EPCglobal RFID技术标准概述

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引言

        射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术,是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术(以下简称RFID)。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点,可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。

        EPCglobal是由美国统一代码协会(UCC)和国际物品编码协会(EAN)于2003年9月共同成立的非营利性组织,其前身是1999年10月1日在美国麻省理工学院成立的非营利性组织Auto-ID中心。EPCglobal的目标是解决供应链的透明性,透明性是指供应链各环节中所有合作方都能够了解单件物品的相关信息,如位置、生产日期等信息。目前EPCglobal已在中国、加拿大、日本等国建立了分支机构,专门负责EPC码段在这些国家的分配与管理、EPC相关技术标准的制定、EPC相关技术在本国的宣传普及以及推广应用等工作。

        EPCglobal 是以美国和欧洲为首、全球很多企业和机构参与的RFID标准化组织。它属于联盟性的标准化组织,在RFID标准制定的速度、深度和广度方面都非常出色,受到全球广泛地关注。有关RFID标准制定过程和相关标准可以访问网站http://www.epcglobalinc.org。
 
        为了实现上述目标,EPCglobal制定了标准开发过程规范[1],它规范了EPCglobal各部门的职责以及标准开发的业务流程。对递交的标准草案进行多方审核,技术方面的审核内容包括防碰撞算法性能、应用场景、标签芯片占用面积、读写器复杂度、密集读写器组网、数据安全六个方面,确保制定的标准具有很强的竞争力。下面分别介绍EPCglobal 体系框架和相应的RFID技术标准。

一、EPCglobal RFID标准体系框架

        在EPCglobal标准组织中,体系架构委员会ARC的职能是制定RFID标准体系框架,协调各个RFID标准之间关系使它们符合RFID标准体系框架要求。体系架构委员会对于复杂的信息技术标准制定来说非常重要。ARC首先给出EPCglobal RFID体系框架[2],它是RFID典型应用系统的一种抽象模型,它包含三种主要活动,如图1所示,具体内容说明如下:
 
                                                            图1 EPCglobal体系框架

1、EPC物理对象交换:用户与带有EPC编码的物理对象进行交互。对于EPCglobal用户来说,物理对象是商品,用户是该物品供应链中的成员。EPCglobal RFID体系框架定义了EPC物理对象交换标准,从而能够保证当用户将一种物理对象提交给另一个用户时,后者将能够确定该物理对象EPC编码并能方便地获得相应的物品信息。

2、EPC基础设施:为实现EPC数据的共享,每个用户在应用时为新生成的对象进行EPC编码,通过监视物理对象携带的EPC编码对其进行跟踪,并将搜集到的信息记录到基础设施内的EPC网络中。EPCglobal RFID体系框架定义了用来收集和记录EPC数据的主要设施部件接口标准,因而允许用户使用互操作部件来构建其内部系统。

3、EPC数据交换:用户通过相互交换数据,来提高物品在物流供应链中的可见性。EPCglobal RFID体系框架定义了EPC数据交换标准,为用户提供了一种端到端共享EPC数据的方法,并提供了用户访问EPCglobal核心业务和其它相关共享业务的方法。

更进一步,ARC从RFID应用系统中凝练出多个用户之间RFID体系框架模型图(如图2)和单个用户内部RFID体系框架模型图(如图3),它是典型RFID应用系统组成单元的一种抽象模型,目的是表达实体单元之间的关系。在模型图中实线框代表实体单元,它可以是标签、读写器等硬件设备,也可以是应用软件、管理软件、中间件等;虚线框代表接口单元,它是实体单元之间信息交互的接口。体系结构框架模型清晰表达了实体单元以及实体单元之间的交互关系,实体单元之间通过接口实现信息交互。“接口”就是制定通用标准的对象,因为接口统一以后,只要实体单元符合接口标准就可以实现互联互通。这样允许不同厂家根据自己的技术和RFID应用特点来实现“实体”,也就是说提供相当的灵活性,适应技术的发展和不同应用的特殊性。“实体”就是制定应用标准和通用产品标准的对象。“实体”与“接口”的关系,类似于组件中组件实现与组件接口之间的关系,接口相对稳定,而组件的实现可以根据技术特点与应用要求由企业自己来决定。


                                         图2  多个用户之间EPCglobal体系框架

        图2表达了多个用户交换EPC信息的EPCglobal体系框架模型。它为所有用户的EPC信息交互提供了共同的平台,不同用户RFID系统之间通过它实现信息的交互。因此需要考虑认证接口、EPCIS接口、ONS接口、编码分配管理和标签数据转换。


                                                      图3  单个用户内部EPCglobal体系框架

        图3表达了单个用户系统内部EPCglobal体系框架模型,一个用户系统可能包括很多RFID读写器和应用终端,还可能包括一个分布式的网络。它不仅需要考虑主机与读写器、读写器与标签之间的交互,读写器性能控制与管理、读写器设备管理,还需要考虑与核心系统、与其它用户之间的交互,确保不同厂家设备之间兼容性。

        以下分别介绍EPCglobal体系框架中实体单元的主要功能:
1、RFID 标签:保存EPC编码,还可能包含其它数据。标签可以是有源标签与无源标签,它能够支持读写器的识别、读数据、写数据等操作。
2、RFID读写器:能从一个或多个电子标签中读取数据并将这些数据传送给主机等。
3、读写器管理:监控一台或多台读写器的运行状态,管理一台或多台读写器的配置等。
4、中间件:从一台或多台读写器接收标签数据、处理数据等。
5、EPCIS信息服务:为访问和持久保存EPC相关数据提供了一个标准的接口,已授权的贸易伙伴可以通过它来读写EPC相关数据,具有高度复杂的数据存储与处理过程,支持多种查询方式。
6、ONS 根:为ONS查询提供查询初始点;授权本地ONS执行ONS查找等功能。
7、编码分配管理:通过维护EPC管理者编号的全球唯一性来确保EPC编码的唯一性等。
8、标签数据转换:提供了一个可以在EPC编码之间转换的文件,它可以使终端用户的基础设施部件自动地知道新的EPC格式。
9、用户认证:验证EPCglogal用户的身份等。

二、EPCglobal RFID标准


        EPCglobal制定的RFID标准,实际上就位于图2、3两个体系框架图中的接口单元,它们包括从数据的采集、信息的发布、信息资源的组织管理、信息服务的发现等方面。除此之外部分实体单元实际上也可能组成分布式网络,如读写器、中间件等,为了实现读写器、中间件的远程配置、状态监视、性能协调等就会产生管理接口。EPCglobal主要标准如下:

1、EPC标签数据规范[3]:规定了EPC编码结构,包括所有编码方式的转换机制等。
2、空中接口协议[4]:它规范了电子标签与读写器之间命令和数据交互,它与ISO/IEC 18000-3、18000-6标准对应,其中UHF C1G2已经成为ISO/IEC 18000-6C标准。
3、RP读写器数据协议[5]:提供读写器与主机(主机是指中间件或者应用程序)之间的数据与命令交互接口,与ISO/IEC 15961、15962类似。它的目标是主机能够独立于读写器、读写器与标签之间的接口协议,也即适用于不同智能程度的RFID读写器、条码读写器,适用于多种RFID空中接口协议,适用于条形码接口协议。该协议定义了一个通用功能集合,但是并不要求所有的读写器实现这些功能。它分为三层功能:读写器层规定了读写器与主计算机交换的消息格式和内容,它是读写器协议的核心,定义了读写器所执行的功能;消息层规定了消息如何组帧、转换以及在专用的传输层传送,规定安全服务(比如身份鉴别、授权、消息加密以及完整性检验),规定了网络连接的建立、初始化建立同步的消息、初始化安全服务等。传输层对应于网络设备的传输层。读写器数据协议位于数据平面。
4、LLRP低层读写器协议[6]:它为用户控制和协调读写器的空中接口协议参数提供通用接口规范,它与空中接口协议密切相关。可以配置和监视ISO/IEC 18000-6TypeC中防碰撞算法的时隙帧数、Q参数、发射功率、接收灵敏度、调制速率等,可以控制和监视选择命令、识读过程、会话过程等。在密集读写器环境下,通过调整发射功率、发射频率和调制速率等参数,可以大大消除读写器之间的干扰等。它是读写器协议的补充,负责读写器性能的管理和控制,使得读写器协议专注于数据交换。低层读写器协议位于控制平面。
5、RM读写器管理协议[7]:位于读写器与读写器管理之间的交互接口。它规范了访问读写器配置的方式,比如天线数等;它规范了监控读写器运行状态的方式,比如读到的标签数、天线的连接状态等。另外还规范了RFID设备的简单网络管理协议SNMP和管理系统库MIB。读写器管理协议位于管理平面。
6、ALE应用层事件标准[8]:提供一个或多个应用程序向一台或多台读写器发出,对EPC数据请求的方式等。通过该接口,用户可以获取过滤后、整理过的EPC数据。ALE基于面向服务的架构(SOA)。它可以对服务接口进行抽象处理,就像SQL对关系数据库的内部机制进行抽象处理那样。应用可以通过ALE查询引擎,不必关心网络协议或者设备的具体情况。
7、EPCIS捕获接口协议[9]:提供一种传输EPCIS事件的方式,包括EPCIS仓库,网络EPCIS访问程序,以及伙伴EPCIS访问程序。
8、EPCIS询问接口协议:提供EPCIS访问程序从EPCIS仓库或EPCIS 捕获应用中得到EPCIS数据的方法等。
9、EPCIS发现接口协议:提供锁定所有可能含有某个EPC相关信息的EPCIS服务的方法。
10、TDT标签数据转换框架:提供了一个可以在EPC编码之间转换的文件,它可以使终端用户的基础设施部件自动地知道新的EPC格式。
11、用户验证接口协议:验证一个EPCglogal用户的身份等,该标准目前正在制定中。
12、物理标记语言PML:它是用来描述物品静态和动态信息,包括物品位置信息、环境信息、组成信息等。PML是基于为人们广为接受的可扩展标识语言(XML)发展而来的。PML的目标是为物理实体的远程监控和环境监控提供一种简单、通用的描述语言。可广泛应用在存货跟踪、自动处理事务、供应链管理、机器控制和物对物通信等方面。

三、EPCglobal 与ISO/IEC RFID标准之间的关系
        目前EPCglobal RFID标准还在不断完善过程中。EPCglobal以联盟形式参与ISO/IEC RFID标准的制定工作,比任何一个单独国家或者企业具有更大的影响力。ISO/IEC比较完善的RFID技术标准是前端数据采集类,标签数据采集后如何共享和读写器设备管理等标准制定工作刚刚开始,而EPCglobal已经制定了EPCIS、ALE、LLRP等多个标准。EPCglobal将UHF空中接口协议、LLRP低层读写器控制协议、RP读写器数据协议、RM读写器管理协议、ALE应用层事件标准递交给ISO/IEC,其中2006年批准的ISO/IEC 18000-6 TypeC就是以EPC UHF空中接口协议为基础,正在制定的ISO/IEC 24791软件体系框架中设备接口也是以LLRP为基础。

        EPCglobal借助ISO的强大推广能力,使自己制定的标准成为广泛采用的国际标准。EPC系列标准中包含了大量专利,EPCglobal是非赢利性的组织,专利许可则由相关的企业自己负责,因此采纳EPCglobal标准必须十分关注其中的专利问题。
  
参考标准
1. http://www.epcglobalinc.org/standards/sdp/EPCglobal_SDP_10002.3_Feb_27_2007.pdf
2.http://www.epcglobalinc.org/standards/architecture/Architecture_1_0-StandardApproved-20050701.pdf
3. http://www.epcglobalinc.org/standards/tds/TDS_1_3-StandardRatified-20060308.pdf
4.http://www.epcglobalinc.org/standards/uhfc1g2/UHFC1G2_1_0_9-StandardRatified-20050126.pdf
5.http://www.epcglobalinc.org/standards/rp/RP_1_1-StandardRatified-20060621.pdf
6.http://www.epcglobalinc.org/standards/llrp/LLRP_1_0-StandardRatified-20070412.pdf
7. http://www.epcglobalinc.org/standards/rm/RM_1_0_1-StandardRatified-20070531.pdf
8. http://www.epcglobalinc.org/standards/ale/ALE_1_0-StandardRatified-20050915.pdf
9. http://www.epcglobalinc.org/standards/epcis/EPCIS_1_0-StandardRatified-20070412.pdf
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