浅谈RFID技术在打叶复烤中的应用

李润婷 廖竞男

红云红河集团昆明卷烟厂 云南 昆明 650000

1 片烟物流概况

片烟，一头连着烟叶，一头连着卷烟，是卷烟的主要生产原料。目前，成品片烟在打叶复烤环节，经过预压打包、晾晒冷却、出库，再经过仓储入库、存放醇化、出库，再到投入制丝生产线，各个环节都采取箱储片烟进行运转，所以在每一箱成品片烟上，都必须进行身份标识。打叶复烤的最后一道工序即打包工序，将处理好的片烟按一定的重量和规格包装成为成品，并且给每一件成品贴上标签。在过去的生产中，片烟标签由生产操作人员手工填写和手工粘贴。到了仓储环节，片烟的入库、出库、调拨、盘库等都需专人清点，不仅要核对件数，还要核对每件片烟的标签信息是否正确[1]。

片烟是生产卷烟的主要原料，片烟物流也是烟草物流的重要组成部分，但是长期以来，片烟物流的信息化管理水平相对薄弱。片烟的标识工作大多依靠人工完成，数据信息传递不及时、不准确，并且片烟标识在运输过程中，容易受到挤压而磨损，导致标识无法识别，在此基础上，引入片烟物流追踪系统，借助RFID技术，以件片烟为单位，对片烟赋予唯一编码的电子标签，在供应链的各个环节借助电子标签，实现对片烟的追踪与监管。

2 RFlD技术

RFID即射频识别技术，是一种新型的自动识别技术。基本的RFID系统由三个部分组成：

2.1 阅读器

读写标签信息的设备，可以将标签中的信息读出，也可以将需要存储的信息写入标签。阅读器还应连接应用软件系统，执行应用软件的命令。

2.2 电子标签

由芯片及内置天线组成。芯片中保存着一定格式的电子数据，存储着待辨认物体的标识信息，是RFID系统的数据载体。内置天线用来和射频天线进行通信。

2.3 应用软件系统

将多个阅读器所采集的数据进行统一处理，按照需求将读取的信息通过应用软件以可视化的方式展现出来。

RFID的基本工作原理为：

阅读器经由发射天线，发送出一定频率的射频信号；当贴有RFID标签的物品进入发射天线的工作区域后，收到阅读器发出的射频信号，产生了感应电流，凭借感应电流产生的能量，将存储在芯片中的信息通过内置天线发送出去；阅读器读取RFID芯片中所存储的信息，进行解码后，再将信息送至应用软件[2]。

3 RFlD技术在打叶复烤中的具体实现

3.1 总体架构

片烟物流追踪系统采用典型的物联网应用架构。在复烤车间中，通过对电子标签扫码，将数据信息通过网络技术传输到服务端，再对数据信息进行汇总处理。

图1 系统总计架构

感知层：主要包含有感知能力的设备。这一层，主要实现感知以及识别物体，采集和抓捕物体的信息。感知层的设备包括RFID电子标签，RFID读写器，电子标签打印机，传感器等。

网络层：网络层的功能是将感知层获得信息经由通信网络，比如Internet、WIFI、GPRS/3G等，实现信息的传递，电子标签进入工作区域后，通过网络，将存储在芯片中的片烟信息发送给读写器。

应用层：服务端，由web服务器、通信服务器、应用服务器及数据库服务器组成，对读写器所读取的片烟信息进行数据处理、汇总，实现对片烟的全方位监控。

3.2 片烟打码实现

复烤车间最后一道工序即打包工序，需完成对片烟的打码工作，在每箱片烟的正面、侧面各贴一张唯一编码的电子标签。打码的流程为：根据复烤作业计划，相关排产人员在片烟物流追踪系统平台端进行排产，审核通过后生成复烤生产调度单并生成码段信息，下发给复烤客户端，复烤生产线打码人员根据码段信息进行打码贴标。电子标签打码系统部署在打叶复烤线的打包工序，片烟加工完成后，通过自动贴标机在烟箱的正面、侧面各贴上一张标签。

在打包产线装置5个传感器，完成片烟的打码、扫码工作，如图2所示。

图2 电子标签打码信号系统

①成品片烟完成复压以及捆扎打包带后，在进入翻包机之前，触发传感器1，打码电脑客户端生成烟包详细信息，发送打印数据，并且给贴标机发送打印第一张标签的指令。②烟包经过翻包机后，触发传感器2，自动贴标机在烟箱正面贴上第一张标签。③正面标签粘贴完成后，触发传感器3，使烟包在当前位置暂停15秒，并且发送打印第二张标签的指令。④烟箱经过传感器4，自动贴标机在烟箱侧面贴上第二张标签。⑤触发传感器5，给检测设备发送检测信号，检查正面、侧面标签是否粘贴完成[3]。

3.3 片烟出库实现

复烤出库的流程为：复烤出库员创建出库单据，执行扫码操作。叉车将成批片烟装车后，当货车进入扫码设备电磁波范围内，通过复烤暂存库的大门处安装龙门固定式自动扫码设备时，RFID电子标签会与扫码设备进行通信，信息采集完成以后，扫码设备通过网络将扫码量反馈给客户端，同时更新复烤暂存库库存，复烤车间交接。当固定扫码设备异常或其他原因导致不能扫码，则使用PDA进行人工整车扫码。扫码时，手持PDA围绕车辆走一圈进行扫码。

4 RFlD电子标签安全机制的探讨

RFID电子标签为生产和管理带来便利，但还有需要改进的地方。RFID电子标签与读写器之间的数据传输基本上都是通过无线传输实现的，这些无线信号，存在着被盗取、监听或其他危险，攻击者可通过这些信号重构标签，使电子标签无法被识别。若片烟标签信息被攻击进行重构，破坏原有的信息甚至销毁信息，将会打破烟叶的全生命周期管理。目前，片烟RFID标签主要的安全隐患就是电子标签与读写器之间的安全通信，可以通过以下两种方法加强片烟标签信息的安全保护。

4.1 法拉第电磁网罩

RFID电子标签与读写器通过射频信号进行信息交互，若外界在信息传输过程中发射电磁信号，电子标签受到干扰，极易被非法阅读器进行扫描，从而泄露信息。法拉第电磁网罩是由传导材料组成的一个容器，可以阻隔电磁信号，它是RFID安全机制中的一种物理方法。在打叶复烤车间，可以装置一个法拉第电磁网罩，阻隔外界的电磁信号，同时里面的电磁信号也不能穿透出去。在这种环境下，片烟标签可以与内部的阅读器进行正常通信，不受外界信号干扰，而片烟标签所发射的电磁信号由于法拉第电磁网罩的隔离，不能传播出去，从而也不能被外界的读写设备所识别，利用法拉第电磁网罩可以阻止攻击者通过扫描标签而获取片烟信息[4]。

4.2 Hash锁安全协议

RFID安全机制除了物理机制外，还有密码机制。电子标签实现密码机制的难点在于标签本身资源有限，难以实现复杂的加密算法，目前，基于哈希函数的Hash锁实现相对简单，是一种轻量级的RFID安全协议，可以将此协议运用于片烟电子标签和读写器的通信，加强安全通信。

图3 Hash锁密码机制

通信流程为：

4.2.1 标签上锁：读写器在写入标签信息时，首先生成一个随机密钥K，将密钥K和电子标签的存储信息一同写入芯片中，同时标签进入了锁定状态。然后读写器还需通过哈希函数，利用密钥K生成一个随机ID（随机ID=Hash（K）），将随机ID，密钥K，标签信息写入数据库中。

4.2.2 认证解锁：读写器在读取标签信息时，先发送一个请求。标签通过芯片本身的密钥计算出随机ID，将其经过读写器传至后台数据库，数据库查询到与随机ID相关的密钥K后，返回给标签，标签比较返回的密钥与芯片中的密钥是否一致，若相符，则解锁。

4.2.3 读取信息：解锁后的标签将真实信息发送给读写器。若在片烟标签与阅读器通信时，执行Hash锁协议，则标签只能向授权且具有密钥的阅读器发送信息，保证了片烟信息的私密性[5]。

5 结束语

在打叶复烤线上，安装自动打码机，用RFID电子标签替代原来的手工标签，不仅提高生产效率，保障片烟数据的及时性、准确性，而且提升了企业的精益管理水平，实现对片烟的宏观管理，同时将片烟宏观信息、监管信息等数据上报行业平台，为全行业宏观调控、监管提供有效、全面的数据支撑和决策支持。