合肥工业大学 计算机与信息学院
《 RFID技术基础》单承赣 教授
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10 EPC与物联网
• 20 世纪 70 年代,商品条形码的出现引发了商业的第一次革命。
• 21 世纪的今天,基于 RFID 技术的电子产品编码( Electronic Product Code , EPC )新技术,给商品的识别、存储、流动、销售各个环节带来了巨大的变革,信息化的浪潮使商业进入了崭新年代。
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• EPC 的产生和发展• 1999 年美国麻省理工学院成立 Auto-ID 中心,进行 RFID 技术
研发,通过创建 RFID 标准,并利用网络技术,形成 EPC 系统• EPC 统一对全球物品的编码方法,直到编码至单个物品• EPC 规定了将此编码以数字信息的形式存储于附着在物品上的
应答器(在 EPC 中常称为标签)中• 阅读器通过无线空中接口读取标签中的 EPC 码,并经计算机
网络传送至信息控制中心,进行相应的数据处理
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• 为实现和管理 EPC 的工作,国际物品编码协会 EAN 和美国统一代码委员会 UCC 在 2003 年 11 月成立了全球电子产品代码中心 EPCglobal 。
EAN UCC
EPCglobal US ……各国编码组织…… 中国物品编码中心
EPCglobal-China(ANCC)
终端用户 技术委员会
硬件技术组 软件技术组 Auto-ID Labs
实验室
EPCglobal
EPCglobal组织机构
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• EPC 系统的组成
• EPC 系统是在计算机互联网( Internet )的基础上,利用 RFID 、EPC 编码、数据通信等技术,构造的一个覆盖全球万事万物的实物互联网( Internet of Things ),亦称物联网。
• 在 RFID 和 Internet 的基础上,实物互联网可以将数量更为庞大的物品建立起信息联接,为商业、物流、仓储、生产、家庭等行业和用户提供了信息化的先进管理理念和手段。
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• EPC 系统的组成
应答器
ONS 服务器
EPCIS 服务器
Internet
路由器
数据库 本地服务器 (含 Savant)
计算机
阅读器
应答器
阅读器 ………
………
Internet 网络
本地网络
RFID
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• EPC 系统的组成• 应答器装载有 EPC 编码,它应附着在物品上,亦称为标签
(本章后面称为 EPC 标签或标签)。• 阅读器用于读或读写 EPC 标签,并能连接于本地网络之中。• Savant 是连接阅读器和应用程序的软件,亦称为中间件,它是
物联网中的核心技术,可认为是该网络的神经系统,故称为Savant 。
• 对象名称解析服务( ONS )的作用类似于 Internet 中的域名解析服务( DNS ),它给 Savant 指明了存储产品有关信息的服务器( EPCIS )。
• 系统中 EPC 信息描述采用实体标记语言( PML ), PML 是在可扩展标记语言( XML )基础上发展而成,用于描述有关物品信息的一种计算机语言。
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• EPC 系统的主要特点如下
• 采用了 EPC 编码方法,可以识别物品到个件• 信息系统的网络基础是 Internet 网络,将企业的
Intranet , RFID 和 Internet 有机的结合起来• 着眼于全球的系统• 目前仍需要较多的投入,对于低价值的识别对象,必须考虑由
此引进的成本。
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• 条形码和应用 • 全球贸易项目代码( GTIN ),为全球贸易提供唯一标识的一
种代码,有四种编码结构: EANUCC-13 ( EAN 13 )、 EANUCC-8 ( EAN 8 )、 UCC-12 以及 EANUCC-14 。
EAN-13 商品条码符号结构 EAN-8 商品条码符号结构
前置码
左侧空白区
起始符 左侧数据符 右侧数据符 校验符 终止符
中间分隔符
右侧空白区
供人识别字符
左侧空白区
起始符 左侧数据符 右侧数据符
校验符
终止符
中间分隔符
右侧空白区
供人识别字符
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• EPC 编码
• 目前, EPC 编码有 64位、 96位和 256位三种。 • EPC 编码由版本号、域名管理、对象分类和序列号四个字段组
成。• 版本号字段标识 EPC 的版本号,它给出 EPC 编码的长度;• 域名管理字段标识相关的生产厂商信息;• 对象分类字段编码物品精确类型;• 序列号用于编码出唯一物品。
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10 EPC与物联网 • EPC 编码
EPC 编码结构中各字段的长度(位)
编码类型 版本号 域名管理 对象分类 序列号
EPC-64TYPE ITYPE IITYPE III
222
211526
171313
243423
EPC-96 TYPE I 8 28 24 36
EPC-256TYPE ITYPE IITYPE III
888
3264
128
565656
16012864
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• EPC 编码的性能
• 唯一性:足够的编码容量和组织保证可以保证对某一个物品实现唯一编码
• 简单性:编码简单且能实现物品的唯一标识,不包含物品的其他相关信息
• 可扩展性:为未来的发展提供了充足的备用空间• 安全性: EPC 编码和加密、认证技术相结合
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• EPC 标签
• 标签中存储的唯一信息是 EPC 编码• 标签通常是被动式标签,其空中接口采用 EPC 空中接口或
ISO/IEC 18000 标准• 5 类功能级别: Class 0 、 Class 1 、 Class 2 、 Class 3 、 Class
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• Class 与 Gen (代) • Class 描述的是标签的基本功能,譬如说它里面存储器情况或
有无电池。 • Gen 是指标签规范的主要版本号。通常所说的第二代 EPC ,实
际上是第二代 EPC Class 1 ,这表明它是规范的第二个主要版本,针对拥有一次写入内存的标签。
• EPC Class 的目的是为了提供一种模块化结构,涵盖一系列众多的可能类型的标签功能。
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• EPC Gen 2
• 指符合题为“ EPC Radio-Frequency Identity Protocols/Class 1 Generation-2 UHF/RFID/Protocol for Communications at 860 MHz~960 MHz” 规范的标签
• EPC Gen 2 是一个开放的标准 • EPC Gen 2 是一个多协议的标准 • EPC Gen 2 是一个发展中的标准
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• EPC 阅读器• 应该具有下述功能和特征:
• 空中接口功能 • 阅读器防碰撞 • 与计算机网络的连接
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• EPC 阅读器结构
空中接口
电路
控制器 网络接口
存储显示 电源 时钟
EPC 阅读器
网络连接
EPC 标签 天线
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• EPC 阅读器结构
• 空中接口电路包括收发两个通道,包含编码、调制、解调、解码等功能,射频功率由天线辐射,并接收从标签返回的信息,空中接口电路是阅读器和标签之间交换信息的纽带。
• 控制器可以采用微控制器( MCU )或数字信号处理器( DSP )。
• 网络接口应具有支持以太网、无线局域网( IEEE 802.11 )等网络联接方式,这也是 EPC 阅读器的重要特点。
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• EPC 系统网络技术——主要完成信息传输和管理功能 • Savant:核心功能是屏蔽不同厂家的 RFID 阅读器等硬件设备、
应用软件系统以及数据传输格式之间的异构性,从而可以实现不同的硬件(阅读器等)与不同应用软件系统间的无缝连接与实时动态集成。
其他 Savant 其他服务 EPCIS ONS
Savant
程序模块集成器
用户定义的程序模块
通用程序模块
阅读器接口
应用程序接口
用户应用程序
阅读器
阅读器
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• EPC 系统网络技术
• 程序模块集成器:由多个程序模块组成。 • 阅读器接口:阅读器接口提供与阅读器的连接方法,并采用相
应的通信协议。 • 应用程序接口:程序模块和应用程序的接口。 • 程序模块之间的接口:用自己定义的 API (应用程序接口)函
数实现。• 网络访问接口
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• 实体标记语言( PML )
• 由可扩展标记语言( XML )发展而来 • 是一个标准词汇集,用于表述和传递 EPC 相关信息• 是阅读器、 Savant 、 EPCIS 、应用程序、 ONS 之间相互通信
的共同语言• 是一种相互交换数据和通信的格式,与实际如何存储数据无关,
它名为实体标记语言,但它本身不是产品描述标记语言
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• 实体标记语言
应 用
程 序 ONS
Savant 阅 读 器
本地 EPCIS 远程 EPCIS
PML(EPC)
PML (EPC 数据)
PML (EPC 数据)
EPC
PML PML RFID
标签
PML 作为相互通信的通用语言
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• PML 的核心( PML 核) • 采用 W3C XML Schema 语言 • 定义了约束、文档结构及内容,并可使用现有的工具来创建、修改及发布
• 用来描述由 EPC 系统感应器( Sensors )采集到的数据
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• PML 的核心( PML 核)
<pmlcore: Sensor> <pmluid:ID>urn:epc:1.4.16.36</pmluid:ID> <pmlcore:Observation>
<pmlcore:DateTime>2002-11-06T13:04:34-06:00</pmlcore:DateTime> <pmlcore:Tag><pmluid:ID>urn:epc:1.2.24.400</pmluid:ID>
<pmlcore:Data> <pmlcore:XML>
<EEPROM xmlns="http://sensor.example.org/"> <FamilyCode>12</FamilyCode> <ApplicationIdentifier>123</ApplicationIdentifier> <Block1>FFA0456F</Block1> <Block2>00000000</Block2> </EEPROM>
</pmlcore:XML> </pmlcore:Data>
</pmlcore:Tag> </pmlcore:Observation>
</pmlcore:Sensor>
一个 RFID 阅读器在其阅读范围内探测到一个 Class 2 标签的 PML文档
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• 对象名称解析服务( ONS )• 在 EPC 系统中,需要将 EPC 编码与相应的商品信息相匹配,
而相应的商品信息存储在对应的 EPCIS 服务器中, ONS 服务提供与 EPC 编码对应的 EPCIS 服务器的地址,它的作用类似于因特网的域名解析服务。
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• 对象名称解析服务
标签 阅读器 本地
服务器
ONS 服务器
EPCIS
阅读器将读到的 EPC 编码通过本地局域网上传至本地服务器,由本地服务器所带 Savant 软件对这些信息进行集中处理,然后由本地服务器通过查找本地 ONS 服务或通过路由器到达远程 ONS 服务器查找所需 EPC 编码对应的 EPCIS 服务器地址,本地服务器就可以和找到的EPCIS 服务器进行通信了。
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• EPC 信息服务( EPCIS )
• 作为网络数据库来实现的, EPC被用作数据库的查询指针• EPCIS 提供信息查询的接口,可与已有的数据库、应用程序及
信息系统相连接• 两种数据流方式:一是阅读器发送原始数据至 EPCIS 以供存储;二是应用程序发送查询至 EPCIS ,以获取信息
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• EPC框架下 RFID 应用• 制造商产品下线及出库流程
计算机
暂存
条形码
条形码 打印机
物流公司 RFID 系统
产品下线
在包装盒上粘贴条形码
打印所需 条形码
VPN 或专网
移动数据终端
无线网络
码垛 出库
箱/托关联 及出库
打印软件及 相关应用系统
托盘上有 RFID 标签
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• EPC框架下 RFID 应用• 物流公司入库流程
人 工 验 货
托盘及 货品入库
RFID 阅读器
人工逐箱扫描,重新建立箱/托
关联
移 动 终端数据
企业服务器 WMS
无 线 局域网
LAN
异 常 收 货
正常收货 到达货品
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• 系统的架构与软件模块
综 合 服 务
SQL 服务器
IS 服务器
Web Portal WMS
条形码 打印
出 库 扫 描
入库、出库 信息管理
入 库 检 验
制造商 物流公司
系统信息部分集成了 SQL 服务器、 IS 服务器、 WMS 及 Web Portal (门户网站)功能,并通过网络将制造商、物流公司联结在一起,实现了供应链上下端的一体化。
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• 系统的架构 与软件模块
条形码打印
出库扫描
形 成 出库记录
入库前 检 验
生 成 检验记录
入 库
出 库
产品下线 及出库
统计分析图表
订单查询
物流公司 入/出库
统计分析图表
订单查询
产品下线 及出库
物流公司 入/出库
Web Portal
RFID
-EPC
管理
系统
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• EPC 应用中存在的需要解决的问题
• 标签需解决识别正确率和价格两大问题 • 个人隐私和安全问题 • EPC 系统的成本 • 人才的需求