基于RRD和WSN技術(shù)的枸杞流通物聯(lián)網(wǎng)模型研究

李皎皎 周承霖 馮鋒

摘要：針對枸杞供大于求，我國急需通過保證其質(zhì)量來拓寬更大更高端的經(jīng)濟市場的現(xiàn)狀，提出了RFID和WSN技術(shù)的枸杞流通物聯(lián)網(wǎng)模型。文章細致地研究和分析枸杞的流通過程，將概念、判斷、推理相結(jié)合描述了枸杞流通模型；給出了枸杞在流通模型中關(guān)鍵小模型——枸杞流通過程信息描述模型、枸杞流通信息追蹤模型具體建立，其中運用Peti調(diào)對枸杞流通信息的追蹤流程進行了建模；最后通過選用關(guān)聯(lián)矩陣對Petri網(wǎng)建立的追蹤模型進行分析，證明了該模型的合理性和可達性，這將使消費者能查詢流通各環(huán)節(jié)的信息。模型的建立為枸杞安全監(jiān)管、追溯、召回體系的應用平臺開發(fā)提供前提，為消費者購買安全枸杞提供了充分的保障和支持。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID； WSN；枸杞；模型

隨著經(jīng)濟生活條件的提升，現(xiàn)代的人們越來越注重養(yǎng)生，其中枸杞便是中老年人甚至是青少年比較偏愛的一種藥食兩用的養(yǎng)生藥材。枸杞是寧夏標志，2012年，當?shù)氐牟畈欢嗑陀??6萬t左右的產(chǎn)量，其出口規(guī)模占全國一半以上。近年來，我國枸杞除了出口傳統(tǒng)高端市場外，正在積極開拓東歐、中東、南美等市場。所以，枸杞的品質(zhì)及藥用效果受到消費者、商家及國家部門的廣泛關(guān)注。雖然枸杞需求量相對十幾年前有顯著的提升，但和枸杞產(chǎn)量比起來，仍供大于求。另外，現(xiàn)在國內(nèi)大多供應鏈基于EPC架構(gòu)的供應鏈應用模型[1-2]，這種射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）的EPC互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中一方面沒有對狀態(tài)、過程信息的描述，另一方面沒有對流通信息的存儲進行研究。

針對以上兩點，在第二點的基礎(chǔ)上加了無線傳感網(wǎng)技術(shù)。搭建了基于RFID與無線傳感網(wǎng)絡(luò)（Wireless SensorNetworks，WSN）結(jié)合的枸杞流通物聯(lián)網(wǎng)模型，對最初的枸杞粒、過程中的枸杞盒/箱等都設(shè)計實時的跟蹤控制模型，這將有效降低由環(huán)境引起枸杞在運輸流通中發(fā)生變質(zhì)、失效，在運輸中混入劣質(zhì)、熏磺或不合標準的枸杞等的發(fā)生概率。使枸杞市場更加開闊，實現(xiàn)對枸杞從源頭到消費全過程追蹤、召回體系應用平臺建立成為可能。

1 模型中關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)及無線傳感網(wǎng)

目前，物聯(lián)網(wǎng)比較通用的定義是通過紅外感應器、RFID、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任意物品與互聯(lián)網(wǎng)相連，通過信息交流、通信實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[3]。物聯(lián)網(wǎng)在感知領(lǐng)域也稱傳感網(wǎng)，首先它實時地將監(jiān)測、感知和采集的信息進行集成，然后通過嵌入式系統(tǒng)進行信息處理，再通過WSN實現(xiàn)對物理世界的動態(tài)感知，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求[4]?？梢奧SN技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中最核心的技術(shù)之一，WSN是由獨立分布的節(jié)點以及網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式，對對象的信息進行感知、采集和處理，最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，系統(tǒng)能夠從網(wǎng)關(guān)獲取數(shù)據(jù)，查看歷史記錄進行分析。

1.2 射頻識別技術(shù)

RFID技術(shù)是一種自動識別技術(shù)，利用射頻信號實現(xiàn)對目標對象的自動化識別，同時獲得相關(guān)的信息、數(shù)據(jù)，RFID有同時識別多個標簽、識別精度高、抗干擾強、識別速度快等特點，與互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)結(jié)合，可實現(xiàn)全球共享[5]。

2 枸杞流通物聯(lián)網(wǎng)模型

基于RFID和WSN的枸杞流通物聯(lián)網(wǎng)模型如圖1所示。通過枸杞包裝的RFID標簽，加上流通經(jīng)過的所有地點安裝的傳感器設(shè)備，實現(xiàn)對枸杞基本信息、流通過程中狀態(tài)、過程信息的標識和及時獲取，并對得到或感知的數(shù)據(jù)以PML（物聯(lián)網(wǎng)標準語言）進行存儲和傳輸，從而使所有與枸杞有關(guān)的廠家、經(jīng)銷商、零售商、購藥者都可以通過有線的（Web方式）和無線方式（手機、PAD）適時地獲取藥品信息。

3 關(guān)鍵模型

3.1 枸杞流通過程信息描述模型

在枸杞流通物聯(lián)網(wǎng)模型中，首先要解決的是該模型中枸杞產(chǎn)品與后期物聯(lián)網(wǎng)中管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)映射問題。其枸杞可以是單個包裝袋（單品）、包裝盒/箱等，其信息包括標識信息和流通信息。標識信息指枸杞的基本屬性信息，包括枸杞的成分、使用方法、生成廠地、生產(chǎn)時間等靜態(tài)信息。流通信息是在流通過程中形成的，包括具體的交易時間、交易地點、操作用戶、業(yè)務類型等，是在流通過程中寫進PML信息服務器，是動態(tài)信息。

將枸杞實體對象定義為R={r1，r2，……，rn}，R可以為枸杞單品，也可以是由一批枸杞單品{r1，r2，……，rn}組成的包裝盒/箱。及在時間t經(jīng)過某一流通地點，其狀態(tài)信息It（R）可以用九個元素來描述：

It（R）={Bas（R）， t， Num（R）， Loc（R）， Basi（R），User（iO，Env（s），Rela（R），BDN（R）}其中各元素具體含義如表1所示。

則枸杞實體對象及的流通過程信息就可以表示為：

Proc（Num（R））={Bas（R）， Loc（R）， User（R）， Basi（R）， BDN（R）}

通過R電子標簽RFID號，可以查R真?zhèn)?、基本屬性信息、整個過程信息。

3.2 枸杞流通信息追蹤模型

為了充分了解枸杞流通物聯(lián)網(wǎng)在對產(chǎn)品追蹤時對信息的要求，需對產(chǎn)品流通的追蹤流程進行建模分析，由于Petri網(wǎng)具有友好的圖形開發(fā)界面和嚴謹?shù)臄?shù)學基礎(chǔ)，對后期的應用平臺開發(fā)起到規(guī)范的指導作用，因此選用Petri網(wǎng)來對枸杞流通的追蹤流程進行建模和分析。

首先對枸杞跟蹤流程中的條件、事件進行定義，如表2所示。

根據(jù)上述定義的條件和事件，對跟蹤過程中的事件流程進行描述，如表3所示。

由Petri網(wǎng)理論[6-7]可知，條件對應Petri網(wǎng)的位置，事件對應Petri網(wǎng)的轉(zhuǎn)移，事件的前提條件對應Petri網(wǎng)的轉(zhuǎn)移點火，條件為真表示成Petri網(wǎng)的對應位置上的持有令牌。根據(jù)上述思想，建立枸杞流通跟蹤流程Petri網(wǎng)模型，如圖2所示。

建立Petri網(wǎng)模型后，選用關(guān)聯(lián)矩陣中的Wij+和Wij-、對該模型進行性能分析，證明模型的合理性。如下：

則Petri網(wǎng)模型的關(guān)聯(lián)矩陣Wij是：

根據(jù)Petri網(wǎng)的守恒條件WX=0，通過Matlab解得Petri網(wǎng)R的不變量為：

X1t=（1，1，1，0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0）

X2t=（l， 1， 0， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1）

對于解得Petri網(wǎng)的R不變量，分量為1時表示托肯流經(jīng)庫所，分量為0是表示托肯不流經(jīng)此庫所。所以Petri網(wǎng)的R不變量可以轉(zhuǎn)化為下述形式：

X1t=（R0，R1，R2）

X2t=（R0，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15）

由此可見，Petri網(wǎng)模型中可能存在的潛在路線為：

（l）R0，t0，R1，t1，R2）

（2）（R0，t0，R1，t1，R2，R3，R4，t3，R5，t4，R6，t5，R7，t6，R8，t7，R9，t8，R10，t9，R11，tl0，R12，t11，R13，t12，R14，t13，R15），由此可得，建立的該Petri網(wǎng)模型的有界性，所有的狀態(tài)都是可達的。

4 結(jié)語

本文為拓展枸杞市場，構(gòu)造了融合RFID和WSN的枸杞流通物聯(lián)網(wǎng)模型，對流通信息進行描述、存儲與追蹤進行了詳細的討論與分析，并通過關(guān)聯(lián)矩陣證明了通過Petri網(wǎng)建立的追蹤模型的合理性和可行性，為枸杞安全監(jiān)管、追溯、召回體系的應用平臺開發(fā)提供前提。

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