一種二維碼和電子標簽互通性系統模型及數據轉換方法

王 洋，李 軍，鄧 娟，包先雨，徐 偉

（1.深圳市檢驗檢疫科學研究院，廣東深圳 518045；2.深圳海關，廣東深圳 518026）

隨著物聯網環境下現代貿易和物流行業的信息化、高效化和高質量的發展，產品溯源越來越被政府、企業和人民群眾所重視?？焖佟崟r、準確和海量的信息采集和處理技術是實現產品全流程溯源的關鍵。條形碼[1]中的二維碼和射頻識別技術中的電子標簽是近些年流行和推廣的溯源技術。二維碼成本低，但無法完全滿足實時、海量的信息采集與處理需求。電子標簽數據存儲容量大、可動態修改，卻受成本所限，無法廣泛應用于產品標識和溯源。二維碼[2-5]和電子標簽[6-8]的特性和適用場景各有千秋，且暫時無法相互取代[9]，因此在未來一段時間內，兩者協同應用于物流供應鏈標識和產品溯源管理是大勢所趨。

二維碼與電子標簽數據轉換方法是解決貿易和物流行業中兩者之間數據互通性的關鍵。目前，已相繼在智能倉儲管理[10]、物流配送[11]、質量追溯[12-13]等方面對兩者的共同應用進行了探索，但都基于獨立標識和整體系統設計，缺乏底層數據轉換方法研究。文獻[14]描述了電子標簽和商品一維碼的轉換模型和轉換方法，但無法滿足二維碼和電子標簽的數據轉換。文中構建了一種二維碼和電子標簽數據的互通性模型，并提出了一種二維碼和電子標簽之間的轉換方法，以實現二者之間的數據互通，從而實現物流供應鏈標識過程中，二維碼和電子標簽協同應用于產品標識時的信息自動化處理。

1 互通性系統模型

文中提出并構建了一種二維碼和電子標簽互通性系統模型，如圖1 所示。該模型由二維碼掃描器、二維碼打印機和電子標簽讀寫器3 個外圍設備和一個數據轉換處理中心組成，數據轉換處理中心由二維碼數據解析模塊、電子標簽數據解析模塊、數據轉換模塊等3 個模塊組成。其中，二維碼掃描器負責讀取二維碼并識別二維碼所包含的信息，并上傳至數據轉換處理中心；二維碼打印機負責打印出轉換后生成的二維碼；電子標簽讀寫器負責識別電子標簽，讀取電子標簽存儲的信息，將信息上傳至數據轉換處理中心以及寫入電子標簽信息等；二維碼數據解析模塊負責對二維碼進行譯碼解析并提取二維碼各字段的信息；電子標簽數據解析模塊負責對電子標簽進行譯碼解析并提取電子標簽各字段的信息；數據轉換模塊負責實現二維碼編碼信息和電子標簽編碼信息的相互轉換，并生成轉換后的二維碼編碼信息和電子標簽編碼信息。

圖1 二維碼與電子標簽互通性系統模型

2 轉換方法

2.1 轉換載體技術選型

二維碼和電子標簽的類型多種多樣，文中選擇了目前市場上標準化程度高、應用最為廣泛的兩種數據載體進行兩者轉換方法的研究。二維碼選型為編碼數據結構商品二維碼，文獻[15]和文獻[16]介紹了其編碼數據結構，電子標簽選型為工作頻率范圍在860～960 MHz、產品電子代碼（Electronic Product Code，EPC）[17-18]為198 位的序列化全球貿易項目代碼（Serialized Global Trade Item Number，SGTIN）的電子標簽，文獻[19]介紹了其編碼數據結構。

2.2 電子標簽轉換為二維碼

2.2.1 編碼結構對應關系

為了更好地理解轉換方法，文中給出SGTIN-198 EPC 電子標簽轉換為編碼數據結構商品二維碼的結構對應關系，如圖2 所示。

圖2 SGTIN-198 EPC電子標簽轉換為編碼數據結構商品二維碼的結構對應關系

2.2.2 轉換程序

SGTIN-198 EPC 電子標簽轉換為編碼數據結構商品二維碼的轉換方法和程序如下：

1）通過電子標簽讀寫器讀取電子標簽數據，并上傳至數據轉換處理中心。

2）解析電子標簽的EPC 存儲器數據b197b196…b0，通過電子標簽數據解析模塊識別標頭值b197b196…b190和濾值b189b188b187判斷電子標簽編碼結構和基本物流類型，b197b196…b190和b189b188b187應滿足：

讀取分區值b186b185b184，根據SGTIN 分區值表[4]，獲取廠商識別代碼的位數M，分離出廠商識別代碼b183b182…b(184-M)、貿易項代碼b(183-M)b(182-M)…b140和序列號b139b138…b0。

3）數據轉換模塊將廠商識別代碼b183b182…b(184-M)當作無符號整數，轉化為十進制數表示的L位數字p1p2…pL，提取廠商識別代碼。應滿足：

4）將貿易項代碼b(183-M)b(182-M)…b140當作無符號整數，轉化為十進制數表示的（13-L）位數字i1i2…i(13-L)，提取指示碼i1和項目參考代碼i2i3…i(13-L)。應滿足：

5）將序列號b139b138…b0轉化為字符串SnS(n-1)…S1。

6）構造二維碼數據中14 位全球貿易項目代碼N14N13N12…N1，構造方法為：

其中，N13N12…N(14-L)為廠商識別代碼；N(13-L)N(12-L)…N2為商品項目代碼；N14為指示碼。

7）計算校驗碼N1：

8）解析電子標簽的用戶存儲器數據，并轉換為編碼信息字符串，通過應用標識符（AI）解析數據字段及其含義，并識別所需生成二維碼的其他數據（AI）YnY(n-1)…Y1…。

9）將所需生成商品二維碼的數據按照編碼數據結構格式編制成商品二維碼編碼信息字符串（01）N14N13…N1（21）SnS(n-1)…S1（AI）YnY(n-1)…Y1…。

10）通過二維碼打印機打印出轉換后的二維碼。

2.2.3 轉換示例

該節應用上述轉換方法將包含EPC 二進制代碼（00110110 001 101 011010011111011110001001 00010001000101110101 000…01101010000101）和用戶存儲器數據（批號：A100，包裝擴展信息網址：www.2dcode.org）的SGTIN-198 EPC 電子標簽數據轉換為編碼數據結構商品二維碼信息字符串，過程如下：

1）通過電子標簽讀寫器讀取電子標簽數據，并上傳至數據轉換處理中心。

2）電子標簽數據解析模塊識別標頭值b197b196…b190（00110110）和濾值b189b188b187（001），根據式（1）判斷和確認標簽類型，確認標簽為SGTIN-198的EPC電子標簽。

讀取分區值b186b185b184（101），根據分區值表查詢獲取分區值P為5，M為24。并解析獲得：廠商識別代碼b183b182…b(184-M)=011010011111011110 001001；貿易項代碼b(183-M)b(182-M)…b140=00010001000101 110101；序列號b139b138…b0=000…01101010000101。

3）根據式（2），數據轉換模塊將廠商識別代碼011010011111011110001001 轉化為十進制數，得：p1p2…pL=6944649。

4）根據式（3），數據轉換模塊將貿易項代碼00010001000101110101 轉化為十進制數，得：i1i2…i(13-L)=070005。

5）數據轉換模塊將序列號000…01101010000 101 轉化為字符串，得：SnS(n-1)…S1=6789。

6）根據式（4），構造14 位二維碼數據中全球貿易項目代碼N14N13N12…N1，其中，廠商識別代碼N13N12…N(14-L)=p1p2…pL=6 944649；商品項目代碼N(13-L)N(12-L)…N2=i2…i(13-L)=70005；指示碼N14=0。

7）根據式（5）計算校驗碼N1=8。

8）解析電子標簽的用戶存儲器數據，并轉換為編碼信息字符串：（10）A100（8200）www.2dcode.org。

9）生成商品二維碼編碼信息字符串：（01）06944649 70005 8（10）A100（21）6789（8200）www.2dcode.org。

10）通過二維碼打印機打印二維碼。

2.3 二維碼轉換為電子標簽

2.3.1 編碼結構對應關系

為了更好地理解轉換方法，文中給出編碼數據結構商品二維碼轉換為SGTIN-198 EPC 電子標簽的結構對應關系，如圖3 所示。

圖3 編碼數據結構商品二維碼轉換為SGTIN-198 EPC電子標簽的結構對應關系

2.3.2 轉換程序

編碼數據結構商品二維碼轉換為SGTIN-198 EPC 電子標簽的轉換方法和程序如下：

1）通過二維碼掃描器讀取編碼數據結構商品二維碼，并將二維碼信息上傳至數據轉換處理中心。

2）二維碼數據解析模塊對二維碼信息（01）N14N13…N1（AI）YnY(n-1)…Y1…進行解碼，識別應用標識符（AI）01。獲取全球貿易項目代碼N14N13…N1，解析廠商識別代碼長度L，并提取指示碼N14、廠商識別代碼N13…N(14-L)和商品項目代碼N(13-L)…N2。

3）數據轉換模塊根據廠商識別代碼長度L，查詢SGTIN 分區值表[4]，獲取SGTIN-198 EPC 電子標簽的分區值P、廠商識別代碼的位數M和指示碼加項目參考代碼的位數O。分區值P對應的M和O應滿足：

4）數據轉換模塊進行轉換處理，將二維碼數據中的廠商識別代碼N13N12…N(14-L)當作十進制數，構造SGTIN-198 EPC 電子標簽編碼結構中的廠商識別代碼p1p2…pL，并轉化為二進制表示形式b183b182…b(184-M)，即：

5）在二維碼數據中的商品項目代碼N(13-L)…N2前增加指示碼N14，轉化為十進制數表示的（13-L）位數字，構造SGTIN-198 EPC 電子標簽編碼結構中的貿易項代碼i1i2…i(13-L)，并轉化為二進制表示形式b(183-M)b(182-M)…b140，即：

6）構造序列號S，轉化為二進制表示形式b139b138…b0。S應滿足：

7）從最高有效位到最低有效位串聯以下位字段構造最終二進制編碼：標頭00110110（8 位）、濾值（3位）、分區值（3 位）、廠商識別代碼（M位）、貿易項代碼（O位）、序列號（140 位）。生成電子標簽EPC 存儲器中的二進制代碼：b197b196…b0。

8）解析二維碼其他數據（AI）YnY(n-1)…Y1…，通過應用標識符（AI）解析數據字段及其含義，并轉換為電子標簽編碼信息字符串。

9）通過電子標簽讀寫器將二進制代碼b197b196…b0寫入電子標簽中的EPC 存儲器，將轉換后的二維碼其他數據YnY(n-1)…Y1…寫入電子標簽用戶存儲器。

2.3.3 轉換示例

應用上述轉換方法將編碼數據結構商品二維碼信息字符串（01）06944649 70005 8（21）6789（10）A100轉換為SGTIN-198 EPC 電子標簽數據，過程如下：

1）二維碼掃描器讀取編碼數據結構商品二維碼，并將二維碼信息上傳至數據轉換處理中心。

2）二維碼數據解析模塊解析L=7，獲得廠商識別代碼N13…N(14-L)=6944649、商品項目代碼N(13-L)…N2=70005。

3）根據SGTIN 分區表值和式（6），獲得M=24，O=20。

4）數據轉換模塊構造SGTIN-198 EPC 電子標簽編碼結構中的廠商識別代碼p1p2…pL，根據式（7）轉化為二進制數：b183b182…b(184-M)=0110100111110 11110001001。

5）數據轉換模塊構造SGTIN-198 EPC 電子標簽編碼結構中貿易項代碼i1i2…i(13-L)，根據式（8）轉化為二進制數：b(183-M)b(182-M)…b140=0001000100010 1110101。

6）構造序列號S，將序列號6789 轉化為二進制數：b139b138…b0=000…01101010000101。

7）生成電子標簽EPC 存儲器中的二進制代碼b197b196…b0：00110110 001 101 011010011111011110001 001 00010001000101110101 000…01101010000101。

8）解析二維碼其他數據（10）A100，并轉換為電子標簽用戶存儲器編碼信息字符串：批號A100。

9）通過電子標簽讀寫器分別將EPC 存儲器數據和用戶存儲器編碼信息字符串寫入電子標簽。

3 結論

二維碼和電子標簽作為物聯網環境下現代貿易和物流監管溯源的兩種常用技術，將各自特點和優勢長期協同助力物流和產品供應鏈實時監管，然而目前缺乏兩者之間對應的數據轉換方法，導致無法高效快速實現兩者的信息交換。文中構建了一種二維碼和電子標簽的互通性系統模型，該模型由二維碼掃描器、二維碼打印機和電子標簽讀寫器3 個外圍設備和一個數據轉換處理中心組成。同時，深入研究兩者編碼結構，以編碼數據結構商品二維碼和SGTIN-198 EPC 電子標簽為載體提出了一種數據轉換方法。轉換示例表明，該方法能有效實現二維碼和電子標簽之間的數據轉換，該方法的提出能夠提升產品溯源的有效性，并進一步推動現代貿易和物流行業的信息化、高效化和高質量的發展。