一种基于RFID的物流资源服务化实现框架*

谭 伟，刘 璇，陈 益，任 斌

（1.东莞理工学院计算机科学与技术学院，广东东莞 523808；2.东莞理工学院经济与管理学院，广东东莞 523808；3.东莞理工学院电子工程与智能化学院，广东东莞 523808）

0 引言

随着新技术的发展，物流业也在不断实现技术革新，变得越来越高效。射频识别（RFID）的出现，为物流资源的自动采集与识别等带来了方便。然而，RFID重在前端的信息处理，进一步的信息处理还需要借助其他信息技术。基于SOA的服务化思想及其服务化实现，使得物流资源个体能被当作服务对象被使用，大大方便了物流资源的广域发现与共享。

资源服务化已有许多相关研究。周树林等[1]研究了云制造中生产设备资源服务化封装方法，分析了生产设备资源的特点以及服务化技术，提出了云制造中生产设备资源服务化封装框架，建立了生产设备资源的形式化描述模型，对资源的服务化封装过程进行了系统研究。易安斌等[2]对制造设备资源进行了分类和形式化描述，然后，将描述信息映射为一个用于虚拟化的类模板，并给出了一种制造设备资源服务化封装方法。姚锡凡等[3]指出了云制造资源虚拟化的原则——系统性、针对性、适应性、扩展性、接口统一和动态性，然后以制造设备资源为例，描述特征模型，并通过扩展开源软件CloudSim Java类给出了制造设备资源虚拟化模板。上述这些方法同样也适用于物流资源。针对物流资源的特殊性，也有相关的研究。夏骏鑫[4]研究了面向物流服务的描述与匹配模型与实现，对Web服务描述语言进行研究，结合物联网环境中服务的特点，将物流资源与该模型层次结构一一映射，用一种基于XML模式的描述语言对物流资源进行描述。物流资源得以被表达和管理，以Web服务的形式被使用。张磊等[5]研究了基于WSRF的物流资源Web服务封装。上述研究尽管对物流资源的服务化提供了有益的指导，但服务化的自动化程度低。基于物联网体系结构的服务平台也有相关研究，张立[6]研究了多域物联网服务提供架构及组合方法，陈承[7]基于云平台的物联网服务中间件的研究与设计，核心是将设备的能力抽象成为实体服务进行统一管理和调用。郭永安等[8]面向物联网服务的资源表示模型研究，基于本体描述模型讨论物联网服务和资源的语义化描述方法，并在服务和资源之间建立相应的映射关系，最终形成一种面向物联网服务的资源统一表示模型。上述基于物联网体系结构，分层实现从物流设备等资源到物流服务的管理与调用，提高了管理水平。但从设备到物流服务化的自动化程度仍然没有得到根本上提高。

基于上述研究现状，本文立足于提高物流服务的自动化程度，提出基于RFID到物流服务的自动化实现框架，并对其包含的过程进行详细描述。并基于所提出的框架及其方法给出了初步的原型实现，验证了框架及其方法的有效性。

图1 基于RFID的物流资源服务化框架

1 基于RFID的物流资源服务化实现框架

从物流资源到服务信息注册共包含5个功能模块，分别是标签信息编码、资源识别、分类存储、服务化编辑、服务信息注册。其中，标签信息编码和资源识别个体模块课统称为RFID模块。

标签信息编码：基于电子标签（EPC）规则，统一编码物流资源。目的是便于物流资源的管理与发现。

资源识别：通过RFID阅读器对标签信息进行识别，提取编码信息。

分类存储：是对识别的物流资源个体信息进行分类存储入数据库，实现对物流资源个体的分类管理。

服务化编辑：是对物流资源个体进行服务化信息扩充与编辑，使得物流资源适应物流服务应用的需求。

服务信息注册：是对物流资源服务化的编辑信息进行服务信息注册，为物流资源服务的发现与应用提高支持。

上述框架中，从物流资源出发，直到服务信息注册入库，形成一体。另外，服务化编辑，尽管需要人为手工操作，但只要提供自动化扩展的物流资源服务信息功能，也能实现服务的自动化编辑，因此，上述框架具有较高的自动化性能且扩展性强。

2 物流资源服务化实现机制

2.1 RFID与上位机的通信实现机制

RFID技术模块主要分为上位机、阅读器以及电子标签3个模块。其中，标签通过2.4G模块与读写器进行通信，读写器通过WiFi与上位机通信。所有通信的一个数据单元均为一条指令，因此，上位机的开发，实际上就是在与阅读器在正常通信的情况下，通过发送指令来操作读写器以及标签。

RFID技术模块的数据传输流程如图2所示，具体步骤如下：

（1）上位机与电子标签进行数据传输时，首先由上位机生成指令，将指令转化为数据流的形式；

（2）通过Wifi将数据传送给阅读器，若此时阅读器与上位机已建立连接，则传送成功；

图2 RFID与上位机的通信流程

（3）数据将存储到阅读器中，已知，电子标签每5 s会定时向阅读器发送一次数据，并在发送完毕后的0.5 s内，能接收阅读器传送过来的数据；

（4）阅读器根据2.4G模块将原本上位机传送过来的数据发送给电子标签，若电子标签无异常，则发送成功；

（5）电子标签响应指令并进行相应的处理，再生成指令；

（6）根据2.4G模块将数据返回到阅读器中，阅读器再根据Wifi返回数据给上位机；

（7）上位机解析指令并最终成功显示在界面中。

RFID与上位机的通信机制为后续的物流资源服务化实现提供了基础。

2.2 物流资源的电子标签（EPC）信息实现机制

2.2.1 硬件

T9标签主要分为3个模块，负责数据处理的MSP430F2132，负责存储数据的AT25512，负责与外界通信的NRF24L01+，如图3所示。

图3 EPC内部模块图

MCU通过NRF24L01+与阅读器通信，将收集到的指令保存到MCU的RAM中，并进行相应的处理。MCU将数据打包成指令，并通过SPI通信模式与NRF24L01+通信。NRF24L01+将指令发送到外界。MCU会每分钟将RAM中的数据保存到存储器中。

2.2.2 电子标签的工作步骤

（1）步骤1

标签与上位机或者读写器通信，标签发送指令的步奏为：生成指令；将指令转换为数据流；通过2.4G模块将数据流发送到读写器（读写器将指令发送到上位机）。

（2）步骤2

上标签与上位机或者读写器通信，标签接收指令的步奏为：通过2.4G模块与读写器通信，并接受数据流；将数据流转换为指令；解析指令。

2.2.3 EPC编码规则

已知，本研究采用的电子标签为T9电子标签，它的编码为96位I型，则该标签对应的国际编码规则如图4所示。

图4 EPC-96 I型编码规则图

其中，域名管理负责在其范围内维护对象分类代码和序列号。该区域占据28个数据位，允许大约2.68亿家制造商。这超出了UPC-12的10万个和EAN-13的100万个的制造商容量。对象分类字段在EPC-96代码中占24位，这个字段能容纳当前所有UPC库存单元的编码。序列号字段则代表单一货品识别的编码。与产品代码相结合，该字段提供1.1*1028个唯一的项目编号，超出了当前所有已标识产品的总容量。

由于版本号、EPC域名管理所对应的的位数字段，是向电子产品编码分配机构申请时所分配下来的唯一代码，对象分类及序列号位数字段由EPC管理者（即向电子产品编码分配机构申请的公司）自主地为各类实体制定编码。

以标签号500000007057为例，存储数据为香蕉。已经标签号500000007057有12个字符，即96位标签编码（1个字符=8位），所以前部分字段50000为授权机构分配下来的代码，后部分字段0007057为企业自主为实体“香蕉”所制定的编码。

本研究采用中科云控公司分配下来的EPC编码50000，假如自主命名车辆类对象的编码为001，自主命名车辆类对象中的某辆车牌号为粤S63A33的编码为0001，即该车辆牌号为粤S63A33的全球唯一识别的编码为：500000010001。

2.3 物流资源的标签信息编辑

管理员可以对读取的新标签进行信息的编辑：设置EPC编号、修改标签数据以及锁定标签状态的操作。

设置EPC编号：当系统处于信息采集阶段，管理员通过功能实现，编辑好12位字符的EPC编号来设置EPC编号，即可生成指令，将指令转化为数据流并通过Wifi传给阅读器，最终到达标签，修改标签内部的EPC编码；再次进行信息的采集时，即可在主界面中显示出新录入的标签EPC编号。

修改标签信息：当系统处于信息采集阶段，管理员选中已录入EPC编号的新标签，可对标签信息进行编辑修改，从而获取管理员在标签信息编辑框中输入的资源名称、类型以及提供商等信息，并存储在数据库中；进行标签信息采集时，上位机向阅读器发送指令，阅读器响应并返回存储在其内部的附近标签的EPC编号信息，最终到达上位机；上位机到数据库中根据EPC编号进行关联查找，最终把原本存储在数据库中的资源名称、类型以及提供商等信息返回，并成功显示在主界面中。

锁定状态：当系统处于信息采集阶段，管理员选中标签对其锁定：系统会生成指令，将指令转化为数据流并通过Wifi传给阅读器，最终到达标签，锁定当前标签的内部状态，不可再作标签EPC编号以及信息的修改。

2.4 基于RFID标签的资源信息采集

管理员可以对标签进行信息采集操作：开始采集、停止采集以及清空记录。

开始采集：管理员确保电脑连接上阅读器Wifi后，通过功能实现，获取阅读器的ip地址以及端口号等信息，并通过Wifi传送给阅读器，请求连接；若成功连接，阅读器会实时返回原本存储在其内部的标签EPC编号信息，并在主界面中显示出来。

停止采集：当系统处于信息采集阶段，管理员通过一定的操作，可以中断上位机与阅读器的连接，停止对附近标签信息的采集。

清空记录：当系统处于信息采集阶段，管理员通过功能实现，可以清除当前所采集到附近所有标签的信息，若操作成功，可以看到主界面中标签的信息清零。

2.5 标签信息分类存储与物流资源服务信息编辑

管理员可以对采集到的标签信息进行分类存储、修改信息以及删除信息的操作。

分类存储：当系统已完成信息采集阶段，管理员进入主界面，选中标签，点击“插入数据库”按钮，系统会根据当前所选中的标签进行类型的判断，托盘类型应编辑目前好坏、是否空闲以及已使用时间等字段信息，叉车运输车类型应编辑速度、单价、可用性、可靠性以及载重量等字段信息，编辑完成后，点击插入，即可将其分别存储到不同的类表中；而不同类型的资源类界面会分别到数据库中请求原先存储的数据，将不同资源类型的信息返回不同类型的资源界面中并成功显示。

修改信息：当系统已完成信息分类存储阶段，管理员进入资源界面，选中资源信息，点击“编辑”按钮，系统会根据所进入的资源界面进行类型的判断，托盘类型可以编辑目前好坏、是否空闲以及已使用时间等字段信息，叉车运输车类型可以编辑速度、单价、可用性、可靠性以及载重量等字段信息，编辑完成后，点击修改，即可改变当前所选中的资源信息，并在该资源界面中显示出来。

删除信息：当系统已完成信息分类存储阶段，管理员进入资源界面，选中资源信息，点击“删除”按钮，即可删除当前所选中的资源信息，并在该资源界面中消失。

3 实验

基于RFID的物流资源信息服务化注册主要由RFID阅读器、电子标签以及上位机软件系统组成，本研究采用R61式的阅读器以及T9式的有源电子标签。其中，阅读器可以读取的范围为半径200 m以内，有源电子标签内部的电池供应量可以维持半年时间。系统部署如图5所示。

图5 系统部署图

实验开发环境：Window7，C语言+C#语言，MySQL，RFID:R61式固定式阅读器，T9式电子标签。主要物流资源服务化数据表为：标签表（EPC编号，资源名称，类型，提供商）；叉车表（id，载重量，速度，单价，可靠性，可用性，EPC编号）；运输车表（id，载重量，速度，单价，可靠性，可用性，EPC编号）；托盘表（id，已使用时间，是否空闲，好坏情况，EPC编号）。

各功能实现如图6～11所示。

图6 标签资源采集图

图7 设置EPC编号图

图6 所示为标签信息采集，图7所示为设置EPC编号，其中有一个新标签没有录入数据，可选中对其进行修改新标签。图8所示为先把编辑好的标签信息存储到数据库中；再次对标签信息进行采集时，将从阅读器中返回的附近标签EPC编号到数据库中进行关联查询，调用出原本存储在数据库中的标签信息的过程，然后进行修改。

图8 标签信息修改图

图9 标签信息分类存储管理

由于收集到的物流资源信息一共实现有3类，分别是车辆类、叉车类以及托盘类。图9所示为信息分类存储模块。图10所示为物流资源服务信息编辑界面，将不同类型的标签分别提取到不同的类别界面中，其中，托盘类需插入使用时间、目前好坏、目前状态等信息，叉车类以及车辆类则需插入载重量、速度、单价、可行性、可靠性等信息。

图10 物流资源服务信息编辑界面图

图11 车辆类实例界面图

把界面切换到车辆类的界面，即可看到EPC编号为500000010100的车辆资源已成功入库，如图11所示。

4 结束语

随着电子信息技术的发展，尤其云计算、物联网技术的发展，物流信息化水平也得到了较大的发展。RFID为物流资源的识别与管理提供了方便，不仅如此，将其与现有的其他技术如云服务技术结合更加有利于物流资源的管理与利用。据此，本文提出了基于RFID的物流资源服务化实现方法，主要贡献如下：（1）提供了灵活的标签编辑功能，以更好地迎合物流资源的各类型的信息封装；（2）通过标签信息的物流资源的关联扩展，为物流资源信息提供了扩展接口；（3）提供了物流资源信息的服务化编辑与注册功能，从而打通RFID与物流服务之间的通路，实现从物流资源采集到物流服务注册的整个过程。尽管，本研究在整个服务化实现过程中，还存在手工操作，如服务化编辑，但可通过其他技术，如服务化信息关联与自动封装技术实现，从而进一步提高自动化水平，这也将是今后进一步的工作之一，另外，进一步开展物流资源服务的智能应用研究也是另一后续工作内容。