基于RFID技术的物流路径跟踪管理系统的设计与实现

[摘要]本文结合现代物流各阶段的特点，分析了RFID技术应用的关键路径技术难题。在此基础上，详细分析了物流路径跟踪管理系统的体系结构和功能需求，并结合数据库管理技术，实现了一个对物流路径进行跟踪与管理的管理系统原型。

[关键词]RFID技术；产品路径；跟踪管理

[中图分类号]TP315　[文献标识码]A　[文章编号]1005-6432(2008)49-0013-05

随着通信技术、计算机技术和网络技术的发展和广泛应用，信息化成为解决现代物流的重要支撑和技术手段。传统条形码已逐渐不能满足现代物流发展的需要，电子标签(RFID)技术作为迅速发展起来的一种新兴的自动识别技术，它可以解决条形码面临的问题，在不久的将来大有取而代之的趋势。

1　物流路径跟踪管理的基本原理

使用射频识别技术实现产品路径跟踪的基本原理是在各供应链成员的仓库出入口设置射频读写器。当附有电子标签的产品经过这些仓库的出入口时，读写器会通过射频脉冲自动捕获产品的EPC码，并记录产品数据采集事件的时间戳；然后，系统就生成一个记录产品路径的信息节点，由一连串的信息节点按时间顺序排列则构成了产品经过的全部物流路径，决策者可以根据这一路径信息实现对产品的历史状态追踪、查询，同时也可以知道产品当前所处的位置和状态。

2　物流路径跟踪管理的阶段需求

2.1　生产阶段

生产商生产出产品，每个产品都被附上电子标签，然后通过读写器写入唯一的识别代码(ID码)，产品电子产品码(即EPC码)，并将物品的信息录入到数据库中。然后通过RFID打印机在RFIDI上打印肉眼可见的条码信息，同时在标签芯片写入符合EPC的数据信息；人工(或用自动贴标机)将已经打印和编码的RFID贴在物品的外包装上，将一类同样的物品装箱后，在集装箱外面同样贴上该箱产品的标签。出入库时，贴有RFID的产品通过装有RFID阅读器和天线通道进行产品信息的处理与跟踪。

2.2　运输阶段

物流公司收到生产供应商的货物，通过手持读写器，不用打开包装，就能读取产品上RFID的信息，马上和生产供应商发来的数据进行比较，立即就能知道来货是否有误，是否差数，就可以采取拒收或查验等措施，从而避免货物的丢失和发错货。同时，更新标签上的信息(如商品存放地点和状态)，把更新后的信息传回中央数据库，并进行记录，就可以随时了解货物的实际位置，以及其他相关信息。

2.3　销售阶段

建立集中式数据中心货物流转过程中所发生的每个位置变化被传回中央数据库，并进行记录，可实时了解货物的实际位置，并可全程追踪到全部流转环节。“全程追踪”可改善丢货、错货的问题，节省相关成本，从而赢得市场空间。而且“全程追踪”可使企业实时地了解商品的销售、仓储等动态数据。

2.4　回收阶段

发生缺陷或不合格的产品，就可以很容易地找到问题的来源，便于回收有问题的产品。例如，当顾客买到一件不合格的商品时，他可以拿着这件商品来到零售商处要求换取合格的商品。零售商通过查询到该商品的生产地，就可以将该不合格的商品退回到生产商处。生产商通过产品路径跟踪系统，就可以查询出该产品在哪个工序中出了问题。从而对该产品进行改造，也可以让生产商避免下次再犯同样的错误。

3　物流路径跟踪管理系统的体系结构

一个完整的物流路径跟踪系统，主要由三部分组成：标签数据的射频采集，路径信息更新系统，存储信息的PML服务器，如图1所示。

4 系统功能分析与设计

物流跟踪管理系统主要包括两大模块：一为信息管理模块，二为后台管理模块。

4.1　信息管理模块

信息管理模块包含以下三个小模块：

4.1.1　标签数据的射频采集模块

产品经过各个仓库节点，通过装有RFID阅读器和天线通道，产品出入库时，路径信息采集系统就会自动生成一个物理节点信息，然后根据入库、出库的具体情况进一步生成入库节点信息或者出库节点信息。当贴有标签的货箱经过阅读器时，标签便将产品数据传递给阅读器。

4.1.2　路径信息更新模块

产品每经过一个物理节点时，路径信息采集系统就会自动生成一个物理节点信息，然后根据入库、出库的具体情况进一步生成入库节点信息或者出库节点信息。

4.1.3　路径信息查询模块

供应链中授权的成员通过路径信息查询主机，通过互联网实时访问，就可以查询要查找的产品的所有路径信息，能随时知道产品到达与离开节点的所有相关信息。

4.2　后台管理模块

为了更好地管理和处理数据，后台管理模块包含了统计数据报表、数据权限设置、数据备份恢复、基础信息设置等功能。

5　系统实现的关键技术

5.1　编码方式

产品路径跟踪系统中的编码方式采用EPC编码标准，EPC码为每一件物理目标分配一个唯一的、可查找的标识码。这跟UPC/EAN(统一产品代码/国际物品编码)体系类似，UPC/EAN标识一类产品，而EPC可以唯一标识单个产品。EPC与存有产品相关信息的PML文件一一对应。

5.2　节点信息表示方式

当带有标签的产品进入读写器天线磁场区域时，一个读标签事件就发生了。可以认为产品经过了一个物理节点，路径信息采集系统就会自动生成一个物理节点信息，然后根据入库、出库的具体情况进一步生成入库节点信息或者出库节点信息。

以下给出物理路径节点，入库信息节点，出库信息节点的定义。

5.2.1　物理路径节点

物理路径节点为一个五元组：Node-

其中：Role――供应链成员角色，例如生产商、分销商、批发商、零售商；

Name――供应链成员角色的名称，如××公司；

StorelD――供应链成员的仓库标识号，一个供应链成员可以拥有多个仓库，仓库标识号用以唯一标识某一个仓库；

ReaderID――仓库出入口读写器的标识号；

Location――仓库的具体地理位置，是物理节点的重要组成部分。

5.2.2　入库信息节点

入口信息节点为一个三元组NodeIn=，其中，Node为物理路径节点，In为入库状态标识，InDate为入库时戳，即产品到达该物理路径节点的时间。

5.2.3　出库信息节点

出口信息节点为一个三元组NodeOut=，其中，Node为物理路径节点，Out为出库状态标识，OutDate为出库时戳，即产品离开该物理路径

节点的时间。通常，同一个物理路径节点必定对应着一个入口信息节点和一个出口信息节点。

5.3　产品信息存储与更新

路径跟踪系统中产品信息存储系统主要通过PML语言构建，以PMLI文件和PML服务器的形式表现出来。

PML文件就是存储单个产品信息的基本单元，产品信息主要分为静态信息和动态信息两种类型。静态信息就是那些不随产品的空间和时间而改变的信息，包括产品的物理属性，比如它的型号、质量等。动态信息是指随着产品在供应链中移动而需要不断更新的信息，主要包括位置信息，产品途经的地理节点信息，产品在某个位置所处环境的各种物理属性。产品所有权，产品在流通过程中所有权必然会发生变化，不同节点之间可能发生了所有权转移。PML文件将被存储在一个PML Serve吐，由制造商维护，并且储存有这个制造商生产的所有商品的信息文件。当产品被生产出来的时候，制造商就会相应地为该产品生成一个PML文件存储产品的信息。这个PML文件放在制造商自己的PML Serve吐，并且制造商保留一份产品EPC码与PML文件位置的映射信息，显然，EPC码与PML文件是一一对应的。

5.4　数据采集中间件Middleware

数据采集中间件Middleware是连接读写器和企业应用软件的纽带，管理标签读写器和企业应用软件之间的数据流，对数据的安全性、正确性、有效性负责。它的内部结构如图2所示。它的主要功能如下：

(1)数据平滑和过滤：当标签被错误地读取或者产生了冗余数据，数据采集Middleware就会采取一些算法来纠正这些错误。在数据采集Middleware执行数据过滤和数据聚集过程的同时还可以起到对大量数据缓冲的作用。这个子模块单个标签重复读取现象的发生，并且保证了数据的准确性。

(2)读写器协调：终端用户可以直接通过数据采集Middleware配置、监控、操作读写器。Middleware软件应该具有即插即用的功能，即Middleware可以动态地检测到新的读写器接入系统，并且自动地与其连接，而不需要写任何的代码。

(3)数据路由和整合：Middleware都提供数据路由和整合功能，通常情况下可以持续地、批量地传送数据到预先设置的目的地。

(4)过程管理：通过传统的任务模式负责数据的监控和事件的触发。它可以警告系统，剔除与某些事件相关的过程，比如当系统遇上未授权的产品或者非期望库存的时候。过程管理功能可以设置补货策略，当库存状态发生异常时就可以及时提醒库存管理系统。

(5)数据安全管理：Middleware中间件数据安全主要包括机密性、完整性、可获取性、可验证性和持久性等特征。

(6)外部接口：数据采集Middleware有两个接口与外界交互――读写器接口和应用程序接口。其中读写器接口提供多种适配器接口，可以让数据采集Middleware与不同厂家不同类型的读写器连接；应用程序接口使数据采集Middleware与外部不同种类的应用程序(比如ERP，CRM，WMS等)或数据库连接，这些应用程序通常是现有的企业采用的应用程序和数据库。

6　系统主要功能实现概要

6.1　主要数据库表设计

根据前面分析，系统的实现主要依赖三张表，以下是这三张表的字段、数据类型、大小及简短的字段说明。

6.2　数据采集流程设计

产品的信息数据采集流程见图3。

系统中使用的EPC码为96比特的数字码，转换--T就是24位的十六进制码。

(1)读产品标签的UID号。

(2)锁定某个UID号读标签中的三个数据存储区域。

(3)如果无法正确读出数据，说明标签出现问题，那么需要重复地读数据，如果重复的次数超过10次仍无法得到数据就可以认为标签损坏，抛弃之。

(4)如果读数据操作成功，验证EPC是否为24位十六进制码。

(5)如果EPC格式不符合要求，重复锁定UID号读标签中的数据区域，如果重复的次数超过10次仍无法得到数据就可以认为标签损坏，抛弃之。

(6)如果EPC码验证合格则将数据发送给数据协调处理函数。这个时候，采集系统的时间作为读产品EPC码事件的时间戳。

(7)将EPC码和时间戳存入一个临时数据库中进行协调处理。

(8)将临时数据库中的数据按EPC码、时间戳排序。

(9)按顺序比较前后相邻的两条记录，若记录是同一个EP C码，而且时间戳差值小于1毫秒，则认为后面一条记录为冗余记录，剔除之。

(10)重复过程(9)，直到剔除所有冗余记录。

6.3　信息更新模块的设计

产品路径信息的更新过程的详细描述，如图4所示。

(1)设置好读写器，开启读写器进程，电子标签进入读写器天线磁场区域，读标签事件发生。

(2)获取产品电子标签中的EPC码和时间戳信息。EPC码通过射频识别系统直接从电子标签的存储单元中读出，时间戳信息取事件发生时读写器上位机的系统时间。

(3)生成物理节点信息。在读写器运行之前，用户必须首先通过读写器管理界面对其进行一定功能设置，这些设置包括读写器ID、读写器所在仓库名、读写器用途(入库、出库)等。

(4)判断读标签事件的具体节点信息类型(入库、出库)，生成相应的节点信息。入口节点信息和出口节点信息可以直接由时间戳、读写器设置和已获得的物理节点信息组合而成。

(5)使用EPC数据，通过映射信息表找到与其相对应的PML文件的位置。

(6)将节点信息写入PML文件中，更新产品的路径信息。

6.4　产品路径信息查询模块设计

路径信息查询系统是直接为供应链成员或决策者提品路径信息支持和决策依据的功能部分。对于一个产品物流路径跟踪系统来讲，其支持的查询功能包括：全路径查询、某时段路径查询、供应链上游成员查询、供应链下游成员查询、产品直接来源查询、产品直接流向查询等。产品路径信息查询流程如图5所示。

7　结论及尚存在的问题

本文重点介绍了RFID技术的核心以及其在现代物流应用前景，结合现代物流各阶段的特点，分析了RFID技术应用的关键路径技术难题。在此基础上，结合数据库管理技术建立一个产品路径跟踪管理系统的原型。为进一步的应用打下了一定的基础。文章虽然对Middleware的部分功能做了一定的研究，但仍存在一些不足，主要集中在以下几个方面：

首先，实际的射频识别系统还有许多没有解决的问题，比如说读写器遇金属物体就会受到电磁干扰，无法正常读出标签里的数据。在本文中没有根据这些具体情况找出应对的办法。

其次，在产品路径跟踪系统中当多个标签同时读取，其中某些标签损坏的时候，系统无法具体指出是哪些标签出了问题。

最后，理想的射频识别采集系统应该是一个分布式的、层级式的网状结构，即多个读写器对应一个读写器接口，多个读写器对应多个数据采集Middleware，其中的数据流的处理、存储和转发的复杂性会大大地增加。因此，强化数据采集的Middleware的功能避免数据重复传送等方面应该是将来研究的一个重点。