基于RRD和WSN技術的枸杞流通物聯網模型研究

李皎皎 周承霖 馮鋒

摘要：針對枸杞供大于求，我國急需通過保證其質量來拓寬更大更高端的經濟市場的現狀，提出了RFID和WSN技術的枸杞流通物聯網模型。文章細致地研究和分析枸杞的流通過程，將概念、判斷、推理相結合描述了枸杞流通模型；給出了枸杞在流通模型中關鍵小模型——枸杞流通過程信息描述模型、枸杞流通信息追蹤模型具體建立，其中運用Peti調對枸杞流通信息的追蹤流程進行了建模；最后通過選用關聯矩陣對Petri網建立的追蹤模型進行分析，證明了該模型的合理性和可達性，這將使消費者能查詢流通各環節的信息。模型的建立為枸杞安全監管、追溯、召回體系的應用平臺開發提供前提，為消費者購買安全枸杞提供了充分的保障和支持。

關鍵詞：物聯網；RFID； WSN；枸杞；模型

隨著經濟生活條件的提升，現代的人們越來越注重養生，其中枸杞便是中老年人甚至是青少年比較偏愛的一種藥食兩用的養生藥材。枸杞是寧夏標志，2012年，當地的差不多就有5?6萬t左右的產量，其出口規模占全國一半以上。近年來，我國枸杞除了出口傳統高端市場外，正在積極開拓東歐、中東、南美等市場。所以，枸杞的品質及藥用效果受到消費者、商家及國家部門的廣泛關注。雖然枸杞需求量相對十幾年前有顯著的提升，但和枸杞產量比起來，仍供大于求。另外，現在國內大多供應鏈基于EPC架構的供應鏈應用模型[1-2]，這種射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）的EPC互聯網架構中一方面沒有對狀態、過程信息的描述，另一方面沒有對流通信息的存儲進行研究。

針對以上兩點，在第二點的基礎上加了無線傳感網技術。搭建了基于RFID與無線傳感網絡（Wireless SensorNetworks，WSN）結合的枸杞流通物聯網模型，對最初的枸杞粒、過程中的枸杞盒/箱等都設計實時的跟蹤控制模型，這將有效降低由環境引起枸杞在運輸流通中發生變質、失效，在運輸中混入劣質、熏磺或不合標準的枸杞等的發生概率。使枸杞市場更加開闊，實現對枸杞從源頭到消費全過程追蹤、召回體系應用平臺建立成為可能。

1 模型中關鍵技術

1.1 物聯網及無線傳感網

目前，物聯網比較通用的定義是通過紅外感應器、RFID、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任意物品與互聯網相連，通過信息交流、通信實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[3]。物聯網在感知領域也稱傳感網，首先它實時地將監測、感知和采集的信息進行集成，然后通過嵌入式系統進行信息處理，再通過WSN實現對物理世界的動態感知，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求[4]。可見WSN技術是物聯網中最核心的技術之一，WSN是由獨立分布的節點以及網關構成，由部署在監測區域內大量傳感器節點組成，通過無線通信方式，對對象的信息進行感知、采集和處理，最終將數據發送到網關，系統能夠從網關獲取數據，查看歷史記錄進行分析。

1.2 射頻識別技術

RFID技術是一種自動識別技術，利用射頻信號實現對目標對象的自動化識別，同時獲得相關的信息、數據，RFID有同時識別多個標簽、識別精度高、抗干擾強、識別速度快等特點，與互聯網等技術結合，可實現全球共享[5]。

2 枸杞流通物聯網模型

基于RFID和WSN的枸杞流通物聯網模型如圖1所示。通過枸杞包裝的RFID標簽，加上流通經過的所有地點安裝的傳感器設備，實現對枸杞基本信息、流通過程中狀態、過程信息的標識和及時獲取，并對得到或感知的數據以PML（物聯網標準語言）進行存儲和傳輸，從而使所有與枸杞有關的廠家、經銷商、零售商、購藥者都可以通過有線的（Web方式）和無線方式（手機、PAD）適時地獲取藥品信息。

3 關鍵模型

3.1 枸杞流通過程信息描述模型

在枸杞流通物聯網模型中，首先要解決的是該模型中枸杞產品與后期物聯網中管理系統中的數據映射問題。其枸杞可以是單個包裝袋（單品）、包裝盒/箱等，其信息包括標識信息和流通信息。標識信息指枸杞的基本屬性信息，包括枸杞的成分、使用方法、生成廠地、生產時間等靜態信息。流通信息是在流通過程中形成的，包括具體的交易時間、交易地點、操作用戶、業務類型等，是在流通過程中寫進PML信息服務器，是動態信息。

將枸杞實體對象定義為R={r1，r2，……，rn}，R可以為枸杞單品，也可以是由一批枸杞單品{r1，r2，……，rn}組成的包裝盒/箱。及在時間t經過某一流通地點，其狀態信息It（R）可以用九個元素來描述：

It（R）={Bas（R）， t， Num（R）， Loc（R）， Basi（R），User（iO，Env（s），Rela（R），BDN（R）}其中各元素具體含義如表1所示。

則枸杞實體對象及的流通過程信息就可以表示為：

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

通過R電子標簽RFID號，可以查R真偽、基本屬性信息、整個過程信息。

3.2 枸杞流通信息追蹤模型

為了充分了解枸杞流通物聯網在對產品追蹤時對信息的要求，需對產品流通的追蹤流程進行建模分析，由于Petri網具有友好的圖形開發界面和嚴謹的數學基礎，對后期的應用平臺開發起到規范的指導作用，因此選用Petri網來對枸杞流通的追蹤流程進行建模和分析。

首先對枸杞跟蹤流程中的條件、事件進行定義，如表2所示。

根據上述定義的條件和事件，對跟蹤過程中的事件流程進行描述，如表3所示。

由Petri網理論[6-7]可知，條件對應Petri網的位置，事件對應Petri網的轉移，事件的前提條件對應Petri網的轉移點火，條件為真表示成Petri網的對應位置上的持有令牌。根據上述思想，建立枸杞流通跟蹤流程Petri網模型，如圖2所示。

建立Petri網模型后，選用關聯矩陣中的Wij+和Wij-、對該模型進行性能分析，證明模型的合理性。如下：

則Petri網模型的關聯矩陣Wij是：

根據Petri網的守恒條件WX=0，通過Matlab解得Petri網R的不變量為：

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）

對于解得Petri網的R不變量，分量為1時表示托肯流經庫所，分量為0是表示托肯不流經此庫所。所以Petri網的R不變量可以轉化為下述形式：

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網模型中可能存在的潛在路線為：

（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，建立的該Petri網模型的有界性，所有的狀態都是可達的。

4 結語

本文為拓展枸杞市場，構造了融合RFID和WSN的枸杞流通物聯網模型，對流通信息進行描述、存儲與追蹤進行了詳細的討論與分析，并通過關聯矩陣證明了通過Petri網建立的追蹤模型的合理性和可行性，為枸杞安全監管、追溯、召回體系的應用平臺開發提供前提。

[參考文獻]

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[4]于海斌.智能無線傳感器網絡系統[M].北京：科學出版社，2006.

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[7]武瀅，謝里陽，李進東.應用Petri網的關聯矩陣求最小割集的新方法[J].中國機械工程，2008（9）：1044-1049.