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基于数据网格的RFID农产品跟踪与追溯系统研究
作者：郭曼 朱海鹏 郦晶
来源：RFID世界网
日期：2008-01-21 16:27:59
摘要：农产品质量安全是影响国计民生的重大问题。为此，首先分析了农产品质量全程追溯系统流程与可追溯单元架构，进而提出了以数据网格与RFID相结合的方式构建基于数据网格的RFID农产品质量跟踪与追溯系统，并阐明在数据网格环境中RFID跟踪与追溯系统的实现与部署。最后，讨论了基于数据网格的RFID农产品质量追踪与追溯的应用前景及意义。
0 引言
随着《中华人民共和国农产品质量安全法》的颁布与实施，我国农产品全程质量安全管理体系的建设正步入快速发展的关键时期。目前，如何对农产品进行有效地追溯以及如何从源头上解决农产品质量安全问题，已成为极为迫切的课题。基于数据网格的RFID农产品跟踪与追溯系统可为解决上述问题，提供切实可行的技术方案。RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。同时，随着数据网格技术的发展，有效结合数据库系统及网络体系，可实现全国乃至全球范围内农产品的跟踪与信息共享。
1 农产品跟踪与追溯系统(APTS)框架设计
1．1 跟踪与追溯流程设计
根据国际通用的跟踪与追溯系统框架设计标准ISO 22005—2005《饲料和食品链的可追溯性一体系设计和开发的一般原则和指导方针》 的要求，在农产品追溯系统中，对农产品属性以及参与方处理的信息进行有效标识是基础，对相关信息的获取、传输以及管理是成功开展农产品追溯的关键。实施农产品追踪溯源，要求农产品跟踪追溯系统具有“准确、可靠、快速、一致” 的特点，有效地建立起农产品安全的“预警机制”。对农产品从生产到销售的各个环节进行跟踪研究，包括农产品的生产管理、存储管理、配送管理、加工管理以及销售管理等环节。各个环节概要时序与活动，如图1所示。
为了建立信息系统中跟踪与追溯数据模型与农产品物理实体的对应关系，采用高津特图与追溯矩阵的方法构建可追溯单元，重点解决物理实体编码标识与管理系统中相应数据的映射问题。可追溯单元是在APTS的跟踪与追溯框架中特指被追溯物理实体质量信息的最小集合，包括定义标识信息和记录信息两部分。标识信息的主要功能是确保跟踪与追溯过程的连续性；记录信息的主要功能是实现企业内部追溯。通过可追溯单元的设计与构建，在APTS系统的实际运行中将对农产品物理实体的跟踪与追溯，转变为对农产品供应链中不同的可追溯单元信息的追溯，实现由物理追溯向信息追溯的转变。
2 基于数据网格的RFlD农产品跟踪与追溯系统(R-APTS)体系结构
RFID技术的快速发展已超越了传统的以标签一解读器(Tag＆Reader)为主的物理设备的界限，并且正在由完整的软硬结合的面向高层应用的体系结构 方向发展。通过引人数据网格技术，尤其是OGSA—DAI技术(开放网格服务架构一数据访问与集成) ，完成与RFID设备接口集成，实现对可追溯单元的多网络、跨平台的信息集成。基于数据网格的R—APTS体系结构主要分为3个部分，分别是RFID数据采集层、跟踪与追溯数据处理层与农产品信息应用层，其体系结构如图2所示。
在硬件系统方面，包括RFID标签的解读器和传感器 负责读出RFID标签中的数据；在网格系统方面，将RFID数据以规格化的XML文档形式描述，并通过GT4(G1obus Too1kit 4．0)实现网格环境中的OGSA(OGSA Enabled)，将RFID的物理数据最终转换为数据网格中可以访问的XML数据资源。
2．2 跟踪与追溯数据处理层
该层利用OGSA—DAI并发处理数据采集层所传送的RFID事件与数据流，并利用网格数据服务对可追溯单元的数据进行过滤和聚合，并存储到RFID信息数据库中，以数据库Web Servi ce的方式在数据网格中发布， 以此作为农产品跟踪与溯源的信息资源。此外， 当RFID标签实体的数据发生变化时，数据处理层可以触发采用OGSA—DAI的事件机制、消息发布与订阅机制统一处理RFID事件，以网格消息的方式通知(Notify)系统内其它组件，也可根据具体的跟踪与追溯业务规则形成数据过滤器，用来向系统订阅RFID数据服务。
2．3 农产品信息应用层
该层直接面向农产品流通环节的双向交流信息层。其将信息处理层抽取的信息分配到各应用层管理数据库中，同时也将各管理数据库采集信息反馈到信息处理层。这样无论是对于确定农产品质量危害源，还是对于农产品召回和风险分析，均能确保实现农产品质量信息的对称交流。
3 数据网格中的RFID 跟踪与追溯系统的实现与部署
RFID网格数据服务的构建是基于OGSA—DAI，Web Service服务器(AxiS 2．0)以及G1obus Tooikit4．O基础之上。在成功配置G1obus Toolkit 4．O并将其部署到tomcat后，安装OGSA—DAI。此时正确输入命令行，就能够得到“数据服务浏览器”的GUI界面。网络应用客户端，如图3所示。在“查询语句”中输入“Se1ect from RFID—Reader where ReaderId=1063”，就可以得到ID为1063的RFID解读器中存储的相关农产品质量跟踪与追溯信息。
此外，“数据服务浏览器” 还提供“联合查询”服务。联合查询的实现可以将分布数据库中得到的查询结果汇集到目标数据库中，保持数据更新，减少数据冗余，如图5所示。
农产品质量跟踪与追溯体系的建立，对拥有13亿人口的我国农产品消费极其重要，对于完善我国农产品质量管理和跨越农产品贸易壁垒有重大作用与意义。我国具有数千年农产品生产历史，拥有数万种农产品类型，9亿农业生产者所面临的对手是国际日益先进、系统、完善和成熟的农产品生产加工体系。农产品质量的保证将一定程度上影响到国家经济与社会稳定。基于数据网格(Data Grid)的RFID农产品质量跟踪与追溯系统提供了切实可行的技术方案。通过RFID技术， 自动识别目标对象并获取相关数据，结合网格技术实现广域范围的农产品跟踪与信息共享，实现跨网络、快速追溯。
随着《中华人民共和国农产品质量安全法》的颁布与实施，我国农产品全程质量安全管理体系的建设正步入快速发展的关键时期。目前，如何对农产品进行有效地追溯以及如何从源头上解决农产品质量安全问题，已成为极为迫切的课题。基于数据网格的RFID农产品跟踪与追溯系统可为解决上述问题，提供切实可行的技术方案。RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。同时，随着数据网格技术的发展，有效结合数据库系统及网络体系，可实现全国乃至全球范围内农产品的跟踪与信息共享。
1 农产品跟踪与追溯系统(APTS)框架设计
1．1 跟踪与追溯流程设计
根据国际通用的跟踪与追溯系统框架设计标准ISO 22005—2005《饲料和食品链的可追溯性一体系设计和开发的一般原则和指导方针》 的要求，在农产品追溯系统中，对农产品属性以及参与方处理的信息进行有效标识是基础，对相关信息的获取、传输以及管理是成功开展农产品追溯的关键。实施农产品追踪溯源，要求农产品跟踪追溯系统具有“准确、可靠、快速、一致” 的特点，有效地建立起农产品安全的“预警机制”。对农产品从生产到销售的各个环节进行跟踪研究，包括农产品的生产管理、存储管理、配送管理、加工管理以及销售管理等环节。各个环节概要时序与活动，如图1所示。
为了建立信息系统中跟踪与追溯数据模型与农产品物理实体的对应关系，采用高津特图与追溯矩阵的方法构建可追溯单元，重点解决物理实体编码标识与管理系统中相应数据的映射问题。可追溯单元是在APTS的跟踪与追溯框架中特指被追溯物理实体质量信息的最小集合，包括定义标识信息和记录信息两部分。标识信息的主要功能是确保跟踪与追溯过程的连续性；记录信息的主要功能是实现企业内部追溯。通过可追溯单元的设计与构建，在APTS系统的实际运行中将对农产品物理实体的跟踪与追溯，转变为对农产品供应链中不同的可追溯单元信息的追溯，实现由物理追溯向信息追溯的转变。
2 基于数据网格的RFlD农产品跟踪与追溯系统(R-APTS)体系结构
RFID技术的快速发展已超越了传统的以标签一解读器(Tag＆Reader)为主的物理设备的界限，并且正在由完整的软硬结合的面向高层应用的体系结构 方向发展。通过引人数据网格技术，尤其是OGSA—DAI技术(开放网格服务架构一数据访问与集成) ，完成与RFID设备接口集成，实现对可追溯单元的多网络、跨平台的信息集成。基于数据网格的R—APTS体系结构主要分为3个部分，分别是RFID数据采集层、跟踪与追溯数据处理层与农产品信息应用层，其体系结构如图2所示。
在硬件系统方面，包括RFID标签的解读器和传感器 负责读出RFID标签中的数据；在网格系统方面，将RFID数据以规格化的XML文档形式描述，并通过GT4(G1obus Too1kit 4．0)实现网格环境中的OGSA(OGSA Enabled)，将RFID的物理数据最终转换为数据网格中可以访问的XML数据资源。
2．2 跟踪与追溯数据处理层
该层利用OGSA—DAI并发处理数据采集层所传送的RFID事件与数据流，并利用网格数据服务对可追溯单元的数据进行过滤和聚合，并存储到RFID信息数据库中，以数据库Web Servi ce的方式在数据网格中发布， 以此作为农产品跟踪与溯源的信息资源。此外， 当RFID标签实体的数据发生变化时，数据处理层可以触发采用OGSA—DAI的事件机制、消息发布与订阅机制统一处理RFID事件，以网格消息的方式通知(Notify)系统内其它组件，也可根据具体的跟踪与追溯业务规则形成数据过滤器，用来向系统订阅RFID数据服务。
2．3 农产品信息应用层
该层直接面向农产品流通环节的双向交流信息层。其将信息处理层抽取的信息分配到各应用层管理数据库中，同时也将各管理数据库采集信息反馈到信息处理层。这样无论是对于确定农产品质量危害源，还是对于农产品召回和风险分析，均能确保实现农产品质量信息的对称交流。
3 数据网格中的RFID 跟踪与追溯系统的实现与部署
RFID网格数据服务的构建是基于OGSA—DAI，Web Service服务器(AxiS 2．0)以及G1obus Tooikit4．O基础之上。在成功配置G1obus Toolkit 4．O并将其部署到tomcat后，安装OGSA—DAI。此时正确输入命令行，就能够得到“数据服务浏览器”的GUI界面。网络应用客户端，如图3所示。在“查询语句”中输入“Se1ect from RFID—Reader where ReaderId=1063”，就可以得到ID为1063的RFID解读器中存储的相关农产品质量跟踪与追溯信息。
此外，“数据服务浏览器” 还提供“联合查询”服务。联合查询的实现可以将分布数据库中得到的查询结果汇集到目标数据库中，保持数据更新，减少数据冗余，如图5所示。
农产品质量跟踪与追溯体系的建立，对拥有13亿人口的我国农产品消费极其重要，对于完善我国农产品质量管理和跨越农产品贸易壁垒有重大作用与意义。我国具有数千年农产品生产历史，拥有数万种农产品类型，9亿农业生产者所面临的对手是国际日益先进、系统、完善和成熟的农产品生产加工体系。农产品质量的保证将一定程度上影响到国家经济与社会稳定。基于数据网格(Data Grid)的RFID农产品质量跟踪与追溯系统提供了切实可行的技术方案。通过RFID技术， 自动识别目标对象并获取相关数据，结合网格技术实现广域范围的农产品跟踪与信息共享，实现跨网络、快速追溯。
