基于RRD和WSN技术的枸杞流通物联网模型研究

李皎皎 周承霖 冯锋

摘要：针对枸杞供大于求，我国急需通过保证其质量来拓宽更大更高端的经济市场的现状，提出了RFID和WSN技术的枸杞流通物联网模型。文章细致地研究和分析枸杞的流通过程，将概念、判断、推理相结合描述了枸杞流通模型；给出了枸杞在流通模型中关键小模型——枸杞流通过程信息描述模型、枸杞流通信息追踪模型具体建立，其中运用Peti调对枸杞流通信息的追踪流程进行了建模；最后通过选用关联矩阵对Petri网建立的追踪模型进行分析，证明了该模型的合理性和可达性，这将使消费者能查询流通各环节的信息。模型的建立为枸杞安全监管、追溯、召回体系的应用平台开发提供前提，为消费者购买安全枸杞提供了充分的保障和支持。

关键词：物联网；RFID； WSN；枸杞；模型

随着经济生活条件的提升，现代的人们越来越注重养生，其中枸杞便是中老年人甚至是青少年比较偏爱的一种药食两用的养生药材。枸杞是宁夏标志，2012年，当地的差不多就有5?6万t左右的产量，其出口规模占全国一半以上。近年来，我国枸杞除了出口传统高端市场外，正在积极开拓东欧、中东、南美等市场。所以，枸杞的品质及药用效果受到消费者、商家及国家部门的广泛关注。虽然枸杞需求量相对十几年前有显著的提升，但和枸杞产量比起来，仍供大于求。另外，现在国内大多供应链基于EPC架构的供应链应用模型[1-2]，这种射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）的EPC互联网架构中一方面没有对状态、过程信息的描述，另一方面没有对流通信息的存储进行研究。

針对以上两点，在第二点的基础上加了无线传感网技术。搭建了基于RFID与无线传感网络（Wireless SensorNetworks，WSN）结合的枸杞流通物联网模型，对最初的枸杞粒、过程中的枸杞盒/箱等都设计实时的跟踪控制模型，这将有效降低由环境引起枸杞在运输流通中发生变质、失效，在运输中混入劣质、熏磺或不合标准的枸杞等的发生概率。使枸杞市场更加开阔，实现对枸杞从源头到消费全过程追踪、召回体系应用平台建立成为可能。

1 模型中关键技术

1.1 物联网及无线传感网

目前，物联网比较通用的定义是通过红外感应器、RFID、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任意物品与互联网相连，通过信息交流、通信实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[3]。物联网在感知领域也称传感网，首先它实时地将监测、感知和采集的信息进行集成，然后通过嵌入式系统进行信息处理，再通过WSN实现对物理世界的动态感知，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求[4]。可见WSN技术是物联网中最核心的技术之一，WSN是由独立分布的节点以及网关构成，由部署在监测区域内大量传感器节点组成，通过无线通信方式，对对象的信息进行感知、采集和处理，最终将数据发送到网关，系统能够从网关获取数据，查看历史记录进行分析。

1.2 射频识别技术

RFID技术是一种自动识别技术，利用射频信号实现对目标对象的自动化识别，同时获得相关的信息、数据，RFID有同时识别多个标签、识别精度高、抗干扰强、识别速度快等特点，与互联网等技术结合，可实现全球共享[5]。

2 枸杞流通物联网模型

基于RFID和WSN的枸杞流通物联网模型如图1所示。通过枸杞包装的RFID标签，加上流通经过的所有地点安装的传感器设备，实现对枸杞基本信息、流通过程中状态、过程信息的标识和及时获取，并对得到或感知的数据以PML（物联网标准语言）进行存储和传输，从而使所有与枸杞有关的厂家、经销商、零售商、购药者都可以通过有线的（Web方式）和无线方式（手机、PAD）适时地获取药品信息。

3 关键模型

3.1 枸杞流通过程信息描述模型

在枸杞流通物联网模型中，首先要解决的是该模型中枸杞产品与后期物联网中管理系统中的数据映射问题。其枸杞可以是单个包装袋（单品）、包装盒/箱等，其信息包括标识信息和流通信息。标识信息指枸杞的基本属性信息，包括枸杞的成分、使用方法、生成厂地、生产时间等静态信息。流通信息是在流通过程中形成的，包括具体的交易时间、交易地点、操作用户、业务类型等，是在流通过程中写进PML信息服务器，是动态信息。

将枸杞实体对象定义为R={r1，r2，……，rn}，R可以为枸杞单品，也可以是由一批枸杞单品{r1，r2，……，rn}组成的包装盒/箱。及在时间t经过某一流通地点，其状态信息It（R）可以用九个元素来描述：

It（R）={Bas（R）， t， Num（R）， Loc（R）， Basi（R），User（iO，Env（s），Rela（R），BDN（R）}其中各元素具体含义如表1所示。

则枸杞实体对象及的流通过程信息就可以表示为：

Proc（Num（R））={Bas（R）， Loc（R）， User（R）， Basi（R）， BDN（R）}

通过R电子标签RFID号，可以查R真伪、基本属性信息、整个过程信息。

3.2 枸杞流通信息追踪模型

为了充分了解枸杞流通物联网在对产品追踪时对信息的要求，需对产品流通的追踪流程进行建模分析，由于Petri网具有友好的图形开发界面和严谨的数学基础，对后期的应用平台开发起到规范的指导作用，因此选用Petri网来对枸杞流通的追踪流程进行建模和分析。

首先对枸杞跟踪流程中的条件、事件进行定义，如表2所示。

根据上述定义的条件和事件，对跟踪过程中的事件流程进行描述，如表3所示。

由Petri网理论[6-7]可知，条件对应Petri网的位置，事件对应Petri网的转移，事件的前提条件对应Petri网的转移点火，条件为真表示成Petri网的对应位置上的持有令牌。根据上述思想，建立枸杞流通跟踪流程Petri网模型，如图2所示。

建立Petri网模型后，选用关联矩阵中的Wij+和Wij-、对该模型进行性能分析，证明模型的合理性。如下：

则Petri网模型的关联矩阵Wij是：

根据Petri网的守恒条件WX=0，通过Matlab解得Petri网R的不变量为：

X1t=（1，1，1，0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0）

X2t=（l， 1， 0， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1）

对于解得Petri网的R不变量，分量为1时表示托肯流经库所，分量为0是表示托肯不流经此库所。所以Petri网的R不变量可以转化为下述形式：

X1t=（R0，R1，R2）

X2t=（R0，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15）

由此可見，Petri网模型中可能存在的潜在路线为：

（l）R0，t0，R1，t1，R2）

（2）（R0，t0，R1，t1，R2，R3，R4，t3，R5，t4，R6，t5，R7，t6，R8，t7，R9，t8，R10，t9，R11，tl0，R12，t11，R13，t12，R14，t13，R15），由此可得，建立的该Petri网模型的有界性，所有的状态都是可达的。

4 结语

本文为拓展枸杞市场，构造了融合RFID和WSN的枸杞流通物联网模型，对流通信息进行描述、存储与追踪进行了详细的讨论与分析，并通过关联矩阵证明了通过Petri网建立的追踪模型的合理性和可行性，为枸杞安全监管、追溯、召回体系的应用平台开发提供前提。

[参考文献]

[1]JONG M K O， CHOONJONG K， YOUNGHO C， et al.Adaptive product tracking in RFID-enabled large-scale supple chain[J].ExpertSystems with Applications， 2011（38）：1583-1590.

[2]PILAR M L， JUAN P M G， JOSEMARIA M S， et al.An efficient distributed discovery service for EPCglobal neteork in nestedpackage scenarios[J]. Journal of Network and Computer Applications， 2011（34）：925-937.

[3]林赛君.物联网革命[J].江苏商论，2009（31）：64-66.

[4]于海斌.智能无线传感器网络系统[M].北京：科学出版社，2006.

[5]卫菊红.物联网技术发展及应用研究进展[J].工业控制计算机，2011（12）：50-52.

[6]王志坚，蔡自兴.一种基于Petri网的功能/数据分析方法[J].计算机集成制造系统，2008（6）：1194-1199.

[7]武滢，谢里阳，李进东.应用Petri网的关联矩阵求最小割集的新方法[J].中国机械工程，2008（9）：1044-1049.