特色食品的RFID編碼策略研究及應用

許吉斌，李少波，潘偉杰，劉 濤

(1.貴州大學計算機科學與信息學院，貴州貴陽550003;2.貴州大學教育部現代制造技術重點實驗室，貴州貴陽550003;3.貴州大學管理學院，貴州貴陽550003)

0 引言

在倉儲環節中，由于數據量大，操作頻繁，貨品存在查詢、盤點、定位困難等問題，急需一種智能化、自動化的處理方式，批量的進行數據采集和信息處理。

倉儲管理技術的發展，按信息采集的方式，分為3個主要階段:人工記錄數據階段;利用條碼進行半自動的數據采集階段［1-2］;利用RFID進行自動化數據采集階段［3］。

人工倉儲管理方式，極易造成人力資源的浪費，且錄入數據精度較低。采用條碼技術，可在一定程度上提高信息采集的自動化程度和精度，但由于其自身不可擦寫、易損壞、不可遠程批量操作等缺陷，依然不能滿足企業需要。RFID技術擁有非接觸，可批量讀寫，可重復利用等特點，可大幅度提升倉儲管理效率。

目前，RFID技術在我國農牧業得到了一定的應用，但由于缺乏完善的標簽編碼規則，其信息解析存在較大困難，各信息存儲區域沒有得到充分的利用［4-5］。而倉儲行業主要采用的管理方案是將條碼與RFID搭配使用，用于標識不同對象［6-7］，物品的固有信息及動態信息不能被自動提取，需要人工輸入［8-10］，因此造成了大量重復勞動和信息錄入錯誤。

本文通過對RFID標簽存儲區域的研究，提出了一種最優化標簽編碼策略，并且將其用于食品倉儲，實現了智能化的倉儲管理。

1 RFID標簽存儲區域

射頻識別 (radio frequency identification，RFID)技術，是一種始于21世紀初期的自動識別技術，該技術通過使用無線射頻信號對靜止或者移動的目標進行自動的識別，從而獲得相關的數據信息。一個簡單的RFID系統包含4個主要的組成部分:標簽 (tag)、閱讀器 (reader)、天線 (antenna)和后臺系統。標簽作為信息的載體，在RFID系統中起到了極其重要的作用。

目前，在供應鏈中被廣泛被采用的RFID標簽是EPC第一類第二代 (C1G2)超高頻標簽，該類標簽符合EPC/ISO 18000-6C標準，其存儲區域分為四個部分:保留存儲區、TID存儲區、EPC存儲區以及用戶存儲區［10］。其結構如圖1所示。

圖1 RFID標簽存儲區域結構

其中，保留存儲區長度為64bit，主要存儲殺死及訪問口令，用戶可以通過口令對標簽進行鎖存或者修改。TID存儲區共64bit，由標簽生產商固化于存儲區域中，內含標簽類型、廠家信息等內容，具有唯一性。EPC區域共96bit，用于全球范圍內唯一標識單個實體對象，可由使用方根據需要進行編碼。用戶存儲區，其存儲空間大小可由使用方自行定制，主要功能是實現EPC區域擴展編碼和其他用戶信息編碼存儲。通過對標簽存儲區域的充分利用，可以減少人力資源的浪費，提高信息采集的精確度，提高信息安全性等。

2 RFID標簽最優化標簽編碼策略

2.1 RFID標簽EPC區域編碼

國際EPCglobal組織對標簽EPC區域的劃分規則做出了一定的規定，將標簽的EPC區域分為3個主要的區塊，如圖2所示，分別為頭部區域、過濾和劃分值區域以及識別域。

圖2 RFID標簽EPC編碼區域

同時該組織還對EPC編碼的特性進行了描述，要求其滿足唯一性、通用性、可擴展性以及保密安全性等特性。

由于EPC編碼是用以區分單個實體的編碼，因此其最重要的特性是保證每個標簽具有全球范圍內的唯一編號，即要求其具有唯一性。而為了便于推廣和統一管理，又對標簽編碼的標準化和簡潔化進行了要求，即要求其具有通用性。

根據EPCglobal的編碼要求和標準，本文將標簽的EPC存儲區域劃分為6個主要區塊，對其中部分區塊又進行了二次劃分，以滿足實際需要，圖3為RFID標簽EPC區域編碼規則設計。

圖3 標簽EPC區域編碼規則

其中，公司標識代碼由公司地址和公司編號組成，其中公司地址14bit，參照《中華人民共和國行政區劃代碼》［11］的相關規定，我國省市兩級編碼可以表示成四位十進制有效數字，通過對該區塊數據的解析可以獲得公司所在地。公司編號由當地企業注冊部門授予，與食品生產許可證中的公司編號一致，通過解析可以獲得公司名稱及相關信息。而分類代碼區域用于存儲物品的種類，同樣根據食品生產許可證 (QS)編碼規則，分為產品類別及產品編號區域，用以標識食品的品種及具體類別。將公司地址、產品類別和公司編號區域編碼進行組合，即可得到國家食品生產許可證編碼。為了滿足EPC編碼唯一性的要求，本文將產品序列號區域分成了生產日期和產品編號兩個子區域，其中生產日期，按照［年］［月］［日］的格式表示出來，通過對其解析可以獲得產品的生產日期;而產品編號區域長度為17bit，可有效地表示超過十萬個單品，足以標識單個食品生產企業單日生產的任一產品。

編碼策略對食品的核心信息進行了記錄，包括產品種類，公司所在地，生產日期，生產許可證編號等，該策略保證了EPC編碼的唯一性和通用性，易于解析和映射。同時，為了適應不同公司的需求，本文在EPC區域編碼的基礎上增加了用戶區域編碼擴展。

2.2 RFID標簽用戶存儲區域編碼

目前主流標簽的用戶存儲區域長度為256bit和512bit，因此，本文以256bit為例，對標簽的用戶存儲區域進行編碼，將其分為兩個主要的區域，分別為:靜態編碼區 (預留EPC擴展區域)和動態編碼區，其結構如圖4所示。

圖4 標簽用戶存儲區域編碼規則

(1)靜態編碼區 (預留EPC擴展區域):其主要作用是存儲除EPC區域已記錄的信息之外的其他重要信息，如產地信息和保質期等。其產地信息依然精確到4位十進制有效數字［11］。而由于食品的保質期從數日到幾年不等，需要對其信息進行靈活的編碼，因此又將該區域分成兩個子區域:濾值區 (2bit)與保質值區 (10bit)，其中濾值區滿足表1所示編碼規則，通過該編碼方式可以靈活表示食品的保質期長度。除此之外，本編碼方式還預留了70bit的存儲空間，供用戶根據自己的需求擴展。

表1 保質期單位解析表

(2)動態編碼區:不同的倉庫通過對EPC區域和用戶存儲區域中的靜態區域編碼的讀取和解析，可獲得食品的相關信息，避免重復的信息錄入工作。但是僅僅對產品的固化信息進行記錄和解析是不夠的，還需要對產品的流通信息進行記錄，因此本文設計了動態編碼區域。

動態編碼區域分為3個主要區塊，分別是起始地址區塊、目標地址區塊和當前狀態區塊，由于該區域地址編碼細化到倉庫編號，因此將其編碼區域設置為30bit，可以記錄我國每個縣區級行政區域內的千余個倉庫信息，將該字段信息與8bit的貨架號編碼信息組合，可以較為精確的確定產品位置。對于大型倉儲而言，每日進出的產品可能包含多個批次，因此將存儲入庫時間的編碼長度設置為32bit，記錄的精度為分，與30bit的貨單號組合，可以很好地表示出倉庫內各批次物品的流通信息。

3 基于最優化標簽編碼策略的倉儲系統設計

與傳統的倉儲管理方案相比，RFID倉儲方案能自動、高效的采集部分倉儲信息，從而減少了管理者的工作量。而基于標簽編碼策略的倉儲管理方案與當前普遍使用的RFID倉儲管理方案相比，充分利用了RFID標簽的信息存儲功能，進一步提高了倉儲管理的靈活性和高效性。

為實現入庫信息的自動化、智能化、精確化錄入，本文在以往的信息錄入方式基礎上進行改進，利用RFID的可讀寫、非接觸等特性，采用標簽信息自動化錄入和解析的方式代替人工輸入信息方式。其基本流程如圖5所示。

圖5 物品入庫流程

在傳統的倉儲環節中，物品盤點主要依靠人工完成，一旦需要進行較大規模的倉儲盤點，則需要耗費大量的人力資源。而由于以往的RFID倉儲管理方案未采用有效地編碼策略，因此同樣無法實現物品信息的實時更新。基于最優化標簽編碼策略，本文提出了一種可實時校對、更新物品信息的盤點方法，其流程如圖6所示。

步驟1 選擇需要匹配的數據類型，并且輸入匹配數據。

步驟2 系統根據數據類型確定需要匹配的數據在標簽中的信息存儲位，并且將該數據進行編碼。

圖6 倉儲盤點方案流程

步驟3 讀取RFID標簽信息。

步驟4 判斷讀到的標簽相應信息存儲位的值是否與編碼后的匹配數據相同，若相同轉至步驟5，若不相同轉至步驟3。

步驟5 將此時的標簽信息以及讀取到該標簽的天線位置存入數據表中。

步驟6 判斷標簽中存儲的位置信息是否與讀取到該標簽天線的位置所對應的區域一致。如果一致則轉至步驟8，若不一致轉至步驟7。

步驟7 將標簽EPC編碼、其當前位置及其應在位置信息存入相應數據表中。

步驟8 判斷輪詢是否結束。若未結束轉至步驟3，若結束，則停止本次盤點。

該方法通過比較標簽信息中的物品位置信息與當前讀卡天線所覆蓋的位置是否一致，判斷物品是否在規定的位置上，同時可以準確的記錄各類物品數量以及各個物品當前的位置等信息。

4 最優化標簽編碼策略的倉儲應用示例

本文設計了一個基于最優化標簽編碼策略的倉儲管理系統，以實現標簽信息解析與實時信息更新。該系統基于B/S構架，結合Flex、java、XML進行程序的編寫，采用MySql作為中心數據庫，實現其典型應用功能的用戶界面如圖7、圖8所示。

圖7為標簽解析功能界面，用于實現標簽編碼信息的解析。該界面包含4個按鈕觸發相關的功能。其中“讀標簽”按鈕可以控制RFID標簽信息的讀取，并且顯示出讀取到的標簽EPC以及靜態信息編碼區的編碼;通過選擇標簽編碼，點擊“信息解析”按鈕，可以控制后臺實現對數據字典的查詢，從而解析出標簽中存儲的基本信息，并可通過“入庫”按鈕將解析得到的標簽信息存入數據庫，從而持久化數據。

圖7 標簽編碼解析/標簽信息入庫界面

圖8 為食品盤點界面示例圖，管理者可以通過選擇匹配信息類型和輸入匹配信息對匹配規則進行定義，通過點擊“運行”按鈕對倉庫中的食品進行盤點，既可以實時更新標簽信息，又可以找出位置錯誤的倉儲物品并且提示出正確的位置信息，為管理者簡化工作。

圖8 倉儲盤點界面

5 結束語

本文以提升倉儲管理技術為目的，對各種信息采集技術進行了比較，得出使用RFID技術可以提高倉儲管理效率的結論。進而對現有的RFID信息管理技術進行分析，找出了其中亟待解決的智能化、信息化、高效化的問題。針對問題，提出一種基于RFID的最優化標簽編碼策略倉儲管理方案，該方案針對企業需求，充分的利用了標簽的存儲區域，便于信息的自動化采集與解析，極大地提高了倉儲信息的錄入、讀出精度以及管理的靈活性和高效性，減少了管理者的工作量。

［1］SUN Hongying.The application of barcode technology in logistics and warehouse management［C］//First International Workshop on Education Technology and Computer Science，2009.

［2］LI Ying，QIU Guanxiong，WAN Zhenkai.The warehouse management system for textile enterprise based on bar code［J］.Control＆Automation，2011，27(2):31-32(in Chinese).［李穎，邱冠雄，萬振凱.基于條碼技術的織廠倉儲管理系統［J］.微計算機信息，2011，27(2):31-32.］

［3］Simon Veronneau，Jacques Roy，RFID benefits costs.Possibilities:The economical analysis of RFID deployment in a cruise corporation global service supply chain［J］.International Journal of Production Economics，2009(122):692-702.

［4］WANG Lingling，WENG Shaojie，CHEN Wei，et al.Research on classifying and coding of characteristic products of tropical agricultural［J］.Chinese Agricultural Mechanization，2010(4):39-4l(in Chinese).［王玲玲，翁紹捷，陳薇，等.熱帶特色農產品RFID標識的信息分類和編碼的研究 ［J］.中國農機化，2010(4):39-41.］

［5］ZENG Liancheng，SHEN Yue，PENG Jiahong，et al.Study on traceability system of farm products based on UHF RFID tags ［J］.Journal of Anhui Agn Sci，2010，38(26):14734-14735(in Chinese).［曾煉成，沈岳，彭佳紅，等.基于UHF RFID標簽的農產品可追溯系統研究 ［J］.安徽農業科學，2010，38(26):14734-14735.］

［6］DU Xiaoming，GE Shilun.Research for medium and small enterprises'warehouse management system in RFID and bar code［J］.Modular Machine Tool＆ Automatic Manufacturing Technique，2010，(2):106-112(in Chinese).［杜曉明，葛世倫.基于RFID和條形碼的中小企業倉庫管理系統研究［J］.組合機床與自動化加工技術，2010(2):106-112.］

［7］Rajat Kumar Panigrahy，Pattnaik S，Mahallick N G P C.Automation of supply chain management in rourkela steel plant［C］//Berhampur:International Conference on Electronics，Communication and Computing Technologies，2011.

［8］SHEN Bin，ZHOU Yingjun，WANG Jiahai，et al.Design of the RFID-based warehouse storage management system in small and medium enterprises of chemical industry［J］.Process Automation Instrumentation，2009，30(4):34-36(in Chinese).［沈斌，周瑩君，王家海，等.基于RFID的中小化工企業倉儲系統設計 ［J］.自動化儀表，2009，30(4):34-36.］

［9］FENG Yuefeng.Design and implementation of middleware for RFID warehouse management［J］.American Journal of Engineering and Technology Research，2011，11(9):3899-3903.

［10］LI Chonghua，HE Qin.Design for the logistics storage management system based on RFID ［C］//Hong Kong:International Conference on Anti-counterfeiting，Security，and Identification in Communication，2009.

［11］GB/T 2260-2007，Code for the administrative divisions of the People＇s Republic of China(in Chinese).［GB/T 2260-2007，中華人名共和國行政區劃代碼［S］.］