射频识别在物品跟踪与追溯系统中的应用

第16卷第1期Vol.16No.12010年1月ComputerIntegratedManufacturingSystemsJan.2010:1006-5911(2010)01-0202-07:2009201202;:2009203231。Received02Jan.2009;accepted31Mar.2009.:国家863/CIMS主题资助项目(2006AA04A118,2006AA04A133)。Foundationitem:ProjectsupportedbytheNationalHigh2Tech.R&DProgramforCIMS,China(No.2006AA04A118,2006AA04A133).:李敏波(1970-),男,江西南昌人,复旦大学软件学院副教授,主要从事管理信息系统、RFID应用等的研究。E2mail:[e-mail]。射频识别在物品跟踪与追溯系统中的应用李敏波,金祖旭,陈晨(复旦大学软件学院,上海201203):针对供应链全过程的物品跟踪和追溯需求,提出了基于射频识别语义事件的物品跟踪模型和追溯方法;定义了五种射频识别业务事件,使用可扩展标记语言元素描述产品物流信息。通过缓存优先级排队策略处理并发射频识别复杂事件,实现了射频识别事件与业务单据的自动匹配和集成。设计了物品跟踪与追溯系统的功能架构、网络结构和安全体系,通过WebService和手机短信等多种方式查询追溯信息。将基于射频识别的跟踪与追溯方法应用于大型酒厂的综合管理,可以有效实现高档酒防伪、经销商防窜货管理和库存管理。:无线射频识别;跟踪与追溯;事件;产品电子代码信息服务:TP391:AApplicationofRFIDonproductstrackingandtracingsystemLIMin2bo,JINZu2xu,CHENChen(SoftwareSchool,FudanUniversity,Shanghai201203,China)Abstract:Aimingattherequirementsofproducttrackingandtracingintheentiresupplychain,anewproducttrack2ingmodelandtracingmethodbasedonRadioFrequencyIDentification(RFID)semanticeventwasputforward.FivetypesofRFIDbusinesseventsweredefined,eXtensibleMarkupLanguage(XML)elementwasusedtode2scribethestatusofproductpslogistics.ByprocessingconcurrentRFIDcomplicatedeventswithbufferedpriorityqueuingrules,RFIDeventscouldbeintegratedandmatchedautomaticallywiththebusinessorderofapplicationsys2tem.Thesystemarchitecture,networktopologyandsystemsecurityoftrackingandtracingsystemweredesigned.ThetraceableRFIDinformationofproductcouldbequeriedandaccessedthroughWebServiceandShortMessagingService(SMS).ThetrackingandtracingmethodbasedonRFIDwasappliedtothemanagementsystemofwinerywhichwashelpfulforanti2counterfeitingandanti2changingproductforthefranchisers,andstockmanagement.Keywords:radiofrequencyidentification;trackingandtracing;event;electronicproductcodeinformationservice0目前国内外对物品的跟踪和追溯十分重视。欧盟相关法律法规要求在欧盟国家销售的牛肉制品和生鲜水果、蔬菜都要具有可追溯功能。美国食品与药品管理局(FoodandDrugAdmistration,FDA)要求对食品安全进行跟踪与追溯。中国于2007年7月和12月,相继出台的5食品召回管理规定6和5药品召回管理办法6,以及国家最新颁布的5食品安全法6,都要求食品/药品制造和流通企业能够动态地跟踪同批次产品的当前位置等信息,以便及时、方便地召回有问题产品。在国际标准化组织ISO4802:1949中,/可跟踪性0定义为:通过记录标识的方法确定某个实体来第1期李敏波等:射频识别在物品跟踪与追溯系统中的应用历、用途和位置的能力。物品/可追溯性0指原料或部件的来源、产品的加工历史、产品配送过程中的流通和位置可追溯。射频识别(RadioFrequencyIDentification,RFID)具有无线、非接触、高速自动目标识别等特点,已逐步应用于铁路运输监控与管理、高速公路收费、危险品管理、农产品/食品/药品跟踪管理[122]、动物识别管理、集装箱管理、高档商品防伪识别等领域。文献[3]提出的区域RFID信息公共服务平台包括中间件服务模块和底层硬件模块、企业数据中心模块和企业应用模块。通过RFID中间件服务,使用消息队列将各读写器读到的事件驱动过程链(Event2drivenProcessChina,EPC)信息主动发给企业数据中心,企业数据中心由数据库和产品电子代码信息服务(ElectronicProductCodeInforma2tionService,EPCIS)组成,存储产品EPC信息,并提供数据交换和查询。文献[4]设计了轻量级的RFID信息追踪模型和架构,包括物品命名解析服务器、物品溯源服务器、物品信息服务器和公共服务代理器。文献[5]采用数据网格与RFID相结合的方式,构建农产品跟踪与追溯系统,将RFID数据以规格化的可扩展标记语言(eXtensibleMarkupLanguage,XML)文档形式描述,采用事件机制、消息发布与订阅机制统一处理RFID事件。广东省和福建省检验检疫部门[6]应用RFID技术对出口鳗鱼产品质量控制信息进行实时追踪和管理,上海对生猪采用RFID技术进行质量追溯。文献[7]提出制造业动态追踪任务模型,加强了供应链的追溯功能,文献[8]和文献[9]提出了仅应用于单一闭环领域的RFID跟踪系统。RFID系统通常将读写器r在t时刻识别的标签s形成数据元组(r,s,t)直接发送给应用系统,将底层数据流变换成可管理的RFID数据流[10]。文献[11]在简单事件处理中引入标签识别状态和事件驱动状态转换,使用应用无关和应用相关的复合事件处理机制,将RFID原始数据转换为应用系统需求信息,并可定制特定的复合事件处理规则。文献[12]提出了复合订阅语言,设计了基于图和时间事件的订阅匹配算法,以支持时序和非触发式事件的检测。文献[13]分析了基于流的共享事件处理(Stream2basedandSharedEventProcessing,SASE)的复杂事件算法存在的不足,采用Hash表和有限自动机(DeterministicFiniteAutomaton,DFA)来存储和检测RFID复杂事件。综上所述,已有RFID产品跟踪追溯的研究集中在RFID数据采集和物品RFID信息跟踪记录、RFID信息公共服务平台的研究开发,RFID中间件和RFID事件处理机制的研究集中在RFID数据无冗余采集、数据过滤、简单数据转化成RFID复杂事件、RFID复杂事件的处理机制和事件发布与订阅机制。目前,RFID的应用研究缺乏RFID事件的业务应用分析和技术实现研究;缺乏对并发RFID事件的处理机制研究,未涉及RFID事件与企业业务单据之间的集成。针对RFID技术用于物品跟踪和追溯的需求,本文提出了基于RFID语义事件的物品跟踪模型和追溯方法,使用基于XML的RFID业务事件,记录、存储和追溯产品的物流信息,研究了并发RFID事件的处理机制,设计了基于RFID的物品跟踪与追溯系统的功能架构、网络结构和安全保障方法,实现了基于RFID事件的物品信息实时跟踪和追溯查询。1为了建立信息系统中跟踪模型与产品物流实体间的对应关系,需要解决物理实体编码标识与管理系统中相应数据的映射问题。可追溯单元作为产品物流跟踪和追溯的对象,可以是产品原辅料、产品半成品、单品、包装箱、托盘、集装箱等,可追溯单元[14]包括定义标识信息和记录信息两部分。标识信息的主要功能是确保跟踪与追溯过程的连续性;记录信息的主要功能是实现企业内部和外部流通追溯。通过可追溯单元的设计与构建,可以将对物理实体的跟踪与追溯转变为对供应链中不同可追溯单元信息的追溯,实现由物理追溯向信息追溯的转变。将产品可追溯单元定义为对象集合S={S1,S2,,,Sn},S可以为一个单品,或是由一批单品{S1,S2,,,Sn}组成包装箱/托盘或集装箱。相应地,该对象S集合于时间t,经过某一个供应链节点,其物流状态Pt(S)可用以下九个参数来描述:Pt(S)=(Enum1i=1Mati(S),Enum2j=1Attrj(S),t,Id(S),Loct(S),Unitt(S),Proct(S),Relat(S),Ordt(S))。其中:材料参数Enum1i=1Mati(S)表示产品S的主要原料或关键零部件序列号;203计算机集成制造系统第16卷属性参数Enum2j=1Attrj(S)表示产品S的基本属性值,由制造商提供;时间t为产品S状态变化的时间,通过RFID读写器读取产品S标签时自动生成;电子标签Id(S)为产品S电子标签编码值,跟踪对象为单品、包装箱、托盘或集装箱标签;位置参数Loct(S)为产品S状态变化的地点,通过读取RFID读写器编号获取位置Loc信息;操作用户Unitt(S)为产品S状态变化的操作用户ID(制造商/批发商/零售商的操作用户);业务类型Proct(S)为产品S在供应链过程发生操作的业务类型,如生产下线、装箱、入库、出库、拆箱、销售、查询等;关联参数Relat(S)表示产品对象S与其他对象的关联关系,如单品与包装箱关联、包装箱与托盘关联,实现对象S与被关联对象之间电子标签的绑定与拆分;单据参数Ordt(S)表示该对象S对应的业务单据号,如采购入库单、销售出库单、运输单等单据号,通过该变量实现与企业业务数据的关联查询。可追溯单元S的追溯信息为Inf(Id(S))=(Enum1i=1Mati(S),Enum2j=1Attrj(S),Loct(S),Unitt(S),Proct(S),Ordt(S))。通过可追溯单元S的电子标签ID号,可以查询可追溯单元S的原材料/零部件参数、产品的真伪性、产品属性、产品的所有物流状态信息(包括时间、地点、单位、关联业务单据号)。2EPCglobal组织发布了EPCIS接口标准[15],EPCIS提供了一个模块化、可扩展的数据和服务的接口,使得EPC的相关数据可以在企业内部和企业之间共享。EPCIS接口[16]包括EPC事件定义、获取与查询。本文遵循并扩展EPCIS接口,用XML语义描述和存储产品物流的RFID业务事件。211根据产品在供应链中的物流变化状态,将RFID复杂业务事件(event)分为五种类型:¹对象事件(objectevent),表示读到标签的EPC事件;º聚合事件(aggregationevent),表示多标签合并的事件;»数量事件(quantityevent),表示同类物品标签的数量;¼交易事件(transactionevent),表示物品与业务处理相关联的事件,该事件可以与具体业务订单绑定;½查询