譚 偉，劉 璇，陳 益，任 斌

（1.東莞理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東東莞 523808；2.東莞理工學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，廣東東莞 523808；3.東莞理工學(xué)院電子工程與智能化學(xué)院，廣東東莞 523808）

0 引言

隨著新技術(shù)的發(fā)展，物流業(yè)也在不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新，變得越來越高效。射頻識別（RFID）的出現(xiàn)，為物流資源的自動采集與識別等帶來了方便。然而，RFID重在前端的信息處理，進(jìn)一步的信息處理還需要借助其他信息技術(shù)?；赟OA的服務(wù)化思想及其服務(wù)化實(shí)現(xiàn)，使得物流資源個體能被當(dāng)作服務(wù)對象被使用，大大方便了物流資源的廣域發(fā)現(xiàn)與共享。

資源服務(wù)化已有許多相關(guān)研究。周樹林等[1]研究了云制造中生產(chǎn)設(shè)備資源服務(wù)化封裝方法，分析了生產(chǎn)設(shè)備資源的特點(diǎn)以及服務(wù)化技術(shù)，提出了云制造中生產(chǎn)設(shè)備資源服務(wù)化封裝框架，建立了生產(chǎn)設(shè)備資源的形式化描述模型，對資源的服務(wù)化封裝過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究。易安斌等[2]對制造設(shè)備資源進(jìn)行了分類和形式化描述，然后，將描述信息映射為一個用于虛擬化的類模板，并給出了一種制造設(shè)備資源服務(wù)化封裝方法。姚錫凡等[3]指出了云制造資源虛擬化的原則——系統(tǒng)性、針對性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性、接口統(tǒng)一和動態(tài)性，然后以制造設(shè)備資源為例，描述特征模型，并通過擴(kuò)展開源軟件CloudSim Java類給出了制造設(shè)備資源虛擬化模板。上述這些方法同樣也適用于物流資源。針對物流資源的特殊性，也有相關(guān)的研究。夏駿鑫[4]研究了面向物流服務(wù)的描述與匹配模型與實(shí)現(xiàn)，對Web服務(wù)描述語言進(jìn)行研究，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中服務(wù)的特點(diǎn)，將物流資源與該模型層次結(jié)構(gòu)一一映射，用一種基于XML模式的描述語言對物流資源進(jìn)行描述。物流資源得以被表達(dá)和管理，以Web服務(wù)的形式被使用。張磊等[5]研究了基于WSRF的物流資源Web服務(wù)封裝。上述研究盡管對物流資源的服務(wù)化提供了有益的指導(dǎo)，但服務(wù)化的自動化程度低。基于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的服務(wù)平臺也有相關(guān)研究，張立[6]研究了多域物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供架構(gòu)及組合方法，陳承[7]基于云平臺的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中間件的研究與設(shè)計(jì)，核心是將設(shè)備的能力抽象成為實(shí)體服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)用。郭永安等[8]面向物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的資源表示模型研究，基于本體描述模型討論物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和資源的語義化描述方法，并在服務(wù)和資源之間建立相應(yīng)的映射關(guān)系，最終形成一種面向物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的資源統(tǒng)一表示模型。上述基于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，分層實(shí)現(xiàn)從物流設(shè)備等資源到物流服務(wù)的管理與調(diào)用，提高了管理水平。但從設(shè)備到物流服務(wù)化的自動化程度仍然沒有得到根本上提高。

基于上述研究現(xiàn)狀，本文立足于提高物流服務(wù)的自動化程度，提出基于RFID到物流服務(wù)的自動化實(shí)現(xiàn)框架，并對其包含的過程進(jìn)行詳細(xì)描述。并基于所提出的框架及其方法給出了初步的原型實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證了框架及其方法的有效性。

圖1 基于RFID的物流資源服務(wù)化框架

1 基于RFID的物流資源服務(wù)化實(shí)現(xiàn)框架

從物流資源到服務(wù)信息注冊共包含5個功能模塊，分別是標(biāo)簽信息編碼、資源識別、分類存儲、服務(wù)化編輯、服務(wù)信息注冊。其中，標(biāo)簽信息編碼和資源識別個體模塊課統(tǒng)稱為RFID模塊。

標(biāo)簽信息編碼：基于電子標(biāo)簽（EPC）規(guī)則，統(tǒng)一編碼物流資源。目的是便于物流資源的管理與發(fā)現(xiàn)。

資源識別：通過RFID閱讀器對標(biāo)簽信息進(jìn)行識別，提取編碼信息。

分類存儲：是對識別的物流資源個體信息進(jìn)行分類存儲入數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對物流資源個體的分類管理。

服務(wù)化編輯：是對物流資源個體進(jìn)行服務(wù)化信息擴(kuò)充與編輯，使得物流資源適應(yīng)物流服務(wù)應(yīng)用的需求。

服務(wù)信息注冊：是對物流資源服務(wù)化的編輯信息進(jìn)行服務(wù)信息注冊，為物流資源服務(wù)的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用提高支持。

上述框架中，從物流資源出發(fā)，直到服務(wù)信息注冊入庫，形成一體。另外，服務(wù)化編輯，盡管需要人為手工操作，但只要提供自動化擴(kuò)展的物流資源服務(wù)信息功能，也能實(shí)現(xiàn)服務(wù)的自動化編輯，因此，上述框架具有較高的自動化性能且擴(kuò)展性強(qiáng)。

2 物流資源服務(wù)化實(shí)現(xiàn)機(jī)制

2.1 RFID與上位機(jī)的通信實(shí)現(xiàn)機(jī)制

RFID技術(shù)模塊主要分為上位機(jī)、閱讀器以及電子標(biāo)簽3個模塊。其中，標(biāo)簽通過2.4G模塊與讀寫器進(jìn)行通信，讀寫器通過WiFi與上位機(jī)通信。所有通信的一個數(shù)據(jù)單元均為一條指令，因此，上位機(jī)的開發(fā)，實(shí)際上就是在與閱讀器在正常通信的情況下，通過發(fā)送指令來操作讀寫器以及標(biāo)簽。

RFID技術(shù)模塊的數(shù)據(jù)傳輸流程如圖2所示，具體步驟如下：

（1）上位機(jī)與電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，首先由上位機(jī)生成指令，將指令轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流的形式；

（2）通過Wifi將數(shù)據(jù)傳送給閱讀器，若此時閱讀器與上位機(jī)已建立連接，則傳送成功；

圖2 RFID與上位機(jī)的通信流程

（3）數(shù)據(jù)將存儲到閱讀器中，已知，電子標(biāo)簽每5 s會定時向閱讀器發(fā)送一次數(shù)據(jù)，并在發(fā)送完畢后的0.5 s內(nèi)，能接收閱讀器傳送過來的數(shù)據(jù)；

（4）閱讀器根據(jù)2.4G模塊將原本上位機(jī)傳送過來的數(shù)據(jù)發(fā)送給電子標(biāo)簽，若電子標(biāo)簽無異常，則發(fā)送成功；

（5）電子標(biāo)簽響應(yīng)指令并進(jìn)行相應(yīng)的處理，再生成指令；

（6）根據(jù)2.4G模塊將數(shù)據(jù)返回到閱讀器中，閱讀器再根據(jù)Wifi返回數(shù)據(jù)給上位機(jī)；

（7）上位機(jī)解析指令并最終成功顯示在界面中。

RFID與上位機(jī)的通信機(jī)制為后續(xù)的物流資源服務(wù)化實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。

2.2 物流資源的電子標(biāo)簽（EPC）信息實(shí)現(xiàn)機(jī)制

2.2.1 硬件

T9標(biāo)簽主要分為3個模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的MSP430F2132，負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù)的AT25512，負(fù)責(zé)與外界通信的NRF24L01+，如圖3所示。

圖3 EPC內(nèi)部模塊圖

MCU通過NRF24L01+與閱讀器通信，將收集到的指令保存到MCU的RAM中，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。MCU將數(shù)據(jù)打包成指令，并通過SPI通信模式與NRF24L01+通信。NRF24L01+將指令發(fā)送到外界。MCU會每分鐘將RAM中的數(shù)據(jù)保存到存儲器中。

2.2.2 電子標(biāo)簽的工作步驟

（1）步驟1

標(biāo)簽與上位機(jī)或者讀寫器通信，標(biāo)簽發(fā)送指令的步奏為：生成指令；將指令轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流；通過2.4G模塊將數(shù)據(jù)流發(fā)送到讀寫器（讀寫器將指令發(fā)送到上位機(jī)）。

（2）步驟2

上標(biāo)簽與上位機(jī)或者讀寫器通信，標(biāo)簽接收指令的步奏為：通過2.4G模塊與讀寫器通信，并接受數(shù)據(jù)流；將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為指令；解析指令。

2.2.3 EPC編碼規(guī)則

已知，本研究采用的電子標(biāo)簽為T9電子標(biāo)簽，它的編碼為96位I型，則該標(biāo)簽對應(yīng)的國際編碼規(guī)則如圖4所示。

圖4 EPC-96 I型編碼規(guī)則圖

其中，域名管理負(fù)責(zé)在其范圍內(nèi)維護(hù)對象分類代碼和序列號。該區(qū)域占據(jù)28個數(shù)據(jù)位，允許大約2.68億家制造商。這超出了UPC-12的10萬個和EAN-13的100萬個的制造商容量。對象分類字段在EPC-96代碼中占24位，這個字段能容納當(dāng)前所有UPC庫存單元的編碼。序列號字段則代表單一貨品識別的編碼。與產(chǎn)品代碼相結(jié)合，該字段提供1.1*1028個唯一的項(xiàng)目編號，超出了當(dāng)前所有已標(biāo)識產(chǎn)品的總?cè)萘俊?/p>

由于版本號、EPC域名管理所對應(yīng)的的位數(shù)字段，是向電子產(chǎn)品編碼分配機(jī)構(gòu)申請時所分配下來的唯一代碼，對象分類及序列號位數(shù)字段由EPC管理者（即向電子產(chǎn)品編碼分配機(jī)構(gòu)申請的公司）自主地為各類實(shí)體制定編碼。

以標(biāo)簽號500000007057為例，存儲數(shù)據(jù)為香蕉。已經(jīng)標(biāo)簽號500000007057有12個字符，即96位標(biāo)簽編碼（1個字符=8位），所以前部分字段50000為授權(quán)機(jī)構(gòu)分配下來的代碼，后部分字段0007057為企業(yè)自主為實(shí)體“香蕉”所制定的編碼。

本研究采用中科云控公司分配下來的EPC編碼50000，假如自主命名車輛類對象的編碼為001，自主命名車輛類對象中的某輛車牌號為粵S63A33的編碼為0001，即該車輛牌號為粵S63A33的全球唯一識別的編碼為：500000010001。

2.3 物流資源的標(biāo)簽信息編輯

管理員可以對讀取的新標(biāo)簽進(jìn)行信息的編輯：設(shè)置EPC編號、修改標(biāo)簽數(shù)據(jù)以及鎖定標(biāo)簽狀態(tài)的操作。

設(shè)置EPC編號：當(dāng)系統(tǒng)處于信息采集階段，管理員通過功能實(shí)現(xiàn)，編輯好12位字符的EPC編號來設(shè)置EPC編號，即可生成指令，將指令轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流并通過Wifi傳給閱讀器，最終到達(dá)標(biāo)簽，修改標(biāo)簽內(nèi)部的EPC編碼；再次進(jìn)行信息的采集時，即可在主界面中顯示出新錄入的標(biāo)簽EPC編號。

修改標(biāo)簽信息：當(dāng)系統(tǒng)處于信息采集階段，管理員選中已錄入EPC編號的新標(biāo)簽，可對標(biāo)簽信息進(jìn)行編輯修改，從而獲取管理員在標(biāo)簽信息編輯框中輸入的資源名稱、類型以及提供商等信息，并存儲在數(shù)據(jù)庫中；進(jìn)行標(biāo)簽信息采集時，上位機(jī)向閱讀器發(fā)送指令，閱讀器響應(yīng)并返回存儲在其內(nèi)部的附近標(biāo)簽的EPC編號信息，最終到達(dá)上位機(jī)；上位機(jī)到數(shù)據(jù)庫中根據(jù)EPC編號進(jìn)行關(guān)聯(lián)查找，最終把原本存儲在數(shù)據(jù)庫中的資源名稱、類型以及提供商等信息返回，并成功顯示在主界面中。

鎖定狀態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)處于信息采集階段，管理員選中標(biāo)簽對其鎖定：系統(tǒng)會生成指令，將指令轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流并通過Wifi傳給閱讀器，最終到達(dá)標(biāo)簽，鎖定當(dāng)前標(biāo)簽的內(nèi)部狀態(tài)，不可再作標(biāo)簽EPC編號以及信息的修改。

2.4 基于RFID標(biāo)簽的資源信息采集

管理員可以對標(biāo)簽進(jìn)行信息采集操作：開始采集、停止采集以及清空記錄。

開始采集：管理員確保電腦連接上閱讀器Wifi后，通過功能實(shí)現(xiàn)，獲取閱讀器的ip地址以及端口號等信息，并通過Wifi傳送給閱讀器，請求連接；若成功連接，閱讀器會實(shí)時返回原本存儲在其內(nèi)部的標(biāo)簽EPC編號信息，并在主界面中顯示出來。

停止采集：當(dāng)系統(tǒng)處于信息采集階段，管理員通過一定的操作，可以中斷上位機(jī)與閱讀器的連接，停止對附近標(biāo)簽信息的采集。

清空記錄：當(dāng)系統(tǒng)處于信息采集階段，管理員通過功能實(shí)現(xiàn)，可以清除當(dāng)前所采集到附近所有標(biāo)簽的信息，若操作成功，可以看到主界面中標(biāo)簽的信息清零。

2.5 標(biāo)簽信息分類存儲與物流資源服務(wù)信息編輯

管理員可以對采集到的標(biāo)簽信息進(jìn)行分類存儲、修改信息以及刪除信息的操作。

分類存儲：當(dāng)系統(tǒng)已完成信息采集階段，管理員進(jìn)入主界面，選中標(biāo)簽，點(diǎn)擊“插入數(shù)據(jù)庫”按鈕，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前所選中的標(biāo)簽進(jìn)行類型的判斷，托盤類型應(yīng)編輯目前好壞、是否空閑以及已使用時間等字段信息，叉車運(yùn)輸車類型應(yīng)編輯速度、單價、可用性、可靠性以及載重量等字段信息，編輯完成后，點(diǎn)擊插入，即可將其分別存儲到不同的類表中；而不同類型的資源類界面會分別到數(shù)據(jù)庫中請求原先存儲的數(shù)據(jù)，將不同資源類型的信息返回不同類型的資源界面中并成功顯示。

修改信息：當(dāng)系統(tǒng)已完成信息分類存儲階段，管理員進(jìn)入資源界面，選中資源信息，點(diǎn)擊“編輯”按鈕，系統(tǒng)會根據(jù)所進(jìn)入的資源界面進(jìn)行類型的判斷，托盤類型可以編輯目前好壞、是否空閑以及已使用時間等字段信息，叉車運(yùn)輸車類型可以編輯速度、單價、可用性、可靠性以及載重量等字段信息，編輯完成后，點(diǎn)擊修改，即可改變當(dāng)前所選中的資源信息，并在該資源界面中顯示出來。

刪除信息：當(dāng)系統(tǒng)已完成信息分類存儲階段，管理員進(jìn)入資源界面，選中資源信息，點(diǎn)擊“刪除”按鈕，即可刪除當(dāng)前所選中的資源信息，并在該資源界面中消失。

3 實(shí)驗(yàn)

基于RFID的物流資源信息服務(wù)化注冊主要由RFID閱讀器、電子標(biāo)簽以及上位機(jī)軟件系統(tǒng)組成，本研究采用R61式的閱讀器以及T9式的有源電子標(biāo)簽。其中，閱讀器可以讀取的范圍為半徑200 m以內(nèi)，有源電子標(biāo)簽內(nèi)部的電池供應(yīng)量可以維持半年時間。系統(tǒng)部署如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)部署圖

實(shí)驗(yàn)開發(fā)環(huán)境：Window7，C語言+C#語言，MySQL，RFID:R61式固定式閱讀器，T9式電子標(biāo)簽。主要物流資源服務(wù)化數(shù)據(jù)表為：標(biāo)簽表（EPC編號，資源名稱，類型，提供商）；叉車表（id，載重量，速度，單價，可靠性，可用性，EPC編號）；運(yùn)輸車表（id，載重量，速度，單價，可靠性，可用性，EPC編號）；托盤表（id，已使用時間，是否空閑，好壞情況，EPC編號）。

各功能實(shí)現(xiàn)如圖6～11所示。

圖6 標(biāo)簽資源采集圖

圖7 設(shè)置EPC編號圖

圖6 所示為標(biāo)簽信息采集，圖7所示為設(shè)置EPC編號，其中有一個新標(biāo)簽沒有錄入數(shù)據(jù)，可選中對其進(jìn)行修改新標(biāo)簽。圖8所示為先把編輯好的標(biāo)簽信息存儲到數(shù)據(jù)庫中；再次對標(biāo)簽信息進(jìn)行采集時，將從閱讀器中返回的附近標(biāo)簽EPC編號到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行關(guān)聯(lián)查詢，調(diào)用出原本存儲在數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)簽信息的過程，然后進(jìn)行修改。

圖8 標(biāo)簽信息修改圖

圖9 標(biāo)簽信息分類存儲管理

由于收集到的物流資源信息一共實(shí)現(xiàn)有3類，分別是車輛類、叉車類以及托盤類。圖9所示為信息分類存儲模塊。圖10所示為物流資源服務(wù)信息編輯界面，將不同類型的標(biāo)簽分別提取到不同的類別界面中，其中，托盤類需插入使用時間、目前好壞、目前狀態(tài)等信息，叉車類以及車輛類則需插入載重量、速度、單價、可行性、可靠性等信息。

圖10 物流資源服務(wù)信息編輯界面圖

圖11 車輛類實(shí)例界面圖

把界面切換到車輛類的界面，即可看到EPC編號為500000010100的車輛資源已成功入庫，如圖11所示。

4 結(jié)束語

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，尤其云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物流信息化水平也得到了較大的發(fā)展。RFID為物流資源的識別與管理提供了方便，不僅如此，將其與現(xiàn)有的其他技術(shù)如云服務(wù)技術(shù)結(jié)合更加有利于物流資源的管理與利用。據(jù)此，本文提出了基于RFID的物流資源服務(wù)化實(shí)現(xiàn)方法，主要貢獻(xiàn)如下：（1）提供了靈活的標(biāo)簽編輯功能，以更好地迎合物流資源的各類型的信息封裝；（2）通過標(biāo)簽信息的物流資源的關(guān)聯(lián)擴(kuò)展，為物流資源信息提供了擴(kuò)展接口；（3）提供了物流資源信息的服務(wù)化編輯與注冊功能，從而打通RFID與物流服務(wù)之間的通路，實(shí)現(xiàn)從物流資源采集到物流服務(wù)注冊的整個過程。盡管，本研究在整個服務(wù)化實(shí)現(xiàn)過程中，還存在手工操作，如服務(wù)化編輯，但可通過其他技術(shù)，如服務(wù)化信息關(guān)聯(lián)與自動封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)一步提高自動化水平，這也將是今后進(jìn)一步的工作之一，另外，進(jìn)一步開展物流資源服務(wù)的智能應(yīng)用研究也是另一后續(xù)工作內(nèi)容。