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基于射频识别技术的物联网销售应用系统研究
作者：郭稳涛，何怡刚
来源：RFID世界网
日期：2011-11-01 10:00:11
摘要：分析了物流行业的现状，以及射频识别技术的优势，结合物流行业实际情况，设计了一种基于射频识别的物联网销售应用系统。
引言
随着经济全球化进程加快。对供应链反应速度的要求在不断提高，促使全球物流行业不断探索可以提高效率与服务质量的新技术。现代物流充分运用信息技术，将运输、仓储、装卸、加工、整理、配送等有机结合，形成完整的供应链。现代物流的根本宗旨是提高物流效率、降低物流成本、满足客户需求，并越来越呈现出信息化、网络化、自动化、职能化、标准化等发展趋势。其中信息化是现代物流的核心潮。RFID将在物流行业信息化建设中占有举足轻重的地位。
1 RFID在物流行业销售中的优势
对于物流行业来说，企业和客户最关注的就是运输速度和信息正确率，RFID恰恰能够满足这些条件。在物流行业应用中，其具备以下优势：
（1）读写迅速。条形码一次只能有一个受到扫描，而RFID识别器可同时辨识读取数个RFID标签。
（2）读写距离远。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。
（3）可重复使用。现在的条形码在印刷上去以后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除。
（4）芯片本身可以存储信息。一维条形码的容量是50字节，二维条形码最大的容量可储存2~3000字符，RFID最大的容量则有数兆。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势，未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。
（5）抗污染性和耐久性。传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强的抗蚀性。此外，条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损；RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。
2 系统设计
2.1 系统设计原理
物流行业的销售体系，一般由多个下属分店、连锁总部、配送中心等机构组成。行业的总部、分店、配送中心往往处于一个城市不同的地理位置，它们各自的局域网服务器需通过Internet方式实现远程连接。销售行业信息管理系统采用分布式数据库结构：一级数据服务器设在总部，二级数据服务器设在各分店，所有服务器在整体上构成一个分布式数据库系统。
物流行业商品销售结构框图如图1所示，每个销售店由支付系统、进货系统、无线手持终端、管理系统组成，4个系统由计算机网络连接起来。支付系统、进货系统、无线手持终端的核心设备同为RFID读写器，区别在于支付系统是从数据库中删除商品记录，进货系统是向数据库中添加商品记录，而无线手持终端供顾客和工作人员使用。
读写器是射频识别系统不可缺少的硬件设备装置，是系统与诸多流动的电子标签进行数据交换的工具，是系统运行的关键环节，其技术参数指标对系统的整体性能和可靠性有着决定性影响。硬件设计是决定读写器性能的关键，其目标是要达到阅读距离远、识别速率快、识别率100％的要求。一般射频读写器的设计主要由控制模块、射频收发模块、天线单元、通信接口模块和电源模块5部分组成。经过研究发现，能够采取一些措施提高阅读器的性能。针对连锁经营的应用特点，采用一种无源后向散射式RFID读写器更加适合。从结构上，它可以分作2个部分，即射频前端和数字基带。射频前端部分包括了发射电路、接收电路、环行器和天线；数字基带包括DSP和FPGA芯片。其中，发射电路可以细分为载波电路、调制电路、放大电路。图2为读写器结构框图。
2.3 系统软件设计
软件系统采用源代码开放的嵌入式操作系统作为管理平台，具有较强的稳定性和安全性，结构紧凑。此外，软件系统还采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等，为用户提供了必要的安全保障。射频读写器功能和接口控制函数体系如图3所示。
顾客从销售店（如超市）采购的商品，一般数量较多，要在尽可能短的时间内准确、完全地识别出这些商品，这是防碰撞算法需要解决的问题。同时读取多个标签是常被人们谈及的RFID比图形码远为优越的地方，但是如果没有防碰撞的功能，RFID系统只能读写一个标签。在这种情况下如果有2个以上的商品同时处于可读取的范围内就会导致读取的错误。
防碰撞问题的研究主要需解决2个问题：避免或减少阅读器与标签之问的冲突；避免或减少阅读器之间的干扰碰撞。为降低连锁店成本，提高连锁店利润，零售行业系统采用无源标签。根据EIC/ISO18000-6标准，只能采用TYPEB型标签，所以防碰撞算法也只能采用二进制算法。二进制搜索算法是最常用的RFID系统防碰撞算法，其算法非常灵活，不会发生防冲突失败的情况。对于N个标签发生冲突的情况，只需要一定次数的防碰撞循环就能将适合的标签准确地识别出来。这种算法的基本思想就是读写器判断出标签的序列号发送时产生的数据冲突位置，然后强制性命令那些在冲突位置发送信息为“0”或者为“1”的标签退出冲突。当N-1个应答器退出冲突后信道就会被剩下的一个标签完全占有并被读写器识别出来。
3 RFID在物流行业销售中面临的形势
当前制约RFID发展的最大障碍是技术标准。全球现有117个针对数据交换的RFID协议标准。协议过多过滥，导致术语不统一，限制了标准在实践中的完善。目前缺乏全球共同遵守的权威统一的标准。RFID由于涉及的方面较多，制定标准的工作很复杂，与标准的制定相关的还有RFID所采用的频段之争。要用RFID技术实现全球物流领域的信息交换，必须有全球统一的物流RFID频段。目前美国使用915MHz，欧洲采用805．8MHz，日本则用960MHz。
价格仍是限制RFID发展规模的关键因素。国外已实现每个5美分，国内的最低价格是每个0．7元人民币。尽管如此，对大规模推广来说，RFID标签和识读设备的价格仍显得过高。而价格与规模又是一对矛盾。生产厂商希望通过扩大规模以降低成本，而更多的用户则在等待价格降低后再进入。在中国，要解决RFID的价格瓶颈，还必须解决标签和识读设备的本地化生产问题。
4 结语
总之，RFID技术是物流行业销售经营的核心竞争力之一。提高商品物流系统的运作效率，是提高整个系统响应速度的根本措施，是企业可持续发展的重要基石，是降低销售行业总体运营成本、提高竞争力和赢利能力的根本要求。将RFID技术应用到物流行业销售管理中，在商品仓库人口安装进货系统、连锁店出口安装支付系统，通过计算机网络与管理系统相连，这样就构成了完整的物流行业销售系统。这样可有效地提高管理水平、降低运营成本。
随着经济全球化进程加快。对供应链反应速度的要求在不断提高，促使全球物流行业不断探索可以提高效率与服务质量的新技术。现代物流充分运用信息技术，将运输、仓储、装卸、加工、整理、配送等有机结合，形成完整的供应链。现代物流的根本宗旨是提高物流效率、降低物流成本、满足客户需求，并越来越呈现出信息化、网络化、自动化、职能化、标准化等发展趋势。其中信息化是现代物流的核心潮。RFID将在物流行业信息化建设中占有举足轻重的地位。
1 RFID在物流行业销售中的优势
对于物流行业来说，企业和客户最关注的就是运输速度和信息正确率，RFID恰恰能够满足这些条件。在物流行业应用中，其具备以下优势：
（1）读写迅速。条形码一次只能有一个受到扫描，而RFID识别器可同时辨识读取数个RFID标签。
（2）读写距离远。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。
（3）可重复使用。现在的条形码在印刷上去以后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除。
（4）芯片本身可以存储信息。一维条形码的容量是50字节，二维条形码最大的容量可储存2~3000字符，RFID最大的容量则有数兆。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势，未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。
（5）抗污染性和耐久性。传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强的抗蚀性。此外，条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损；RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。
2 系统设计
2.1 系统设计原理
物流行业的销售体系，一般由多个下属分店、连锁总部、配送中心等机构组成。行业的总部、分店、配送中心往往处于一个城市不同的地理位置，它们各自的局域网服务器需通过Internet方式实现远程连接。销售行业信息管理系统采用分布式数据库结构：一级数据服务器设在总部，二级数据服务器设在各分店，所有服务器在整体上构成一个分布式数据库系统。
物流行业商品销售结构框图如图1所示，每个销售店由支付系统、进货系统、无线手持终端、管理系统组成，4个系统由计算机网络连接起来。支付系统、进货系统、无线手持终端的核心设备同为RFID读写器，区别在于支付系统是从数据库中删除商品记录，进货系统是向数据库中添加商品记录，而无线手持终端供顾客和工作人员使用。
读写器是射频识别系统不可缺少的硬件设备装置，是系统与诸多流动的电子标签进行数据交换的工具，是系统运行的关键环节，其技术参数指标对系统的整体性能和可靠性有着决定性影响。硬件设计是决定读写器性能的关键，其目标是要达到阅读距离远、识别速率快、识别率100％的要求。一般射频读写器的设计主要由控制模块、射频收发模块、天线单元、通信接口模块和电源模块5部分组成。经过研究发现，能够采取一些措施提高阅读器的性能。针对连锁经营的应用特点，采用一种无源后向散射式RFID读写器更加适合。从结构上，它可以分作2个部分，即射频前端和数字基带。射频前端部分包括了发射电路、接收电路、环行器和天线；数字基带包括DSP和FPGA芯片。其中，发射电路可以细分为载波电路、调制电路、放大电路。图2为读写器结构框图。
2.3 系统软件设计
软件系统采用源代码开放的嵌入式操作系统作为管理平台，具有较强的稳定性和安全性，结构紧凑。此外，软件系统还采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等，为用户提供了必要的安全保障。射频读写器功能和接口控制函数体系如图3所示。
图3 射频读写器功能和接口控制函数体系
顾客从销售店（如超市）采购的商品，一般数量较多，要在尽可能短的时间内准确、完全地识别出这些商品，这是防碰撞算法需要解决的问题。同时读取多个标签是常被人们谈及的RFID比图形码远为优越的地方，但是如果没有防碰撞的功能，RFID系统只能读写一个标签。在这种情况下如果有2个以上的商品同时处于可读取的范围内就会导致读取的错误。
防碰撞问题的研究主要需解决2个问题：避免或减少阅读器与标签之问的冲突；避免或减少阅读器之间的干扰碰撞。为降低连锁店成本，提高连锁店利润，零售行业系统采用无源标签。根据EIC/ISO18000-6标准，只能采用TYPEB型标签，所以防碰撞算法也只能采用二进制算法。二进制搜索算法是最常用的RFID系统防碰撞算法，其算法非常灵活，不会发生防冲突失败的情况。对于N个标签发生冲突的情况，只需要一定次数的防碰撞循环就能将适合的标签准确地识别出来。这种算法的基本思想就是读写器判断出标签的序列号发送时产生的数据冲突位置，然后强制性命令那些在冲突位置发送信息为“0”或者为“1”的标签退出冲突。当N-1个应答器退出冲突后信道就会被剩下的一个标签完全占有并被读写器识别出来。
3 RFID在物流行业销售中面临的形势
当前制约RFID发展的最大障碍是技术标准。全球现有117个针对数据交换的RFID协议标准。协议过多过滥，导致术语不统一，限制了标准在实践中的完善。目前缺乏全球共同遵守的权威统一的标准。RFID由于涉及的方面较多，制定标准的工作很复杂，与标准的制定相关的还有RFID所采用的频段之争。要用RFID技术实现全球物流领域的信息交换，必须有全球统一的物流RFID频段。目前美国使用915MHz，欧洲采用805．8MHz，日本则用960MHz。
价格仍是限制RFID发展规模的关键因素。国外已实现每个5美分，国内的最低价格是每个0．7元人民币。尽管如此，对大规模推广来说，RFID标签和识读设备的价格仍显得过高。而价格与规模又是一对矛盾。生产厂商希望通过扩大规模以降低成本，而更多的用户则在等待价格降低后再进入。在中国，要解决RFID的价格瓶颈，还必须解决标签和识读设备的本地化生产问题。
4 结语
总之，RFID技术是物流行业销售经营的核心竞争力之一。提高商品物流系统的运作效率，是提高整个系统响应速度的根本措施，是企业可持续发展的重要基石，是降低销售行业总体运营成本、提高竞争力和赢利能力的根本要求。将RFID技术应用到物流行业销售管理中，在商品仓库人口安装进货系统、连锁店出口安装支付系统，通过计算机网络与管理系统相连，这样就构成了完整的物流行业销售系统。这样可有效地提高管理水平、降低运营成本。
