高茂庭,吴盈盈,徐威男
(1.上海海事大学信息工程学院,上海201306;2.上海游觅信息技术有限公司,上海200331)
基于RFID和EPC的物联商务追溯系统
高茂庭1,吴盈盈1,徐威男2
(1.上海海事大学信息工程学院,上海201306;2.上海游觅信息技术有限公司,上海200331)
针对电子商务市场存在假冒伪劣商品,难以追根溯源和防伪等问题,提出基于RFID和EPC物联网技术的物联商务追溯系统,详细分析其体系结构并基于EPC信息服务设计实现,将商品追溯功能有机嵌入在物联商务业务过程中,通过扫描商品RFID标签采集商品信息与位置状态记录,并根据商品的EPC编码,通过对象名解析服务(ONS)和EPC信息服务记录商品追溯信息,实现对物联商务商品的跟踪溯源。
上海市科委科技创新项目(No.12595810200)
随着互联网与电子商务的蓬勃发展,电子商务在带给我们方便的同时,其信息不对称的问题也逐渐显露出来,由于市场监管缺乏行之有效的技术手段,电子商务消费市场假冒伪劣商品泛滥,挂羊头卖狗肉的现象层出不穷,严重影响广大消费者对电子商务的信心,损坏企业声誉,扰乱市场秩序。因此,迫切需要采用有效的技术手段,实现电子商务中销售商品的防伪识别与实时追踪,对商品的各个流转环节追究责任,对问题商品进行快速召回,提高商品信息的真实性、准确性与可靠性。
近年来,利用无线射频识别(Radio Frequency Iden⁃tification,RFID)与电子产品编码(Electronic Product Code,EPC)技术建立全球物品信息实时共享的实物互联网,被广泛应用于零售供应链以及食品安全等重要领域[1]。李敏波等针对供应链的追溯需求,提出基于射频识别语义事件的物品追溯模型,定义了5种射频识别业务事件[2];徐树民等针对RFID物流系统中存在的安全问题,提出一种安全可追溯物流系统的解决方案[3];郑勇雪等人在仓储管理系统中引入RFID技术,在各个环节实现了高效批量的管理[4];黄广文等利用RFID和EPC物联网技术设计水产品追溯平台,实现了水产品从养殖、加工、配送到销售的全程跟踪与追溯[5]。这些研究和设计为电子商务领域应用RFID和EPC物联网技术的融合提供了理论依据和实例。
为此,本文将RFID与EPC物联网技术应用于电子商务中,构建物联商务追溯系统模型,对商品进行跟踪,在EPC物联网中追溯查询,实现对物联商务平台出售商品的防伪与追溯,提高产品信息的透明度与可靠性。
RFID是一种非接触式,具有自动识别等功能的射频识别技术。其原理是基于射频信号驱动电子标签电路发射其存储的编码,对目标进行自动识别,并高效地获取目标信息数据[1]。EPC是一种可以对单体进行全球唯一标识的编码体系[1]。为了实现物品的快速识别与信息共享,对物品按EPC编码采用RFID标识并通过网络互联形成EPC系统。
EPC系统可实现自动数据采集和处理,能即时自动识别并追踪物品在供应链中的流向和状态,实现全球范围内目标追踪与信息共享。它由EPC编码体系、RFID系统以及信息网络系统三部分构成[1],其中,EPC编码为用于标识目标的特定代码;RFID系统由经EPC编码的RFID标签(即EPC标签)和读写器组成;信息网络系统由EPC中间件、EPC信息服务、对象名解析服务器(ONS)等构成,是EPC系统的软件支持系统。
在EPC系统中,读写器读取EPC电子标签中的编码,通过网络找到存有相关物品信息的服务器IP地址,由EPC中间件对多条信息进行清洗过滤和处理,利用实体标记语言(PML)描述EPC编码所对应的附加信息由并存储于EPCIS当中,在此之间的基于网络的数据服务由ONS提供[13],ONS接收到EPC中间件传来的编码并指示它到一个保存产品信息的EPCIS中查找。EPC系统工作流程如图1所示。
图1 EPC系统工作流程图
在基于RFID/EPC的追溯系统中,先要借助读写器等硬件采集标签数据;由于采集到的原始数据存在大量的冗余等问题,因此需要通过中间件对原始数据进行清洗过滤处理并传输至数据库保存;再将数据库中的规范后数据供处理;各项业务处理将数据处理结果通过交互界面传递给用户。因此,按功能分工和方便实现的原则,追溯系统的层次结构由下至上可表示为:环境层、服务层、数据层、应用层和客户层等五层,如图2所示。
图2 追溯系统体系层次
(1)环境层:由RFID系统的标签、天线、读写器和传感器网络等一系列硬件组成,主要用于采集商品原始数据。
(2)服务层:包括EPC中间件服务、EPCIS事件管理、GPS服务以及ONS服务等,其中,中间件服务用于对原始数据进行清洗过滤处理,通过事件管理对事件进行语义分析,通过GPS服务对商品进行定位,通过ONS服务建立映射信息。
(3)数据层:主要以各类数据库为主,包括,对应产品编号存储产品信息的产品数据库,对应业务信息的业务数据库,存储EPC信息的EPCIS数据库以及平台运行过程中用于放置累积数据的平台数据库。
(4)应用层:涵盖生产、销售、库存、和追溯等一系列物联商务业务。
(5)客户层:提供移动终端、B/S结构和C/S结构等形式多样的操作界面。用户包括各个供应节点的工作人员、平台卖家和买家。
结合EPC系统工作流程,针对物联商务追溯系统业务流程和需求,将EPC系统部署在各个企业节点,通过系统根ONS服务进行映射。
追溯业务经过从生产商到成品库再到销售配送等环节,在每个节点企业建立自身的EPC系统,利用EPC编码管理方案管理RFID标签,并利用自身的EP⁃CIS服务器存放EPCIS事件数据,在企业本地ONS服务器中存储EPC编码到EPCIS服务器地址的映射信息,同时建立系统根ONS服务器来存储EPC编码到本地ONS服务器地址的映射信息。系统总体架构如图3所示。
图3 可追溯系统总体架构
生产管理中,在产品生产线上部署读写器与传感器来采集产品实时数据,并通过网络传送给上位设备。产品标签配合连网的读写器,每一次识别就是一次对产品的追踪。读取到的数据通过网络传送到生产线控制计算机,集中起来后储存至数据库中做进一步加工。经过数据处理和分析,为标签分配EPC编码,将标签和产品信息进行绑定。
库存管理中,引入EPC系统对到货检验、入库出库、库存盘点等环节数据进行自动采集。给每一库位贴电子标签,该标签称为库标签,在进行库房管理作业时读取标签判断位置;货品入库时,给每个物品贴电子标签,作为货品标签,贴标签的物品应为整托盘、整箱或便于安装标签的大件物品,进行库房作业时读取标签编号来确定物品,货品标签应为重复使用的;设置无线网络来完成作业数据的实时传输。
物联商务网络卖家用户将商品信息录入销售平台,买家用户浏览商品信息并下单购买,商品从配送中心出库进入物流环节,在每一个物流节点,通过扫描商品标签,将读取到的EPC编码,并结合当前的地理位置信息一同存入到本地ONS服务器。
买家用户收货时采用手机NFC扫描标签以更改商品的追溯状态,还可通过追溯系统查询商品来源以及物流状态。其他用户通过扫描商品标签,可跳转商品信息页面进行查看,方便进行购买。
在追溯系统中,在商品的供应网络以及运输网络的各个节点处布置数据采集器,系统采集经过节点的商品数据后,作清洗过滤以及事件处理以保证数据真实有效,再同节点地理位置信息一同保存至EPCIS数据库中。追溯系统平台用户通过输入或扫描商品EPC编码查询商品流通信息。
贴有标签的商品在进入各个追溯节点时,读写器会快速读取标签中的EPC数据,传递给EPC中间件进行清洗过滤,本地ONS接受过滤后的EPC编码并利用BIND技术将其解析为EPCIS的访问地址;本地服务器通过访问地址与EPCIS建立连接并获得数据;本地服务器将返回数据存入本地EPCIS服务器[7]。在物联商务中,上述节点生成的数据以PML文件形式进行保存并作为今后商品流通过程追溯的重要依据。。
由于读写器部署和标签流动量大等原因,读写器读取标签时会产生漏读、多读和脏读等情况,对高层应用造成数据不准确、不一致、不完整等问题并会带来巨大的网络负担,因此,在数据进入系统之前要对其进行清洗过滤等预处理[10]。
本文设计哈希表来存储事件流,将读写器采集到的原始事件记为
EPCISGlogal在EPCIS规范中定义了五种IOT(物联网)事件类型并提供一套标准的EPC数据接口。事件被捕获之后返回查询接口,事件定义就是对EPCIS事件各元素进行定义[5]。除共有的属性外,可以对不同事件的属性进行扩展,事件属性关系如图4所示。
追溯系统采用复杂事件处理技术处理EPC数据,下面从事件定义和事件处理框的架角度进行详细设计。
(1)EPCIS事件定义
按照商品从生产到销售以及配送的流程,在各个环节中抽象出EPCIS事件,如表1所示。
表1 EPCIS事件定义
①生产环节
商品的生产环节分为生产上线、生产下线和生产装箱三个事件。
产品生产上线时,将上线容器注册为EPCIS事件上传至EPCIS服务器,事件类型为对象事件,action元素值为ADD,bizstep值为“生产上线”,childEPCList元素的值为加工过程中所有容器的EPC编码,此时的追溯对象是加工中的容器。
为生产成品贴RFID标签时,注册标签EPC编码,将生产下线事件上传至EPCIS服务器,事件类型为对象事件,action值为ADD,bizStep元素的值设为“生产下线”,此时追溯对象为单品成品。
对单品进行装箱时,先在包装箱上贴好RFID标签,并初始化其EPC编码,将单品标签与包装箱标签进行从属绑定并记录在EPCIS服务器,事件类型为聚合事件,action元素值为ADD,bizStep元素值设为“加工装箱”,parentID元素值为包装箱的EPC编码,childEPCs值为包装箱内所有单品的EPC编码,追溯对象由单品变成包装箱。
②仓储环节
仓储配送环节可分为商品入库、商品拆箱和商品出库三个环节,事件定义如下。
包装箱入库时,入库位置和时间被读取和记录,事件类型为统计事件,bizStep元素值设为“商品入库”,quantity元素值为同类对象的数量。
包装箱入库之后需要对商品进行拆箱操作,在EP⁃CIS事件里解除从属绑定,事件类型选择聚合事件,ac⁃tion元素值选择DELETE,bizStep元素值设为“产品拆箱”,拆箱后,追溯对象由包装箱变成单品。
单品出库时,利用手持终端读取包装箱上的标签,并将包装箱的出库位置、出库时间及相应批次以EP⁃CIS事件形式记录在EPCIS服务器中,事件类型选择交易事件,action元素值选择OBSERVE,bizStep元素值设为“商品出库”,bizTransList元素值设为下游订单号的关联标识[5]。
③销售环节
物联商务销售先在网上下单再由仓库进行配送。顾客下单并进行结算后,卖家将发出商品标签与网站商品展示相绑定,同时绑定当前商品订单号,并记录到EPCIS服务器,事件类型为对象事件,action元素值选择ADD,bizStep元素值设为“商品出售”,childEPCs值为运输订单号。
④运输环节
商品卖家提交物流配送单供物流商进行商品配送,将商品标签与物流单号进行绑定,并记录到EPCIS服务器,事件类型为交易事件,action元素值选择ADD,bizStep元素值设为“发货”,此时追溯对象由商品单体变为物流单号。
途径各个物流节点,由手持终端读取物流单号,并连同当前地理位置记录到EPCIS服务器,事件类型为聚合事件,action元素值选择ADD,bizStep元素值设为“运输中”。
⑤收货环节
买家用户利用手机客户端NFC对商品标签进行扫描,并记录到EPCIS服务器,事件类型为交易事件,action元素值选择ADD,bizStep元素值设为“收货”。
追溯节点外的用户对标签进行扫描,手机客户端将跳转至标签所绑定的商品购买页面,以达到通过RFID标签对商品的查询和分享作用,事件类型为查询事件,bizStep元素值设为“查询”。
(2)RFID事件处理框架
RFID阅读器的一个原始事件是对标签的一次观测,原始事件只能表达简单的信息,当对RFID事件进行规则运算所形成的事件我们称之为复杂事件,可以用二元组
RFID事件从二元组
事件来源:一次观测生成二元组
事件通道:用于传输标准格式化的事件;
事件处理:当事件处理层收到一个表示RFID事件的二元组
事件驱动:一个事件可能会引起下游动作的发生。
RFID事件处理框架[9]如图5所示。
图5 RFID事件处理框架
事件捕获器用于捕获原始事件并生成EPCIS Event;然后根据规则库中定义的规则对捕获到的事件进行过滤;通过事件调度器,按照优先级和时间戳等合理安排事件处理顺序;复杂事件处理器按照事件模式对事件流中的事件进行匹配,找出复杂事件;事件管理器按照时间戳顺序将事件写入事件流,管理和维护事件;最后根据订阅者的要求发布事件信息。
物联商务追溯系统采用MyEclipse 2015开发,MySQL数据库,利用Java语言实现EPC编码映射到EPCIS服务器的ONS服务解析,EPCIS服务器通过WEB服务进行实现。采用B/S(浏览器/服务器)和C/S(客户端/服务器)混合技术架构,其中,C/S架构主要用于EPC数据采集存储于EPCIS服务器和RFID事件处理,B/S架构主要用于RFID事件二元组
商品详情部分显示的是商品生产和仓储部分详细信息,而商品的销售和运输阶段,用户则通过商品追溯页面进行查询,该页面所显示的是从商品发出到收货阶段的物流追溯,用户通过追溯页面查询商品销售后的运输路径,确保本阶段商品的真实性,追溯信息如图7所示。
图6 移动端商品详情界面
图7 移动端追溯界面
本文将电子商务与商品追溯相结合,利用RFID和EPC技术研究设计了物联商务追溯系统,理出了系统框架并对追溯体系进行分析,详细设计了EPC信息服务,实现了物联商务商品从加工、仓储到销售、配送整个过程的信息追溯,采用RFID使得数据采集更加快速、自动化,结合GPS技术使得信息显示更加直观。将追溯系统与物联商务网上购物平台一体化集成,为电子商务的信息不对称难题提供了良好的解决方案。
本文提出的物联商务追溯系统是一次商业模式的创新,依托RFID和EPC技术对电子商务市场进行制约管理具有重要的理论价值和现实意义。对消费者来说,对商品追溯信息的透明化可以有效保障消费者合法权益;对企业来说,便于企业迎合市场,做出决策,在保证质量的同时经济效益最大化;对于电子商务市场来说,有利于建立更加完善的信用体系,帮助完善管理虚拟市场的监管;对于技术领域来说,以应用驱动物联网技术的深入研究与发展。
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Traceability System of IOT Business Based on RFID and EPC
GAO Mao-ting1,WU Ying-ying1,XU Wei-nan2
(1.Shanghai Maritime University Information Engineering College,Shanghai 201306;2.Shanghai You-mi Information Technology Co.,Shanghai 200331)
Aiming at the existence of fake and inferior goods in e-commerce market and the difficulty of tracing and anti-counterfeiting,proposes a traceability system for IOT business based on RFID and EPC Internet of Things technology.Focuses on the analysis and design of the trace⁃ability system's architecture and EPC information services,and the tracing function is embedded into the process of business operations properly to finish the traceability of the goods.The system traces the information of the goods by scanning RFID tags to collect the informa⁃tion and location records of the goods,and uses ONS and EPC information service to query the information of the goods by its EPC coding.
1007-1423(2017)21-0052-07
10.3969/j.issn.1007-1423.2017.21.011
高茂庭(1963-),男,江西九江人,博士,教授,系统分析员,CCF高级会员,研究方向为智能信息处理,数据库与信息系统;吴盈盈(1993-),女,河北人,硕士研究生,研究方向为信息系统与电子商务;徐威男(1986-),男,上海人,工程师,研究方向为信息系统;
2017-04-28
2017-07-20
物联商务;追溯系统;射频识别;电子产品编码;物联网
IOT business;Traceability System;Radio Frequency Identification;Electronic Product Code;the Internet of Things