基于ＲＦＩＤ技術的電子標簽在物流網中的應用

［摘 要］ 本文首先介紹了RFID系統的基本組成和工作原理，分析了RFID應用在物流網中的技術優勢，針對RFID自身特點和物流行業特征，構建了一個面向物流與供應鏈管理的RFID應用框架；為解決不同領域多個企業信息共享和協同工作，提出了基于Web Service的分布式RFID物流網應用體系，并就應用體系的具體實現做了詳細的闡述。

［關鍵詞］ RFID；電子標簽；物流網；SOA

［中圖分類號］F270.7［文獻標識碼］A［文章編號］1673-0194（2008）18-0062-04

1 引 言

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。進入21世紀后，由于大規模集成電路設計取得了突飛猛進的發展，以及企業出于提高自身競爭力的考慮，主動尋找新的技術提高管理和流通效率，使RFID技術借機嶄露頭角。成本越來越低的電子標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鏈管理增值的重要手段。此外，生物特征識別（Biometrics）技術、微電機系統（MEMS）技術的興起，也促成了一些集成多種功能的RFID應用。RFID產品在物流與供應鏈管理、防偽和安全控制、交通管理與控制、生產管理與控制等方面發揮著越來越大的作用。

2 RFID工作原理

最簡單的RFID系統由以下3部分組成，在實際應用中，還需要其他硬件和軟件的支持。

第一部分：電子標簽（Tag）。由耦合元件及芯片組成，且每個電子標簽具有全球唯一的識別號（ID），無法修改、無法仿造，這樣提供了安全性。電子標簽附著在物體上標識目標對象。電子標簽中一般保存有約定格式的電子數據，在實際應用中，電子標簽附著在待識別物體的表面。

第二部分：天線（Antenna）。在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號，即標簽的數據信息。它可以內置于讀寫器中，也可以通過同軸電纜與讀寫器天線接口相連。

第三部分：閱讀器（Reader）。讀取（或寫入）電子標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別物體的目的。通常閱讀器與計算機相連，所讀取的標簽信息被傳送到計算機上，進行下一步處理。

RFID的核心部件是電子標簽，它又被稱為遠距離射頻卡、遠距離IC卡、射頻標簽、應答器、數據載體。通過幾厘米到幾米甚至十幾米的距離內讀寫器發出的無線電波，讀取電子標簽內的儲存信息，通過耦合元件實現射頻信號的空間(無接觸)耦合，在耦合通道內，根據時序關系，實現能量的傳遞、數據的交換。圖1為電子標簽與讀寫器通信的工作原理示意圖。

RFID系統的基本工作流程是：讀寫器通過發射天線發送出一定頻率的射頻信號，當附著標簽的目標對象進入發射天線工作區域時會產生感應電流，電子標簽憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息，或者主動發送某一頻率的信號；讀寫器對接收天線接收到電子標簽發送來的載波信號進行解調和解碼后，送到數據管理系統進行相關的處理；數據管理系統根據邏輯運算判斷該電子標簽的合法性，針對不同的設置做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行機構動作。

3 RFID的技術優勢

現代物流系統是從供應、采購、生產、運輸、倉儲、銷售到消費的一個完整的供應鏈。RFID可以實現多目標、運動目標的非接觸式自動識別，基于RFID的信息網絡強調物品與信息的交互，從整個集成供應鏈看，RFID系統使供應鏈的透明度大大提高，物品能在供應鏈的任何環節被實時追蹤。將RFID技術應用于物流與供應鏈管理中的信息采集和物流跟蹤，可以極大地提高行業內服務水平。RDIF技術的優勢主要表現在以下幾方面：

（1）可以實現信息采集、信息處理的自動化。

（2）可以實現商品實物運動等操作環節的自動化，如分揀、搬運、裝卸、儲存等。

（3）可以實現管理和決策的自動化甚至智能化，如庫存管理、自動生成派工單、優化配送路線等。

（4）和傳統條形碼相比，具有體積小型化、形狀多樣化；快速掃描；可重復使用；數據的記憶容量大；穿透性和無屏障閱讀；安全性好等特點。

4 RFID面向物流網的應用框架

將RFID技術應用于物流與供應鏈管理，需要將物流過程從一個大系統的角度來看待，在物流網（Internet of logistics）范圍內共享信息，以最低的成本，達到最高的供應鏈物流管理效率。同時RFID應用時還需結合自身的特點：

（1）RFID的互動作用。物流體現物品的流動性，由于在供應鏈管理的各環節可以對電子標簽進行再加工（修改數據、寫入新的數據），RFID電子標簽不再是一個靜態的貨物標識，它的動態變化反映了物品的狀態、貨物與貨主之間的互動作用。物品在生產、存儲、流通、消費等各個環節被檢測時，就需要利用RFID來對物品的運行過程進行記錄、處理和信息追溯管理。物品的跟蹤與監控，就是RFID系統對物品的信息加工過程，自動記錄商品在整個供應鏈上的流動信息，狀態的記錄往往決定了RFID對物品處理的下一步行動。

（2）RFID的連接作用。正是由于RFID的動態作用，使得RFID與企業、與社會能夠保持聯系。如集裝箱采用RFID后，當集裝箱通過閘口時，其基本信息如箱號等可以被自動識別；超市中物品使用RFID后，當采購的貨品通過讀寫器時，營業員不但可以迅速得到商品的信息與價格，還可以迅速向顧客提供商品的使用信息、消費警示信息。

（3）RFID具有對從采購、生產、運輸、銷售到消費整個過程的全方位的信息處理及服務作用。RFID利用電子標簽中的信息對多種信息進行獲取、處理和發布，實現了系統各應用節點能夠協同工作。每一個RFID讀寫器將其采集得到的物品信息通過中間件和信息網絡傳送到這些信息應該到達的任何地方，同時它可以根據從信息網絡上得到的信息對物品上的電子標簽進行信息加工。

針對RFID具有的特點和物流行業的應用特征，構建一個通用的面向物流網的RFID應用框架，框架設計可分為4個層次（如圖2所示）：

（1）環境層：RFID應用環境構造，包括貼有電子標簽的物品、天線、讀寫器、傳感器、儀器儀表、計算機硬件、服務器、網絡設備、終端設備等。

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

（3）集成層：RFID應用支撐平臺，支持RFID信息的輸入、獲得、傳輸、處理及協同。包括信息查詢服務、RFID中間件、集成平臺、數據庫系統及信息傳輸。

信息查詢服務：包括物品編碼管理、資源目錄及解析查找、發現、定位、驗證機制。

RFID中間件：主要解決信息語義定義、讀寫器信息采集、信息寫入(一次寫入或分段寫入)、數據庫接口。

集成平臺：主要是在中間件基礎上增加與第三方應用的接口(為財務、OA、電子商務、 MES、ERP、CIMS、SCM、CRM等系統提供數據接口)，使各種應用軟件與RFID中間件數據互聯互通。

數據庫系統：為了高效、可靠、方便地對RFID信息進行管理，建立統一的物流數據庫，對數據進行錄入、修改、查詢及統計。

傳輸系統：異地點到點之間RFID信息的傳輸架構，異地RFID系統信息傳輸的安全架構，實現RFID信息的分發和流轉。

（4）應用層：RFID后端軟件系統及應用系統界面，形成可定制的物流應用系統。包括企業信息管理軟件，GPS/GIS系統，分析統計及報表生成；專用領域應用軟件，滿足行業應用的個性業務需求；網站平臺，方便供應鏈節點信息的注冊、查詢及交互等信息服務；協同工作平臺，實現企業在生產、流通、銷售等環節應用中RFID與其他系統的協同工作。

5 基于Web Service 的物流網RFID應用體系

RFID應用系統可以是企業內、跨企業、行業內、跨行業、國家內乃至跨國的，因此它可以是一個分布式系統，包含不同領域的多個企業的信息，需要通過物流網實現信息的共享與協同工作。物流供應鏈中供應、生產、運輸、存儲、銷售和消費等環節構成分布的應用節點，各節點自成一個應用系統，具有信息采集能力(數據采集模塊)、數據整合能力(信息集成平臺)、自治能力(專業行業應用、第三方應用)和通信能力(局域網、互聯網、無線通信)，節點之間通過物流中心的編碼解析機制進行信息交互和功能協同。基于Web Services的分布式應用體系如圖3所示。

（1）RFID PSI：PSI（Public Service Infrastructure，公共服務體系）可以把所有的使用RFID的企業通過互聯網連接在一起，提供基于互聯網的全局網絡服務功能，包括產品編碼、編碼解析與轉換、目錄服務、查詢服務和定位服務等。

（2）數據管理器：實現條形碼、RFID數據、過程事件、產品信息的管理。

（3）RFID系統集成軟件平臺：具有信息接發、轉換、交互、匯總等功能。

（4）企業應用服務器：提供接口功能，支持企業OA／MES／ERP／SCM／CRM等信息系統的運行。

（5）RFID中間件：提供與現場設備（RFID讀寫器、傳感器）的連接，與上層應用軟件系統的集成。

（6）RFID編碼體系：根據物流網中所涉及的物品，給出合適的RFID應用物品編碼體系。

整個網絡架構要提供信息跟蹤的功能，根據產品的標識碼就能將產品的全部信息及各個流動點的信息列出。為了保證跟蹤信息的完整性而且可實時查詢信息鏈，需要提供信息鏈備份功能，即使有一點間斷也可以查出跟蹤信息。

從技術實現來看，RFID PSI與Web Service具有良好的兼容性，甚至可以說RFID技術為Web Service提供了基礎的“信息傳感器”。有了RFID電子標簽，Web Service 便有了充足的數據源，能夠進一步促進物流和信息流的有效結合。

Web Service具有面向服務的體系結構（Service Oriented Architecture，SOA），采用SOA構架來設計構建RFID應用體系平臺，使得平臺更易于擴展，增強了平臺與各種不同應用系統的互操作性。在此基礎上建立的信息服務機制，可以提供跨區、跨國、分布式應用的信息整合服務。在基于SOA的RFID應用架構中，企業或企業部門作為一個獨立的網絡節點，通過Web Service接口“暴露”其可被共享的業務處理和信息，網絡上其他節點通過調用Web Service接口，將相關的業務和信息整合到自己的業務系統和數據庫系統中。

Web Services最適合用于開發跨平臺和跨網絡進行通信（因為所使用的http協議為防火墻所允許）的程序，可以跨越異質架構，聯系客戶、供應商、企業伙伴以及企業內部之間的信息系統，是電子商務B2B、企業信息等集成的最佳解決方案。只有根據業務需求制定動態的業務流程才能解決具體、多變的商務服務問題。在企業內部將Web Services技術應用于RFID系統主要是為了及時地處理企業網絡邊緣的信息，更好地發揮RFID系統對數據的處理能力。

6 結束語

隨著全球經濟一體化進程的推進，調度、管理和平衡供應鏈各環節（跨地區、跨國家）之間的資源變得日益迫切，將RFID技術和互聯網整合應用的新型物流管理模式，從根本上改變了對生產、運輸、倉儲、銷售各環節物品流動監控的動態協調水平。RFID技術開辟了一個新的巨大的市場。

主要參考文獻

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