基于RFID/Ecode物聯(lián)網(wǎng)的食品供應(yīng)鏈單品追溯管理系統(tǒng)研究

劉瀟瀟

(浙江商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310053)

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基于RFID/Ecode物聯(lián)網(wǎng)的食品供應(yīng)鏈單品追溯管理系統(tǒng)研究

劉瀟瀟

(浙江商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310053)

隨著食品追溯管理的深入應(yīng)用，跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)、跨地域之間的信息交互、異構(gòu)系統(tǒng)之間的協(xié)同和信息共享會(huì)逐步增多，采用統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)編碼標(biāo)識(shí)體系已成為共識(shí)。該研究用物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一編碼Ecode對(duì)單個(gè)物品進(jìn)行全球唯一標(biāo)識(shí)，并基于RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和安全技術(shù)對(duì)食品供應(yīng)鏈單品追溯管理系統(tǒng)的構(gòu)架進(jìn)行設(shè)計(jì)，新系統(tǒng)與國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)管理與公共服務(wù)平臺(tái)達(dá)成接口開放協(xié)議進(jìn)行平臺(tái)對(duì)接，并將高風(fēng)險(xiǎn)食品罐裝嬰幼兒配方乳粉通過J2EE平臺(tái)開發(fā)的演示系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用。

Ecode；物聯(lián)網(wǎng)；食品供應(yīng)鏈；單品追溯；演示系統(tǒng)

近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外食品供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)的研究得到了發(fā)展與應(yīng)用[1]。同時(shí)，云計(jì)算技術(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)的各方面性能都有較大提升[2]。作為食品供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一的物品編碼方案，國(guó)外多采用EAN·UCC系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一編碼以確定食品的“身份”，且EAN·UCC 系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分——產(chǎn)品電子代碼EPC實(shí)現(xiàn)了對(duì)物品的全球唯一標(biāo)識(shí),并利用RFID(電子標(biāo)簽)技術(shù)優(yōu)勢(shì)及互聯(lián)網(wǎng)便捷構(gòu)筑了世界萬(wàn)事萬(wàn)物交流溝通的“物聯(lián)網(wǎng)”。但是，EPC(工程總承包)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于物流管理和庫(kù)存管理[3]。隨著食品追溯管理的深入應(yīng)用，跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)、跨地域之間的信息交互、異構(gòu)系統(tǒng)之間的協(xié)同和信息共享會(huì)逐步增多，采用統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)編碼標(biāo)識(shí)體系已成為共識(shí)。

物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一編碼(Entity code，Ecode)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的編碼現(xiàn)狀，總結(jié)提煉出具有共性的特征，在兼顧各種標(biāo)識(shí)方法特點(diǎn)的情況下，提出科學(xué)、合理、符合我國(guó)國(guó)情并能夠滿足我國(guó)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要的一套編碼方案和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，既能實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對(duì)“物”的唯一編碼，又能針對(duì)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)中多種編碼方案共存的現(xiàn)狀，兼容各種編碼方案。筆者研究與國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)管理與公共服務(wù)平臺(tái)對(duì)接的基于RFID/Ecode物聯(lián)網(wǎng)的食品供應(yīng)鏈單品追溯管理系統(tǒng)，并通過罐裝嬰幼兒配方乳粉的演示應(yīng)用模擬對(duì)單品信息的快速反應(yīng)和追溯。

1 基于RFID/Ecode物聯(lián)網(wǎng)的食品供應(yīng)鏈單品追溯管理系統(tǒng)的構(gòu)架

食品供應(yīng)鏈的基本結(jié)構(gòu)主要由原材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)、食品加工環(huán)節(jié)、物流環(huán)節(jié)和銷售環(huán)節(jié)這4個(gè)環(huán)節(jié)組成[4]。系統(tǒng)采用Ecode統(tǒng)一編碼方案實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)單品賦予唯一身份證，對(duì)食品的原材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)、食品加工環(huán)節(jié)、物流環(huán)節(jié)和銷售環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集跟蹤，實(shí)現(xiàn)食品的全生命周期管理。同時(shí)，系統(tǒng)與國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)管理與公共服務(wù)平臺(tái)提供API接口[5]，進(jìn)行系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)接，由Ecode國(guó)家平臺(tái)提供解析服務(wù)，建立的是一個(gè)面向全國(guó)的開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的、數(shù)據(jù)可信的應(yīng)用服務(wù)支撐平臺(tái)。消費(fèi)者可以通過該系統(tǒng)或國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)管理與公共服務(wù)平臺(tái)查詢每個(gè)單品的追溯信息。每個(gè)環(huán)節(jié)提取為消費(fèi)者關(guān)心的公共追溯要素從而實(shí)現(xiàn)了“從農(nóng)田到餐桌”的追溯流程，建立了食品安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)，一旦發(fā)現(xiàn)問題，能夠根據(jù)溯源進(jìn)行有效的控制和召回，從源頭上保障消費(fèi)者的合法權(quán)益。

該系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和客戶層的4層體系結(jié)構(gòu)建了基于RFID/Ecode物聯(lián)網(wǎng)的食品供應(yīng)鏈單品追溯管理系統(tǒng)的平臺(tái)架構(gòu)(圖1)?？蛻魧犹峁┝薆/S查詢和國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)管理與公共服務(wù)平臺(tái)2種方式[6]。作為客戶的生產(chǎn)者、監(jiān)管者和消費(fèi)者都可以查詢相關(guān)信息，掌握每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全信息。業(yè)務(wù)層提供系統(tǒng)的主要功能，主要由原材料生產(chǎn)子系統(tǒng)、食品加工子系統(tǒng)、物流子系統(tǒng)、銷售子系統(tǒng)、單品溯源查詢子系統(tǒng)、單品Ecode編碼管理子系統(tǒng)和RFID標(biāo)簽子系統(tǒng)7大子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)層分為本地信息數(shù)據(jù)庫(kù)、智能控制數(shù)據(jù)庫(kù)和中心數(shù)據(jù)庫(kù)3部分組成；本地信息數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)提供溯源信息鏈數(shù)據(jù)，智能控制數(shù)據(jù)庫(kù)提供單品溯源查詢、單品Ecode編碼管理和RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)，中心數(shù)據(jù)庫(kù)為監(jiān)管和追溯奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本地信息數(shù)據(jù)庫(kù)和智能控制數(shù)據(jù)庫(kù)必須與中心數(shù)據(jù)庫(kù)能無(wú)縫聯(lián)接。網(wǎng)絡(luò)層提供了系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施與安全保障，并通過云計(jì)算及云服務(wù)提升系統(tǒng)各方面性能，提高網(wǎng)站訪問響應(yīng)速度。

從供應(yīng)鏈的角度，該系統(tǒng)將食品的原材料生產(chǎn)、食品加工、食品物流和食品銷售4個(gè)環(huán)節(jié)的溯源信息錄入本地信息數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行識(shí)別、記錄管理和跟蹤，形成一個(gè)完整的信息鏈。該研究以高風(fēng)險(xiǎn)食品罐裝嬰幼兒配方乳粉為例，構(gòu)建了如圖2所示罐裝嬰幼兒配方乳粉的溯源信息鏈[7]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題奶粉時(shí)，可通過嬰幼兒配方乳粉的Ecode編碼查詢相關(guān)信息，找到問題奶粉的來(lái)源并確定出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，阻斷問題奶粉繼續(xù)流入市場(chǎng)并及時(shí)召回已售出的問題奶粉，避免重大食品安全事故。

2 食品供應(yīng)鏈單品追溯管理關(guān)鍵技術(shù)

2.1 Ecode單品級(jí)食品追溯編碼物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一編碼Ecode是能夠滿足我國(guó)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要的一套編碼方案和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Ecode的一般結(jié)構(gòu)為“版本+編碼體系標(biāo)識(shí)+主體代碼”,采用可擴(kuò)展的方案，根據(jù)選擇的不同版本，長(zhǎng)度不同，可根據(jù)需要靈活擴(kuò)展。具體方案見圖3[8]。

圖3中，版本(Version,V)用于區(qū)分不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Ecode。版本長(zhǎng)度為4比特，也可采用1位十進(jìn)制表示，版本由我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一編碼管理機(jī)構(gòu)統(tǒng)一分配。不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以根據(jù)需要選擇合適的版本。根據(jù)長(zhǎng)度和編碼字符集的不同，Ecode通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)目前包含Ecode96、Ecode128和Ecode146[8]。Ecode編碼在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，采用Ecode-V2(即Ecode128碼)[9]，并用NSI確定主體代碼的類型和結(jié)構(gòu)。另外，可以根據(jù)擴(kuò)展需求包含更多擴(kuò)展信息。采用Ecode編碼方案用于食品供應(yīng)鏈管理，不能用于超市的結(jié)算。

編碼體系標(biāo)識(shí)(Numbering System Identifier,NSI)用于指示某一標(biāo)識(shí)體系的代碼。據(jù)版本的不同，NSI的長(zhǎng)度也不同。NSI由我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一編碼管理機(jī)構(gòu)統(tǒng)一分配。

主體代碼(Master Data，MD)是指某一行業(yè)和應(yīng)用系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)化的編碼方案的標(biāo)識(shí)代碼，主體代碼的長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由NSI決定。主體代碼的結(jié)構(gòu)及分配由某一編碼體系的管理機(jī)構(gòu)自行管理和維護(hù)。某一編碼體系的管理機(jī)構(gòu)制定的主體代碼結(jié)構(gòu)應(yīng)向管理我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一編碼管理機(jī)構(gòu)備案。

Ecode單品級(jí)食品追溯編碼用于全球唯一標(biāo)識(shí)單個(gè)商品，其方案采用Ecode-V2，即Ecode128碼，其編碼結(jié)構(gòu)見圖4。

主體代碼取最大長(zhǎng)度28位，因此Ecode單品級(jí)食品追溯編碼的長(zhǎng)度為33位十進(jìn)制。參與方代碼由中國(guó)物品編碼中心經(jīng)企業(yè)申請(qǐng)獲得，產(chǎn)品代碼、批次和序列號(hào)由參與方自行分配。其中批次和序列號(hào)的編碼規(guī)則見表1。

表1 批次和序列號(hào)編碼規(guī)則

2.2 唯一性RFID溯源標(biāo)簽設(shè)計(jì)技術(shù)Ecode編碼可存儲(chǔ)于一維碼(Ecode128編碼等)、二維碼(QR碼、DM碼、漢信碼)、RFID標(biāo)簽(ISO/IEC18000-63，ISO/IEC18000-3m3)等各種類型的載體中。在這些標(biāo)簽中的承載要遵循嚴(yán)格的數(shù)據(jù)協(xié)議，以便于能夠?qū)code標(biāo)簽與其他標(biāo)簽區(qū)分開來(lái)。

該系統(tǒng)考慮的編碼載體為射頻標(biāo)簽。當(dāng)前采用使用最廣泛的18000-63超高頻RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)，其中“Ecode=”作為一個(gè)采用Ecode編碼體系的標(biāo)識(shí)符。Ecode在進(jìn)行射頻標(biāo)簽承載時(shí)，是以二進(jìn)制存儲(chǔ)在射頻標(biāo)簽的內(nèi)存中。Ecode宜存放在射頻標(biāo)簽的物品唯一標(biāo)識(shí)區(qū)。射頻標(biāo)簽的物品唯一標(biāo)識(shí)區(qū)，根據(jù)不同的標(biāo)簽類型而不同。對(duì)于一個(gè)射頻標(biāo)簽里存儲(chǔ)多個(gè)Ecode代碼的情況，Ecode編碼標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在射頻標(biāo)簽的物品唯一標(biāo)識(shí)區(qū)應(yīng)只存儲(chǔ)一個(gè)Ecode，其余的Ecode存儲(chǔ)在非物品唯一標(biāo)識(shí)區(qū)。

RFID技術(shù)利用無(wú)線射頻方式在讀寫器和標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的[10]。RFID技術(shù)作為一種新的標(biāo)識(shí)途徑，與條碼相比具有多方面的優(yōu)勢(shì)，如識(shí)別距離遠(yuǎn)，識(shí)別時(shí)不需要標(biāo)簽視覺可見，能夠在惡劣環(huán)境中使用，內(nèi)容可以更新，能夠批量讀取多個(gè)標(biāo)簽，信息量大，不容易仿制等[11]。

電子標(biāo)簽在罐裝食品的應(yīng)用上要滿足標(biāo)簽嵌入在內(nèi)罐蓋的結(jié)合處，不可揭下、無(wú)法轉(zhuǎn)移，當(dāng)掀開外罐蓋并打開內(nèi)罐蓋時(shí)即被破壞，無(wú)法重新使用的要求，所以，一般將RFID標(biāo)簽嵌入至內(nèi)罐蓋與罐身的縫隙處，在開蓋時(shí)，通過外力將其損壞[12]。單品級(jí)罐裝食品貼標(biāo)方案如圖5所示。

2.3 安全技術(shù)電子標(biāo)簽本身是唯一可識(shí)別的，可用來(lái)驗(yàn)證身份。但在食品供應(yīng)鏈單品跟蹤與追溯過程中，攻擊者要想進(jìn)行偽造，主要有2種情況：竊聽攻擊和實(shí)體攻擊。對(duì)于竊聽攻擊，當(dāng)后臺(tái)服務(wù)器只是簡(jiǎn)單地對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別時(shí)，電子標(biāo)簽被讀寫器喚醒后，即可直接竊取其識(shí)別信息而被用來(lái)偽造，因此，需要對(duì)讀寫器進(jìn)行認(rèn)證。對(duì)于實(shí)體攻擊，當(dāng)攻擊者通過實(shí)體攻擊得知電子標(biāo)簽內(nèi)部信息后，便可持有自己的讀寫器和假冒商品通過服務(wù)器驗(yàn)證，因此，只要將新的密鑰值和攔截的信息一起再?gòu)?fù)制到另一個(gè)商品中，同樣也可通過服務(wù)器驗(yàn)證[13]。

3 演示應(yīng)用

演示系統(tǒng)中，作為客戶的生產(chǎn)者、監(jiān)管者和消費(fèi)者通過安裝有RFID閱讀器和天線的多媒體查詢機(jī)，登錄多媒體查詢機(jī)上的網(wǎng)站(國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)管理與公共服務(wù)平臺(tái)或系統(tǒng)網(wǎng)站)，經(jīng)查詢機(jī)自動(dòng)讀取產(chǎn)品電子標(biāo)簽內(nèi)部的Ecode單品級(jí)食品防偽追溯編碼，了解到嬰幼兒配方乳粉的原材料生產(chǎn)、加工、物流和銷售4個(gè)環(huán)節(jié)的溯源信息，如圖6所示。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)管理與公共服務(wù)平臺(tái)的建立、電子標(biāo)簽成本的不斷降低和物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)食品跟蹤與追溯的跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)、跨地域交互、異構(gòu)系統(tǒng)之間的協(xié)同和信息共享奠定了基礎(chǔ)，建立起更完善的食品安全追溯體系以確保食品的長(zhǎng)期安全。

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Food Supply Chain Single Product Traceability Management System Based on RFID/Ecode IOT

LIU Xiao-xiao

(Zhejiang Business College, Hangzhou, Zhejiang 310053)

With the development of applications in food traceability management, cross-system, cross-platform, collaboration and information sharing between the information exchange and heterogeneous systems will gradually increase across geographies, unified networking code identification system has become a consensus. Using the Uniform Code Ecode Things to globally uniquely identify individual items and technology based on RFID and other Internet of Things, cloud computing and security technologies on a single product architecture food supply chain traceability management system design, system management and national identity of Things reached an agreement with the public service interface open platform to platform docking and high-risk foods canned infant formula milk powder by the J2EE platform for application development demonstration system.

Ecode; IOT; Food supply chain; Single product traceability; Demonstration system

2014年浙江省教育廳一般科研項(xiàng)目(Y201432330)；2014年杭州市哲學(xué)社會(huì)科學(xué)常規(guī)性規(guī)劃課題(A14GL07)。

劉瀟瀟(1981- )，女，浙江寧波人，講師，碩士，從事物流信息技術(shù)與信息系統(tǒng)應(yīng)用、食品追溯研究。

2014-11-28

S 126

A

0517-6611(2015)02-359-04