支持包含關系追溯的RFID數據模型

徐秀+鄧文麗+張攀

摘要：隨著RFID技術的普及，產生了海量的RFID數據，如何有效地將數據進行管理利用已成為一大熱點問題。RFID數據模型是管理RFID數據的基礎，決定著基于該模型數據管理方法的有效性。本文我們將提出一個支持包含關系追溯的RFID數據模型，這個數據模型將對在供應鏈中物品包含關系的變動進行研究，針對包裝層次的追溯查詢，研究基于RFID的供應鏈包含關系追溯系統中的關鍵技術，包括RFID可溯追時空數據模型及該時空數據模型如何在分布式環境下對包含關系追溯查詢處理等。

關鍵詞：RFID；時空數據模型；分布式查詢；供應鏈包含關系追溯

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0033-04

1 引言

目前已提出了許多RFID數據模型，但它們很少考慮溯源應用特征及需求。從溯源應用特征看，RFID數據模型應能描述物品的位置變化（從一個區域移到另一個區域）、狀態變化（如從生產、運輸到銷售等）、包裝關系變化（如物品的組裝和拆分）等動態信息，而且這些信息都是時間相關。

在數據模型領域，文獻[1]DRER模型是一個動靜態相結合的數據模型，可以實現物品位置查詢和時間查詢，但該模型假設所有數據都存儲在一個數據庫中，所以很難用于分布式系統。文獻[2]數據立方體模型（RFID-cuboid）是靜態數據挖掘模型，不是事件驅動動態模型。該數據模型只適合具有相同屬性的大型數據集，不適合對單個物品進行檢測的應用環境。文獻[3]面向供應鏈的RFID時空數據模型補充的位置關系，添加相鄰關系之間的關系、優越的地理位置、貨物的路徑信息。可以實現物品位置查詢獲得其路徑信息，但對其包含關系的追溯方面還不夠完善。對于包含關系，SPIRE在早期的工作中提出了兩種方法檢測方法。一種方法就是手動檢測，另一種就是配置RFID閱讀器，自動讀到包裝箱及其包含物品的標簽。但是該方法不能較好地解決重新組合的問題。

按照ISO標準，RFID的溯源是指通過記錄物品的識別代碼以跟蹤對象的位置變化變化。溯源也可定義為對產品的所有階段（從生產、處理到銷售）進行全程追蹤。文獻[4]將溯源分為3種類型：后向溯源（Backward traceability，也稱供應商溯源）、內部溯源（Internal traceability，也稱過程溯源）和前向溯源（Forward traceability，也稱消費者溯源）；目前已經實現物品位置查詢獲得其路徑信息，但對其包含關系的追溯方面還不夠完善，因此，要構建在供應鏈整個生命周期內健壯且無縫的溯源系統，需設計合理的數據模型和查詢方法，這即是本文的研究內容。

2 包含關系的追溯需求

2.1 包含關系類型

如圖1所示，假定供應鏈上面一共包括五個環節：原材料供應商、生產商、分銷商、零售商、最終消費者。這每個環節上容器與物品的包含關系會發生變化，比如拆分與重組。而我們這篇文章的主要目的就是實現物品容器在供應鏈上包含關系的追溯。

包含關系可能會隨物品在供應鏈中的運動而改變。物品可以從一個容器（容器是指包含物品或容器的對象）分離出來，或者某些物品可能會被放入到一個容器中。同時，物品在流通時，因為可能會進行的包裝拆分和重裝新包裝操作，因此包含關系可能隨時間變化而變化。為了能夠應對追溯查詢，必須管理這些包含關系的變化。

其主要的包含關系有：

（1）共容關系：如果物品I1和物品I2能夠被同一容器A在同一層次直接包含，稱這兩個物品存在共容關系；

（2）直接包含關系：如果一個物品I1可以直接被另一個物品A包含，稱這兩個物品之間存在直接包含關系；

（3）間接包含關系：如果一個容器A包含容器B，容器B又包含物品I1，則稱容器A與物品I1存在間接包含關系；同時容器A、容器B和物品I1又形成多層級包含關系。

2.2 包含關系追溯需求

根據文獻[4]與上述的包含關系類型，可以將主要的追溯需求分為：

（1）直接包含關系追溯。某時刻/時間段容器包含了哪些對象（向下追溯）；供應程容器包含了哪些對象（歷史追溯--容器）；某時刻/時間段對象被什么容器包含（向上追溯）；供應鏈全程對象被什么容器包含（歷史追溯--對象）。

（2）共容關系追溯。某時刻/時間段對象和哪些對象在同一個容器中（共容追溯）。

（3）多層級包含關系追溯。某時刻對象被哪幾層容器包含（向上追溯）；某時刻容器包含了哪些對象（向下追溯）。

3 數據模型

3.1 可追溯網絡

在供應鏈環境下，隨著時間的變化，對象的狀態也會隨之而變化，包括它的空間位置、與其他對象的包含關系等。我們將包含關系可追溯性定義為跟蹤一個對象的當前和所有先前包含關系狀態變化的能力。圖2顯示了一個對象移動以及包含關系變化圖的例子。

3.2 概念模型

本文提出了一種基于時間和空間順序的RFID數據模型，充分考慮面向供應鏈的RFID數據的特點以及標記對象的特征，將供應鏈上的標記對象分為能包含其他標記對象的容器對象（簡稱為容器），例如托盤、包裝箱等；以及不能包含其他標記對象的物品對象（簡稱為物品）。因此，標記對象在供應鏈上的包含關系可以分為物品和容器的包裝（假定物品被直接容器包裹后再供應鏈中不會再拆分）以及容器和容器之間的重組與拆分。

最后，將標記對象與時間和空間上的位置聯系在一起，定義數據庫的查詢操作，使模型能查詢物品的基本信息，復雜包含關系的變化的信息和相關供應鏈信息，有效地解決了在供應鏈中物品包含關系變動的追溯問題。

考慮以上需求綜合以上分析，本文建立了能夠表現以上實體以及它們之間各種關系的ER模型，如圖3所示。endprint

3.3 邏輯模型

根據概念數據模型可以轉換到相應的關系模型，以便于實現在可追溯性網絡中的對包含關系的追溯查詢，生成的關系模型如下所示：

Organization（gid，name，description）

Object（object_epc，object_name，description）

Location（gid，object_epc，receiveFrom，sendTo，t_start，t_end）

Item（item_epc，item _name，price）

Container（container_epc，container _name）

Reader（reader_epc，reader_name，description）

Pack（item _epc， container _epc，contain_time，split_time）

Contain（child_epc， parent_epc，contain_time，split_time）

本文將對象的包含關系分為物品和容器間包裝以及容器與容器之間的重組與拆分。其中，容器和容器間包含關系以的形式將容器間的包含關系保存在數據庫表中；這種存儲形式在容器有多層包裝時，如果要檢測容器之間的間接包含關系（即在兩個非相鄰層級的容器之間），需要經過多次數據庫連接操作，效率較低。因此，本文采用區間編碼的方式來表示容器與容器間的包含關系從而進行較少的連接操作即可判斷不同層級容器的包含關系，其存在的包含關系如圖4所示，包含關系表示方法如表1所示。

4 包含關系可追溯查詢

根據邏輯數據模型，我們可以實現對包含關系的追溯，其中主要有一下幾種追溯查詢類型。

5 分布式查詢處理

5.1 分布式查詢概述

根據文獻[5][6]中提出關于分布式查詢，圖5的模型中預先并不知道跨節點的數據的完整分布，是在處理轉發查詢時逐步發現的。為了處理一個查詢獲取一個對象所經過的路徑的信息，每個組織都需要為每個發生或接收的事件存儲兩個的屬性，即receiveFrom和sendTo。這些信息可以通過與其他組織信息一起聯系、追蹤來獲得。如果一個組織不能提供精確的數據，那么訪問組織的節點數量會增加，在最壞的情況下，所有的組織都需要聯系。

5.2 分布式轉發查詢算法

（1）查詢與合并：分析并重寫查詢，先在本地執行查詢，再根據本地執行結果和查詢要求重寫成與上下游相關組織的查詢，最后將遠程的查詢結果返回初始客戶端，算法如表2所示。

（2）過程與轉發：若查詢對象具有receiveFrom和sendTo屬性，根據新的查詢語句獲取需要的上下游信息，將查詢改寫與直接上、下游節點相關的新查詢，然后調用查詢與合并算法執行查詢，算法如表3所示。

（3）洪泛查詢：若查詢對象沒有receiveFrom和sendTo屬性，根據新的查詢語句獲取所有組織信息，向所有的組織發出查詢。若找到要查詢的對象或者事件，調用查詢與合并算法執行查詢，算法如表4所示。

6 結語

近年RFID技術的普及及發展速度迅猛，可以預見RFID應用將成為一種全球趨勢，其未來所產生的作用，涉及方面之廣都無法估量。本文從數據庫建模的方面對RFID包含關系進行追溯，大大的利用數據模型管理RFID產生的海量數據。

關于RFID的模型有很多，但針對包含關系的追溯模型卻十分鮮有。本文建立的模型不僅對物品進行向上、向下、平行等簡單的追溯，更增添了復雜情況下的多層級包含關系、整體性包含關系和包含關系隨時間變化的追溯。擴展的EPCIS事件模型適用于對供應鏈中物品包含復雜事件，對多層次包含事件查詢在本地查詢耗用時間較短，在供應鏈上每步查詢重寫可在遠程同時查詢所有包含對象，隨著供應鏈長度增加或者容器層次的增加，包含事件分布式查詢響應時間的增長率較低，在一定程度上具有一定優越性。

最后，期望RFID的技術可以得到長遠發展，盡早地進入人們生活，并在未來為人們做出更的大貢獻。

參考文獻

[1]任宗東，高偉，任東英.時空ER模型的設計[J].計算機工程，2003，29（l2）：77-79.

[2]李琦.立方體模型在RFID數據處理中的應用研究[D].重慶郵電大學，2011.

[3]Wang Yonghui，Qin XiaoyuA. RFID Spatio-temporal Data Model Oriented Supply Chain.The Open Automation and Control Systems Journal，2015，7：31-41.

[4]廖國瓊，萬齊智，蔣劍，萬常選.支持RFID對象包含關系追溯的幾何向量編碼策略[J].小型微型計算機系統，2014，35（6）：1298-1303.

[5]Ramesh B，Jarke M. Toward Reference Models for Requirements Traceability[M].IEEE Press，2001.

[6]趙文，李信鵬，劉殿興，張世琨，王立福.供應鏈環境下一種分布式RFID發現服務[J].電子學報，2010，38（s1）：99-106.

Abstract：With the popularization of RFID technology， it has produced a huge amount of RFID data， and how to effectively manage the data has become a hot issue.The RFID data model is the basis for managing RFID data and determines the validity of the model data management method.In this paper， we will propose a support include RFID data model of relationship between traceability， the data model will be the items include in the supply chain relationship， the change of packing level of traceability queries， study the key contains the relationship between supply chain traceability system based on RFID technology， including RFID back to chase the spatio-temporal data model and how the spatio-temporal data model in the distributed environment to contain traces the query processing.

Key Words：RFID；Spatiotemporal data model；Distributed query；Supply chains include traceability