一種二維碼和電子標(biāo)簽互通性系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法

王 洋，李 軍，鄧 娟，包先雨，徐 偉

（1.深圳市檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，廣東深圳 518045；2.深圳海關(guān)，廣東深圳 518026）

隨著物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下現(xiàn)代貿(mào)易和物流行業(yè)的信息化、高效化和高質(zhì)量的發(fā)展，產(chǎn)品溯源越來越被政府、企業(yè)和人民群眾所重視。快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和海量的信息采集和處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全流程溯源的關(guān)鍵。條形碼[1]中的二維碼和射頻識別技術(shù)中的電子標(biāo)簽是近些年流行和推廣的溯源技術(shù)。二維碼成本低，但無法完全滿足實(shí)時(shí)、海量的信息采集與處理需求。電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)存儲容量大、可動態(tài)修改，卻受成本所限，無法廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品標(biāo)識和溯源。二維碼[2-5]和電子標(biāo)簽[6-8]的特性和適用場景各有千秋，且暫時(shí)無法相互取代[9]，因此在未來一段時(shí)間內(nèi)，兩者協(xié)同應(yīng)用于物流供應(yīng)鏈標(biāo)識和產(chǎn)品溯源管理是大勢所趨。

二維碼與電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法是解決貿(mào)易和物流行業(yè)中兩者之間數(shù)據(jù)互通性的關(guān)鍵。目前，已相繼在智能倉儲管理[10]、物流配送[11]、質(zhì)量追溯[12-13]等方面對兩者的共同應(yīng)用進(jìn)行了探索，但都基于獨(dú)立標(biāo)識和整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，缺乏底層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法研究。文獻(xiàn)[14]描述了電子標(biāo)簽和商品一維碼的轉(zhuǎn)換模型和轉(zhuǎn)換方法，但無法滿足二維碼和電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。文中構(gòu)建了一種二維碼和電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的互通性模型，并提出了一種二維碼和電子標(biāo)簽之間的轉(zhuǎn)換方法，以實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)互通，從而實(shí)現(xiàn)物流供應(yīng)鏈標(biāo)識過程中，二維碼和電子標(biāo)簽協(xié)同應(yīng)用于產(chǎn)品標(biāo)識時(shí)的信息自動化處理。

1 互通性系統(tǒng)模型

文中提出并構(gòu)建了一種二維碼和電子標(biāo)簽互通性系統(tǒng)模型，如圖1 所示。該模型由二維碼掃描器、二維碼打印機(jī)和電子標(biāo)簽讀寫器3 個(gè)外圍設(shè)備和一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理中心組成，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理中心由二維碼數(shù)據(jù)解析模塊、電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)解析模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊等3 個(gè)模塊組成。其中，二維碼掃描器負(fù)責(zé)讀取二維碼并識別二維碼所包含的信息，并上傳至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理中心；二維碼打印機(jī)負(fù)責(zé)打印出轉(zhuǎn)換后生成的二維碼；電子標(biāo)簽讀寫器負(fù)責(zé)識別電子標(biāo)簽，讀取電子標(biāo)簽存儲的信息，將信息上傳至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理中心以及寫入電子標(biāo)簽信息等；二維碼數(shù)據(jù)解析模塊負(fù)責(zé)對二維碼進(jìn)行譯碼解析并提取二維碼各字段的信息；電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)解析模塊負(fù)責(zé)對電子標(biāo)簽進(jìn)行譯碼解析并提取電子標(biāo)簽各字段的信息；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)二維碼編碼信息和電子標(biāo)簽編碼信息的相互轉(zhuǎn)換，并生成轉(zhuǎn)換后的二維碼編碼信息和電子標(biāo)簽編碼信息。

圖1 二維碼與電子標(biāo)簽互通性系統(tǒng)模型

2 轉(zhuǎn)換方法

2.1 轉(zhuǎn)換載體技術(shù)選型

二維碼和電子標(biāo)簽的類型多種多樣，文中選擇了目前市場上標(biāo)準(zhǔn)化程度高、應(yīng)用最為廣泛的兩種數(shù)據(jù)載體進(jìn)行兩者轉(zhuǎn)換方法的研究。二維碼選型為編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼，文獻(xiàn)[15]和文獻(xiàn)[16]介紹了其編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，電子標(biāo)簽選型為工作頻率范圍在860～960 MHz、產(chǎn)品電子代碼（Electronic Product Code，EPC）[17-18]為198 位的序列化全球貿(mào)易項(xiàng)目代碼（Serialized Global Trade Item Number，SGTIN）的電子標(biāo)簽，文獻(xiàn)[19]介紹了其編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2.2 電子標(biāo)簽轉(zhuǎn)換為二維碼

2.2.1 編碼結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系

為了更好地理解轉(zhuǎn)換方法，文中給出SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽轉(zhuǎn)換為編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼的結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系，如圖2 所示。

圖2 SGTIN-198 EPC電子標(biāo)簽轉(zhuǎn)換為編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼的結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系

2.2.2 轉(zhuǎn)換程序

SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽轉(zhuǎn)換為編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼的轉(zhuǎn)換方法和程序如下：

1）通過電子標(biāo)簽讀寫器讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并上傳至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理中心。

2）解析電子標(biāo)簽的EPC 存儲器數(shù)據(jù)b197b196…b0，通過電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)解析模塊識別標(biāo)頭值b197b196…b190和濾值b189b188b187判斷電子標(biāo)簽編碼結(jié)構(gòu)和基本物流類型，b197b196…b190和b189b188b187應(yīng)滿足：

讀取分區(qū)值b186b185b184，根據(jù)SGTIN 分區(qū)值表[4]，獲取廠商識別代碼的位數(shù)M，分離出廠商識別代碼b183b182…b(184-M)、貿(mào)易項(xiàng)代碼b(183-M)b(182-M)…b140和序列號b139b138…b0。

3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將廠商識別代碼b183b182…b(184-M)當(dāng)作無符號整數(shù)，轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)表示的L位數(shù)字p1p2…pL，提取廠商識別代碼。應(yīng)滿足：

4）將貿(mào)易項(xiàng)代碼b(183-M)b(182-M)…b140當(dāng)作無符號整數(shù)，轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)表示的（13-L）位數(shù)字i1i2…i(13-L)，提取指示碼i1和項(xiàng)目參考代碼i2i3…i(13-L)。應(yīng)滿足：

5）將序列號b139b138…b0轉(zhuǎn)化為字符串SnS(n-1)…S1。

6）構(gòu)造二維碼數(shù)據(jù)中14 位全球貿(mào)易項(xiàng)目代碼N14N13N12…N1，構(gòu)造方法為：

其中，N13N12…N(14-L)為廠商識別代碼；N(13-L)N(12-L)…N2為商品項(xiàng)目代碼；N14為指示碼。

7）計(jì)算校驗(yàn)碼N1：

8）解析電子標(biāo)簽的用戶存儲器數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為編碼信息字符串，通過應(yīng)用標(biāo)識符（AI）解析數(shù)據(jù)字段及其含義，并識別所需生成二維碼的其他數(shù)據(jù)（AI）YnY(n-1)…Y1…。

9）將所需生成商品二維碼的數(shù)據(jù)按照編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式編制成商品二維碼編碼信息字符串（01）N14N13…N1（21）SnS(n-1)…S1（AI）YnY(n-1)…Y1…。

10）通過二維碼打印機(jī)打印出轉(zhuǎn)換后的二維碼。

2.2.3 轉(zhuǎn)換示例

該節(jié)應(yīng)用上述轉(zhuǎn)換方法將包含EPC 二進(jìn)制代碼（00110110 001 101 011010011111011110001001 00010001000101110101 000…01101010000101）和用戶存儲器數(shù)據(jù)（批號：A100，包裝擴(kuò)展信息網(wǎng)址：www.2dcode.org）的SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼信息字符串，過程如下：

1）通過電子標(biāo)簽讀寫器讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并上傳至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理中心。

2）電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)解析模塊識別標(biāo)頭值b197b196…b190（00110110）和濾值b189b188b187（001），根據(jù)式（1）判斷和確認(rèn)標(biāo)簽類型，確認(rèn)標(biāo)簽為SGTIN-198的EPC電子標(biāo)簽。

讀取分區(qū)值b186b185b184（101），根據(jù)分區(qū)值表查詢獲取分區(qū)值P為5，M為24。并解析獲得：廠商識別代碼b183b182…b(184-M)=011010011111011110 001001；貿(mào)易項(xiàng)代碼b(183-M)b(182-M)…b140=00010001000101 110101；序列號b139b138…b0=000…01101010000101。

3）根據(jù)式（2），數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將廠商識別代碼011010011111011110001001 轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)，得：p1p2…pL=6944649。

4）根據(jù)式（3），數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將貿(mào)易項(xiàng)代碼00010001000101110101 轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)，得：i1i2…i(13-L)=070005。

5）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將序列號000…01101010000 101 轉(zhuǎn)化為字符串，得：SnS(n-1)…S1=6789。

6）根據(jù)式（4），構(gòu)造14 位二維碼數(shù)據(jù)中全球貿(mào)易項(xiàng)目代碼N14N13N12…N1，其中，廠商識別代碼N13N12…N(14-L)=p1p2…pL=6 944649；商品項(xiàng)目代碼N(13-L)N(12-L)…N2=i2…i(13-L)=70005；指示碼N14=0。

7）根據(jù)式（5）計(jì)算校驗(yàn)碼N1=8。

8）解析電子標(biāo)簽的用戶存儲器數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為編碼信息字符串：（10）A100（8200）www.2dcode.org。

9）生成商品二維碼編碼信息字符串：（01）06944649 70005 8（10）A100（21）6789（8200）www.2dcode.org。

10）通過二維碼打印機(jī)打印二維碼。

2.3 二維碼轉(zhuǎn)換為電子標(biāo)簽

2.3.1 編碼結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系

為了更好地理解轉(zhuǎn)換方法，文中給出編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼轉(zhuǎn)換為SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系，如圖3 所示。

圖3 編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼轉(zhuǎn)換為SGTIN-198 EPC電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系

2.3.2 轉(zhuǎn)換程序

編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼轉(zhuǎn)換為SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽的轉(zhuǎn)換方法和程序如下：

1）通過二維碼掃描器讀取編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼，并將二維碼信息上傳至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理中心。

2）二維碼數(shù)據(jù)解析模塊對二維碼信息（01）N14N13…N1（AI）YnY(n-1)…Y1…進(jìn)行解碼，識別應(yīng)用標(biāo)識符（AI）01。獲取全球貿(mào)易項(xiàng)目代碼N14N13…N1，解析廠商識別代碼長度L，并提取指示碼N14、廠商識別代碼N13…N(14-L)和商品項(xiàng)目代碼N(13-L)…N2。

3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)廠商識別代碼長度L，查詢SGTIN 分區(qū)值表[4]，獲取SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽的分區(qū)值P、廠商識別代碼的位數(shù)M和指示碼加項(xiàng)目參考代碼的位數(shù)O。分區(qū)值P對應(yīng)的M和O應(yīng)滿足：

4）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，將二維碼數(shù)據(jù)中的廠商識別代碼N13N12…N(14-L)當(dāng)作十進(jìn)制數(shù)，構(gòu)造SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽編碼結(jié)構(gòu)中的廠商識別代碼p1p2…pL，并轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制表示形式b183b182…b(184-M)，即：

5）在二維碼數(shù)據(jù)中的商品項(xiàng)目代碼N(13-L)…N2前增加指示碼N14，轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)表示的（13-L）位數(shù)字，構(gòu)造SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽編碼結(jié)構(gòu)中的貿(mào)易項(xiàng)代碼i1i2…i(13-L)，并轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制表示形式b(183-M)b(182-M)…b140，即：

6）構(gòu)造序列號S，轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制表示形式b139b138…b0。S應(yīng)滿足：

7）從最高有效位到最低有效位串聯(lián)以下位字段構(gòu)造最終二進(jìn)制編碼：標(biāo)頭00110110（8 位）、濾值（3位）、分區(qū)值（3 位）、廠商識別代碼（M位）、貿(mào)易項(xiàng)代碼（O位）、序列號（140 位）。生成電子標(biāo)簽EPC 存儲器中的二進(jìn)制代碼：b197b196…b0。

8）解析二維碼其他數(shù)據(jù)（AI）YnY(n-1)…Y1…，通過應(yīng)用標(biāo)識符（AI）解析數(shù)據(jù)字段及其含義，并轉(zhuǎn)換為電子標(biāo)簽編碼信息字符串。

9）通過電子標(biāo)簽讀寫器將二進(jìn)制代碼b197b196…b0寫入電子標(biāo)簽中的EPC 存儲器，將轉(zhuǎn)換后的二維碼其他數(shù)據(jù)YnY(n-1)…Y1…寫入電子標(biāo)簽用戶存儲器。

2.3.3 轉(zhuǎn)換示例

應(yīng)用上述轉(zhuǎn)換方法將編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼信息字符串（01）06944649 70005 8（21）6789（10）A100轉(zhuǎn)換為SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，過程如下：

1）二維碼掃描器讀取編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼，并將二維碼信息上傳至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理中心。

2）二維碼數(shù)據(jù)解析模塊解析L=7，獲得廠商識別代碼N13…N(14-L)=6944649、商品項(xiàng)目代碼N(13-L)…N2=70005。

3）根據(jù)SGTIN 分區(qū)表值和式（6），獲得M=24，O=20。

4）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)造SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽編碼結(jié)構(gòu)中的廠商識別代碼p1p2…pL，根據(jù)式（7）轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)：b183b182…b(184-M)=0110100111110 11110001001。

5）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)造SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽編碼結(jié)構(gòu)中貿(mào)易項(xiàng)代碼i1i2…i(13-L)，根據(jù)式（8）轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)：b(183-M)b(182-M)…b140=0001000100010 1110101。

6）構(gòu)造序列號S，將序列號6789 轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)：b139b138…b0=000…01101010000101。

7）生成電子標(biāo)簽EPC 存儲器中的二進(jìn)制代碼b197b196…b0：00110110 001 101 011010011111011110001 001 00010001000101110101 000…01101010000101。

8）解析二維碼其他數(shù)據(jù)（10）A100，并轉(zhuǎn)換為電子標(biāo)簽用戶存儲器編碼信息字符串：批號A100。

9）通過電子標(biāo)簽讀寫器分別將EPC 存儲器數(shù)據(jù)和用戶存儲器編碼信息字符串寫入電子標(biāo)簽。

3 結(jié)論

二維碼和電子標(biāo)簽作為物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下現(xiàn)代貿(mào)易和物流監(jiān)管溯源的兩種常用技術(shù)，將各自特點(diǎn)和優(yōu)勢長期協(xié)同助力物流和產(chǎn)品供應(yīng)鏈實(shí)時(shí)監(jiān)管，然而目前缺乏兩者之間對應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，導(dǎo)致無法高效快速實(shí)現(xiàn)兩者的信息交換。文中構(gòu)建了一種二維碼和電子標(biāo)簽的互通性系統(tǒng)模型，該模型由二維碼掃描器、二維碼打印機(jī)和電子標(biāo)簽讀寫器3 個(gè)外圍設(shè)備和一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理中心組成。同時(shí)，深入研究兩者編碼結(jié)構(gòu)，以編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)商品二維碼和SGTIN-198 EPC 電子標(biāo)簽為載體提出了一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法。轉(zhuǎn)換示例表明，該方法能有效實(shí)現(xiàn)二維碼和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該方法的提出能夠提升產(chǎn)品溯源的有效性，并進(jìn)一步推動現(xiàn)代貿(mào)易和物流行業(yè)的信息化、高效化和高質(zhì)量的發(fā)展。