摘要：物聯網的概念近年來迅速普及，RFID技術作為物聯網中一種重要技術，日趨走向成熟，在支付、生產、識別、防偽等眾多領域都具有廣泛的應用前景。如何將RFID技術應用到物流管理之中，降低物流成本、提高效率，已越來越引起業內人士的高度重視。本文通過分析RFID技術的特點，對RFID技術在物流應用中的存在問題做出一些探討。

　　關鍵詞：物流  物聯網  RFID

　　1 引言

　　無線射頻識別技術(RFID)是一種非接觸式自動識別技術。與傳統的條形碼、磁條等自動識別技術相比，RFID具有識別距離遠、體積小、信息量大、環境適應性強等優點，可廣泛應用于零售、物流、交通、醫療、國防等各個行業，被譽為本世紀最有發展前途的信息技術之一。RFID技術歷史悠久，美國人HarryStockman于1948年10月在IRE學報上發表的論文《利用反射的功率進行通信》，首次詳細描述了RFID的概念及其實現方法，至今已經有60多年的歷史。

　　近幾年RFID技術發展十分迅速，RFID技術己經逐步應用到食品安全、物流等供應鏈系統中，美國的沃爾瑪已經在其物流系統中全面使用RFID技術。在國內2008年北京奧運會中在奧運食品跟蹤、票證防偽等均采用RFID技術，可見RFID技術應用已經非常廣泛。我國對RFID的重視程度也越來越高，RFID作為將要進入人們日常生活中的新型技術，不僅蘊藏著巨大商業利益更涉及國家信息安全。為此，國家發布了《中國RFID技術政策白皮書》，并設立多個RFID標準組，涵蓋RFID產業的各個方面。標準的制定將使RFID技術更加成熟，也將促使其更加廣泛的應用。

　　RFID技術在物流中應用是提升國內物流水平一個重要的手段，對物流和RFID產業都是一個重要契機。當前，盡管RFID技術在部分領域使用，但是都是封閉系統，不能產生規模效益。而在物流領域的使用能帶動生產、銷售等領域使用RFID技術，構筑成為物聯網的一部分。現階段，RFID技術在物流中使用并不成熟，本文就這些存在問題做了一些探討。

　　2 優勢與問題

   　 RFID在物流中使用有巨大的優勢，特別是UHF頻段的標簽，和傳統上的識別手段相比具有以下優點：
   
　　 (1)和傳統的條形碼、磁卡等識別技術相比RFID技術具有非常明顯的優點。它工作范圍大。識別器和識別對象間沒有物理接觸、適于惡劣環境抗干擾能力強、可以穿透非金屬物體進行識別處理、可用于多目標識別及對運動目標進行識別等。
   
　　(2)RFID不需要人工去識別標簽，讀卡器可以快速從射頻標簽中讀出位置和商品相關數據。有UHFRFID讀卡器可以每秒讀取200個標簽的數據，這比傳統掃描方式要快超過1000倍。
   
　　(3)電子標簽封裝形式多樣，使用壽命長，可重復利用，而且很難偽造。電子標簽可以粘貼于商品外包裝或托盤上。

    　但是RFID除了具有上面優勢，但也存在兩個方面的問題：

    　(1)成本問題：現階段情況下，RFID設備相對條碼設備有成本，無論是在讀寫設備還是標簽上，RFID設備成本都是條碼的數十倍，特別是在RFID未能大規模應用情況，RFID標簽成本問題尤為突出，造成了很多企業望而卻步。但在實際應用中，利用RFID優勢可以大大降低成本，RFID優勢是效率高，壽命長，能方便的采集信息，在產品的生產、物流、銷售、售后服務等環節都需要產品信息，可以把RFID成本分攤的各個環節中，一個標簽可以用在生產監控，提高生產效率；同時可以用在物流，加快物流速度；在銷售和售后方面使用提高產品銷售體驗、改善售后服務。因此這種分攤方案不但可以達到產品相關數據在產品的各個環節共享，還可以把RFID成本分薄到各個環節，提高各個環節運行效率，最終達到總體上節約成本、提高效率的目的。
   
　　(2)可靠性問題：RFID數據獲取存在不可靠性，最為突出問題出現在UHF頻段，大量標簽聚集時，成功讀取到所有的標簽存在問題，特別在一個應用環境比較復雜情況下，經常存在漏讀現象，解決這些問題除了采用增加硬件設備(如增加讀寫器或天線數量)、放大功率(如使用大功率的讀寫設備)、改進軟件算法(如標簽平滑算法)等技術手段外，還應該制定特定應用環境下的操作規范，例如選取標簽貼在物品上的位置，盡可能選擇易于讀取的位置；貼有標簽物品在移動時應該控制一定速度以增加被讀取到幾率。

　　3 中間件框架

　　在應用RFID技術的物流系統中，RFID讀寫設備較多、數據短時間內數據讀寫量大，企業的應用系統無法直接使用RFID采集的數據，必須需要進一步處理，這就需要RFID中間件。

　　RFID中間件介于讀寫設備與應用系統之間，RFID系統的一個重要組成部分。中間件的主要任務是屏蔽不同標簽、讀寫設備之間的差異并且對讀寫設備上傳與標簽相關的事件、數據進行過濾、匯集和計算，減少從讀寫設備傳輸到應用系統的巨量原始數據、增加有抽象意義信息量。中間件的設計是RFID應用的一項極為重要的核心技術，可以說，中間件是RFID系統的神經中樞。

　　軟件系統架構方法很多，如集中式、返回調用式、流水式等。其中適用于中間件的架構方式是層次調用結構，它具有結構清晰、層次分明、易于維護等特點，能較好的滿足中間件的可擴展性、可伸縮性的要求。雖然層次架構可能會降低一定的系統性能，但是可以通過優化功能實現得到一定的補償。因此RFID中間件采用了層次調用思想進行架構，并遵循 EPCglobal的中間件標準.

　　面向物流的RFID中間件為三層結構，自下而上分別為讀寫器管理層、應用事件處理層及邏輯事件層。每層都可以獨立運行，這使得中間件滿足了可伸縮性要求，允許用戶根據需求靈活配置。第一層為讀寫器管理層，主要負責管理系統中的讀寫器協調工作，兼容不同種類的讀寫器，處理原始的標簽數據。這個層次產生的數據簡單，但是實時性很強，可以滿足低級應用，讀寫器管理層可以認為是一個應用程序中間件；第二層為應用事件處理層，主要負責讀寫周期的控制、訪問控制、數據的過濾和聚集，以及應用事件所產生報告的訂閱和分發，應用事件處理層是一個符合ALE標準的中間件；第三層是邏輯事件層，主要是形成物流業務邏輯的事件。

　　4 設備管理

　　目前物流中使用RFID技術存在的一個重要問題就是RFID讀寫設備數量眾多，導致部署難度大，非常不便于管理。主要原因是讀寫設備本身的多樣性，支持協議不統一，硬件指標也不一致。讀寫器管理層主要負責解決這些存在的問題，最終目標是實現讀寫器托管機制，使讀寫器管理操作對上層應用系統透明。RFID讀寫器網絡管理層最終的目的是讓上層系統直接利用讀寫器產生的數據，而不需繁瑣的讀寫器知識，實現讀寫器托管機制，圖2是讀寫器網絡管理模型。

　　在這個模型中，有遠程控制、數據緩存和讀寫器適配器與外部交換數據，處于核心地位是控制中心，下面是簡單介紹：
   
　　(1)遠程控制：接收遠程控制命令，包括讀寫器設置、獲取讀寫任務等等，但不接受數據服務，只接受控制命令，這樣可以把控制命令和數據服務分離開，易于管理；
   
　　(2)控制中心：是整個系統的控制器，包括系統啟動、關閉、錯誤處理等；
   
　　(3)調度中心：這是一個專門對UHF RFID應用設置的RFID在物流系統中應用的研究模塊，由于 UHF RFID讀寫器存在沖突的可能，需要對多個讀寫器協調控制；
   
　　(4)網絡管理：監控整個 RFID讀寫器網絡，實時對整個網絡上讀寫器進行監測，報告出錯讀寫器，并針對有可能的修復提出修復措施，管理所有的讀寫器，更具體的說明請見下節；
   
　　 (5)讀寫設備適配器：為了適應多種讀寫器，負責直接與讀寫器通信，設置讀寫器參數，并且能接收讀寫器產生的數據；

　　RFID讀寫設備產生了大量數據，例如，在 EPC Class1 Gen2標準下， RFID讀寫器每秒最多能讀到1800條數據，這些顯然絕大部分都是重復數據，還可能有無效的數據(錯讀、漏讀和多讀)，所以這些數據需要處理，剔除不必要的和錯誤的數據。這些處理通過標簽平滑算法實現 (Tag Smoothing)。在標簽的平滑算法中，一個標簽是否被讀取到并不是判斷標簽瞬間是否被讀取到，而是去判斷標簽在一段時間的狀態，這在一定程度上修正了錯讀、漏讀和多讀行為。

　　標簽平滑算法可以對讀寫器已經讀取數據進行修正和精簡數據。算法假定一個標簽有三種狀態 Unknown、Glimpsed和Observed。Unknown是標簽未知狀態，表示標簽不在讀取區域； Glimpsed是標簽讀取到一次后的狀態； Observed是標簽在讀取區域的狀態。

　　算法還有重要變量： Tfirst：標簽第一次讀取到的時間； Tlast：標簽最后一次讀取的時間； Tnow：現在的時間； TagCount。標簽被讀取到的時間； GlimpsedTimeout：標簽在 Glimpsed狀態最長時間的一個閥值； ObservedTimeThreshold：標簽有Glimpsed狀態轉入 Observed狀態的時間門檻值； ObservedCountThreshold：標簽有 Glimpsed狀態轉入Observed狀態的讀取次數門檻值； LostTimeout是標簽 Observed狀態轉入 Unknown狀態的時間閥值。 GlimpsedTimeout、ObservedTimeThreshold、 ObservedCountThreshold和LostTimeout是上層設定的一個常量。

　　算法通過一個有限狀態機實現，如圖3所示，其規則如下：

　　 (1)標簽 Tag被讀取到， Tnow為當前時間，當標簽處于Unknown狀態，這意味標簽是第一次讀取，標簽轉入 Glimpsed狀態， TagCount=0，Tfirst和Tlast都置為 Tnow；當標簽處于 Glimpsed狀態， Tlast置為 Tnow，且 TagCount=TagCount+1；當標簽在 Observed狀態， Tlast置為 Tnow。
   
　　(2)標簽處于 Glimpsed狀態： GlimpsedTimeout有效(非空)且小于標簽未被讀取到時間 (Tnow-Tlast)，這說明標簽已經失效，標簽轉入 Unknown狀態； ObservedCountThreshold有效(非空)且小于 TagCount，這說明標簽已經確認讀取到，標簽轉入 Observed狀態； ObservedTimeThreshold有效(非空)且小于標簽已經被讀取的時間 (Tnow-Tfirst)，這說明標簽已經確認讀取到，標簽轉入到Observed狀態。