異地點(diǎn)到點(diǎn)之間RFID信息的傳輸架構(gòu)，異地RFID系統(tǒng)信息傳輸?shù)陌踩軜?gòu)，實(shí)現(xiàn)RFID信息的分發(fā)和流轉(zhuǎn)。

（4）應(yīng)用層：RFID后端軟件系統(tǒng)及應(yīng)用系統(tǒng)界面，形成可定制的物流應(yīng)用系統(tǒng)。包括企業(yè)信息管理軟件，GPS/GIS系統(tǒng)，分析統(tǒng)計(jì)及報(bào)表生成；專用領(lǐng)域應(yīng)用軟件，滿足行業(yè)應(yīng)用的個(gè)性業(yè)務(wù)需求；網(wǎng)站平臺(tái)，方便供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)信息的注冊(cè)、查詢及交互等信息服務(wù)；協(xié)同工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)在生產(chǎn)、流通、銷售等環(huán)節(jié)應(yīng)用中RFID與其他系統(tǒng)的協(xié)同工作。

5 基于Web Service 的物流網(wǎng)RFID應(yīng)用體系

RFID應(yīng)用系統(tǒng)可以是企業(yè)內(nèi)、跨企業(yè)、行業(yè)內(nèi)、跨行業(yè)、國(guó)家內(nèi)乃至跨國(guó)的，因此它可以是一個(gè)分布式系統(tǒng)，包含不同領(lǐng)域的多個(gè)企業(yè)的信息，需要通過(guò)物流網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息的共享與協(xié)同工作。物流供應(yīng)鏈中供應(yīng)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、銷售和消費(fèi)等環(huán)節(jié)構(gòu)成分布的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)自成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，具有信息采集能力(數(shù)據(jù)采集模塊)、數(shù)據(jù)整合能力(信息集成平臺(tái))、自治能力(專業(yè)行業(yè)應(yīng)用、第三方應(yīng)用)和通信能力(局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信)，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)物流中心的編碼解析機(jī)制進(jìn)行信息交互和功能協(xié)同?；赪eb Services的分布式應(yīng)用體系如圖3所示。

（1）RFID PSI：PSI（Public Service Infrastructure，公共服務(wù)體系）可以把所有的使用RFID的企業(yè)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，提供基于互聯(lián)網(wǎng)的全局網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，包括產(chǎn)品編碼、編碼解析與轉(zhuǎn)換、目錄服務(wù)、查詢服務(wù)和定位服務(wù)等。

（2）數(shù)據(jù)管理器：實(shí)現(xiàn)條形碼、RFID數(shù)據(jù)、過(guò)程事件、產(chǎn)品信息的管理。

（3）RFID系統(tǒng)集成軟件平臺(tái)：具有信息接發(fā)、轉(zhuǎn)換、交互、匯總等功能。

（4）企業(yè)應(yīng)用服務(wù)器：提供接口功能，支持企業(yè)OA／MES／ERP／SCM／CRM等信息系統(tǒng)的運(yùn)行。

（5）RFID中間件：提供與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（RFID讀寫器、傳感器）的連接，與上層應(yīng)用軟件系統(tǒng)的集成。

（6）RFID編碼體系：根據(jù)物流網(wǎng)中所涉及的物品，給出合適的RFID應(yīng)用物品編碼體系。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要提供信息跟蹤的功能，根據(jù)產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)碼就能將產(chǎn)品的全部信息及各個(gè)流動(dòng)點(diǎn)的信息列出。為了保證跟蹤信息的完整性而且可實(shí)時(shí)查詢信息鏈，需要提供信息鏈備份功能，即使有一點(diǎn)間斷也可以查出跟蹤信息。

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)來(lái)看，RFID PSI與Web Service具有良好的兼容性，甚至可以說(shuō)RFID技術(shù)為Web Service提供了基礎(chǔ)的“信息傳感器”。有了RFID電子標(biāo)簽，Web Service 便有了充足的數(shù)據(jù)源，能夠進(jìn)一步促進(jìn)物流和信息流的有效結(jié)合。

Web Service具有面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA），采用SOA構(gòu)架來(lái)設(shè)計(jì)構(gòu)建RFID應(yīng)用體系平臺(tái)，使得平臺(tái)更易于擴(kuò)展，增強(qiáng)了平臺(tái)與各種不同應(yīng)用系統(tǒng)的互操作性。在此基礎(chǔ)上建立的信息服務(wù)機(jī)制，可以提供跨區(qū)、跨國(guó)、分布式應(yīng)用的信息整合服務(wù)。在基于SOA的RFID應(yīng)用架構(gòu)中，企業(yè)或企業(yè)部門作為一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)Web Service接口“暴露”其可被共享的業(yè)務(wù)處理和信息，網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)通過(guò)調(diào)用Web Service接口，將相關(guān)的業(yè)務(wù)和信息整合到自己的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。

Web Services最適合用于開發(fā)跨平臺(tái)和跨網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信（因?yàn)樗褂玫膆ttp協(xié)議為防火墻所允許）的程序，可以跨越異質(zhì)架構(gòu)，聯(lián)系客戶、供應(yīng)商、企業(yè)伙伴以及企業(yè)內(nèi)部之間的信息系統(tǒng)，是電子商務(wù)B2B、企業(yè)信息等集成的最佳解決方案。只有根據(jù)業(yè)務(wù)需求制定動(dòng)態(tài)的業(yè)務(wù)流程才能解決具體、多變的商務(wù)服務(wù)問(wèn)題。在企業(yè)內(nèi)部將Web Services技術(shù)應(yīng)用于RFID系統(tǒng)主要是為了及時(shí)地處理企業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣的信息，更好地發(fā)揮RFID系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的推進(jìn)，調(diào)度、管理和平衡供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)（跨地區(qū)、跨國(guó)家）之間的資源變得日益迫切，將RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)整合應(yīng)用的新型物流管理模式，從根本上改變了對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售各環(huán)節(jié)物品流動(dòng)監(jiān)控的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)水平。RFID技術(shù)開辟了一個(gè)新的巨大的市場(chǎng)。

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