基于WSID 和NFC 的商品追蹤溯源防偽

韋慶兵，李軍祥，林詩悅 （上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海200093）

WEI Qing-bing, LI Jun-xiang, LIN Shi-yue (Management School, University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093, China)

隨著人們收入的提高，對(duì)生活質(zhì)量的追求也越來越高。近年來有不少食品都出現(xiàn)了問題，比如牛奶、奶粉等，有些商品中假冒偽劣商品泛濫，因此人們?cè)絹碓疥P(guān)注商品的質(zhì)量和食品的安全。另外市場各領(lǐng)域的競爭日益激烈，已經(jīng)不再是過去的賣方市場，廠商只有提供物美價(jià)廉的商品才能俘獲消費(fèi)者的心，這直接導(dǎo)致部分商家通過生產(chǎn)假冒偽劣的商品來欺騙消費(fèi)者。為防止此類情況的發(fā)生，需要對(duì)商品供應(yīng)鏈的貨源進(jìn)行跟蹤追溯。

1 國內(nèi)防偽與溯源現(xiàn)狀

我國關(guān)于商品溯源體系的研究始于2002 年，在研究和實(shí)施過程中，逐步制定了一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和指南。如為了應(yīng)對(duì)歐盟在2005 年開始實(shí)施的水產(chǎn)品貿(mào)易溯源制度，加強(qiáng)水產(chǎn)品溯源制度的推廣力度，使我國水產(chǎn)品出口貿(mào)易盡快適應(yīng)國際規(guī)則，國家質(zhì)檢總局出臺(tái)了《出境水產(chǎn)品溯源規(guī)程（試行）》，要求出口水產(chǎn)品及其原料需按照《出境水產(chǎn)品溯源規(guī)程（試行）》的規(guī)定標(biāo)識(shí)。中國物品編碼中心會(huì)同有關(guān)專家在借鑒了歐盟國家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，編制了《牛肉制品溯源指南》。陜西標(biāo)準(zhǔn)化研究院編制了《牛肉質(zhì)量跟蹤與溯源系統(tǒng)實(shí)用方案》，這兩項(xiàng)《指南》為牛肉制品生產(chǎn)企業(yè)提供了質(zhì)量溯源的解決方案。

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，部分企業(yè)已經(jīng)開始意識(shí)到防偽溯源的重要性，開始使用基于防偽碼的防偽溯源技術(shù)。實(shí)踐證明，該技術(shù)的使用在一定程度上提高了鑒別的準(zhǔn)確度和溯源查詢功能，但是在實(shí)踐過程中也出現(xiàn)了很多問題。比如，由于此類平臺(tái)是由各企業(yè)負(fù)責(zé)獨(dú)立運(yùn)行，所以其平臺(tái)信息的可信度較低，而消費(fèi)者需要針對(duì)不同的商品登錄不同的平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證。另外，由于其鑒別操作比較繁瑣，所以很少有消費(fèi)者進(jìn)行真?zhèn)悟?yàn)證，所以其真實(shí)的作用也就大大降低。

2 WSID 和NFC 技術(shù)

2.1 WSID

WSID 是WSN 和RFID 的組合縮寫[1-2]。WSN（Wireless Sensor Networks，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)） 就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。其體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示：

圖1 WSN 的體系結(jié)構(gòu)

WSN 所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象。

WSN 的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為：軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。WSN 以其自身特有的優(yōu)點(diǎn)使得其在物流中的應(yīng)用有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。WSN 在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用比較常見的有倉儲(chǔ)環(huán)境的檢測、在途貨物的檢測、運(yùn)動(dòng)物體的檢測等[3]。

RFID，全稱Radio Frequency Identifi-cation，即無線射頻識(shí)別，也常稱為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子條碼等[4-6]。一套完整的RFID 系統(tǒng)由閱讀器與電子標(biāo)簽兩部分組成，其動(dòng)作原理為由閱讀器發(fā)射特定頻率的無限電波能量給電子標(biāo)簽，用以驅(qū)動(dòng)電子標(biāo)簽電路將內(nèi)ID Code 送出，此時(shí)閱讀器便接收此ID Code，如圖2 所示。

電子標(biāo)簽的特殊性在于免用電池、免接觸、免刷卡，故不怕臟污，且晶片密碼為世界唯一，無法復(fù)制，安全性高、長壽命。但是RFID 防偽必須借助儀器才能鑒別真?zhèn)巍?/p>

隨著技術(shù)的進(jìn)步，RFID 應(yīng)用領(lǐng)域在日益擴(kuò)大。RFID 已成為在商品物流中進(jìn)行溯源跟蹤的強(qiáng)有力的工具，必將成為未來信息社會(huì)建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。RFID 的典型應(yīng)用包括：在物流領(lǐng)域用于倉庫管理、生產(chǎn)線自動(dòng)化、日用品銷售。相比條碼技術(shù)的優(yōu)勢，RFID 技術(shù)應(yīng)用于倉儲(chǔ)物流管理中，對(duì)于提高倉儲(chǔ)周轉(zhuǎn)率，減少運(yùn)營資金的占用，提高生產(chǎn)效率有著重要作用。

圖2 RFID 讀寫器技術(shù)原理

2.2 NFC

NFC（Near Field Communication），即近場通信，是由非接觸式射頻識(shí)別（RFID） 及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來，在單一芯片上結(jié)合感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的功能，能在短距離內(nèi)與兼容設(shè)備進(jìn)行識(shí)別和數(shù)據(jù)交換[7]。NFC 是由飛利浦半導(dǎo)體（現(xiàn)恩智浦半導(dǎo)體公司）、諾基亞和索尼共同研制開發(fā)的，其基礎(chǔ)是RFID 和互連技術(shù)。NFC 是一種短距高頻的無線電技術(shù)，在13.56MHz 頻率運(yùn)行于20 厘米距離內(nèi)。NFC 芯片具有相互通信功能，并具有計(jì)算能力，在Felica 標(biāo)準(zhǔn)中還含有加密邏輯電路。

支持NFC 的設(shè)備可以在主動(dòng)或被動(dòng)模式下交換數(shù)據(jù)。在被動(dòng)模式下，啟動(dòng)NFC 通信的設(shè)備，也稱為NFC 發(fā)起設(shè)備（主設(shè)備），在整個(gè)通信過程中提供射頻場（RF-field），如圖3 所示。

它可以選擇106kbps、212kbps 或424kbps 其中的一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺(tái)設(shè)備。另一臺(tái)設(shè)備稱為NFC 目標(biāo)設(shè)備(從設(shè)備)，不必產(chǎn)生射頻場，而使用負(fù)載調(diào)制（load modulation） 技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。此通信機(jī)制與基于ISO14443A、MIFARE 和FeliCa 的非接觸式智能卡兼容，因此，NFC 發(fā)起設(shè)備在被動(dòng)模式下，可以用相同的連接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC 目標(biāo)設(shè)備，并與之建立聯(lián)系[8]。NFC 被動(dòng)通信模式如圖4 所示。

與RFID 一樣，NFC 信息也是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應(yīng)耦合方式傳遞，但兩者之間還是存在很大的區(qū)別。首先，NFC 是一種提供輕松、安全、迅速的通信無線連接技術(shù)，其傳輸范圍比RFID 小，RFID 的傳輸范圍可以達(dá)到幾米、甚至幾十米，但由于NFC 采取了獨(dú)特的信號(hào)衰減技術(shù)，相對(duì)于RFID 來說，NFC 具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。其次，NFC 與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，目前已經(jīng)成為得到越來越多主要廠商支持的正式標(biāo)準(zhǔn)。再次，NFC 還是一種近距離連接協(xié)議，提供各種設(shè)備間輕松、安全、迅速而自動(dòng)的通信。與無線世界中的其他連接方式相比，NFC 是一種近距離的私密通信方式。作為RFID 技術(shù)的一種延伸近距離通信，NFC 技術(shù)讓消費(fèi)者通過智能手機(jī)隨時(shí)隨地查詢商品的相關(guān)信息變成了可能[9-10]。NFC 技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，它不僅能完成移動(dòng)支付、計(jì)時(shí)考勤、獲取海報(bào)信息等功能，而且NFC 通信可以為蜂窩設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、WiFi設(shè)備快速自動(dòng)地建立無線網(wǎng)絡(luò)，形成一種“虛擬連接”，使這些電子設(shè)備可以在近距離范圍內(nèi)通信。

圖3 NFC 主動(dòng)通信模式

圖4 NFC 被動(dòng)通信模式

3 WSN、RFID 與NFC 結(jié)合的可行性

3.1 結(jié)合RFID 技術(shù)與WSN 技術(shù)的可行性

RFID 技術(shù)、WSN 技術(shù)、納米技術(shù)以及智能技術(shù)被稱為現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的四個(gè)里程碑式的技術(shù)。其中，RFID 技術(shù)和WSN 技術(shù)的發(fā)展更是重中之重。雖然此兩項(xiàng)技術(shù)有不同的起源、應(yīng)用和側(cè)重點(diǎn)，但其融合的發(fā)展方向已經(jīng)成為越來越多學(xué)者研究的內(nèi)容、越來越多企業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)，共同連接起物理和信息世界。

利用RFID 技術(shù)進(jìn)行商品溯源已經(jīng)有長時(shí)間的發(fā)展，技術(shù)也趨于成熟，在商品上附著RFID 電子標(biāo)簽，記錄每一步商品流轉(zhuǎn)的信息，做到出現(xiàn)問題可以追溯到責(zé)任人的追溯體系。而WSN 網(wǎng)絡(luò)是一種沒有預(yù)定基礎(chǔ)設(shè)施支撐的自組織可重構(gòu)的多跳網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹⑿诺赖沫h(huán)境、業(yè)務(wù)的模式隨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)而動(dòng)態(tài)改變。每一個(gè)RFID 電子標(biāo)簽恰巧可以充當(dāng)WSN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)商品的監(jiān)控。

WSID 體系采用四層結(jié)構(gòu)模式，主要由RFID 電子標(biāo)簽、RFID 閱讀器即WSN 節(jié)點(diǎn)、WSN 下沉節(jié)點(diǎn)、WSID 數(shù)據(jù)平臺(tái)組成，如圖5 所示。

WSID 的商品跟蹤步驟如下：（1） 采用RFID 電子標(biāo)簽，儲(chǔ)存商品生產(chǎn)、加工、流轉(zhuǎn)、銷售的各個(gè)環(huán)節(jié)的信息，同時(shí)記錄其上自帶的傳感器等采集的信息。（2） 使用RFID 閱讀器作為WSN 節(jié)點(diǎn)，讀取電子標(biāo)簽發(fā)送的商品識(shí)別信息和數(shù)據(jù)環(huán)境。（3） 對(duì)WSN 節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行處理及儲(chǔ)存。（4） 建立WSID 數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)整個(gè)WSID 系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)的問題技術(shù)做出警報(bào)處理。

圖5 WSID 的體系結(jié)構(gòu)

3.2 結(jié)合RFID 與NFC 的可行性

在某種意義上，可以把NFC 看成是RFID 的升級(jí)，首先，RFID 應(yīng)用的普及，需要無處不在的讀寫器。例如在物流及防偽市場，RFID 是非常合適的技術(shù)解決方案，但因缺乏防偽驗(yàn)證的環(huán)境而很難發(fā)展。NFC 是可與手機(jī)密切結(jié)合的技術(shù)，NFC 的普及將解決RFID 讀寫器缺乏的難題，為RFID 的進(jìn)一步繁榮助力。同樣，RFID 市場的存在和擴(kuò)大，也給NFC 技術(shù)的推廣普及提供了基礎(chǔ)環(huán)境。預(yù)計(jì)將來NFC 手機(jī)會(huì)取代部分高端RFID 市場，分流門禁、公交和銀行（小額電子錢包） 的部分客戶，但總體來說，該技術(shù)對(duì)RFID 的促進(jìn)作用更加巨大。

3.3 WSID 和NFC 結(jié)合進(jìn)行商品防偽追溯

給每件商品制作一枚NFC 防偽電子標(biāo)簽，并分配一個(gè)WSID 物流標(biāo)簽，從車間的生產(chǎn)包裝環(huán)節(jié)開始初始化WSID 標(biāo)簽，并在每個(gè)監(jiān)控跟蹤環(huán)節(jié)利用RFID 讀卡器自動(dòng)識(shí)別并上傳進(jìn)入該環(huán)節(jié)的WSID 物流標(biāo)簽數(shù)據(jù)到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。物流分銷過程采用手持RFID 讀卡器完成貨物的接收和發(fā)放，直到零售環(huán)節(jié)。在此過程中如果有貨物發(fā)生損壞，通過WSID 系統(tǒng)可以準(zhǔn)確判斷損壞時(shí)間地點(diǎn)及原因，并追究相關(guān)責(zé)任。消費(fèi)者可以用自己的NFC 手機(jī)查詢產(chǎn)品真?zhèn)危⒉樵兊健案櫵菰础毙畔ⅲ屜M(fèi)者放心購買，商家也放心銷售，徹底杜絕假冒偽劣產(chǎn)品出現(xiàn)。

整個(gè)系統(tǒng)包括八個(gè)部分：（1） 發(fā)放標(biāo)簽：給每件商品制作一個(gè)唯一的NFC 防偽標(biāo)簽，并發(fā)放一張WSID 物流標(biāo)簽，該WSID 物流標(biāo)簽的身份信息可以與現(xiàn)有系統(tǒng)的產(chǎn)品條碼建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于WSID 新舊系統(tǒng)的集成應(yīng)用，避免數(shù)據(jù)重復(fù)錄入增加人員工作量。（2） 收貨入庫：對(duì)于采用叉車托盤收貨的環(huán)節(jié)，可以在收貨通道部署WSID 讀寫器，自動(dòng)批量識(shí)別和采集WSID 物流標(biāo)簽信息并上傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。對(duì)于經(jīng)銷商小批量收貨，可用RFID 手持機(jī)完成收貨確認(rèn)，并上傳信息到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。（3） 發(fā)貨出庫：對(duì)于采用叉車托盤發(fā)貨的環(huán)節(jié)，可以在發(fā)貨通道部署RFID 讀寫器，自動(dòng)批量識(shí)別和采集WSID 物流標(biāo)簽信息并上傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。對(duì)于經(jīng)銷商小批量發(fā)貨，可用RFID 手持機(jī)完成發(fā)貨確認(rèn)，并上傳信息到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。（4） 零售出貨：終端零售環(huán)節(jié)，對(duì)于銷售出去的每一件商品，都要做一個(gè)銷售登記處理。（5） Web 查詢統(tǒng)計(jì)：廠家管理人員可以在Web 端查詢WSID 標(biāo)簽的發(fā)放情況，查詢分銷進(jìn)度，統(tǒng)計(jì)銷售報(bào)表等。（6） 消費(fèi)者：消費(fèi)者可以免費(fèi)下載安（裝App 軟件，使用自己的NFC 手機(jī)掃描防偽標(biāo)簽，查驗(yàn)真?zhèn)危⑦M(jìn)一步查詢溯源信息。可以把查詢結(jié)果推薦給自己的朋友圈，轉(zhuǎn)發(fā)到自己的微信微博等社交平臺(tái)上。這對(duì)廠家是一個(gè)拉近消費(fèi)者的最好通道。未來消費(fèi)行為活動(dòng)中“先查后買”將是常態(tài)，查不到真實(shí)來源的產(chǎn)品將很難獲得消費(fèi)者的信任和購買。（7） 自助查詢：在商場專賣柜等場所部署自助查詢機(jī)，對(duì)于沒有NFC 手機(jī)的消費(fèi)者，可以把商品拿到自助機(jī)的NFC 讀卡器上查詢防偽信息和物流溯源信息。（8） 系統(tǒng)集成：WSID 系統(tǒng)可與企業(yè)的ERP 系統(tǒng)、物流倉儲(chǔ)系統(tǒng)、POS 系統(tǒng)等通過接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，避免數(shù)據(jù)重復(fù)維護(hù)，最大化共享數(shù)據(jù)，并保護(hù)原有的信息技術(shù)投資。

4 結(jié)束語

NFC 手機(jī)的普及，各種應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，NFC 防偽溯源有著巨大的前景。NFC 技術(shù)擁有出色的安全保密性能以及快速的接入能力，其與RFID 相輔相成，相互依托。NFC 彌補(bǔ)后者在安全性和保密性上的不足，而RFID 在傳輸范圍上比NFC 大得多。WSN 能夠?qū)χ車h(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，尤其在運(yùn)輸過程中使相關(guān)人員能夠根據(jù)反饋的信息及時(shí)采取措施，避免由于環(huán)境因素造成的經(jīng)濟(jì)損失。這三種技術(shù)的綜合應(yīng)用在貨物運(yùn)輸和防偽溯源上能夠發(fā)揮巨大的作用。

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