基于RFlD和移动计算技术的白酒产品溯源系统设计

摘要：现在高端白酒造假越来越普遍，不仅给消费者带来了巨大的身体伤害，也给白酒制造企业带来了无法估量的经济损失，因此消费者要获知白酒产品的真假就必须了解产品的溯源信息，同样酿酒企业也需要通过溯源信息不断地了解消费者的消费习惯，以便推出更加个性化的服务。将RFID技术应用于白酒溯源系统，可以实现产品从生产到销售整个过程的追踪，保障产品的真实性和安全性，为销售者和企业提供了科学化、透明化的管理；同时利用移动计算技术保障白酒产品监督管理人员随时随地获取生产销售信息。本文通过对RFID技术、移动计算技术进行系统化的研究，提出了一个融合两种技术实现白酒产品溯源系统的解决方案。

关键词：RFID；移动计算；溯源系统

中图分类号：TP393　文献标识码：A　DOI：10.3969，j.issn.1003-6970.2012.01.007

前言

当前，白酒产品溯源主要是采用酒类流通附单溯源制度，实现酒类产品从生产企业到流通渠道再到销售商的酒类流通管理体系。消费者可以通过纸质清单或者上网来了解白酒产品的溯源信息，但是由于纸质清单容易造假，上网查询也不够方便及时，用户无法随时随地得到准确的信息。同时企业也无法通过溯源系统对消费者的消费习惯和饮酒偏好进行判断。现有的溯源手段无法解决消费者和企业面临的巨大的问题。因此建立安全、快捷方便的白酒产品溯源系统，解决溯源信息问题，从根本上防止白酒造假事件的发生、提高消费者对酒产品的认知、实现企业对消费者消费习惯的了解变得越来越迫切。

RFID和移动计算技术的发展使建立新型的白酒产品溯源系统成为了可能。RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它不仅具备防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签数据可加密、存储数据容量大等特点，而且是唯一可以实现同时识别多个目标的自动识别技术。同时移动计算技术的使用使得产品溯源信息的管理和查询更加便捷和有效，可以更加灵活地实现随时随地地进行溯源信息查询和管理。将RFID和移动计算技术进行有效的融合，从白酒产品的原料收集、产品制造、窖藏、运输、销售等各个环节对白酒的产品信息进行全程跟踪，不仅可以有效的防治白酒造假，也使得消费者能够了解白酒产品的各种信息，同时也便于企业对产品的全过程化的管理。所以，RFID和移动计算技术的融合为白酒产品的溯源和管理提供了最佳模式。

本文针对白酒产品溯源系统的需求，通过对RFID和移动计算技术的研究，实现了溯源信息采集、溯源信息加密、溯源信息验证、生产销售移动化管理等功能，为白酒溯源信息和用户分析建立了数据基础，最终完成白酒产品溯源系统，解决了现阶段消费者和企业所面临的一系列的问题。

1融合RFlD和移动计算以及溯源系统

1.1RFID和移动计算技术简介

1.1.1RFID技术

RFID(Radio Frequency Identification)即射频识别，是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。目前RFID技术已经广泛应用于物流、资产管理、医疗、制造、公共服务等各个行业，并成为未来信息建设的一项基础技术。

基于RFID技术组成的自动识别系统被应用于各个行业，完成信息录入、信息读取、信息传递、信息处理等功能。其主要包括3个部分：

(1)RFID电子标签：由芯片和耦合元件组成，内置天线，用于和读写器之间进行通信。根据是否内置电池划分，包括有源和无源两种电子标签。

(2)读写器：读取/写入电子标签中的信息。

(3)计算机系统：对读取或者写入的数据进行处理。包括：加密/解密、事件响应、数据库读取、数据验证、数据呈现等。

工作原理：内置芯片电路的标签进入磁场后，接收读写器的天线发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签)，或者主动发送某一频率的信号(有源标签)；阅读器通过天线读取信息并解码后，送至计算机系统进行有关数据处理。

1.1.2移动计算技术

移动计算是随着移动通信、互联网、数据库、分布式计算系统的发展而兴起的一种新的技术。移动计算技术将使计算机或其它信息智能终端设备在无线环境下实现数据传输及资源共享。它的作用是将有用、准确、及时的信息提供给任何时间、任何地点的任何客户。这将极大地改变人们的生活方式和工作方式。随着智能手机和平板电脑的普及，基于移动计算技术的信息化应用得到了极大的发展。

而移动计算不同于传统的分布式计算，移动计算节点包括固定节点和移动节点。用户可以携带移动设备自由移动，并在移动过程中通过移动通信网络与固定节点或者其它移动节点连接和交换信息。这种计算模式将创造一种全新的应用，可以满足移动用户在任何地点访问数据的要求。

移动计算的主要特点有：

(1)移动性：在移动计算环境中，移动设备可以在不同的地方连接无线网络，并且在设备移动时依然可以保持无线网络的连接。

(2)资源有限性：与固定设备相比较，移动设备由于本身移动性的考虑，因此在CPU速度、内存大小以及电池容量上一般比较小。

(3)网络通信的非对称性：在移动计算环境中一般固定服务器拥有强大的数据处理能力和发送能力，而移动设备发送能力有限，在数据处理中主要是依靠服务器进行处理。

基于移动计算的上述特点，在系统设计时一般将固定服务器设备作为数据处理分析中心，进行数据处理；将移动设备作为客户端设备进行数据请求和呈现。

基于移动计算的智能终端的主要应用：在白酒产品溯源系统中，移动终端的使用主要包含两个方面，一方面具有RFID读写功能的移动终端完成RFID电子标签信息的读取和写入，另外一方面，企业管理人员基于移动智能设备完成对生产和销售的管理。

1.1.3RFID与移动计算的融合

目前国内外基于移动计算技术的移动便携设备如智能手机、平板电脑、PDA等越来越普遍，而其中具有RFID读写功能的PDA的出现为RFID和移动计算的融合提供了强有力的条件，同时基于移动化管理的需求也使得RFID和移动计算的融合变得越来越迫切。

这种类型的PDA设备不仅仅具有RFID读写功能，同时也具有无线网络传输能力和一定程度的数据处理能力。同时便于携带，可以随时随地地完成对RFID电子标签的写入、读取以及传输、呈现。在移动计算环境下将数据处理服务器、具有RFID读写功能的PDA、提供开放开发环境的智能手机和平板电脑、电子标签完美的融合在一起，从而可以实现RFID数据处理系统。

1.2白酒溯源概述

基于RFID和移动计算技术的白酒产品信息溯源系统，从原材料采集到销售各个环节对白酒产品进行全过程溯源管理，保证了溯源信息的灵活性和安全性，实现了溯源系统的各项功能。

白酒产品信息溯源系统由溯源信息管理中心、原材料采集子系统、生产子系统、窖藏子系统、运输子系统、销售子系统、销

售者信息查询子系统、企业生产销售管理子系统组成。溯源信息管理中心存储白酒产品从原材料采集到白酒销售等各个环节的溯源信息数据，同时负责数据的传递以及处理。一方面，溯源信息管理中心负责接收并处理来自原材料采集子系统、生产子系统、窖藏子系统、运输子系统、销售子系统的各种数据；另外一方面，溯源信息管理中心为销售者信息查询子系统和企业生产销售管理子系统提品溯源信息以及生产销售信息。

为了实现信息获取的灵活性，采用RFID移动读写设备，对白酒信息进行验证，同时用户也可以使用移动设备完成更多溯源信息的获取。这样用户无须通过电话完成白酒的信息验证，也无须通过固定设备获取溯源的详细信息。

为了实现信息获取的安全性，首先是保障数据的安全性，采用DES加密算法对标签中的数据进行加密，在读取时进行解密；同时对使用者进行认证，对发放的RFID移动读取设备进行认证，从而保障信息的安全性；其次是保障标签的安全性，采用RFID电子标签对溯源信息进行记录，将RFID电子标签集成到酒瓶盖中，当酒瓶盖被开启时，RFID电子会被破坏，从而保证了电子标签的再次被使用。

白酒产品溯源系统具有如下功能：

(1)溯源信息写入：白酒制造商负责将白酒的原材料信息、生产信息、窖藏信息写入到RFID电子标签中；物流商负责将产品的仓储信息、运输信息的写入；销售商负责将产品的销售信息以及客户信息进行录入。

(2)溯源信息的验证：客户可以通过无线终端获取更详细的产品信息和防伪验证信息。当验证为假酒时，发出假酒告警。

(3)生产/销售管理：企业管理人员可以通过智能终端及时的了解产品的生产/销售信息，同时处理假酒告警事件。

(4)移动终端管理：企业管理员可以对防伪验证的移动终端进行管理，只有通过企业授权的移动终端才可以对白酒溯源信息进行获取和验证。

(5)用户管理：对生产人员、物流商和销售商进行管理，只有通过企业认证的物流商和销售商才能进行溯源信息的录入和读取。

(6)客户管理：通过对客户买酒，了解客户的饮酒习惯，从而为对客户个性化的服务奠定基础，进一步完成对客户的信息推送功能。

白酒产品信息溯源系统涉及到了从白酒产品原材料采集到销售全过程得溯源管理，具体过程如下：在白酒的原材料采集过程中，首先将白酒的原材料信息写入到RFID电子标签中并记录到数据库中；在白酒产品的生产过程中，将白酒产品的生产信息(生产日期、产品批号、产品类型等)等写入到RFID电子标签中；当产品出于窖藏时，记录产品的窖藏信息；在运输过程中，物流商同样对物流信息进行记录，将物流信息、仓储信息写入到RFID电子标签中；在销售时，销售商将使用移动读写设备对白酒信息进行验证，用户也可以通过无线网络得到白酒的更多溯源信息，移动读写设备也可以将销售信息和用户信息传输到服务器中，完成消费的记录和用户信息的获取。同时在整个消费过程中，企业管理监督人员可以使用智能终端对消费记录进行查询，对假酒报警进行处理。

2基于RFlD和移动计算的溯源系统设计

基于RFID和移动计算技术的发展以及白酒行业的现状，研究并设计白酒产品溯源系统。使得对白酒的原材料采集、生产、窖藏、运输、销售等环节对白酒产品进行全过程监控，在生产过程中对产品的溯源信息进行写入，在销售过程中对产品的信息进行验证，保障白酒的质量和产品的真实性。

白酒产品溯源管理系统主要包含了RFID读写器设备、移动智能设备、核心服务器。其中RFID读写设备负责RFID电子标签的溯源信息写入和读取；移动智能终端负责生产销售管理，特别是对假酒进行监控；核心服务器主要是负责和RFID读写设备以及移动智能终端进行通信，同时对溯源信息进行处理，对用户和设备进行管理。白酒溯源系统将提供全过程的溯源监控管理。

白酒产品溯源系统总体架构如图所示：

2.1溯源信息数据模型

不同溯源信息有通用部分，对其构建数据模型，从底层数据将不同业务的信息统一化。

数据模型包括基本属性及可配置属性，即扩展空间。溯源信息系统中，主要涉及到三种类型的数据：(1)用户信息，包括生产人员、运输人员、销售人员以及管理人员的信息；(2)设备信息，即溯源信息读写设备信息以及管理人员使用的智能终端信息；(3)溯源信息，包括原材料信息、生产信息、窖藏信息、运输信息、销售信息。每种类型的数据都有其公共的部分，因此我们将其公用的信息抽象出来有利于增加统一化处理的可行性。以溯源信息为例，溯源基本属性中包含编号、时间以及描述信息，扩展信息中则根据不同溯源信息的具体需求进行设计，如图2所示。

2.2溯源系统服务器端设计

溯源系统服务器端负责整个溯源系统的设备管理、用户管理以及溯源过程中涉及到的应用事件处理；同时它还具有同RFID移动读取设备的接口，并提供异构设备的管理，也具有同移动运营商的接口能力，能够使用移动运营商的网络和资源进行多媒体信息的传递；而且可以同白酒厂商现有的系统进行通信，共享数据库信息。

溯源系统服务器端分为以下模块：

2.2.1应用事件管理模块

应用事件管理模块是整个溯源系统的核心模块，负责服务器端的主要控制逻辑以及溯源信息、用户信息、设备信息的处理。它涉及到从原材料信息写入到客户认证整个溯源过程中的信息处理，同时负责溯源信息全过程得信息存储。

支持周期调度和时间触发，主要分为两个功能：一是数据控制，控制数据的传输、数据解析以及数据存储；二是资源管理，对整个溯源系统的资源如CPU、内存、数据库系统进行控制，提供缓存功能，同时具备资源开放接口，可以同企业系统中其他的数据资源进行交互。

当管理员对用户进行管理时，应用事件管理模块首先提取用户信息，记录时间，给用户分配一个账号，将用户信息保存到数据库。这时用户才可以正常的进行登录。

当管理员对设备进行管理时，应用事件管理模块首先提取设备信息，记录时间，并给设备分配一个设备号，将信息记录到数据库中。这时该设备才被激活，可以正常使用。每一台设备只针对一个用户。

当用户使用设备对白酒产品RFID电子标签进行溯源信息写入时，应用事件管理模块将捕捉到一个触发事件，在控制逻辑的控制下完成EPC码得生成，数据传输，数据加密。

当用户使用设备对白酒产品RFID电子标签进行溯源信息获取时，应用事件管理模块将捕捉到一个触发事件，在控制逻辑的控制下完成数据解密，同时完成溯源信息的传输和验证。

管理员可以通过周期调度，按照一定的时间完成信息的推送功能。

2.2.2用户管理模块

用户管理模块主要由以下几大功能：管理员登陆、用户添加、修改、删除，同时能具备鉴权逻辑的功能即根据用户的账号和密码判断用户是否可以登录。也可以对已经完成消费的用户进行统计，通过数据挖掘技术对用户群体进行划分，便于企

业对用户的个性化服务以及信息推送。

2.2.3设备管理模块

设备管理模块主要是负责设备的添加、删除、修改等操作，同时记录设备的使用者以及使用地。

2.2.4日志记录模块

对所有操作的信息进行记录，特别是当白酒产品验证不合格时，要有报警机制。

2.2.5接口模块

与企业系统的接口：可以同企业的ERP、CRM、SCM等系统进行交互，共享企业数据库的信息。

与移动设备的接口：可以同RFID固定读写设备、RFID移.动读写设备、管理员智能终端设备完成通信。前两者主要是在溯源信息录入/验证时进行信息交互；后者主要是方便管理员对白酒产品的销售进行随时随地的监督和假酒报警事件的及时处理。

与移动运营商的接口：主要是利用运营商进行短信、彩信等多媒体信息的交互。

2.3溯源系统客户端设计

溯源系统客户端设备主要分为两大类，一类是RFID读取写入设备；另外一类是企业管理监督用的智能终端。

2.3.1 RFID读写设备设计

RFID读写设备主要负责用户的登录，RFID电子标签的写入、读取、信息推送、溯源信息请求呈现、信息验证等功能。

进入客户端用户界面时，用户输入用户账号、设备号以及密码请求进行登录。登录完成时，用户可以进行RFID电子标签的读取和写入，同时可以同服务器端进行数据传输，获取白酒产品的溯源信息。消费者也可以利用移动通信网络进一步获取更详细的溯源信息同时进行防伪验证。

2.3.2企业管理监控设备设计

企业管理监控设备可以同服务器进行通信，实时获取某个区域的销售信息，及时完成对假酒报警信息的处理。

3白酒溯源系统的实现

白酒溯源管理系统实现了从白酒生产到销售整个过程的透明化管理，并实现了产品溯源信息的写入和获取，从而解决了白酒产品现阶段存在的一系列问题。

白酒产品溯源系统的实现主要包含了三大核心部分：

(1)溯源信息的生成：在原材料采集过程中，记录原材料的信息，在白酒的生产过程中在酒瓶盖中植入RFID电子标签(该电子标签在酒被开启时将无法使用，从而保障了白酒产品信息不被复制和重复使用)，然后将白酒的原材料、生产、窖藏等信息写入到电子标签中，同时将溯源信息数据保存到数据库中；

(2)溯源信息的获取：消费者在购买茅台酒时，通过扫描RFID电子标签获取白酒产品的溯源信息；

(3)生产销售的移动化管理：白酒生产企业通过移动智能终端对白酒的生产和销售信息进行管理，对假酒报警进行及时的处理。

3.1溯源信息生成的实现

在溯源信息生成过程中，实现了全过程溯源信息(原材料、生产、窖藏等)写入到数据库中和RFID电子标签，同时根据随机生成唯一标识的防伪码，每个防伪码对应一条溯源信息和EPC编码。在对防伪码进行加密时，采用DES加密算法进行加密，并进一步采用二次加密，保障数据的安全性。

溯源信息生成流程如下：RFID电子标签读写设备感知RFID标签，并从中读取其EPC编码，然后将EPC编码传输到服务器端；服务器端的溯源信息/防伪生成模块根据EPC编码以及时间随机生成防伪码，然后将防伪码进行加密；RFID标签读写设备将加密后的防伪码写入到RFID电子标签中，同时读取刚刚写入到RFID标签中的防伪码将其传输到服务器端进行判断；若写入的防伪码正确，服务器端将对防伪码进行二次加密，同时生成溯源信息，并将EPC、防伪码以及溯源信息写入到数据库中，若不正确，则系统重新生成防伪码，重新写入；写入到数据库成功后，服务端将给写入设备发送可以进行下一次写入的命令，写入设备收到消息后可以进行下一次的写入。

3.2溯源信息验证的实现

在溯源信息验证过程中，读取白酒产品中的RFID电子标签的防伪码和EPC编码信息，对白酒产品进行验证，以及获取白酒产品溯源信息。RFID电子标签，并从中读取EPC编码和防伪码，然后将EPC编码和防伪码传输到服务器端，请求防伪验证；服务器端收到防伪验证请求后，根据EPC编码信息查询数据库，并从数据库中读取防伪码信息，并对对防伪码进行解密，然后将两个防伪码进行对比，并将防伪验证结果返回给消费者，同时记录验证信息，若验证不正确，需要将信息记录到防伪告警子系统中；防伪验证后，消费者可以进行溯源信息获取，消费者若输入手机号码，服务器根据EPC编码将溯源信息返回到消费者的手机上，或者是不输入号码，返回到RFID读取设备上。

3.3生产销售管理实现

企业管理人员通过登录到生产系统中，查看当日RFID溯源信息的写入情况，了解溯源信息写入功功率等信息，同时对生产过程中的信息进行处理；企业管理人员通过智能终端设备登录到销售管理系统中，查看当日或者是历史销售记录；同时也可以获取防伪告警子系统中的告警信息，并对告警进行及时的处理。

4结束语

在白酒产品信息溯源系统中使用RFID和移动计算技术，可是保障白酒在原材料采集、生产、窖藏、运输、销售等各个环节白酒产品的安全性和真实性。实现了从源头追踪、假酒告警等各种服务，完成了白酒产品全过程的溯源信息管理，同时为提供对用户的个性化产品服务奠定基础。从而提高白酒产品的质量管理能力、物流管理能力，提高产品的品牌价值和竞争力；同时为用户饮酒的安全性和真实性提供了保障。

本论文的研究创新性地将RFID和移动计算技术融合在一起，攻克了产品防伪、溯源信息查询和假酒告警等重大难题。在移动计算环境下，使用C/S架构思想，有效地解决了服务器端与客户机端通信以及异构移动设备差异性等关键技术，并且在数据处理及高级事件规约上，遵循应用层事件规范，提供数据规则定义、数据过滤分组及报表等功能。

目前在白酒产品中RFID技术刚刚起步，移动计算也正在兴起，但是将RFID和移动计算应用于白酒产品溯源系统中，必将解决白酒制造企业面临的大量问题，同时也为消费者提供了安全、放心的服务。

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