特色食品的RFID編碼策略研究及應(yīng)用

許吉斌，李少波，潘偉杰，劉 濤

(1.貴州大學(xué)計算機科學(xué)與信息學(xué)院，貴州貴陽550003;2.貴州大學(xué)教育部現(xiàn)代制造技術(shù)重點實驗室，貴州貴陽550003;3.貴州大學(xué)管理學(xué)院，貴州貴陽550003)

0 引言

在倉儲環(huán)節(jié)中，由于數(shù)據(jù)量大，操作頻繁，貨品存在查詢、盤點、定位困難等問題，急需一種智能化、自動化的處理方式，批量的進行數(shù)據(jù)采集和信息處理。

倉儲管理技術(shù)的發(fā)展，按信息采集的方式，分為3個主要階段:人工記錄數(shù)據(jù)階段;利用條碼進行半自動的數(shù)據(jù)采集階段［1-2］;利用RFID進行自動化數(shù)據(jù)采集階段［3］。

人工倉儲管理方式，極易造成人力資源的浪費，且錄入數(shù)據(jù)精度較低。采用條碼技術(shù)，可在一定程度上提高信息采集的自動化程度和精度，但由于其自身不可擦寫、易損壞、不可遠(yuǎn)程批量操作等缺陷，依然不能滿足企業(yè)需要。RFID技術(shù)擁有非接觸，可批量讀寫，可重復(fù)利用等特點，可大幅度提升倉儲管理效率。

目前，RFID技術(shù)在我國農(nóng)牧業(yè)得到了一定的應(yīng)用，但由于缺乏完善的標(biāo)簽編碼規(guī)則，其信息解析存在較大困難，各信息存儲區(qū)域沒有得到充分的利用［4-5］。而倉儲行業(yè)主要采用的管理方案是將條碼與RFID搭配使用，用于標(biāo)識不同對象［6-7］，物品的固有信息及動態(tài)信息不能被自動提取，需要人工輸入［8-10］，因此造成了大量重復(fù)勞動和信息錄入錯誤。

本文通過對RFID標(biāo)簽存儲區(qū)域的研究，提出了一種最優(yōu)化標(biāo)簽編碼策略，并且將其用于食品倉儲，實現(xiàn)了智能化的倉儲管理。

1 RFID標(biāo)簽存儲區(qū)域

射頻識別 (radio frequency identification，RFID)技術(shù)，是一種始于21世紀(jì)初期的自動識別技術(shù)，該技術(shù)通過使用無線射頻信號對靜止或者移動的目標(biāo)進行自動的識別，從而獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。一個簡單的RFID系統(tǒng)包含4個主要的組成部分:標(biāo)簽 (tag)、閱讀器 (reader)、天線 (antenna)和后臺系統(tǒng)。標(biāo)簽作為信息的載體，在RFID系統(tǒng)中起到了極其重要的作用。

目前，在供應(yīng)鏈中被廣泛被采用的RFID標(biāo)簽是EPC第一類第二代 (C1G2)超高頻標(biāo)簽，該類標(biāo)簽符合EPC/ISO 18000-6C標(biāo)準(zhǔn)，其存儲區(qū)域分為四個部分:保留存儲區(qū)、TID存儲區(qū)、EPC存儲區(qū)以及用戶存儲區(qū)［10］。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 RFID標(biāo)簽存儲區(qū)域結(jié)構(gòu)

其中，保留存儲區(qū)長度為64bit，主要存儲殺死及訪問口令，用戶可以通過口令對標(biāo)簽進行鎖存或者修改。TID存儲區(qū)共64bit，由標(biāo)簽生產(chǎn)商固化于存儲區(qū)域中，內(nèi)含標(biāo)簽類型、廠家信息等內(nèi)容，具有唯一性。EPC區(qū)域共96bit，用于全球范圍內(nèi)唯一標(biāo)識單個實體對象，可由使用方根據(jù)需要進行編碼。用戶存儲區(qū)，其存儲空間大小可由使用方自行定制，主要功能是實現(xiàn)EPC區(qū)域擴展編碼和其他用戶信息編碼存儲。通過對標(biāo)簽存儲區(qū)域的充分利用，可以減少人力資源的浪費，提高信息采集的精確度，提高信息安全性等。

2 RFID標(biāo)簽最優(yōu)化標(biāo)簽編碼策略

2.1 RFID標(biāo)簽EPC區(qū)域編碼

國際EPCglobal組織對標(biāo)簽EPC區(qū)域的劃分規(guī)則做出了一定的規(guī)定，將標(biāo)簽的EPC區(qū)域分為3個主要的區(qū)塊，如圖2所示，分別為頭部區(qū)域、過濾和劃分值區(qū)域以及識別域。

圖2 RFID標(biāo)簽EPC編碼區(qū)域

同時該組織還對EPC編碼的特性進行了描述，要求其滿足唯一性、通用性、可擴展性以及保密安全性等特性。

由于EPC編碼是用以區(qū)分單個實體的編碼，因此其最重要的特性是保證每個標(biāo)簽具有全球范圍內(nèi)的唯一編號，即要求其具有唯一性。而為了便于推廣和統(tǒng)一管理，又對標(biāo)簽編碼的標(biāo)準(zhǔn)化和簡潔化進行了要求，即要求其具有通用性。

根據(jù)EPCglobal的編碼要求和標(biāo)準(zhǔn)，本文將標(biāo)簽的EPC存儲區(qū)域劃分為6個主要區(qū)塊，對其中部分區(qū)塊又進行了二次劃分，以滿足實際需要，圖3為RFID標(biāo)簽EPC區(qū)域編碼規(guī)則設(shè)計。

圖3 標(biāo)簽EPC區(qū)域編碼規(guī)則

其中，公司標(biāo)識代碼由公司地址和公司編號組成，其中公司地址14bit，參照《中華人民共和國行政區(qū)劃代碼》［11］的相關(guān)規(guī)定，我國省市兩級編碼可以表示成四位十進制有效數(shù)字，通過對該區(qū)塊數(shù)據(jù)的解析可以獲得公司所在地。公司編號由當(dāng)?shù)仄髽I(yè)注冊部門授予，與食品生產(chǎn)許可證中的公司編號一致，通過解析可以獲得公司名稱及相關(guān)信息。而分類代碼區(qū)域用于存儲物品的種類，同樣根據(jù)食品生產(chǎn)許可證 (QS)編碼規(guī)則，分為產(chǎn)品類別及產(chǎn)品編號區(qū)域，用以標(biāo)識食品的品種及具體類別。將公司地址、產(chǎn)品類別和公司編號區(qū)域編碼進行組合，即可得到國家食品生產(chǎn)許可證編碼。為了滿足EPC編碼唯一性的要求，本文將產(chǎn)品序列號區(qū)域分成了生產(chǎn)日期和產(chǎn)品編號兩個子區(qū)域，其中生產(chǎn)日期，按照［年］［月］［日］的格式表示出來，通過對其解析可以獲得產(chǎn)品的生產(chǎn)日期;而產(chǎn)品編號區(qū)域長度為17bit，可有效地表示超過十萬個單品，足以標(biāo)識單個食品生產(chǎn)企業(yè)單日生產(chǎn)的任一產(chǎn)品。

編碼策略對食品的核心信息進行了記錄，包括產(chǎn)品種類，公司所在地，生產(chǎn)日期，生產(chǎn)許可證編號等，該策略保證了EPC編碼的唯一性和通用性，易于解析和映射。同時，為了適應(yīng)不同公司的需求，本文在EPC區(qū)域編碼的基礎(chǔ)上增加了用戶區(qū)域編碼擴展。

2.2 RFID標(biāo)簽用戶存儲區(qū)域編碼

目前主流標(biāo)簽的用戶存儲區(qū)域長度為256bit和512bit，因此，本文以256bit為例，對標(biāo)簽的用戶存儲區(qū)域進行編碼，將其分為兩個主要的區(qū)域，分別為:靜態(tài)編碼區(qū) (預(yù)留EPC擴展區(qū)域)和動態(tài)編碼區(qū)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 標(biāo)簽用戶存儲區(qū)域編碼規(guī)則

(1)靜態(tài)編碼區(qū) (預(yù)留EPC擴展區(qū)域):其主要作用是存儲除EPC區(qū)域已記錄的信息之外的其他重要信息，如產(chǎn)地信息和保質(zhì)期等。其產(chǎn)地信息依然精確到4位十進制有效數(shù)字［11］。而由于食品的保質(zhì)期從數(shù)日到幾年不等，需要對其信息進行靈活的編碼，因此又將該區(qū)域分成兩個子區(qū)域:濾值區(qū) (2bit)與保質(zhì)值區(qū) (10bit)，其中濾值區(qū)滿足表1所示編碼規(guī)則，通過該編碼方式可以靈活表示食品的保質(zhì)期長度。除此之外，本編碼方式還預(yù)留了70bit的存儲空間，供用戶根據(jù)自己的需求擴展。

表1 保質(zhì)期單位解析表

(2)動態(tài)編碼區(qū):不同的倉庫通過對EPC區(qū)域和用戶存儲區(qū)域中的靜態(tài)區(qū)域編碼的讀取和解析，可獲得食品的相關(guān)信息，避免重復(fù)的信息錄入工作。但是僅僅對產(chǎn)品的固化信息進行記錄和解析是不夠的，還需要對產(chǎn)品的流通信息進行記錄，因此本文設(shè)計了動態(tài)編碼區(qū)域。

動態(tài)編碼區(qū)域分為3個主要區(qū)塊，分別是起始地址區(qū)塊、目標(biāo)地址區(qū)塊和當(dāng)前狀態(tài)區(qū)塊，由于該區(qū)域地址編碼細(xì)化到倉庫編號，因此將其編碼區(qū)域設(shè)置為30bit，可以記錄我國每個縣區(qū)級行政區(qū)域內(nèi)的千余個倉庫信息，將該字段信息與8bit的貨架號編碼信息組合，可以較為精確的確定產(chǎn)品位置。對于大型倉儲而言，每日進出的產(chǎn)品可能包含多個批次，因此將存儲入庫時間的編碼長度設(shè)置為32bit，記錄的精度為分，與30bit的貨單號組合，可以很好地表示出倉庫內(nèi)各批次物品的流通信息。

3 基于最優(yōu)化標(biāo)簽編碼策略的倉儲系統(tǒng)設(shè)計

與傳統(tǒng)的倉儲管理方案相比，RFID倉儲方案能自動、高效的采集部分倉儲信息，從而減少了管理者的工作量。而基于標(biāo)簽編碼策略的倉儲管理方案與當(dāng)前普遍使用的RFID倉儲管理方案相比，充分利用了RFID標(biāo)簽的信息存儲功能，進一步提高了倉儲管理的靈活性和高效性。

為實現(xiàn)入庫信息的自動化、智能化、精確化錄入，本文在以往的信息錄入方式基礎(chǔ)上進行改進，利用RFID的可讀寫、非接觸等特性，采用標(biāo)簽信息自動化錄入和解析的方式代替人工輸入信息方式。其基本流程如圖5所示。

圖5 物品入庫流程

在傳統(tǒng)的倉儲環(huán)節(jié)中，物品盤點主要依靠人工完成，一旦需要進行較大規(guī)模的倉儲盤點，則需要耗費大量的人力資源。而由于以往的RFID倉儲管理方案未采用有效地編碼策略，因此同樣無法實現(xiàn)物品信息的實時更新。基于最優(yōu)化標(biāo)簽編碼策略，本文提出了一種可實時校對、更新物品信息的盤點方法，其流程如圖6所示。

步驟1 選擇需要匹配的數(shù)據(jù)類型，并且輸入匹配數(shù)據(jù)。

步驟2 系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)類型確定需要匹配的數(shù)據(jù)在標(biāo)簽中的信息存儲位，并且將該數(shù)據(jù)進行編碼。

圖6 倉儲盤點方案流程

步驟3 讀取RFID標(biāo)簽信息。

步驟4 判斷讀到的標(biāo)簽相應(yīng)信息存儲位的值是否與編碼后的匹配數(shù)據(jù)相同，若相同轉(zhuǎn)至步驟5，若不相同轉(zhuǎn)至步驟3。

步驟5 將此時的標(biāo)簽信息以及讀取到該標(biāo)簽的天線位置存入數(shù)據(jù)表中。

步驟6 判斷標(biāo)簽中存儲的位置信息是否與讀取到該標(biāo)簽天線的位置所對應(yīng)的區(qū)域一致。如果一致則轉(zhuǎn)至步驟8，若不一致轉(zhuǎn)至步驟7。

步驟7 將標(biāo)簽EPC編碼、其當(dāng)前位置及其應(yīng)在位置信息存入相應(yīng)數(shù)據(jù)表中。

步驟8 判斷輪詢是否結(jié)束。若未結(jié)束轉(zhuǎn)至步驟3，若結(jié)束，則停止本次盤點。

該方法通過比較標(biāo)簽信息中的物品位置信息與當(dāng)前讀卡天線所覆蓋的位置是否一致，判斷物品是否在規(guī)定的位置上，同時可以準(zhǔn)確的記錄各類物品數(shù)量以及各個物品當(dāng)前的位置等信息。

4 最優(yōu)化標(biāo)簽編碼策略的倉儲應(yīng)用示例

本文設(shè)計了一個基于最優(yōu)化標(biāo)簽編碼策略的倉儲管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)標(biāo)簽信息解析與實時信息更新。該系統(tǒng)基于B/S構(gòu)架，結(jié)合Flex、java、XML進行程序的編寫，采用MySql作為中心數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)其典型應(yīng)用功能的用戶界面如圖7、圖8所示。

圖7為標(biāo)簽解析功能界面，用于實現(xiàn)標(biāo)簽編碼信息的解析。該界面包含4個按鈕觸發(fā)相關(guān)的功能。其中“讀標(biāo)簽”按鈕可以控制RFID標(biāo)簽信息的讀取，并且顯示出讀取到的標(biāo)簽EPC以及靜態(tài)信息編碼區(qū)的編碼;通過選擇標(biāo)簽編碼，點擊“信息解析”按鈕，可以控制后臺實現(xiàn)對數(shù)據(jù)字典的查詢，從而解析出標(biāo)簽中存儲的基本信息，并可通過“入庫”按鈕將解析得到的標(biāo)簽信息存入數(shù)據(jù)庫，從而持久化數(shù)據(jù)。

圖7 標(biāo)簽編碼解析/標(biāo)簽信息入庫界面

圖8 為食品盤點界面示例圖，管理者可以通過選擇匹配信息類型和輸入匹配信息對匹配規(guī)則進行定義，通過點擊“運行”按鈕對倉庫中的食品進行盤點，既可以實時更新標(biāo)簽信息，又可以找出位置錯誤的倉儲物品并且提示出正確的位置信息，為管理者簡化工作。

圖8 倉儲盤點界面

5 結(jié)束語

本文以提升倉儲管理技術(shù)為目的，對各種信息采集技術(shù)進行了比較，得出使用RFID技術(shù)可以提高倉儲管理效率的結(jié)論。進而對現(xiàn)有的RFID信息管理技術(shù)進行分析，找出了其中亟待解決的智能化、信息化、高效化的問題。針對問題，提出一種基于RFID的最優(yōu)化標(biāo)簽編碼策略倉儲管理方案，該方案針對企業(yè)需求，充分的利用了標(biāo)簽的存儲區(qū)域，便于信息的自動化采集與解析，極大地提高了倉儲信息的錄入、讀出精度以及管理的靈活性和高效性，減少了管理者的工作量。

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