自動識別和數據采集技術標準發展現狀研究

雷云鶴 薛耀鋒

摘 要 主要研究國際標準化組織子委員會SC31制訂的自動識別和數據采集技術標準，分析系列標準的發展趨勢及標準內容，為我國自動識別和數據采集技術標準的框架構建和標準制定提供參考。

關鍵詞 物聯網；自動識別；數據采集

中圖分類號：TP274+.2 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X（2013）03-0049-03

Research on Present Situation of Standards of Automatic Identification and Data Capture Technologies//Lei Yunhe， Xue Yaofeng

Abstract The present situation of standards of automatic identification and data capture technologies developed by ISO SC31 workgroup are introduced. The development trend and content of these standards are analyzed. It provides references for developing standard framework and standards of automatic identification and data capture technologies.

Key words internet of things； automatic identification； data capture

隨著溫家寶總理的“感知中國”、歐盟的“物聯網行動計劃”和美國IBM公司“智慧地球”概念的提出，物聯網技術受到國際國內各界的關注。自動識別和數據采集技術作為物聯網關鍵技術之一，目前已廣泛應用于商業、工業、運輸、倉儲等行業，為國家信息化建設作出重要貢獻。與此同時，各標準化組織都制定了相關技術標準，具有代表性的主要有國際標準化組織（International Organization for Standardization，簡稱ISO）、非盈利性組織EPC Global以及日本的泛在中心（Ubiquitous ID）[1-3]。其中國際標準化組織是由各國標準化團體（ISO成員團體）組成的世界性的聯合會。ISO的技術委員會通常負責完成國際標準的制定工作。1995年，國際標準化組織ISO/IEC聯合技術委員會JTC1（Information Technology）設立了子委員會SC6、SC17、SC31、SC38、WG7等工作組，專門負責物聯網標準化的工作[4]。本文主要研究ISO/IEC JTC1中的SC31工作組制定的自動識別與數據采集技術標準。

1 ISO關于自動識別與數據采集技術的標準進展

國際標準化組織ISO技術委員會的子委員會SC31專門負責制訂自動識別與數據采集技術標準，到2012年8月12日，已發布及正在制訂中的標準有138條。按其公布日期的年份劃分，詳細信息見圖1，其中包含Published（83條）、CD（5條）、FDIS（14條）、TR（17條）、NP（11條）、DIS（5條）、FCD（1條）、Undeveloped（2條）等8種狀態[4]。

從圖1可以看出，2005年左右，自動識別與數據采集技術標準化工作處于起步期；2005—2010年，自動識別和數據采集技術標準化工作處于上升的狀態，發展速度基本穩定；2010年以來，發展速度迅速提高，表現出明顯的上升趨勢。

對ISO發布的標準進行詳細分析，發現其近年來標準化的工作主要在數據編碼、接口、應用程序以及測試規范等方面陸續展開。2004年標準的制定處于起步前期，為應用需求分析標準。從2005年公布的標準情況看，內容集中于數據協議，制訂了幾條數據協議及編碼方面的標準。2006年制定的標準涉及接口方面，并制訂了QR2005條形碼符號規范。2007年公布的標準主要進展表現為陸續制訂幾種條形碼符號規范，并開始涉及性能測試方面。從2008年至今公布以及預計公布的標準情況來看，近幾年自動識別與數據采集技術標準化的工作取得很大的進展，其內容包含數據編碼協議、惟一標識符、接口通信協議、應用管理協議以及質量測試、性能測試和一致性測試規范等。其中，最明顯的進展表現為接口標準和應用協議方面。要加快自動識別與數據采集標準化的進程，標準的制定還需進一步完善。

2 具體標準分類描述

2.1 數據協議標準

ISO的SC31工作組制訂了涉及數據編碼、壓縮、轉換、識別等處理流程的一系列數據協議標準，涵蓋惟一標識符、條形碼、詞匯表、光學字符識別等方面。

自動識別與數據采集系統中物品的標識信息是通過標識符來區別的。ISO/IEC 15418定義了GS1應用標識符、ASC MH10數據標識符及其維護。ISO/IEC 15424定義了數據載體標識符。ISO/IEC 15963射頻標簽的惟一標識符規范，具體規定了RF標簽的編號系統。該惟一標識符可用于：集成電路制造過程中的質量控制追蹤，RF標簽制造過程和整個生命周期中的追蹤，通過讀寫器中多標簽防碰撞機制完成多天線配置環境中的數據讀取，RF標簽所附著物品的追蹤。ISO/IEC 15459系列標準（包括15459-1、15459-2、15459-3、15459-4、15459-5、15459-6、15459-8等七部分）定義了惟一標識符規范，分別定義了相關項目的惟一標識字符串[4]，主要包括運輸單元的惟一標識符規范、登記規程、惟一標識符的通用規則、單個項目、可回收運輸品的惟一標識符規范、產品分類的惟一標識符規范以及運輸品的分類規范等。

條形碼符號規范主要規定條形碼的數據編碼特點、符號格式、尺寸、印刷質量、誤差修正、解碼算法等參數。目前已制定很多條形碼編碼體系，如128碼、EAN/UPC條形碼、PDF417條形碼等。此外，ISO/IEC 24723：GS1（中文全稱：全球第一貿易標準化組織）復合條形碼符號規范，包括一維符號和二維符號[4]。

ISO/IEC 19762系列標準定義了自動識別和數據采集領域的相關專業術語——詞匯表[4]，用以保障非專業人士和該領域的專家之間進行無障礙的交流。該系列標準主要由五部分組成：第一部分，自動識別和數據采集（英文縮寫：AIDC）的一般術語；第二部分，光學可讀介質（英文縮寫：ORM）；第三部分，無線射頻識別（英文縮寫：RFID）；第四部分，有關無線電通信的一般術語；第五部分，定位系統。

光學字符識別（英文縮寫：OCR）標準定義了字符的識別和打印規范。ISO 1073標準（包括OCR-A和OCR-B兩部分）規定了打印圖像的格式、字母數字字符的大小以及光學字符讀取中的圖形符號和標識；ISO 1831標準內容涵蓋了OCR紙張和印刷的基本定義、測量要求、規范和建議等方面，并說明了OCR媒體的三個主要參數：紙張的光學性質、光學識別字符的光學性質和油墨圖案的尺寸、OCR字符在紙張上的基本要求[4]。

此外，ISO/IEC15434協議規定了高性能ADC媒體語法，規定了交易雙方使用高性能媒體時信息和數據格式的轉換結構、語法、編碼格式等。ISO 15962規定了項目管理用RFID的數據協議，包括數據解碼規則和邏輯存儲功能等。ISO 29162定義了在AIDC媒體中的數據結構使用準則（AIDC包括線性碼、二維碼和其他AIDC媒體）。ISO 29160定義了RFID徽章符號。ISO24720為直接部分標記準則[4]。

2.2 接口與通信協議

1）傳感器與驅動器的智能傳感器接口。ISO/IEC/IEEE 21451系列標準定義了傳感器和驅動器的智能傳感器接口[4]，主要分為四部分：第一部分，網絡可容納應用處理器信息模型；第二部分，傳感器與微處理器交流協議，以及傳感器電子數據表（英文縮寫：TEDS）格式；第四部分，混合模式交流協議和TEDS格式，定義了模擬傳感器與物品數字信息的交流協議和接口；第七部分，傳感器與RFID系統交流協議以及TEDS格式，定義了RFID系統與智能RFID標簽間通信的數據格式。

2）應用系統與讀寫器之間的接口規范。讀寫器和應用系統之間的數據交換是通過一個中間件完成的。ISO/IEC 15961系列標準規定了應用系統與讀寫器之間的接口標準[4]，具體分為四部分：第一部分，應用接口規范，它是用于處理應用系統的信息接口，具體規定了應用程序和數據協議處理器之間的接口，包括語法轉化規范、應用程序命令和響應規范等；第二部分，RFID數據架構規程；第三部分，RFID數據架構；第四部分，電池輔助和傳感器性能的應用接口規范。

3）應用于單品管理中的大范圍和小范圍的空中接口規范。ISO/IEC 24730系列標準定義了資產管理中實時定位系統的兩個空中接口協議和一個應用程序接口[4]，以保證不斷增長的RTLS（中文全稱：實時定位系統）市場中產品的兼容性和互操作性。目前主要內容包括以下幾部分。

①第一部分：應用程序接口（英文縮寫：API）規范。API是RTLS系統的技術標準，也是應用軟件與RTLS設備連接的橋梁。該規范描述了RTLS服務及訪問方法。

②第二部分：直接序列擴頻（英文縮寫：DSSS）2.4 GHz空中接口協議。它建立了一個全球可用的2.4 GHz頻段實時定位系統的技術標準，能夠提供更新頻率更高的定位；定義了在系統控制區域內定位資產的空中接口，如倉庫、校園和機場中的查詢定位范圍可精確到3米；規定了建立一個RTLS系統所需要的空中接口協議，包括多種可使用的定位算法；還定義了一個網絡定位系統，其中提供XY坐標和數據遙測。

③第五部分：2.4 GHz線性調頻擴頻（英文縮寫：CSS）的空中接口通信協議。該協議定義了使用2.4～2.483 GHz CSS頻段的空中接口協議，支持讀者和RTLS標簽之間的雙向交流。

④第六部分：超寬帶空中接口協議。

⑤第二十一部分：直接序列擴頻（DSSS）2.4 KMHz空中接口協議，采用DBPSK數據編碼和BPSK擴頻方案、以單一擴頻碼工作的發射機。

⑥第二十二部分：直接序列擴頻（DSSS）2.4 KMHz空中接口協議，采用QPSK數據編碼和沃爾什偏置QPSK（WOQPSK）擴頻方案、以多種擴頻碼工作的發射機。

⑦第六十一部分：低脈沖重復頻率超寬帶空中接口。

⑧第六十二部分：高脈沖重復頻率超寬帶空中接口。

3）應用于項目管理的RFID空中接口通信協議。ISO 18000為項目管理用RFID通信協議系列[4]，主要分為10個部分：第一部分，參考體系和標準參數定義；第二部分，低于135 KHz的空中接口通信參數；第三部分，13.56 MHZ的空中接口通信參數；第四部分，2.45 GHZ的空中接口通信參數；第六部分，860～960 MHz的空中接口通訊參數；第七部分，433 MHz的主動式空中接口通信參數；第61、62、63、64分別為860～960 MHz之間的A、B、C、D型的控制接口通信參數。

ISO/IEC/IEEE 8802-15-4為局域網/城域網通信協議具體規范的第十五部分[4]，低速率無線個域網WPANs的無線媒體接入控制MAC和物理層協議PHY。定義了在10米的個人操作范圍內，使用不帶電池或耗電量極低的便攜式移動設備進行低數據無線連接時的PHY和MAC協議。

ISO/IEC/IEEE 21450定義了用于傳感器和制動器的智能傳感接口，包括通訊功能、通訊協議和TEDS格式[4]。

2.3 應用管理方面的協議

1）空中接口的相關服務管理協議。ISO/IEC NP 29167系列標準主要是空中接口的安全服務協議和文件管理協議[4]。第一部分，RFID框架安全服務和文件管理的空中接口協議；第十部分，AES128安全服務加密包的空中接口；第十一部分：PRESENT-80加密包的空中接口；第十二部分，ECC-DH加密包的空中接口；第十三部分，Grain-128A加密包的空中接口。

2）RFID軟件系統應用管理協議。ISO/IEC24791定義了一個企業應用系統和RFID讀寫器之間的操作軟件系統基礎設施[4]。RFID軟件系統由RFID讀寫器、中間件軟件系統和應用程序三部分組成，主要功能包括應用控制和空中接口操作，標簽和傳感器的信息交流以及系統組件的健壯性和績效管理。ISO/IEC 24791系列標準（包含兩部分）內容包括軟件系統基礎設施概述、相互關系、基本組成部分和提供的服務等，具體內容包括數據管理規范、設備管理規范和設備接口規范。

2.4 質量檢測及性能測試規范

1）系統性能測試方法。ISO/IEC 18046定義了RFID設備的性能測試方法[4]，該規范建立了績效評估的基本框架，所定義的測試方法可以被修改。用戶可以根據應用程序的細節修改本測試規范以適應自身需求。ISO/IEC 18046系列標準主要包括：第一部分，系統性能測試方法；第二部分，訊問性能測試方法；第三部分，標簽性能測試方法，規定了單品管理中RFID標簽的性能測試方法，以及應用程序設備選擇的一般要求和測試要求。最終形成的測試報告將以統一的標簽數據表形式呈現。

2）條形碼的質量檢測與測試規范。ISO/IEC 15415條形碼印刷質量檢驗標準-二維符號[4]。該標準規定了兩種具體的二維條形碼符號的測量方法，一種適用于多行條形碼符號，另一種適用于二維矩陣符號。它也定義了評價分級的方法和形成總體評價的方法。ISO/IEC 15416標準內容是條形碼印刷質量檢驗標準-線性符號[4]。

ISO/IEC 15419規定了條形碼的數字化成像和印刷性能的測試方法[4]。ISO/IEC 15421定義了條形碼的主要測試規范，涵蓋了各種形式的條形碼[4]。ISO/IEC 15423定義了條形碼掃描儀和解碼器的性能測試方法[4]，包括作為集成閱讀系統和獨立單元的條形碼掃描設備和解碼設備，內容涵蓋設備的性能以及組件等方面。ISO/IEC 15426系列標準（包括兩部分）定義了條形碼檢驗一致性規范[4]，其中第一部分為線性符號，第二部分為二維符號。ISO 19782定義了光澤和低基質透明度對條形碼符號讀取的影響[4]，它提供了光澤和透明度的測量方法，決定是否適合于條形碼的讀取，以及不能讀取時的解決辦法。

3）空中接口的性能測試方法。ISO/IEC 18047系列標準規定了與ISO/IEC 18000系列標準各部分相對應的一致性測試方法[4]。該系列標準規定的訊問和標簽一致性參數包括：包含標稱值、公差的特定模式的一致性參數；直接影響系統性能和互操作性的參數。它不包括高層次數據編碼一致性測試參數。具體內容包括以下幾部分。

①第二部分：低于135 KHz空中接口通信的測試方法，與ISO/IEC 18000-2相對應。

②第三部分：13.56 MHz空中接口通信的測試方法。

③第四部分：2.45 GHz空中接口通信的測試方法。

④第六部分：860～960 MHz空中接口通信的測試方法。

⑤第七部分：433 MHz主動空中接口通信的測試方法。

4）空中接口通信的測試方法。ISO/IEC TR 24770定義了2.4 GHz空中接口通信的測試方法[4]，定義了確定2.4 GHz RTLS設備性能特征的測試方法，包括標簽、閱讀器和符合ISO/IEC 24730-2具體應用的激勵器等方面。ISO/IEC 24769系列標準，定義了空中接口通信的測試方法[4]，對應于ISO/IEC 24730系列標準的相應部分。ISO/IEC TR 24769規定了2.4 GHz空中接口通信測試方法。該規范定義了與ISO/IEC 24730-2相應部分對應的2.4 GHz RTLS標簽的一致性測試方法。ISO/IEC NP 24769-5定義了2.4 GHz CSS的空中接口通信測試方法[4]。

3 結束語

自動識別與數據采集技術是物聯網應用中的關鍵技術。物聯網技術已成為當前各國科技和產業競爭的焦點，因此也成為世界各國的國家戰略和跨國大型企業的發展戰略。物聯網目前處于發展初期，關鍵技術標準化是其進一步發展應用的重要制約因素。本研究期望能夠為自動識別與數據采集技術標準化的發展進程提供參考，利于標準化工作進一步的開展和進行，以推動物聯網產業的快速發展。

參考文獻

[1]譚民，劉宇，曾雋芳.RFID技術系統工程與應用指南[M].北京：機械工業出版社，2007：32-53.

[2]張有光，杜萬，等.全球三大RFID標準體系比較分析[J].中國標準化，2006（3）：61-63.

[3]張莉.RFID技術的發展與標準化情況[J].中興通訊技術，2007（8）：4-7.

[4]International Organization for Standardization. JTC1/SC 31-Automatic identification and Data capture techniques[EB/OL].[2012-08-12].http：//www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_tc_browse.htm？commid=45332.