基于RFID和EPC的物聯商務追溯系統

高茂庭，吳盈盈，徐威男

（1.上海海事大學信息工程學院，上海201306；2.上海游覓信息技術有限公司，上海200331）

基于RFID和EPC的物聯商務追溯系統

高茂庭1，吳盈盈1，徐威男2

（1.上海海事大學信息工程學院，上海201306；2.上海游覓信息技術有限公司，上海200331）

針對電子商務市場存在假冒偽劣商品，難以追根溯源和防偽等問題，提出基于RFID和EPC物聯網技術的物聯商務追溯系統，詳細分析其體系結構并基于EPC信息服務設計實現，將商品追溯功能有機嵌入在物聯商務業務過程中，通過掃描商品RFID標簽采集商品信息與位置狀態記錄，并根據商品的EPC編碼，通過對象名解析服務（ONS）和EPC信息服務記錄商品追溯信息，實現對物聯商務商品的跟蹤溯源。

上海市科委科技創新項目（No.12595810200）

0 引言

隨著互聯網與電子商務的蓬勃發展，電子商務在帶給我們方便的同時，其信息不對稱的問題也逐漸顯露出來，由于市場監管缺乏行之有效的技術手段，電子商務消費市場假冒偽劣商品泛濫，掛羊頭賣狗肉的現象層出不窮，嚴重影響廣大消費者對電子商務的信心，損壞企業聲譽，擾亂市場秩序。因此，迫切需要采用有效的技術手段，實現電子商務中銷售商品的防偽識別與實時追蹤，對商品的各個流轉環節追究責任，對問題商品進行快速召回，提高商品信息的真實性、準確性與可靠性。

近年來，利用無線射頻識別（Radio Frequency Iden?tification，RFID）與電子產品編碼（Electronic Product Code，EPC）技術建立全球物品信息實時共享的實物互聯網，被廣泛應用于零售供應鏈以及食品安全等重要領域[1]。李敏波等針對供應鏈的追溯需求，提出基于射頻識別語義事件的物品追溯模型，定義了5種射頻識別業務事件[2]；徐樹民等針對RFID物流系統中存在的安全問題，提出一種安全可追溯物流系統的解決方案[3]；鄭勇雪等人在倉儲管理系統中引入RFID技術，在各個環節實現了高效批量的管理[4]；黃廣文等利用RFID和EPC物聯網技術設計水產品追溯平臺，實現了水產品從養殖、加工、配送到銷售的全程跟蹤與追溯[5]。這些研究和設計為電子商務領域應用RFID和EPC物聯網技術的融合提供了理論依據和實例。

為此，本文將RFID與EPC物聯網技術應用于電子商務中，構建物聯商務追溯系統模型，對商品進行跟蹤，在EPC物聯網中追溯查詢，實現對物聯商務平臺出售商品的防偽與追溯，提高產品信息的透明度與可靠性。

1 RFID技術與EPC系統

RFID是一種非接觸式，具有自動識別等功能的射頻識別技術。其原理是基于射頻信號驅動電子標簽電路發射其存儲的編碼，對目標進行自動識別，并高效地獲取目標信息數據[1]。EPC是一種可以對單體進行全球唯一標識的編碼體系[1]。為了實現物品的快速識別與信息共享，對物品按EPC編碼采用RFID標識并通過網絡互聯形成EPC系統。

EPC系統可實現自動數據采集和處理，能即時自動識別并追蹤物品在供應鏈中的流向和狀態，實現全球范圍內目標追蹤與信息共享。它由EPC編碼體系、RFID系統以及信息網絡系統三部分構成[1]，其中，EPC編碼為用于標識目標的特定代碼；RFID系統由經EPC編碼的RFID標簽（即EPC標簽）和讀寫器組成；信息網絡系統由EPC中間件、EPC信息服務、對象名解析服務器（ONS）等構成，是EPC系統的軟件支持系統。

在EPC系統中，讀寫器讀取EPC電子標簽中的編碼，通過網絡找到存有相關物品信息的服務器IP地址，由EPC中間件對多條信息進行清洗過濾和處理，利用實體標記語言（PML）描述EPC編碼所對應的附加信息由并存儲于EPCIS當中，在此之間的基于網絡的數據服務由ONS提供[13]，ONS接收到EPC中間件傳來的編碼并指示它到一個保存產品信息的EPCIS中查找。EPC系統工作流程如圖1所示。

圖1 EPC系統工作流程圖

2 物聯商務追溯系統平臺結構設計

2.1 平臺層次結構

在基于RFID/EPC的追溯系統中，先要借助讀寫器等硬件采集標簽數據；由于采集到的原始數據存在大量的冗余等問題，因此需要通過中間件對原始數據進行清洗過濾處理并傳輸至數據庫保存；再將數據庫中的規范后數據供處理；各項業務處理將數據處理結果通過交互界面傳遞給用戶。因此，按功能分工和方便實現的原則，追溯系統的層次結構由下至上可表示為：環境層、服務層、數據層、應用層和客戶層等五層，如圖2所示。

圖2 追溯系統體系層次

（1）環境層：由RFID系統的標簽、天線、讀寫器和傳感器網絡等一系列硬件組成，主要用于采集商品原始數據。

（2）服務層：包括EPC中間件服務、EPCIS事件管理、GPS服務以及ONS服務等，其中，中間件服務用于對原始數據進行清洗過濾處理，通過事件管理對事件進行語義分析，通過GPS服務對商品進行定位，通過ONS服務建立映射信息。

（3）數據層：主要以各類數據庫為主，包括，對應產品編號存儲產品信息的產品數據庫，對應業務信息的業務數據庫，存儲EPC信息的EPCIS數據庫以及平臺運行過程中用于放置累積數據的平臺數據庫。

（4）應用層：涵蓋生產、銷售、庫存、和追溯等一系列物聯商務業務。

（5）客戶層：提供移動終端、B/S結構和C/S結構等形式多樣的操作界面。用戶包括各個供應節點的工作人員、平臺賣家和買家。

2.2 平臺總體架構

結合EPC系統工作流程，針對物聯商務追溯系統業務流程和需求，將EPC系統部署在各個企業節點，通過系統根ONS服務進行映射。

追溯業務經過從生產商到成品庫再到銷售配送等環節，在每個節點企業建立自身的EPC系統，利用EPC編碼管理方案管理RFID標簽，并利用自身的EP?CIS服務器存放EPCIS事件數據，在企業本地ONS服務器中存儲EPC編碼到EPCIS服務器地址的映射信息，同時建立系統根ONS服務器來存儲EPC編碼到本地ONS服務器地址的映射信息。系統總體架構如圖3所示。

圖3 可追溯系統總體架構

生產管理中，在產品生產線上部署讀寫器與傳感器來采集產品實時數據，并通過網絡傳送給上位設備。產品標簽配合連網的讀寫器，每一次識別就是一次對產品的追蹤。讀取到的數據通過網絡傳送到生產線控制計算機，集中起來后儲存至數據庫中做進一步加工。經過數據處理和分析，為標簽分配EPC編碼，將標簽和產品信息進行綁定。

庫存管理中，引入EPC系統對到貨檢驗、入庫出庫、庫存盤點等環節數據進行自動采集。給每一庫位貼電子標簽，該標簽稱為庫標簽，在進行庫房管理作業時讀取標簽判斷位置；貨品入庫時，給每個物品貼電子標簽，作為貨品標簽，貼標簽的物品應為整托盤、整箱或便于安裝標簽的大件物品，進行庫房作業時讀取標簽編號來確定物品，貨品標簽應為重復使用的；設置無線網絡來完成作業數據的實時傳輸。

物聯商務網絡賣家用戶將商品信息錄入銷售平臺，買家用戶瀏覽商品信息并下單購買，商品從配送中心出庫進入物流環節，在每一個物流節點，通過掃描商品標簽，將讀取到的EPC編碼，并結合當前的地理位置信息一同存入到本地ONS服務器。

買家用戶收貨時采用手機NFC掃描標簽以更改商品的追溯狀態，還可通過追溯系統查詢商品來源以及物流狀態。其他用戶通過掃描商品標簽，可跳轉商品信息頁面進行查看，方便進行購買。

3 物聯商務追溯系統信息服務體系設計

在追溯系統中，在商品的供應網絡以及運輸網絡的各個節點處布置數據采集器，系統采集經過節點的商品數據后，作清洗過濾以及事件處理以保證數據真實有效，再同節點地理位置信息一同保存至EPCIS數據庫中。追溯系統平臺用戶通過輸入或掃描商品EPC編碼查詢商品流通信息。

3.1 數據采集

貼有標簽的商品在進入各個追溯節點時，讀寫器會快速讀取標簽中的EPC數據，傳遞給EPC中間件進行清洗過濾，本地ONS接受過濾后的EPC編碼并利用BIND技術將其解析為EPCIS的訪問地址；本地服務器通過訪問地址與EPCIS建立連接并獲得數據；本地服務器將返回數據存入本地EPCIS服務器[7]。在物聯商務中，上述節點生成的數據以PML文件形式進行保存并作為今后商品流通過程追溯的重要依據。。

3.2 數據過濾

由于讀寫器部署和標簽流動量大等原因，讀寫器讀取標簽時會產生漏讀、多讀和臟讀等情況，對高層應用造成數據不準確、不一致、不完整等問題并會帶來巨大的網絡負擔，因此，在數據進入系統之前要對其進行清洗過濾等預處理[10]。

本文設計哈希表來存儲事件流，將讀寫器采集到的原始事件記為，其中，R為閱讀器編號，O為標簽編碼且每個標簽對象具有唯一標識，T為時間戳。采用如下過濾策略[9]：定義大小合適的檢測時間窗，當閱讀器接收到新事件時，若哈希表中存在與之相同R和O的事件，則認定該事件為重復事件，僅更新表中事件的時間戳T；若不為（R1=R2）∩（O1= O2），則將事件寫入哈希表中。

3.3 數據處理

EPCISGlogal在EPCIS規范中定義了五種IOT（物聯網）事件類型并提供一套標準的EPC數據接口。事件被捕獲之后返回查詢接口，事件定義就是對EPCIS事件各元素進行定義[5]。除共有的屬性外，可以對不同事件的屬性進行擴展，事件屬性關系如圖4所示。

追溯系統采用復雜事件處理技術處理EPC數據，下面從事件定義和事件處理框的架角度進行詳細設計。

（1）EPCIS事件定義

按照商品從生產到銷售以及配送的流程，在各個環節中抽象出EPCIS事件，如表1所示。

表1 EPCIS事件定義

①生產環節

商品的生產環節分為生產上線、生產下線和生產裝箱三個事件。

產品生產上線時，將上線容器注冊為EPCIS事件上傳至EPCIS服務器，事件類型為對象事件，action元素值為ADD，bizstep值為“生產上線”，childEPCList元素的值為加工過程中所有容器的EPC編碼，此時的追溯對象是加工中的容器。

為生產成品貼RFID標簽時，注冊標簽EPC編碼，將生產下線事件上傳至EPCIS服務器，事件類型為對象事件，action值為ADD，bizStep元素的值設為“生產下線”，此時追溯對象為單品成品。

對單品進行裝箱時，先在包裝箱上貼好RFID標簽，并初始化其EPC編碼，將單品標簽與包裝箱標簽進行從屬綁定并記錄在EPCIS服務器，事件類型為聚合事件，action元素值為ADD，bizStep元素值設為“加工裝箱”，parentID元素值為包裝箱的EPC編碼，childEPCs值為包裝箱內所有單品的EPC編碼，追溯對象由單品變成包裝箱。

②倉儲環節

倉儲配送環節可分為商品入庫、商品拆箱和商品出庫三個環節，事件定義如下。

包裝箱入庫時，入庫位置和時間被讀取和記錄，事件類型為統計事件，bizStep元素值設為“商品入庫”，quantity元素值為同類對象的數量。

包裝箱入庫之后需要對商品進行拆箱操作，在EP?CIS事件里解除從屬綁定，事件類型選擇聚合事件，ac?tion元素值選擇DELETE，bizStep元素值設為“產品拆箱”，拆箱后，追溯對象由包裝箱變成單品。

單品出庫時，利用手持終端讀取包裝箱上的標簽，并將包裝箱的出庫位置、出庫時間及相應批次以EP?CIS事件形式記錄在EPCIS服務器中，事件類型選擇交易事件，action元素值選擇OBSERVE，bizStep元素值設為“商品出庫”，bizTransList元素值設為下游訂單號的關聯標識[5]。

③銷售環節

物聯商務銷售先在網上下單再由倉庫進行配送。顧客下單并進行結算后，賣家將發出商品標簽與網站商品展示相綁定，同時綁定當前商品訂單號，并記錄到EPCIS服務器，事件類型為對象事件，action元素值選擇ADD，bizStep元素值設為“商品出售”，childEPCs值為運輸訂單號。

④運輸環節

商品賣家提交物流配送單供物流商進行商品配送，將商品標簽與物流單號進行綁定，并記錄到EPCIS服務器，事件類型為交易事件，action元素值選擇ADD，bizStep元素值設為“發貨”，此時追溯對象由商品單體變為物流單號。

途徑各個物流節點，由手持終端讀取物流單號，并連同當前地理位置記錄到EPCIS服務器，事件類型為聚合事件，action元素值選擇ADD，bizStep元素值設為“運輸中”。

⑤收貨環節

買家用戶利用手機客戶端NFC對商品標簽進行掃描，并記錄到EPCIS服務器，事件類型為交易事件，action元素值選擇ADD，bizStep元素值設為“收貨”。

追溯節點外的用戶對標簽進行掃描，手機客戶端將跳轉至標簽所綁定的商品購買頁面，以達到通過RFID標簽對商品的查詢和分享作用，事件類型為查詢事件，bizStep元素值設為“查詢”。

（2）RFID事件處理框架

RFID閱讀器的一個原始事件是對標簽的一次觀測，原始事件只能表達簡單的信息，當對RFID事件進行規則運算所形成的事件我們稱之為復雜事件，可以用二元組來表示。其中，E表示RFID事件}，R表示運算規則[8]。

RFID事件從二元組被創建開始，到表示運算規則的R元素發生改變為止，其架構可以被描述成四個驅動邏輯[9]：

事件來源：一次觀測生成二元組所表示的原始事件；

事件通道：用于傳輸標準格式化的事件；

事件處理：當事件處理層收到一個表示RFID事件的二元組后，根據二元組中的運算規則R判斷是否做出相應運算，簡單事件可以根據運算規則R獨立處理進行處理，復雜事件則需要結合上下文進行處理；

事件驅動：一個事件可能會引起下游動作的發生。

RFID事件處理框架[9]如圖5所示。

圖5 RFID事件處理框架

事件捕獲器用于捕獲原始事件并生成EPCIS Event；然后根據規則庫中定義的規則對捕獲到的事件進行過濾；通過事件調度器，按照優先級和時間戳等合理安排事件處理順序；復雜事件處理器按照事件模式對事件流中的事件進行匹配，找出復雜事件；事件管理器按照時間戳順序將事件寫入事件流，管理和維護事件；最后根據訂閱者的要求發布事件信息。

4 物聯商務追溯系統的實現

物聯商務追溯系統采用MyEclipse 2015開發，MySQL數據庫，利用Java語言實現EPC編碼映射到EPCIS服務器的ONS服務解析，EPCIS服務器通過WEB服務進行實現。采用B/S（瀏覽器/服務器）和C/S（客戶端/服務器）混合技術架構，其中，C/S架構主要用于EPC數據采集存儲于EPCIS服務器和RFID事件處理，B/S架構主要用于RFID事件二元組上傳和物聯商務追溯跟蹤查詢。使用Java2平臺企業版（J2EE）中的Spring框架管理實現數據上傳和信息查詢，同時數據庫的持久化依靠開源對象關系映射框架（Hi?bernate）來實現。物聯商務追溯系統依托于物聯商務平臺，主要功能在于實現商品對用戶的透明化，用戶可在已購商品詳情中查看商品追溯信息，商品生產和倉儲階段的信息簡化為商品詳情供用戶查看，其包括商品供應商詳情以及商品詳情，用戶可準確掌握商品的追溯信息，詳情信息如圖6所示。

商品詳情部分顯示的是商品生產和倉儲部分詳細信息，而商品的銷售和運輸階段，用戶則通過商品追溯頁面進行查詢，該頁面所顯示的是從商品發出到收貨階段的物流追溯，用戶通過追溯頁面查詢商品銷售后的運輸路徑，確保本階段商品的真實性，追溯信息如圖7所示。

圖6 移動端商品詳情界面

圖7 移動端追溯界面

5 結語

本文將電子商務與商品追溯相結合，利用RFID和EPC技術研究設計了物聯商務追溯系統，理出了系統框架并對追溯體系進行分析，詳細設計了EPC信息服務，實現了物聯商務商品從加工、倉儲到銷售、配送整個過程的信息追溯，采用RFID使得數據采集更加快速、自動化，結合GPS技術使得信息顯示更加直觀。將追溯系統與物聯商務網上購物平臺一體化集成，為電子商務的信息不對稱難題提供了良好的解決方案。

本文提出的物聯商務追溯系統是一次商業模式的創新，依托RFID和EPC技術對電子商務市場進行制約管理具有重要的理論價值和現實意義。對消費者來說，對商品追溯信息的透明化可以有效保障消費者合法權益；對企業來說，便于企業迎合市場，做出決策，在保證質量的同時經濟效益最大化；對于電子商務市場來說，有利于建立更加完善的信用體系，幫助完善管理虛擬市場的監管；對于技術領域來說，以應用驅動物聯網技術的深入研究與發展。

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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，系統分析員，CCF高級會員，研究方向為智能信息處理，數據庫與信息系統；吳盈盈（1993-），女，河北人，碩士研究生，研究方向為信息系統與電子商務；徐威男（1986-），男，上海人，工程師，研究方向為信息系統；

2017-04-28

2017-07-20

物聯商務；追溯系統；射頻識別；電子產品編碼；物聯網

IOT business;Traceability System;Radio Frequency Identification;Electronic Product Code;the Internet of Things