一種基于RFID的物流資源服務化實現框架*

譚 偉，劉 璇，陳 益，任 斌

（1.東莞理工學院計算機科學與技術學院，廣東東莞 523808；2.東莞理工學院經濟與管理學院，廣東東莞 523808；3.東莞理工學院電子工程與智能化學院，廣東東莞 523808）

0 引言

隨著新技術的發展，物流業也在不斷實現技術革新，變得越來越高效。射頻識別（RFID）的出現，為物流資源的自動采集與識別等帶來了方便。然而，RFID重在前端的信息處理，進一步的信息處理還需要借助其他信息技術?；赟OA的服務化思想及其服務化實現，使得物流資源個體能被當作服務對象被使用，大大方便了物流資源的廣域發現與共享。

資源服務化已有許多相關研究。周樹林等[1]研究了云制造中生產設備資源服務化封裝方法，分析了生產設備資源的特點以及服務化技術，提出了云制造中生產設備資源服務化封裝框架，建立了生產設備資源的形式化描述模型，對資源的服務化封裝過程進行了系統研究。易安斌等[2]對制造設備資源進行了分類和形式化描述，然后，將描述信息映射為一個用于虛擬化的類模板，并給出了一種制造設備資源服務化封裝方法。姚錫凡等[3]指出了云制造資源虛擬化的原則——系統性、針對性、適應性、擴展性、接口統一和動態性，然后以制造設備資源為例，描述特征模型，并通過擴展開源軟件CloudSim Java類給出了制造設備資源虛擬化模板。上述這些方法同樣也適用于物流資源。針對物流資源的特殊性，也有相關的研究。夏駿鑫[4]研究了面向物流服務的描述與匹配模型與實現，對Web服務描述語言進行研究，結合物聯網環境中服務的特點，將物流資源與該模型層次結構一一映射，用一種基于XML模式的描述語言對物流資源進行描述。物流資源得以被表達和管理，以Web服務的形式被使用。張磊等[5]研究了基于WSRF的物流資源Web服務封裝。上述研究盡管對物流資源的服務化提供了有益的指導，但服務化的自動化程度低?；谖锫摼W體系結構的服務平臺也有相關研究，張立[6]研究了多域物聯網服務提供架構及組合方法，陳承[7]基于云平臺的物聯網服務中間件的研究與設計，核心是將設備的能力抽象成為實體服務進行統一管理和調用。郭永安等[8]面向物聯網服務的資源表示模型研究，基于本體描述模型討論物聯網服務和資源的語義化描述方法，并在服務和資源之間建立相應的映射關系，最終形成一種面向物聯網服務的資源統一表示模型。上述基于物聯網體系結構，分層實現從物流設備等資源到物流服務的管理與調用，提高了管理水平。但從設備到物流服務化的自動化程度仍然沒有得到根本上提高。

基于上述研究現狀，本文立足于提高物流服務的自動化程度，提出基于RFID到物流服務的自動化實現框架，并對其包含的過程進行詳細描述。并基于所提出的框架及其方法給出了初步的原型實現，驗證了框架及其方法的有效性。

圖1 基于RFID的物流資源服務化框架

1 基于RFID的物流資源服務化實現框架

從物流資源到服務信息注冊共包含5個功能模塊，分別是標簽信息編碼、資源識別、分類存儲、服務化編輯、服務信息注冊。其中，標簽信息編碼和資源識別個體模塊課統稱為RFID模塊。

標簽信息編碼：基于電子標簽（EPC）規則，統一編碼物流資源。目的是便于物流資源的管理與發現。

資源識別：通過RFID閱讀器對標簽信息進行識別，提取編碼信息。

分類存儲：是對識別的物流資源個體信息進行分類存儲入數據庫，實現對物流資源個體的分類管理。

服務化編輯：是對物流資源個體進行服務化信息擴充與編輯，使得物流資源適應物流服務應用的需求。

服務信息注冊：是對物流資源服務化的編輯信息進行服務信息注冊，為物流資源服務的發現與應用提高支持。

上述框架中，從物流資源出發，直到服務信息注冊入庫，形成一體。另外，服務化編輯，盡管需要人為手工操作，但只要提供自動化擴展的物流資源服務信息功能，也能實現服務的自動化編輯，因此，上述框架具有較高的自動化性能且擴展性強。

2 物流資源服務化實現機制

2.1 RFID與上位機的通信實現機制

RFID技術模塊主要分為上位機、閱讀器以及電子標簽3個模塊。其中，標簽通過2.4G模塊與讀寫器進行通信，讀寫器通過WiFi與上位機通信。所有通信的一個數據單元均為一條指令，因此，上位機的開發，實際上就是在與閱讀器在正常通信的情況下，通過發送指令來操作讀寫器以及標簽。

RFID技術模塊的數據傳輸流程如圖2所示，具體步驟如下：

（1）上位機與電子標簽進行數據傳輸時，首先由上位機生成指令，將指令轉化為數據流的形式；

（2）通過Wifi將數據傳送給閱讀器，若此時閱讀器與上位機已建立連接，則傳送成功；

圖2 RFID與上位機的通信流程

（3）數據將存儲到閱讀器中，已知，電子標簽每5 s會定時向閱讀器發送一次數據，并在發送完畢后的0.5 s內，能接收閱讀器傳送過來的數據；

（4）閱讀器根據2.4G模塊將原本上位機傳送過來的數據發送給電子標簽，若電子標簽無異常，則發送成功；

（5）電子標簽響應指令并進行相應的處理，再生成指令；

（6）根據2.4G模塊將數據返回到閱讀器中，閱讀器再根據Wifi返回數據給上位機；

（7）上位機解析指令并最終成功顯示在界面中。

RFID與上位機的通信機制為后續的物流資源服務化實現提供了基礎。

2.2 物流資源的電子標簽（EPC）信息實現機制

2.2.1 硬件

T9標簽主要分為3個模塊，負責數據處理的MSP430F2132，負責存儲數據的AT25512，負責與外界通信的NRF24L01+，如圖3所示。

圖3 EPC內部模塊圖

MCU通過NRF24L01+與閱讀器通信，將收集到的指令保存到MCU的RAM中，并進行相應的處理。MCU將數據打包成指令，并通過SPI通信模式與NRF24L01+通信。NRF24L01+將指令發送到外界。MCU會每分鐘將RAM中的數據保存到存儲器中。

2.2.2 電子標簽的工作步驟

（1）步驟1

標簽與上位機或者讀寫器通信，標簽發送指令的步奏為：生成指令；將指令轉換為數據流；通過2.4G模塊將數據流發送到讀寫器（讀寫器將指令發送到上位機）。

（2）步驟2

上標簽與上位機或者讀寫器通信，標簽接收指令的步奏為：通過2.4G模塊與讀寫器通信，并接受數據流；將數據流轉換為指令；解析指令。

2.2.3 EPC編碼規則

已知，本研究采用的電子標簽為T9電子標簽，它的編碼為96位I型，則該標簽對應的國際編碼規則如圖4所示。

圖4 EPC-96 I型編碼規則圖

其中，域名管理負責在其范圍內維護對象分類代碼和序列號。該區域占據28個數據位，允許大約2.68億家制造商。這超出了UPC-12的10萬個和EAN-13的100萬個的制造商容量。對象分類字段在EPC-96代碼中占24位，這個字段能容納當前所有UPC庫存單元的編碼。序列號字段則代表單一貨品識別的編碼。與產品代碼相結合，該字段提供1.1*1028個唯一的項目編號，超出了當前所有已標識產品的總容量。

由于版本號、EPC域名管理所對應的的位數字段，是向電子產品編碼分配機構申請時所分配下來的唯一代碼，對象分類及序列號位數字段由EPC管理者（即向電子產品編碼分配機構申請的公司）自主地為各類實體制定編碼。

以標簽號500000007057為例，存儲數據為香蕉。已經標簽號500000007057有12個字符，即96位標簽編碼（1個字符=8位），所以前部分字段50000為授權機構分配下來的代碼，后部分字段0007057為企業自主為實體“香蕉”所制定的編碼。

本研究采用中科云控公司分配下來的EPC編碼50000，假如自主命名車輛類對象的編碼為001，自主命名車輛類對象中的某輛車牌號為粵S63A33的編碼為0001，即該車輛牌號為粵S63A33的全球唯一識別的編碼為：500000010001。

2.3 物流資源的標簽信息編輯

管理員可以對讀取的新標簽進行信息的編輯：設置EPC編號、修改標簽數據以及鎖定標簽狀態的操作。

設置EPC編號：當系統處于信息采集階段，管理員通過功能實現，編輯好12位字符的EPC編號來設置EPC編號，即可生成指令，將指令轉化為數據流并通過Wifi傳給閱讀器，最終到達標簽，修改標簽內部的EPC編碼；再次進行信息的采集時，即可在主界面中顯示出新錄入的標簽EPC編號。

修改標簽信息：當系統處于信息采集階段，管理員選中已錄入EPC編號的新標簽，可對標簽信息進行編輯修改，從而獲取管理員在標簽信息編輯框中輸入的資源名稱、類型以及提供商等信息，并存儲在數據庫中；進行標簽信息采集時，上位機向閱讀器發送指令，閱讀器響應并返回存儲在其內部的附近標簽的EPC編號信息，最終到達上位機；上位機到數據庫中根據EPC編號進行關聯查找，最終把原本存儲在數據庫中的資源名稱、類型以及提供商等信息返回，并成功顯示在主界面中。

鎖定狀態：當系統處于信息采集階段，管理員選中標簽對其鎖定：系統會生成指令，將指令轉化為數據流并通過Wifi傳給閱讀器，最終到達標簽，鎖定當前標簽的內部狀態，不可再作標簽EPC編號以及信息的修改。

2.4 基于RFID標簽的資源信息采集

管理員可以對標簽進行信息采集操作：開始采集、停止采集以及清空記錄。

開始采集：管理員確保電腦連接上閱讀器Wifi后，通過功能實現，獲取閱讀器的ip地址以及端口號等信息，并通過Wifi傳送給閱讀器，請求連接；若成功連接，閱讀器會實時返回原本存儲在其內部的標簽EPC編號信息，并在主界面中顯示出來。

停止采集：當系統處于信息采集階段，管理員通過一定的操作，可以中斷上位機與閱讀器的連接，停止對附近標簽信息的采集。

清空記錄：當系統處于信息采集階段，管理員通過功能實現，可以清除當前所采集到附近所有標簽的信息，若操作成功，可以看到主界面中標簽的信息清零。

2.5 標簽信息分類存儲與物流資源服務信息編輯

管理員可以對采集到的標簽信息進行分類存儲、修改信息以及刪除信息的操作。

分類存儲：當系統已完成信息采集階段，管理員進入主界面，選中標簽，點擊“插入數據庫”按鈕，系統會根據當前所選中的標簽進行類型的判斷，托盤類型應編輯目前好壞、是否空閑以及已使用時間等字段信息，叉車運輸車類型應編輯速度、單價、可用性、可靠性以及載重量等字段信息，編輯完成后，點擊插入，即可將其分別存儲到不同的類表中；而不同類型的資源類界面會分別到數據庫中請求原先存儲的數據，將不同資源類型的信息返回不同類型的資源界面中并成功顯示。

修改信息：當系統已完成信息分類存儲階段，管理員進入資源界面，選中資源信息，點擊“編輯”按鈕，系統會根據所進入的資源界面進行類型的判斷，托盤類型可以編輯目前好壞、是否空閑以及已使用時間等字段信息，叉車運輸車類型可以編輯速度、單價、可用性、可靠性以及載重量等字段信息，編輯完成后，點擊修改，即可改變當前所選中的資源信息，并在該資源界面中顯示出來。

刪除信息：當系統已完成信息分類存儲階段，管理員進入資源界面，選中資源信息，點擊“刪除”按鈕，即可刪除當前所選中的資源信息，并在該資源界面中消失。

3 實驗

基于RFID的物流資源信息服務化注冊主要由RFID閱讀器、電子標簽以及上位機軟件系統組成，本研究采用R61式的閱讀器以及T9式的有源電子標簽。其中，閱讀器可以讀取的范圍為半徑200 m以內，有源電子標簽內部的電池供應量可以維持半年時間。系統部署如圖5所示。

圖5 系統部署圖

實驗開發環境：Window7，C語言+C#語言，MySQL，RFID:R61式固定式閱讀器，T9式電子標簽。主要物流資源服務化數據表為：標簽表（EPC編號，資源名稱，類型，提供商）；叉車表（id，載重量，速度，單價，可靠性，可用性，EPC編號）；運輸車表（id，載重量，速度，單價，可靠性，可用性，EPC編號）；托盤表（id，已使用時間，是否空閑，好壞情況，EPC編號）。

各功能實現如圖6～11所示。

圖6 標簽資源采集圖

圖7 設置EPC編號圖

圖6 所示為標簽信息采集，圖7所示為設置EPC編號，其中有一個新標簽沒有錄入數據，可選中對其進行修改新標簽。圖8所示為先把編輯好的標簽信息存儲到數據庫中；再次對標簽信息進行采集時，將從閱讀器中返回的附近標簽EPC編號到數據庫中進行關聯查詢，調用出原本存儲在數據庫中的標簽信息的過程，然后進行修改。

圖8 標簽信息修改圖

圖9 標簽信息分類存儲管理

由于收集到的物流資源信息一共實現有3類，分別是車輛類、叉車類以及托盤類。圖9所示為信息分類存儲模塊。圖10所示為物流資源服務信息編輯界面，將不同類型的標簽分別提取到不同的類別界面中，其中，托盤類需插入使用時間、目前好壞、目前狀態等信息，叉車類以及車輛類則需插入載重量、速度、單價、可行性、可靠性等信息。

圖10 物流資源服務信息編輯界面圖

圖11 車輛類實例界面圖

把界面切換到車輛類的界面，即可看到EPC編號為500000010100的車輛資源已成功入庫，如圖11所示。

4 結束語

隨著電子信息技術的發展，尤其云計算、物聯網技術的發展，物流信息化水平也得到了較大的發展。RFID為物流資源的識別與管理提供了方便，不僅如此，將其與現有的其他技術如云服務技術結合更加有利于物流資源的管理與利用。據此，本文提出了基于RFID的物流資源服務化實現方法，主要貢獻如下：（1）提供了靈活的標簽編輯功能，以更好地迎合物流資源的各類型的信息封裝；（2）通過標簽信息的物流資源的關聯擴展，為物流資源信息提供了擴展接口；（3）提供了物流資源信息的服務化編輯與注冊功能，從而打通RFID與物流服務之間的通路，實現從物流資源采集到物流服務注冊的整個過程。盡管，本研究在整個服務化實現過程中，還存在手工操作，如服務化編輯，但可通過其他技術，如服務化信息關聯與自動封裝技術實現，從而進一步提高自動化水平，這也將是今后進一步的工作之一，另外，進一步開展物流資源服務的智能應用研究也是另一后續工作內容。