1 引言

無線射頻識別技術（RFID）是一種非接觸式自動識別技術。與傳統的條形碼、磁條等自動識別技術相比，RFID具有識別距離遠、體積小、信息量大、環境適應性強等優點，可廣泛應用于零售、物流、交通、醫療、國防等各個行業，被譽為本世紀最有發展前途的信息技術之一。RFID技術歷史悠久，美國人HarryStockman于1948年10月在IRE學報上發表的論文《利用反射的功率進行通信》，首次詳細描述了RFID的概念及其實現方法，至今已經有60多年的歷史。

近幾年RFID技術發展十分迅速，RFID技術己經逐步應用到食品安全、物流等供應鏈系統中，美國的沃爾瑪已經在其物流系統中全面使用RFID技術。在國內2008年北京奧運會中在奧運食品跟蹤、票證防偽等均采用RFID技術，可見RFID技術應用已經非常廣泛。我國對RFID的重視程度也越來越高，RFID作為將要進入人們日常生活中的新型技術，不僅蘊藏著巨大商業利益更涉及國家信息安全。為此，國家發布了《中國RFID技術政策白皮書》，并設立多個RFID標準組，涵蓋RFID產業的各個方面。標準的制定將使RFID技術更加成熟，也將促使其更加廣泛的應用。

RFID技術在物流中應用是提升國內物流水平一個重要的手段，對物流和RFID產業都是一個重要契機。當前，盡管RFID技術在部分領域使用，但是都是封閉系統，不能產生規模效益。而在物流領域的使用能帶動生產、銷售等領域使用RFID技術，構筑成為物聯網的一部分。現階段，RFID技術在物流中使用并不成熟，本文就這些存在問題做了一些探討。

2 優勢與問題

RFID在物流中使用有巨大的優勢，特別是UHF頻段的標簽，和傳統上的識別手段相比具有以下優點：

（1）和傳統的條形碼、磁卡等識別技術相比RFID技術具有非常明顯的優點。它工作范圍大。識別器和識別對象間沒有物理接觸、適于惡劣環境抗干擾能力強、可以穿透非金屬物體進行識別處理、可用于多目標識別及對運動目標進行識別等。

（2）RFID不需要人工去識別標簽，讀卡器可以快速從射頻標簽中讀出位置和商品相關數據。有UHFRFID讀卡器可以每秒讀取200個標簽的數據，這比傳統掃描方式要快超過1000倍。

（3）電子標簽封裝形式多樣，使用壽命長，可重復利用，而且很難偽造。電子標簽可以粘貼于商品外包裝或托盤上。

但是RFID除了具有上面優勢，但也存在兩個方面的問題：

（1）成本問題：現階段情況下，RFID設備相對條碼設備有成本，無論是在讀寫設備還是標簽上，RFID設備成本都是條碼的數十倍，特別是在RFID未能大規模應用情況，RFID標簽成本問題尤為突出，造成了很多企業望而卻步。但在實際應用中，利用RFID優勢可以大大降低成本，RFID優勢是效率高，壽命長，能方便的采集信息，在產品的生產、物流、銷售、售后服務等環節都需要產品信息，可以把RFID成本分攤的各個環節中，一個標簽可以用在生產監控，提高生產效率；同時可以用在物流，加快物流速度；在銷售和售后方面使用提高產品銷售體驗、改善售后服務。因此這種分攤方案不但可以達到產品相關數據在產品的各個環節共享，還可以把RFID成本分薄到各個環節，提高各個環節運行效率，最終達到總體上節約成本、提高效率的目的。

（2）可靠性問題：RFID數據獲取存在不可靠性，最為突出問題出現在UHF頻段，大量標簽聚集時，成功讀取到所有的標簽存在問題，特別在一個應用環境比較復雜情況下，經常存在漏讀現象，解決這些問題除了采用增加硬件設備（如增加讀寫器或天線數量）、放大功率（如使用大功率的讀寫設備）、改進軟件算法（如標簽平滑算法）等技術手段外，還應該制定特定應用環境下的操作規范，例如選取標簽貼在物品上的位置，盡可能選擇易于讀取的位置；貼有標簽物品在移動時應該控制一定速度以增加被讀取到幾率。

3 中間件框架

在應用RFID技術的物流系統中，RFID讀寫設備較多、數據短時間內數據讀寫量大，企業的應用系統無法直接使用RFID采集的數據，必須需要進一步處理，這就需要RFID中間件。

RFID中間件介于讀寫設備與應用系統之間，RFID系統的一個重要組成部分。中間件的主要任務是屏蔽不同標簽、讀寫設備之間的差異并且對讀寫設備上傳與標簽相關的事件、數據進行過濾、匯集和計算，減少從讀寫設備傳輸到應用系統的巨量原始數據、增加有抽象意義信息量。中間件的設計是RFID應用的一項極為重要的核心技術，可以說，中間件是RFID系統的神經中樞。

軟件系統架構方法很多，如集中式、返回調用式、流水式等。其中適用于中間件的架構方式是層次調用結構，它具有結構清晰、層次分明、易于維護等特點，能較好的滿足中間件的可擴展性、可伸縮性的要求。雖然層次架構可能會降低一定的系統性能，但是可以通過優化功能實現得到一定的補償。因此RFID中間件采用了層次調用思想進行架構，并遵循 EPCglobal的中間件標準，其體系結構如圖1所示。

面向物流的RFID中間件為三層結構，自下而上分別為讀寫器管理層、應用事件處理層及邏輯事件層。每層都可以獨立運行，這使得中間件滿足了可伸縮性要求，允許用戶根據需求靈活配置。第一層為讀寫器管理層，主要負責管理系統中的讀寫器協調工作，兼容不同種類的讀寫器，處理原始的標簽數據。這個層次產生的數據簡單，但是實時性很強，可以滿足低級應用，讀寫器管理層可以認為是一個應用程序中間件；第二層為應用事件處理層，主要負責讀寫周期的控制、訪問控制、數據的過濾和聚集，以及應用事件所產生報告的訂閱和分發，應用事件處理層是一個符合ALE標準的中間件；第三層是邏輯事件層，主要是形成物流業務邏輯的事件。

4 設備管理

目前物流中使用RFID技術存在的一個重要問題就是RFID讀寫設備數量眾多，導致部署難度大，非常不便于管理。主要原因是讀寫設備本身的多樣性，支持協議不統一，硬件指標也不一致。讀寫器管理層主要負責解決這些存在的問題，最終目標是實現讀寫器托管機制，使讀寫器管理操作對上層應用系統透明。RFID讀寫器網絡管理層最終的目的是讓上層系統直接利用讀寫器產生的數據，而不需繁瑣的讀寫器知識，實現讀寫器托管機制，圖2是讀寫器網絡管理模型。

在這個模型中，有遠程控制、數據緩存和讀寫器適配器與外部交換數據，處于核心地位是控制中心，下面是簡單介紹：

（1）遠程控制：接收遠程控制命令，包括讀寫器設置、獲取讀寫任務等等，但不接受數據服務，只接受控制命令，這樣可以把控制命令和數據服務分離開，易于管理；

（2）控制中心：是整個系統的控制器，包括系統啟動、關閉、錯誤處理等；

（3）調度中心：這是一個專門對UHF RFID應用設置的RFID在物流系統中應用的研究模塊，由于 UHF RFID讀寫器存在沖突的可能，需要對多個讀寫器協調控制；

（4）網絡管理：監控整個 RFID讀寫器網絡，實時對整個網絡上讀寫器進行監測，報告出錯讀寫器，并針對有可能的修復提出修復措施，管理所有的讀寫器，更具體的說明請見下節；

（5）讀寫設備適配器：為了適應多種讀寫器，負責直接與讀寫器通信，設置讀寫器參數，并且能接收讀寫器產生的數據；

RFID讀寫設備產生了大量數據，例如，在 EPC Class1 Gen2標準下， RFID讀寫器每秒最多能讀到1800條數據，這些顯然絕大部分都是重復數據，還可能有無效的數據（錯讀、漏讀和多讀），所以這些數據需要處理，剔除不必要的和錯誤的數據。這些處理通過標簽平滑算法實現 （Tag Smoothing）。在標簽的平滑算法中，一個標簽是否被讀取到并不是判斷標簽瞬間是否被讀取到，而是去判斷標簽在一段時間的狀態，這在一定程度上修正了錯讀、漏讀和多讀行為。

標簽平滑算法可以對讀寫器已經讀取數據進行修正和精簡數據。算法假定一個標簽有三種狀態 Unknown、Glimpsed和Observed。Unknown是標簽未知狀態，表示標簽不在讀取區域； Glimpsed是標簽讀取到一次后的狀態； Observed是標簽在讀取區域的狀態。

算法還有重要變量： Tfirst：標簽第一次讀取到的時間； Tlast：標簽最后一次讀取的時間； Tnow：現在的時間； TagCount。標簽被讀取到的時間； GlimpsedTimeout：標簽在 Glimpsed狀態最長時間的一個閥值； ObservedTimeThreshold：標簽有Glimpsed狀態轉入 Observed狀態的時間門檻值； ObservedCountThreshold：標簽有 Glimpsed狀態轉入Observed狀態的讀取次數門檻值； LostTimeout是標簽 Observed狀態轉入 Unknown狀態的時間閥值。 GlimpsedTimeout、ObservedTimeThreshold、 ObservedCountThreshold和LostTimeout是上層設定的一個常量。

算法通過一個有限狀態機實現，如圖3所示，其規則如下：

（1）標簽 Tag被讀取到， Tnow為當前時間，當標簽處于Unknown狀態，這意味標簽是第一次讀取，標簽轉入 Glimpsed狀態， TagCount=0，Tfirst和Tlast都置為 Tnow；當標簽處于 Glimpsed狀態， Tlast置為 Tnow，且 TagCount=TagCount+1；當標簽在 Observed狀態， Tlast置為 Tnow。

（2）標簽處于 Glimpsed狀態： GlimpsedTimeout有效（非空）且小于標簽未被讀取到時間 （Tnow-Tlast），這說明標簽已經失效，標簽轉入 Unknown狀態； ObservedCountThreshold有效（非空）且小于 TagCount，這說明標簽已經確認讀取到，標簽轉入 Observed狀態； ObservedTimeThreshold有效（非空）且小于標簽已經被讀取的時間 （Tnow-Tfirst），這說明標簽已經確認讀取到，標簽轉入到Observed狀態。

（3）標簽處于 Observed狀態： LostTimeout有效（非空）且小于標簽未被讀取到時間 （Tnow-Tlast），這說明標簽已經失效，標簽轉入 Unknown狀態。這個算法能過濾掉重復、多讀和修正漏讀、錯讀的數據，上層只需要獲取剛剛進入到 Observed狀態的數據 （TagIn）和離開 Observed狀態的數據 （TagOut）。但同時也應該注意到，這個算法并不能從根本解決錯讀、漏讀和多讀的問題，只是很大部分的解決了，有些問題例如標簽長時間被金屬片遮擋，需要從應用環境中解決。

（4）數據緩存：一個高速的緩存器，提供數據服務，暫存訪問者訂閱的有效數據，以供上層訪問數據；

（5）數據處理：處理緩存的數據，這是因為讀寫器產生數據很多都是粗糙的數據，要經過初步的處理才能夠利用，同時，要保證向上提供無差別的數據，就需要處理所有的數據使其格式統一。

5 應用級事件

應用級事件層兩大核心處理業務是：事件處理和事件共享。事件處理是把讀寫器產生的數據經過過濾、聚合、報告處理，形成一個應用級事件，這些應用級事件，是一個完整的 www（what， when， where）事件。事件共享包括事件訂閱和事件分發兩個部分，事件訂閱是訪問者訂閱感興趣的事件，事件分發是指中間件把用戶訂閱的事件傳送給訂閱者。

根據ALE協議和應用級事件層的功能，本文提出圖4模型：

此層接收上層訪問和數據服務，同時接收讀寫器網絡層上傳數據，對于一般上層用戶來說，只需要定制所需的數據格式，就可以得到數據，這種方式可以是異步，也可以是同步。下面就主要模塊討論：

（1）訪問控制：這個模塊主要作用是實現安全機制，對每次訪問都要進行認證是否合法和對一些用戶授權；

（2）周期控制：在應用事件系統，事件處理與事件周期密不可分，這個模塊是用來處理事件周期運行。

事件周期的生命周期通過一個狀態機實現的，如圖5所示，它有三種狀態： Unrequested、Requested和 Active，Unrequested是定義了一個事件周期沒有任何用戶使用的狀態， Requested表示有用戶使用了這個事件周期，但是事件周期并沒有達到開始的條件，比如

起始觸發器沒有觸發。 Active表示事件周期處于活動狀態，比如開始盤查區域的標簽。

（3）數據訂閱分發：接收合法的用戶訂閱數據，并且在適當的時候把數據分發給用戶；分發方式多種，可以是 HTTP、HTTPS、TCP或FILE，這些可以根據具體需要定制。

（4）報告：對于訂閱的數據，根據訂閱的格式，處理成一個報告，這個報告就是用戶訂閱的數據。報告內容是過濾和聚合后的數據，還有一些附屬信息，包括事件周期執行的情況，例如，執行時間、周期起始條件和終止條件等；

（5）字段定義：對標簽來說，標簽可以存儲信息，對存儲的每段信息，記作一個字段，在系統定義字段可以快捷準確操作存儲器內的信息。例如，定義 UHF Class1 Gen2標簽 USER存儲區0到32位為產品生產日期字段，記作 “ManDate”，那么在訂閱產品生產日期數據中就可以直接使用 “ManDate”，而不在詳細的指定是USER存儲區0到32位。甚至可以指定數據格式，比如“ YYYY-MM-DD”，這樣的好處，訂閱的數據將不再是難以被理解的二進制數據；

（6）邏輯讀寫設備：在訂閱數據時，需要指定訂閱哪些讀寫設備的數據，邏輯讀寫設備和讀寫設備網絡管理層中物理讀寫設備存在映射關系，邏輯讀寫設備可映射為一個物理讀寫設備集合，這個主要是降低讀寫設備網絡和應用級事件系統之間的耦合關系，使兩者間有更大的靈活度。

（7）事件處理：這個主要是實現應用級事件，是系統的關鍵，處理由讀寫器網絡上傳的數據，經過過濾和聚合，這就是“有效數據”，這些定制成一個Report，可以供用戶使用。

6 邏輯事件層

基于 RFID物流系統相對于傳統物流管理的優勢在于提高信息鏈的信息準確度和更新速度。保證各個環節信息的準確性和一致性。但是整物流過程的業務邏輯十分復雜， RFID中間件只提供簡單的應用事件信息有些時候并不能滿足需求，還需要升級企業原有的應用系統來融合 RFID技術，這樣就給企業帶來很大的負擔，阻礙RFID應用推廣。邏輯事件層集成了一些基礎應用，經過該層處理后的信息就可以基本滿足企業的業務需求，從而使得企業可以在系統改動最少的情況下集成 RFID技術。

使用邏輯事件層有一個前提必須滿足，因為該層用到了物流整個環節的信息，所以要求本層能夠訪問一個公共的數據服務器，改數據庫存儲各個環節產生的應用事件數據信息，這些數據信息可以共享給物流活動的各個參與者。

基礎的物流業務邏輯有產品溯源、產品流動信息的追蹤等，一般情況下，本層事件主要是產品的信息實時監控，根據不同應用系統產生其需要的具有邏輯意義的時間。

7 總結

隨著 RFID的廣泛應用， RFID技術也在突飛猛進的發展。本文研究了 RFID中間件的 RFID數據采集、數據處理技術及應用級事件信息共享技術，提出了 RFID中間件平臺體系架構并實現了平臺基礎設施原型，具有一定的現實及理論意義。

RFID應用伴隨而來問題不斷涌現，除了以上討論的問題外，還有安全、隱私等問題，需要更多的深入研究。此外，由于 RFID應用在初期投入大、成本高，在很多應用需要政府的政策支持。

責任編輯：ct