基于RFID/Ecode物联网的食品供应链单品追溯管理系统研究
摘要：随着食品追溯管理的深入应用，跨系统、跨平台、跨地域之间的信息交互、异构系统之间的协同和信息共享会逐步增多，采用统一物联网编码标识体系已成为共识。该研究用物联网统一编码Ecode对单个物品进行全球唯一标识，并基于RFID等物联网技术、云计算技术和安全技术对食品供应链单品追溯管理系统的构架进行设计，新系统与国家物联网标识管理与公共服务平台达成接口开放协议进行平台对接，并将高风险食品罐装婴幼儿配方乳粉通过J2EE平台开发的演示系统进行应用。
关键词：Ecode;物联网;食品供应链;单品追溯;演示系统
中图分类号 S126 文献标识码
A 文章编号 0517-6611（2015）02-359-04
Food Supply Chain Single Product Traceability Management System Based on RFID/Ecode IOT
LIU Xiao-xiao （Zhejiang Business College， Hangzhou， Zhejiang 310053）
Abstract With the development of applications in food traceability management， cross-system， cross-platform， collaboration and information sharing between the information exchange and heterogeneous systems will gradually increase across geographies， unified networking code identification system has become a consensus. Using the Uniform Code Ecode Things to globally uniquely identify individual items and technology based on RFID and other Internet of Things， cloud computing and security technologies on a single product architecture food supply chain traceability management system design， system management and national identity of Things reached an agreement with the public service interface open platform to platform docking and high-risk foods canned infant formula milk powder by the J2EE platform for application development demonstration system.
Key words Ecode; IOT; Food supply chain; Single product traceability; Demonstration system
基金项目 2014年浙江省教育厅一般科研项目（Y201432330）;2014年杭州市哲学社会科学常规性规划课题（A14GL07）。
作者简介 刘潇潇（1981- ），女，浙江宁波人，讲师，硕士，从事物流信息技术与信息系统应用、食品追溯研究。
收稿日期 2014-11-28
近年来，随着物联网技术的快速发展，国内外食品供应链追溯系统的研究得到了发展与应用[1]。同时，云计算技术对农产品安全追溯系统的各方面性能都有较大提升[2]。作为食品供应链追溯系统关键技术之一的物品编码方案，国外多采用EAN·UCC系统进行统一编码以确定食品的“身份”，且EAN·UCC 系统的一个重要组成部分——产品电子代码EPC实现了对物品的全球唯一标识，并利用RFID（电子标签）技术优势及互联网便捷构筑了世界万事万物交流沟通的“物联网”。但是，EPC（工程总承包）标准侧重于物流管理和库存管理[3]。随着食品追溯管理的深入应用，跨系统、跨平台、跨地域之间的信息交互、异构系统之间的协同和信息共享会逐步增多，采用统一物联网编码标识体系已成为共识。
物联网统一编码（Entity code，Ecode）根据物联网的编码现状，总结提炼出具有共性的特征，在兼顾各种标识方法特点的情况下，提出科学、合理、符合我国国情并能够满足我国当前物联网发展需要的一套编码方案和统一的数据结构，既能实现物联网环境下对“物”的唯一编码，又能针对当前物联网中多种编码方案共存的现状，兼容各种编码方案。笔者研究与国家物联网标识管理与公共服务平台对接的基于RFID/Ecode物联网的食品供应链单品追溯管理系统，并通过罐装婴幼儿配方乳粉的演示应用模拟对单品信息的快速反应和追溯。
1 基于RFID/Ecode物联网的食品供应链单品追溯管理系统的构架
食品供应链的基本结构主要由原材料生产环节、食品加工环节、物流环节和销售环节这4个环节组成[4]。系统采用Ecode统一编码方案实现对每个单品赋予唯一身份证，对食品的原材料生产环节、食品加工环节、物流环节和销售环节进行数据采集跟踪，实现食品的全生命周期管理。同时，系统与国家物联网标识管理与公共服务平台提供API接口[5]，进行系统平台对接，由Ecode国家平台提供解析服务，建立的是一个面向全国的开放的、标准化的、数据可信的应用服务支撑平台。消费者可以通过该系统或国家物联网标识管理与公共服务平台查询每个单品的追溯信息。每个环节提取为消费者关心的公共追溯要素从而实现了“从农田到餐桌”的追溯流程，建立了食品安全信息数据库，一旦发现问题，能够根据溯源进行有效的控制和召回，从源头上保障消费者的合法权益。
该系统以网络层、数据层、业务层和客户层的4层体系结构建了基于RFID/Ecode物联网的食品供应链单品追溯管理系统的平台架构（图1）。客户层提供了B/S查询和国家物联网标识管理与公共服务平台2种方式[6]。作为客户的生产者、监管者和消费者都可以查询相关信息，掌握每个环节的质量安全信息。业务层提供系统的主要功能，主要由原材料生产子系统、食品加工子系统、物流子系统、销售子系统、单品溯源查询子系统、单品Ecode编码管理子系统和RFID标签子系统7大子系统组成。数据层分为本地信息数据库、智能控制数据库和中心数据库3部分组成;本地信息数据库平台数据库提供溯源信息链数据，智能控制数据库提供单品溯源查询、单品Ecode编码管理和RFID标签数据，中心数据库为监管和追溯奠定数据基础。本地信息数据库和智能控制数据库必须与中心数据库能无缝联接。网络层提供了系统的基础设施与安全保障，并通过云计算及云服务提升系统各方面性能，提高网站访问响应速度。
图1 基于RFID/Ecode物联网的食品供应链单品追溯管理系统的平台架构
从供应链的角度，该系统将食品的原材料生产、食品加工、食品物流和食品销售4个环节的溯源信息录入本地信息数据库，对每个环节的信息进行识别、记录管理和跟踪，形成一个完整的信息链。该研究以高风险食品罐装婴幼儿配方乳粉为例，构建了如图2所示罐装婴幼儿配方乳粉的溯源信息链[7]。当发现问题奶粉时，可通过婴幼儿配方乳粉的Ecode编码查询相关信息，找到问题奶粉的来源并确定出现问题的环节，阻断问题奶粉继续流入市场并及时召回已售出的问题奶粉，避免重大食品安全事故。
图2 单品（罐装婴幼儿配方乳粉）溯源信息链框架
2 食品供应链单品追溯管理关键技术
2.1 Ecode单品级食品追溯编码
物联网统一编码Ecode是能够满足我国当前物联网发展需要的一套编码方案和统一的数据结构。Ecode的一般结构为“版本+编码体系标识+主体代码”，采用可扩展的方案，根据选择的不同版本，长度不同，可根据需要灵活扩展。具体方案见图3[8]。
注：版本和编码体系标识定义了主体代码的结构和长度;最大总长度为V的长度、NSI的长度和MD的长度之和。
图3 Ecode编码结构
图3中，版本（Version，V）用于区分不同数据结构的Ecode。版本长度为4比特，也可采用1位十进制表示，版本由我国物联网统一编码管理机构统一分配。不同的物联网应用可以根据需要选择合适的版本。根据长度和编码字符集的不同，Ecode通用数据结构目前包含Ecode96、Ecode128和Ecode146[8]。Ecode编码在农业物联网中，采用Ecode-V2（即Ecode128码）[9]，并用NSI确定主体代码的类型和结构。另外，可以根据扩展需求包含更多扩展信息。采用Ecode编码方案用于食品供应链管理，不能用于超市的结算。
编码体系标识（Numbering System Identifier，NSI）用于指示某一标识体系的代码。据版本的不同，NSI的长度也不同。NSI由我国物联网统一编码管理机构统一分配。
主体代码（Master Data，MD）是指某一行业和应用系统中标准化的编码方案的标识代码，主体代码的长度和数据结构由NSI决定。主体代码的结构及分配由某一编码体系的管理机构自行管理和维护。某一编码体系的管理机构制定的主体代码结构应向管理我国物联网统一编码管理机构备案。
Ecode单品级食品追溯编码用于全球唯一标识单个商品，其方案采用Ecode-V2，即Ecode128码，其编码结构见图4。
图4 Ecode单品级食品追溯编码方案
主体代码取最大长度28位，因此Ecode单品级食品追溯编码的长度为33位十进制。参与方代码由中国物品编码中心经企业申请获得，产品代码、批次和序列号由参与方自行分配。其中批次和序列号的编码规则见表1。
表1 批次和序列号编码规则
2.2 唯一性RFID溯源标签设计技术
Ecode编码可存储于一维码（Ecode128编码等）、二维码（QR码、DM码、汉信码）、RFID标签（ISO/IEC18000-63，ISO/IEC18000-3m3）等各种类型的载体中。在这些标签中的承载要遵循严格的数据协议，以便于能够将Ecode标签与其他标签区分开来。
该系统考虑的编码载体为射频标签。当前采用使用最广泛的18000-63超高频RFID标签标识，其中“Ecode=”作为一个采用Ecode编码体系的标识符。Ecode在进行射频标签承载时，是以二进制存储在射频标签的内存中。Ecode宜存放在射频标签的物品唯一标识区。射频标签的物品唯一标识区，根据不同的标签类型而不同。对于一个射频标签里存储多个Ecode代码的情况，Ecode编码标准规定在射频标签的物品唯一标识区应只存储一个Ecode，其余的Ecode存储在非物品唯一标识区。
RFID技术利用无线射频方式在读写器和标签之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的[10]。RFID技术作为一种新的标识途径，与条码相比具有多方面的优势，如识别距离远，识别时不需要标签视觉可见，能够在恶劣环境中使用，内容可以更新，能够批量读取多个标签，信息量大，不容易仿制等[11]。
电子标签在罐装食品的应用上要满足标签嵌入在内罐盖的结合处，不可揭下、无法转移，当掀开外罐盖并打开内罐盖时即被破坏，无法重新使用的要求，所以，一般将RFID标签嵌入至内罐盖与罐身的缝隙处，在开盖时，通过外力将其损坏[12]。单品级罐装食品贴标方案如图5所示。
图5 单品级罐装食品贴标方案示意
2.3 安全技术
电子标签本身是唯一可识别的，可用来验证身份。但在食品供应链单品跟踪与追溯过程中，攻击者要想进行伪造，主要有2种情况：窃听攻击和实体攻击。对于窃听攻击，当后台服务器只是简单地对电子标签进行识别时，电子标签被读写器唤醒后，即可直接窃取其识别信息而被用来伪造，因此，需要对读写器进行认证。对于实体攻击，当攻击者通过实体攻击得知电子标签内部信息后，便可持有自己的读写器和假冒商品通过服务器验证，因此，只要将新的密钥值和拦截的信息一起再复制到另一个商品中，同样也可通过服务器验证[13]。
3 演示应用
演示系统中，作为客户的生产者、监管者和消费者通过安装有RFID阅读器和天线的多媒体查询机，登录多媒体查询机上的网站（国家物联网标识管理与公共服务平台或系统网站），经查询机自动读取产品电子标签内部的Ecode单品级食品防伪追溯编码，了解到婴幼儿配方乳粉的原材料生产、加工、物流和销售4个环节的溯源信息，如图6所示。
4 结语
国家物联网标识管理与公共服务平台的建立、电子标签成本的不断降低和物联网等现代信息技术的发展，为实现食品跟踪与追溯的跨系统、跨平台、跨地域交互、异构系统之间的协同和信息共享奠定了基础，建立起更完善的食品安全追溯体系以确保食品的长期安全。
图6 罐装婴幼儿配方乳粉追溯的系统演示
参考文献
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