一个基于物联网的电子商务在线溯源框架系统

范新刚

(广州城建职业学院机电与信息工程学院，广东从化510925)

0 引言

随着互联网的飞速发展，电子商务已经成为我国战略性新兴产业的重要组成部分，以及国内外贸易最重要的手段之一。现行的电子商务模式主要包括B2B，B2C及C2C 3种模式，但是由于互联网的虚拟性和开放性，导致了电子商务发展的一些瓶颈，主要包括以下几个方面。

1)信息不对称问题。据统计，目前国内电子商务交易存在的主要问题分别为商品质量、售后服务和交易安全问题。这些问题都涉及到生产厂家、商家及消费者之间的诚信问题，并始终贯穿整个电子商务流程，对电子商务的发展起决定性影响。究其根源，信息不对称是造成这些问题的主要原因，信息不对称问题诸如柠檬问题、信号发送、逆向选择和道德风险等，在电子商务环境中尤其突出，同时由于电子商务活动中产生的海量数据及信息都绝大部分掌握在商家手中，同样会导致了商家与消费者之间的信息不对称，这种信息不对称将直接导致消费者的感知风险提高。

2)物流配送效率、质量问题。电子商务是一种全新的商务模式，相对于传统商务形式，其特点是一切以消费者为中心，离散的消费者个体以及离散的商品库存，对电子商务的物流配送效率及质量提出了非常高的要求［1］，主要包括:①配送效率，1～2天的商品配送时间已是基本要求;②消费者、商品库存比较离散，因此商品配送呈现小批量多批次的特点，如何进行快速分拣和配送是关键;③配送过程难以预测，电子商务的业务特点是离散性高、随机性很强，业务量难以预测;④过程监控难度大，消费者难以实时掌握货物的存储和运输状况，相关监管部门难以跟踪整个流程，造成配送出现质量问题难以维权［2］。

3)商品质量追溯体系不完善。售后服务是电子商务活动的重要组成部分，而质量追溯是现在电子商务的难点问题之一。产品质量问题贯穿整个供应链的各个环节，每个环节都有可能造成质量问题，但现在的电子商务过程中，由于产品在流通过程中，缺乏相应信息收集，或者即便有相关信息，也是掌握在供货方，消费者难以获取，因此，造成产品质量难以追溯，消费者维权困难重重。

基于以上问题，文本讨论了射频识别系统(radio frequency identification，RFID)和产品电子代码(electronic product code，EPC)［3］等物联网技术在电子商务商品质量追溯系统中的应用，提出一个通用的、基于云存储模式的在线溯源框架系统，以云存储模式为系统整体架构核心，体系层次间通过XML，Web service数据接口实现跨平台数据交换，该系统功能和编码方案可适应不同溯源主体的需求。

1 基于物联网的追溯模式

1.1 物联网和EPC系统

物联网(internet of Things)就是指利用各种信息传感设备，如RFID装置、红外传感器、全球定位系统、激光扫描等与互联网结合起来的一个巨大网络［4］。其核心由全球EPC体系、RFID、信息网络系统3部分组成。

EPC系统是通用的编码体系标准。该系统主要包括以下几个部分:EPC代码、EPC标签、读写器、EPC中间件、对象名称解析服务(object naming service，ONS)，EPC 信息服务(EPC information service，EPCIS)等，其工作流程如下:

1)读写器读取EPC代码，将读取结果传给EPC中间件;

2)EPC中间件将EPC代码进行整理并传给名称解释服务器ONS;

3)ONS服务器将解释名称回传EPC中间件，EPC中间件对某一个产品信息的数据库服务器进行查找，数据库服务器返回查找到的产品信息，从而完成EPC代码的识别过程。

1.2 可追溯性

国际标准化组织ISO对可追溯性的定义是通过登记的识别码，对商品或行为的历史和使用或位置予以追踪的能力。可追溯性是利用已记录的标记，对产品的历史、应用情况、所处场所或活动进行追溯的能力。

因此，电子商务环境下的商品质量追溯系统，其首要环节是基本商品信息收集，并要求信息采集及时、准确，信息采集涵盖了商品供应链的整个过程。商品质量追溯系统就是对商品的原材料、加工、配送、零售、直到终端用户全流程进行信息采集，并对消费者、生产厂家、商家以及职能监管部门提供实时可靠的质量追溯结果。

1.3 电子商务商品追溯模式

电子商务所产生的商品质量纠纷越来越多，如何对出现的质量问题进行追溯，成为解决电子商务服务质量的重点之一。因此，在分析现有追溯模式基础上，提出一个新的通用追溯模式，对解决电子商务质量追溯具有一定借鉴意义。

1)链式追溯模式。在商品供应链的各节点传递过程中，信息流一般伴随着物料流，生产企业对原材料及成品进行标识，标识中含有该企业自身的信息和产品及原材料信息。如果企业要追溯产品的质量问题或消费者要追溯所购商品的生产厂家信息时，只能沿着供应链各节点逐步追溯，这种追溯方式称为链式追溯。

链式追溯模式的优点在于实施成本低，操作简单，不需要统一数据接口;缺点是追溯过程较长，反馈较慢，一旦一个节点中断，将导致整个追溯链中断，其可靠性较低。

2)交叉式追溯模式。现在的商品供应链基本呈交叉模式，即生产企业的原材料可能来自多个供应商，而其产品提供给多个下游销售商，与此相对应，对这种供应链的追溯模式称为交叉式追溯模式。

该模式实现的基础是信息保存在供应链的几个关键节点中，各个关键节点间的追溯模式还是链式追溯，因此，交叉式追溯实际上是链式追溯的一个集合，其优势在于如果某个关键节点出现问题时，不会导致整个追溯链中断;缺点是关键节点出现问题时，会导致该关键节点下游的追溯中断。

3)集中存储式追溯模式。上述2种追溯模式都有其局限，尤其是对于突发性、并发性以及溯源主体较复杂的电子商务模式，解决的办法是提高追溯信息的共享性和开放性，而数据库由于其天然的共享性和开放性要求，因此，集中存储式追溯模式应运而生。

在此追溯模式下，供应链各节点的信息都集中存储在中央数据库服务器中。中央数据库提供开放查询接口，提供各类不同追溯主体的查询服务。

集中存储式追溯模式中，中央数据库可以由供应链中关键节点提供，或者通过第3方数据服务企业提供。这种追溯模式的优点是信息集中存储，查询开放，满足不同查询主体的要求;缺点是中央数据库的负载能力、网络负载要求较高，同时由于数据的高度集中，其可靠性要求比较高。

2 基于云存储模式的追溯系统

电子商务的供应链极为复杂，其中涉及的主体繁多，因此，电子商务中的质量追溯也较为复杂，链式追溯和交叉追溯都不适合，而集中存储式追溯模式，则存在中央数据库的瓶颈问题，且现实中各环节大多已经建立相应数据库，因此如果采用中央数据库模式，则对现有资料造成浪费。

随着云计算技术的成熟及普及，相应的云存储技术也日益成熟［5］。因此，对中央数据库追溯模式进行改进，其存储模式采用基于云技术的云存储技术，将现有节点数据库加入到存储云系统，充分利用现有资源，能克服中央集中数据库的弊端［6］。

2.1 在线溯源系统整体架构设计

基于云存储的在线溯源系统核心模块包括信息采集系统、云存储系统和在线溯源系统平台，其架构示意图如图1所示。

该追溯系统编码体系遵循EPC规范，在各个节点建立EPCIS服务器和ONS服务器，EPCIS服务器用以存储各节点的事件和数据，将商品的EPC编码以及与EPCIS服务器地址的映射信息存储在本地ONS服务器中，除了节点服务器之外，还建立了系统根ONS服务器和查询服务器，根ONS服务器用以存储EPC编码与本地ONS服务器地址的映射信息，通过查询服务器，可以访问到根ONS服务器，通过根ONS服务器和本地ONS服务器之间的层层名称解释，可以从EPCIS服务器中获取产品的相关信息。

图1 基于云存储的在线溯源系统Fig.1 Online traceable system based on cloud storage

在该追溯系统中，商品在进入销售环节之前，流通中各环节都采用RFID标签进行标识，在商品配送到消费者之前，通过读写器读取RFID标签，并将标签内的 EPC编码上传 EPCIS服务器，同时将RFID标签内的编码转换为追溯条码，用户可以通过商品上的追溯条码，查询EPCIS服务器，进行相应追溯。

2.2 在线溯源系统体系层次

在线溯源系统的体系层次包括物理层、服务层、数据层和应用层如图2所示。

图2 在线溯源系统的体系层次Fig.2 Architecture of an online traceable system

图2中，物理层位于电子商务在线溯源系统的底层，主要功能为数据采集，将传感器采集的RFID标签数据传递给服务层进行处理。其组成主要是各类数据采集设备，包括RFID标签、读写器、天线、传感器及打印机等。

服务层位于物理层的上层，其对于物理层数据的处理包括RFID数据处理、EPCIS事件管理和EPC注册与注销。其中RFID数据处理是将物理层数据进行加工，去除冗余及错误提供的数据，然后将处理后的数据传递给数据层进行存储。EPCIS事件管理实现对EPCIS服务器的访问，将过程中产生的EPCIS事件传递给EPCIS服务器，同时也可以从EPCIS服务器中查询EPCIS事件。EPC注册与注销实现企业对产品的EPC编码系统的管理，包括2类操作:①将企业自身的厂商识别代码和本地ONS服务器的映射关系上传给根ONS服务器;②将厂商识别代码和对象分类代码与EPCIS服务器地址的映射关系上传给本地ONS服务器。

数据层主要提供数据存储服务，数据包括产品数据、业务数据、EPCIS数据以及映射信息。商品的基本信息、企业的业务信息进行本地存储，EPCIS服务器只存储过程中产生的EPCIS事件数据，基本信息、业务信息和EPCIS事件的映射信息存储在本地ONS服务器中，同时在根ONS服务器存储一个副本。

应用层［7］包括供应链各主体以及政府监管部门的追溯服务管理，以满足不同追溯主体的不同追溯目的，同时包括企业现有的各类应用系统。

为了充分利用企业现有应用系统，在企业应用系统和在线溯源系统之间，还需要提供跨平台数据接口，如 XML数据交换接口、Web Service接口［8］等，更好地实现系统的共享性和开放性。

2.3 在线溯源系统功能结构

根据上文描述，建立基于浏览器/服务器(Browser/Server，B/S)模式的分布式追溯系统。在供应链节点企业的内部系统和根ONS服务器中，统一采用3层体系结构的B/S模式，即表示层、业务逻辑层和数据访问层。

2.3.1 在线溯源系统功能设计

电子商务涉及产品门类繁多，不可避免与多个经济主体产生关联，所有的经济主体又与产、供、销、管及服务各个环节紧密相关，因此质量溯源体系应用主体包括生产企业、供货商、物流配送企业、电子商务运营商、政府部门和消费者，而各个应用主体的溯源目的并不相同［9］，比如，生产企业溯源目的是为了查找质量问题所在，进而改进自己的管理;供货商溯源可能更偏重于定位质量问题产品来源和去处，从而改进售后服务;监管部门溯源目的是防止假冒伪劣产品，维持市场秩序;而消费者溯源目的在于自己的维权等等。

根据应用主体不同的溯源需求，在线溯源系统功能分为生产加工管理、商品配送管理、商品销售管理、查询监管4个功能模块，如图3所示。

图3 在线溯源系统的功能模块Fig.3 Function modules of an online traceable system

2.3.2 EPC编码管理方案

本在线溯源系统采用EPC编码标准中的96位通用标识(general identifier，GID－96)［10］编码，GID－96的编码结构如表1所示。

表1 GID－96编码结构Tab.1 Coding structure of GID－96

表1中厂商识别代码由在线溯源系统统一分配，对象分类代码及其唯一标识序列号由供应链各节点企业进行分配。由于GID－96充足的编码空间，足以为供应链中所有对象分配一个唯一序列号，从而实现对每个对象的追溯。

3 结束语

电子商务商品质量追溯是电子商务运营商提高服务质量和消费者有效维权的关键手段，而一般追溯系统存在成本较高、部署困难等问题，尤其因为供应链各节点信息收集、存储、查询是离散的，甚至造成局部信息孤岛，使得追溯效率较低。

本框架系统针对以上问题，将各节点数据库加入到云存储系统，部署容易，且充分利用现有的溯源信息，利用云计算、云存储的高效性，可有效提高商品溯源的准确性和及时性。

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