RFID在物流行业中的应用框架

RFID与EPC标准相结合，能够自动识别目标对象并获取相关数据，便于通过互联网实现物流跟踪和实时监控。本文分析了物流应用的特点，提出面向物流应用的RFID应用框架，该框架具有通用性。

前景看好 应用待发

RFID是上世纪90年代兴起的利用大规模集成电路与无线通信技术相结合的自动识别技术，实现标签存储信息的识别和数据交换。它相对于条形码技术有非接触式、可擦写信息、更大的读写距离、大容量(相对条形码)、可多个识别等突出优势，对现代工业生产与服务将产生革命性影响。近几年，全球电子标签总销量以年均25%的速度快速增长，这种未来“物联网”（Internet of Things）的概念被认为是本世纪最有发展前途的十项技术之一。

要实现“物联网”的构想，就必须制定一个与互联网相类似的、详细的、统一规范而且开放的技术标准。但到目前为止，虽然已经有ISO（国际标准组织）、JTC（IEC/ISO联合技术委员会）等多个机构颁发了有关技术标准，但国际标准中许多还是建议性的条文，尤其是应用层标准。由于缺乏统一的标准，目前市场上同时存在多个国家、多种标准的产品，这对企业的实际应用造成了一定的影响。各个RFID企业所采用的大多是专有技术，使用的频率、编码、存储规则以及数据内容等都不尽相同;阅读器和标签不能通用，企业与企业之间就无法顺利进行数据交换与协同工作，从而把RFID技术的应用范围局限在了某个企业的内部。

目前RFID正从研究走向实用化，其单项技术已经趋于成熟，但其应用还处于缓慢推进的阶段，无论从技术还是市场等方面都有大量需要解决的问题，其中RFID应用架构和安全策略等方面尤为突出。RFID应用领域广阔，常用于仓储物流管理、资产跟踪、生产过程控制、移动车辆的自动识别、身份认证、智能交通、网络家电控制等领域，并且仍在不断扩大。在国际物流市场，全球最大的零售企业如沃尔玛、家乐福、麦德龙和Tesco等正在启动RFID应用项目，选择RFID技术作为其进一步降低成本增加利润的手段，将在全球的连锁超市商品物流中全面推行射频技术，用智能标签来取代传统的条码标签。

在我国，RFID技术的发展刚刚起步，已经开始了电子标签应用的标准化工作，但国家标准尚未正式出台，EPC/RFID政策白皮书也仍在观望阶段，尤其在应用方面与发达国家有很大差距。在我国物流与制造业企业中还没有将RFID技术作为信息采集和跟踪的完整应用，这也严重影响和制约了行业内服务水平的提高。目前我国对于商品标识标签的应用市场还未形成。

物流应用特点分析

当前的物流过程存在物流信息不对称、得不到及时的信息等弊端，难以实现及时的调节和协同。随着全球经济一体化进程的推进，调度、管理和平衡供应链各环节（跨区、跨国）之间的资源变得日益迫切，以产品电子代码（EPC码）和RFID为核心在互联网之上构造“物联网”，将在全球范围从根本上改变对产品生产、运输、仓储、销售各环节物品流动监控和动态协调的管理水平。为了将RFID技术应用于物流行业，首先来分析一下物流应用的特点。

物流是指物品从供应地向接收地的实体流动过程。根据实际需要，将运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功能实现有机结合（《物流术语》国家标准）。从不同层面上讲，物流可分为企业内部物流、第三方物流和社会物流。一般意义上提的物流业通常指第三方物流（TPL，Third Part Logistics）。第三方物流是物流服务供给方在特定的时间段内按特定的价格向需求方提供个性化系列物流服务的交易方式。第三方物流通常是跨企业的物流，由于它能够在一个更大的时间和空间范围内进行资源的配置，更有利于资源优化，降低物流总成本。

物流业具有自身专门的应用理论和技术。从基础应用层面上讲，有互联网、地理信息系统（GIS）、GPS、条码（Bar-Code）、射频识别技术（RFID）；环境体系层面，有电子数据交换（EDI）；在作业管理层面，有JIT技术；在销售时点管理层面，有POS系统、有效客户信息反馈（ECR）、自动连续补货技术（ACEP）、快速响应（QR）等等。以上各层面技术，Internet、条码、EDI、POS系统这几项在我国应用较为普遍，而RFID、BIS、ACEP等技术，则只有在几家大型企业里才有应用。其中RFID技术，由于射频标签较条码标签成本偏高，目前在物流过程很少像条码那样用于消费品标识，多数用于物流器具，如可回收托盘、包装箱的标识；由于射频识别技术应用涉及使用频率、发射功率、标签类型等诸多因素，目前尚没有像条码那样形成在社会范围中应用的统一标准，因此主要是在一些企业内部系统中使用。这两个因素制约了目前RFID技术在物流业的应用。可以说，我国物流业离国际先进水平还有一大段距离。

现代物流系统是从供应、采购、生产、运输、仓储、销售到消费的供应链，它涉及（人、财、物、事）四大要素，其中，“人”指物流各环节的操作人员，如生产商、运输商、销售商、消费者等，操作者信息、角色设置和权限控制是关键；“财”指各环节之间的资金往来，RFID系统与财务系统、EDI集成，物品价格和成本控制是关键；“物”指供应链中的物品及物质资源的流动，物品信息和时空特性（时间、地点）是关键。如物品的生产日期、保质期、入库时间、售出时间等，物品的产地、供应地和接收地等；“事”指物流环节的业务活动，如生产、销售、仓储、配送、消费等，跟踪信息、资源优化和协同处理是关键。RFID技术由于采用自动识别技术，物品上的信息与信息系统到信息系统实现非接触式交互与处理，这从根本上架起了沟通物质世界与信息世界的桥梁，使得物质世界与信息世界可以进行快速高效的转换、处理、反馈，构成了“物联网”。

RFID可以实现多目标、运动目标的非接触式自动识别，基于RFID的物联网强调物质与信息的交互，将RFID技术应用于物流业的信息采集和物流跟踪，可以极大地提高行业内服务水平。表现在：一是可以实现信息采集、信息处理的自动化；二是实现商品实物运动等操作环节的自动化，如分拣、搬运、装卸、存储等；三是实现管理和决策的自动化乃至智能化，如库存管理、自动生成订单、优化配送线路等。将RFID技术应用于物流管理，我们需要将物流过程从一个大系统的角度来看待，在更大范围内共享RFID信息，以最低的整体成本，达到最高的供应链物流管理效率。同时，RFID应用需要结合其自身的特点：

（1）由于供应链管理和物流各环节可以对标签进行再加工（修改数据、写入新的数据），RFID标签不再是一个静态的货物标识，它的动态变化反映了物品的状态、货物与货主之间互动作用。

物品从生产、存储、流通、消费等各个环节被检测的过程，需要利用RFID来对物品的运行过程进行记录、处理和可追溯管理。如RFID应用于制造业生产管理时，零件在流水线上每进入一个工位时，它做了哪些操作都需要进行记录。物品的跟踪与监控，就是RFID系统对物品的信息加工过程，自动记录商品在整个供应链上流动的信息，状态的记录往往决定了RFID对物品处理的下一步行动。

（2）由于RFID的动态作用，使得RFID与企业、与社会能够保持联系。如：超市中采用RFID，当顾客货车通过读写器时，营业员不但可以迅速得到商品信息与价格，还可以迅速提供顾客商品的使用信息、消费警示信息；汽车维修中采用RFID，当汽车进入维修厂后，读写器根据标签中的信息，自动收集这辆汽车的所有维修信息及相关信息，并可将本次维修的记录写入标签。

（3）RFID代表了现代工业社会对生产（production）、运输（transportation）、零售（retail）到消费的全方位信息处理及服务过程。RFID利用标签中的信息（EPC码）对多种信息进行获取、处理和发布，实现系统各应用节点能够协同工作。每一个RFID将它采集得到的物品信息通过物联网传送到任何它应该到达的地方，同时可能根据物联网上得到的信息对物品上的电子标签进行信息加工（如图1所示）。

 

面向物流应用的RFID应用框架

RFID应用架构的要素

RFID能够实现多目标识别、运行目标识别，通过互联网实现物品跟踪和物流管理。物流过程应用的射频识别一般是感应耦合方式的系统，其工作过程通常是：射频识读器的天线在其作用区域内发射能量形成电磁场，载有射频标签的物品在经过这个区域时被读写器发出的信号激发，将存储的数据发送给识读器，识读器接收射频标签发送的信号，解码后获得数据，而读取的标签数据可以与信息系统无缝集成。因此，RFID应用框架既要能够适应读写器对RFID标识的信息加工（读取和写入）的要求，又要能够适应后台数据传输、信息处理及各种应用对RFID系统的要求。

EPC标准体系中，RFID系统包括EPC, Tag, Reader, Savant, ONS, PML等构成要素。EPC码记录着每个物品的全球惟一标识，由一个版本号加上另外三段数据，位数有64位、96位和256位；电子标签（Tag）携带电子产品码（EPC码），是厂商在生产过程中给物品打上的惟一标识；阅读器采集标签数据，传送给软件中间件（Savant）；Savant负责管理和传送产品电子码相关数据；对象命名系统（ONS，Object-Name System）是一个自动的网络服务系统，类似于域名解析服务（DNS），提供全局范围的信息共享机制，这样Savant软件通过ONS实现EPC与物质流通各个环节中互联网节点的联系；通信的语言规范称为PML(Physical Markup Language,物理标记语言)。RFID系统信息获取流程如图2所示。

 

分层的RFID应用框架

我们针对物流行业的应用特点，参照EPC标准，建立了一个通用的RFID物流应用框架。可分为四个层次（如图3所示）：

 

（1）环境层：RFID应用环境构造，包括物品（带标签）、天线、读写器、传感器、仪器仪表、计算机硬件、服务器、网络设备、终端设备等。

（2）采集层：基于RFID的物流信息采集，通过读写器采集RFID标签中的信息，进行简单的信息预处理（解码、防冲撞、多通道信息去重、信息过滤、分类）后将信息传送到集成层。

（3）集成层：RFID应用支撑平台，支持RFID信息的输入、获得、传输、处理及协同。包括资源目录服务（ONS）、RFID中间件（Savant）、集成平台、信息系统及信息传输。

资源目录服务：包括物品编码管理、资源目录及ONS查找、发现、定位、验证机制。

RFID中间件：主要解决信息语义定义、读写器信息采集、信息写入（一次写入或分段写入）、数据库接口。

集成平台：主要是在中间件基础上增加与第三方应用的接口（为财务、OA、电子商务、MIS系统、ERP系统、CIMS系统、SCM系统、CRM系统提供数据接口），使各种应用软件与RFID兼容。

信息系统：为了高效、可靠、方便地对RFID信息进行管理，建立统一的物流数据库，对数据进行录入、修改、查询及统计。

信息传输：异地点到点之间RFID信息的传输架构，异地RFID系统信息传输的安全架构，实现RFID信息的分发和流转。

（4）应用层：RFID后端软件系统及应用系统界面，形成可定制的物流应用系统。包括企业信息管理软件，分析统计及报表生成；专用领域应用软件，满足行业应用的个性业务需求；网站平台，方便供应链节点信息的注册、查询及交互等信息服务；协同工作平台，实现应用中RFID与其他系统的协同工作。

RFID应用按规模可分为：企业级应用、跨企业应用，行业级应用、跨行业应用，国家级应用、跨国应用等几种应用模式。

企业级应用：在企业网络平台实施数据采集、过程控制等行为。

行业级应用：把RFID作为生产、流通、销售、使用中基本信息承载与处理单元，强调企业间、企业与管理部门间协同工作。

以上为物流应用建立了一个基本的RFID应用参考框架，对于不同的应用领域以及业务处理的不同，可能设计了不同类型的电子标签和阅读器，RFID系统具有不同功率以及性能，但其应用框架大体相同。

分布式RFID应用体系

RFID应用系统可以是企业内、跨企业、行业内、跨行业、国家乃至跨国的，因此它可以是一个分布式系统，包含不同领域的多个企业的信息，需要通过物联网实现信息的共享与协同工作，其体系如图4所示。物流供应链中供应、生产、运输、存储、销售和消费等环节构成分布的应用节点，各节点自成应用系统，具有信息采集能力（数据采集模块）、数据整合能力（信息集成平台）、自治能力（专业行业应用、第三方应用）和通信能力（局域网、互联网、无线通信），节点之间通过物流中心的ONS机制进行信息交互和功能协同。

 

对于分布式RFID系统，协同问题包括两方面：

（1）企业不可能将所有有用信息都写入标签，可以将信息分类，只将关键信息(如产品编码、类别)存入标签，其他更多信息（如时间信息、位置信息、状态信息等）存入互联网服务器，其他企业通过互联网和ONS机制能够自动找到和获得这些信息。

（2）通过应用层集成，将标签中相关企业的产品与信息综合起来，用以记录货物在供应链中所进行的各种处理和加工情况，这些信息应能方便地进行写入和更新，为不同的应用对象提供信息服务。

Web服务（Web Service）为解决以上两个方面的协同问题提供了有效途径。Web Service目录服务可以通过UDDI（Universal Description, Discovery and Integration：统一描述、发现和集成）协议来发布，订阅与分发建筑在XML数据传递基础上，利用在HTTP协议上构建的SOAP协议（Simple Object Access Protocol：简单对象访问协议）实现网络上功能调用，从而实现信息在互联网上的自动交互。

UDDI定义了Web Service的发布与发现的方法，提供注册、搜寻、交换和使用Web Service的标准。分三类信息进行目录管理：白页(White Page)是地址、联系方法和企业标识；黄页(Yellow page)是基于标准分类法的行业类别，把XML Web Services组织到目录中；绿页(Green Page)是关于该企业所提供的Web服务技术信息。

Web服务应用体系中包括三种角色：Service Provider（服务提供者），Service Broker（服务中介者），Service Requester（服务请求者），在各个角色之间实现三种操作方式：Publish（发布）操作，Find（发现）操作，Bind（绑定）操作，如图5所示。

 

RFID与Web服务应用基础基本相同，RFID通过ONS机制在物联网内实现信息的共享和交互；Web服务通过UDDI实现互联网上信息自动流转，提供了产品－消费链高层信息的协同处理机制，二者的结合应用，可以为不同的应用领域提供集成平台与解决方案。

未来前景

RFID作为一种新兴的自动识别技术，在中国处于刚刚起步的阶段，但是它的发展潜力是巨大的，应用不仅仅限制在物流控制方面，它作为对现实世界物体标识与信息传播相结合的一种手段将对社会各个方面产生重要作用，如工业生产控制、个人身份识别、活动目标监测等等。

我国物流企业的基础条件和信息化手段参差不齐，因此，在未来相当一段时间内，RFID技术仍将与传统条形码技术共存。如何在现有信息系统的基础上，完成对企业流程管理的改造，实现条码系统与RFID技术的集成应用是每一个物流企业所关心的问题。物流系统是一个纵横交错的、庞大的社会性系统，需要深入研究并建立面向全国物流体系的RFID应用架构。