铁手剑谱

上善若水
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射频识别标签(RFID)(5)
3.2.2 附着RFID标签

将标签附加到被标识的物品有多种方法。通常手工方式是最明显和最有效的方法。在条形码的使用场合,经常使用一种打印机来打印好标签然后通过某种方式在物品通过装配线上的某点的时候粘贴到物品上,对于Smart Label类型的RFID标签,也有类似的方式。这些Smart Label类型的设备同时编码RFID标签和在纸张上打印条形码以及人可读的其它标记。

  •  采用何种方式来附加标签到物品考虑的因素包括:
  •  使用自动化设备和系统的成本;
  •  成卷的Smart Label可能存在的有缺陷的标签;
  •  附加过程中可能因为敏感性会损坏标签;

另外,对于不同的形状、尺寸和本身特性的物体,标签的位置和附加方式需要考虑的问题和原则不尽相同,才能得到最大的可靠性和可读取性。详细信息参见DoD的标签附加注意事项。

3.2.2.1 跟踪物品的移动

附加了标签的物品被运输时,对于发送放和接受方来说都是有益的,因为他们都可以跟踪该物品的移动。对于整个业务流程来说,参与供应链的各方都应该能够跟踪其移动,或者共享相关的跟踪信息。以使得任何业务都能够对整个供应链得到一个实时的“数据快照”,从而驱动更加有效的业务流程处理。

对被标签物品的跟踪是通过该物品出现在各种关键控制点而得到的数据,这些控制点可能根据:

  •  天线
  •  阅读器
  •  边缘服务器
  • 中间件服务器

等进行联合的多层次的位置和领域标识。

3.2.2.2 在业务应用中使用RFID数据

在写入的时候,RFID系统所作的大部分工作主要集中在标签和阅读器的物理部分。因此确保选择正确的标签、阅读器和天线,并且对其进行正确的配置和设置以达到要求的读取率是非常重要的。但是,只有在将RFID各组件的跟踪信息集成到你的业务应用系统之中才能意识到RFID技术的真正好处。很有可能,使用RFID信息需要将其集成到你的现有业务应用之中,或者还需要对其进行某些修改。将RFID信息与企业业务系统进行集成与集成其它数据源没什么不同。因此,企业集成所需的架构方法、技术和产品也可以用在RFID信息的集成场合。

3.2.2.3 在B2B应用间共享RFID数据

一旦公司在内部集成了RFID数据,并且使其业务过程利用这些数据,便会逐渐发现RFID数据在逻辑上可以促进业务数据的共享从而改善B2B的业务集成。比如在使用了RFID技术的药品行业。某个药剂师甚至可以将某个配置了RFID标签的药品包装靠近RFID阅读器终端,就可以马上获得有关该药物的信息,比如政府药品管理部门的警告或其它用药信息。药房的POS系统可以根据该标签代码请求由药品供应商或者政府卫生管理部门提供的Web Services服务。药品公司也可以或者跟踪其所生产的具体每一件产品的信息,包括分销、运输以及使用等等。

所有这些应用情形都假定这些相关的各个公司会共享其信息。当然,驱动这样的B2B具有“一次性”的解决方案,但是长期来说,这并不使最节省成本的、最有效率的、最灵活的、以及最快捷的共享信息的方式。跨越企业边界共享信息和工作流并非新的概念。对于整个业界来说,需要某种标准化的共享信息的方式。

3.2.2.4 智能设备的自组织

目前最明显的趋势是越来越多的设备连接到Internet,如何提供、配置、监控和管理他们越发成为最大的挑战。一个连锁零售机构可能有数十台服务器连接着其数百个POS终端。但是,当该机构添置了具有RFID能力的智能货架或者POS终端的时候,又会有成百上千的天线和阅读器连接到上述基础设施架构中。RFID 中间件标准,比如应用层事件将会有助于将企业应用和阅读器或者天线之类的边缘设备分隔开来,但是要正确配置这些边缘产品将是一个非常消耗时间的工作。诸如Jini和网状网络(mesh networks)之类的技术,以及老些的SMTP技术都提供了动态配置和自愈特征,RFID中间件可以使用它们来改变阅读器和其它感应器的物理配置。

3.3 RFID 系统组件

下图展示了一个RFID系统的主要部件。我们以一个零售系统为例来说明。图的左下方是代表了被标记的商品的一系列标签。商店也有一系列的阅读器布置在货架和结账通道上。这些阅读器每分钟可以读取数百个甚至数千个标签。阅读器必须要仔细配置和进行管理,以便知道如何一些协同工作以覆盖到某个阅读器失效时出现的盲区。RFID中间件就代表着一个或者多个负责处理这些问题的软件模块。边缘应用代表着任何运行在商店之内的企业应用,比如POS系统。而RFID信息服务则代表着存储在边缘发生的RFID事件和相关数据的机制。同样,在企业数据中心或者其业务伙伴的数据中心也可以有相似的信息服务。这是因为RFID 信息是被存储在基础架构中的各个地方:比如边缘、数据中心之内或者业务伙伴处。

3.3.1 RFID 系统组件

企业数据中心中的两个主要部分是企业应用和企业服务总线。企业服务总线是一种基于分布式消息机制和SOA的集成基础架构。已经有很多这些基于标准的产品。而企业应用则是解决企业实际业务问题的各种应用,将要集成并且消费RFID数据。

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企业数据中心中的两个主要部分是企业应用和企业服务总线。企业服务总线是一种基于分布式消息机制和SOA的集成基础架构。已经有很多这些基于标准的产品。而企业应用则是解决企业实际业务问题的各种应用,将要集成并且消费RFID数据。

3.3.2 标签(Tags)

RFID系统的本质能力是基站(阅读器)能够通过无线的通信机制,包括微波,但不包括红外和可见光,来识别另一个电子设备(标签)。因为阅读器能够识别某个特定的标签,因此系统便可以声称能够识别该标签所附着的对象。标签可以被封装在一些诸如塑料钮扣、玻璃腔体、纸质标签、甚至金属盒之内。它们可以被粘贴到包装上、嵌入到人体或者动物体内、夹在衣服上、或者隐藏在钥匙的头部。

对RFID标签的识别是通过RFID相应阅读器的询问,像阅读器通知其到场,并且标明他自己的身份(编码)。如下图所示,RFID 阅读器首先以一定的时间间隔(通常每秒数百次)发射一个预定频率的无线电信号。任何处于月底起的发射范围的标签都可以收到该发射信号,因为每一个标签都有一个能够在某个预定频率上监听这种信号的天线。标签使用接收自阅读器的能领来向阅读器响应相应的信号。标签可以在这些信号上调制信息,比如发送ID编号。

3.3.2.1 RFID标签和阅读器之间的通信

不同种类的标签和阅读器使用与不同的应用需要和环境。要决定使用哪种标签或阅读器涉及到许多因素。其中主要的因素之一是成本原因,因为标签的成本决定整个系统和运行的成本。阅读器本身也有许多需哟考虑的价格因素和特征。

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RFID标签的重要特征包括:

  • 封装

标签可以封装在PVC、玻璃、纸张、金属甚至塑料卡片之中。也可以镶嵌在珠宝上、悬挂在钥匙链上、或者嵌入到钥匙体之中。DIN/ISO 69873 标准就定义了一中可以插入到构造在机床工具的孔中的一种标签。有些用于汽车组装线的标签必须要承受油漆烘干室的高热环境。总而言之,封装标签的方式由多种多样的。比如,下图中就包含了两种不同的标签,一种在卡中,一种在钥匙中。

 

 

 
  • 耦合

耦合意思是阅读器和标签之间通信的手段。不同的耦合方式各有优缺点。选择耦合方式的主要因素包括通信的有效范围、标签的价格、以及可能造成干扰的条件。

  •  电力

大部分的标签都使用被动系统,从阅读器发射的电磁场或者无线电波中获取能量。也有一部分主动标签,由内置电池供应为芯片和其它感应器以电力。然而,主动标签一般还是使用来自阅读器的能量进行通信。还有一种标签是“双向标签”,不通过阅读器就可以在两个标签之间进行通信。

  • 信息储存能力

标签都提供一定容量的信息存储能力。只读标签是在工厂预设了特定的值。还有一次读入和可多次写入的标签。有些标签还可以收集新的信息,比如温度和压力的感应值。标签的存储能力可能从1-bit 标签到数K字节。

  •  标准符合性

不同的国家、地区和组织各种不同的RFID标准,有些是通用标准,有些则针对不同的应用场合。这些标准可能涉及到标签乃至系统的物理、电气、系统、软件、协议、运行、维护管理等等方面。

3.3.2..2 选择标签

在选择标签式可能涉及到许多因素,包括:

  • 需要的读取范围

主动标签一般长于被动标签。

  • 材料和封装

不同的材料具有不同的射频特性。液体可能会完全阻断无线电波。

  • 格式和形状

根据不同的应用需要选择不同的形状尺寸。某些形式可能是标准界定的。

  • 标准

选择不同的标准意味着决定整个RFID系统的工作环境,从数据编码、工作频率到阅读器等等。

  • 成本

单个RFID标签的成本对于整个系统和项目设施具有非常重大的作用。

3.3.3阅读器

RFID 阅读器,也称质询器(interrogators),用来识别它附近到场的RFID标签。RFID将通过一个或者多个天线发射RF能量,并且形成一个质询区。质询区内的标签通过其天线的感应将其转换成能量,然后供应它的工作甚至它与阅读器之间的通信。标签然后通过变换天线的阻抗来以类似莫尔斯代码的方式向阅读器发送器身份编码。这仅是其中一种方式,不同的标签可能工作方式不同。

阅读器也可以由多种方式,由固定的、移动的、也有手持的。阅读器连接到网络中的方式也有多种,这取决于其所持的网络连接的能力。下图所示是阅读器的组成。

3.3.3.1 阅读器的组成部件

一个阅读器通常典型地由四个子系统构成:

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  •  Reader API

Reader API 是阅读器的应用编程接口,允许程序员注册和捕获RFID阅读事件。它也提供配置、监控和其它管理阅读器的能力。

  • 通信

阅读器是边缘设备,和其他RFID设备一样,需要连接到整个边缘网络和企业主干之中。通信组件就是处理网络连接功能,可能支持以太网、工业总线、高速串行接口、无线网络等等,也支持多种不同的网络协议。

  • 事件管理

当阅读器读取到一个标签时,我们称之为一次发现。一次不同于上一次发现的发现就成为一次事件。对发现的分析也称事件过滤。事件管理就是定义那些类型的发现可以被视为事件,那些事件足够具有价值和兴趣,值得马上送到网络中的外部应用之中。

  • 天线子系统

天线子系统又一个或者多个天线组成。它支持使阅读器能够质询标签的接口和逻辑,并且完成无线电波的发射和接收。

3.3.4 RFID 中间件

选择了正确的标签和阅读器,以及决定怎样布置天线只是构造RFID系统的第一步,因为识别到物品只是管理它们的第一个步骤。物品在供应连上移动时阅读数以百万的标签,以及将标签编码和有意义的信息联系在一起会产生的大量的具有复杂相互关系的数据。使用RFID中间件的好处之一就是提供一种标准化的方式来处理小小的标签所产生的大量的数据。除了事件过滤之外,你还需要有一种方式来封装应用接口,以便使它们不必知道整个基础架构,比如物理层面的阅读器以及其它设备。理想情况是,你需要一个RFID基础设施的基于标准的、应用层的接口,以便你的应用可以用来请求有意义的RFID发现。

下图所示是RFID中间件的主要部件。

 

3.3.4.1 RFID middleware的主要部件
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3.3.4.2 使用RFID 中间件的动机

使用RFID中间件的主要动机是:

  •  提供对阅读器的连接
  •  处理来自于阅读器的初步的发现信息,以供应用之用
  •  提供应用层接口来管理阅读器和捕获RFID事件
3.3.4.2 .1阅读器适配器

市场上有多种不同的RFID readers,每一种都有其专有的接口。要使得开发人员都能够了解不同的reader接口是不现实的。Reader接口、以及数据的访问和管理能力是各不相同的,所以应该使用中间件来屏蔽具体的Reader接口。reader adapter层就是将专有的reader 接口封装成通用的抽象接口提供给应用开发人员。

3.3.4.2 .2 事件管理器

对于一个完整的、具有RFID能力的大型企业的供应链系统中,可能具有成百上千个阅读器,或者每分钟同时有数百个阅读器在进行扫描。大部分发现都太过于细粒度,从而对应用来说没多大实际意义,所以需要对阅读器接口进行封装以隔离大部分原始数据的洪流。企业所以需要在其IT基础设施的边缘部署一些特殊目的的RFID中间件。

Readers 对接近它们的标签的读取准确率并不是100%的准确。假定100个物品出现在阅读器附近,该阅读器被设置为每分钟读取数百次。那么阅读器每次扫描到这些物品的机会是80%到99%。例如,对于2#物品来说,在多个扫描周期内有80%的机会被阅读器感应到则认为其到场。但是,这种RFID阅读方式产生的数据被认为是“原始数据”,需要进一步处理成为有意义的业务事件。

RFID 事件管理器(event manager)汇聚来自不同数据源(比如阅读器)的读取数据,并且基于预先配置的应用层时间过滤器进行调整和过滤。然后将经过过滤的数据送到后端系统。

我们来看事件管理器处理智能货架的情形。假定对于一个特定的应用,每个阅读器都会每分钟扫描货架10次。每次扫描都会返回一组发现,每个发现都会类似于下面的格式(包含这些信息):

    Reader Observation
timestamp, 
reader code, 
antenna code, 
RF tag id, 
signal strength

假定一个电子零售商ABC公司要实现一个智能货架系统。平均每个货架四层,每层货架平均放置25个货物,则平均每行货架100个货物。该公司共有10个店铺,每个店铺平均有20个货架岛,每个岛平均20个货架(每侧各10个)。则整个公司共有400 个货架,因为这平均存活为40,000 个商品。下表是一个总计:

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在此基础上产生的RFID数据量为:

l 每次扫描会产生包含目标货架上所有能够识别的商品的相关信息的发现

l 25 个商品/层 x 4 层/货架x 10 次扫描/分钟= 1,000 个发现/分钟.货架

l 1,000 个商品/分钟x 400 货架 = 400,000 发现/分钟

l 400,000 商品/分钟 x 60 分钟/小时= 2,400,000 发现/小时

l 假设商店每日营业10 小时。10 小时 x 2,400,000 i商品/小时 = 24,000,000 发现/日.店铺

l 10 店铺 = 240,000,000 发现。

所以数据量总结于下表:

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这是多么巨大的数据量,这还不包括来自于收银台的RFID数据。处理这些数据需要严格的规划。如果将这些数据直接交给后端业务应用来处理,不但会加重后端系统的负担,而且会严重堵塞网络传输,消耗大量的带宽。并且,下游应用却认为绝大部分发现不是它们所感兴趣的。例如,一个客户取了一张DVD影碟,然后由在一段时间后将其放到货架上这样的事件。对于订单管理系统来说,这样的事件没什么意义,因为存货并没有改变。实施上,即使顾客买了那张DVD,对订单管理系统也没关系,只要存货还在安全范围上,这时,存货管理系统就有关系了。

所以需要有一种机制来汇聚各个阅读器不断产生的发现数据。以及对这些数据进行过滤、调整、和变换。这种机制就是位于边缘和企业数据中心之间的RFID中间件的职能。通过中间件,只有对应用具有重要意义的数据才传送给它,否则被中间件过滤掉。

那么,什么样的数据必须要被过滤掉?首先,因为天线之间是十分接近的(每个架两个),则它们的都区范围会有所重叠。因此,来自于它们的发现数据便会需要被过滤来消除数据重复。另外,因为每一次单独的扫描都不会100%准确,所以这些发现将会被载多个读取周期之上汇聚在一起一边是数据更加平滑。(不准确的原因有多个因素,包括射频发射的因素、RFID标签布置的因素、障碍、以及环境因素等。) 也许一个顾客从走道上经过,也许他的手中或者购物车中就有某些商品,那么邻近的读写器也可能会读到这些商品。我们肯定应该过滤到这些虚假的发现以防止向存货系统发送大量的不准确的数据洪流。下图就表示了一个针对零售商店典型场景的数据过滤和平滑系统。

3.3.4.2 .23事件过滤

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上图中的每个流程解释如下:

  •  获取原始发现数据,比如进行EPC读取操作

阅读器将获得原始事件数据(发现)。

  • 平滑数据

当前的读写器在单次扫描的时候基本上都不可能达到100%的准确,所以我们将根据分析多次扫描的发现数据的平均来得到实际的发现数据。例如,如果,如果70%的发现都告诉我们某个商品在某个地方,我们便会接受这个数据。当然这个阀值是可以调整的。

  • 过滤重复数据

重复数据是因为不止一个天线读取到了同一个物品,因此这种数据应该被删除重复部分。

  • 过滤来自过道的发现数据

来自于从走道上经过的商品的发现通常具有较低的信号强度并且是暂时的。它们也应该被过滤掉。

  • 发布发现数据

经过了必要的过滤之后,我们的数据才可以提交给下游客户使用。

RFID 阅读器已经提供了一些过滤能力,并且随着reader 越来越聪明,它们自己将承担更过的过滤任务。那么还需要在中间间进行进一步的过滤吗?我们可以想到,一些过滤要求对来自多个阅读器、其他感应器、或者甚至其他系统(比如存货系统,在比较库存级别的情况下)的信息。这些更高阶的过滤需要发生在高于阅读器之上的事件层面的系统中进行。

3.3.4.3 应用层接口(ALI)

应用层接口在RFID中间件栈的顶层。其主要目的在于提供一个标准机制来使应用注册和接受来自于一组阅读器的经过过滤的事件。除此之外,ALI还提供标准的API来配置、监控和管理RFID 中间件以及它所控制的阅读器和感应器。许多RFID中间件供应商提供针对这些目的设计的专用接口。最近,EPCglobal 发布了一个应用层事件(ALE)规范来标准化RFID功能的事件管理部分。

最后,RFID 中间件具有不同的形态和规模。我们所述的仅仅是中间件的一个逻辑分解。实践中,你总可以找到能够针对特定应用类型部署在特定阅读器类型上的模块。

3.3.4.4 关的RFID标准

对于RFID中间件来说,应该有一些相关的标准。比如,对于EPCglobal 标准来说,就包括两种:

  • 阅读器协议

对于象标签阅读器或者打印机、编码器之类的边缘RFID设备,由于有不同的厂商提供这些产品,因此需要有一种标准来对其进行界定。比如,EPCglobal就制定了相关的阅读器标准,包括Reader协议等等。这样FID middleware 产商才能据此兼容不同的Reader。

  • 应用层事件(ALE)

ALE 是事件处于应用领域而非边缘领域,提供业务层面的标准接口来对经过边缘过滤的数据再进行处理。ALE 标准一般支持同步的请求响应模式或者异步的发布订阅模式,这主要取决于下层的通信基础,比如MOM或者服务户操作性框架,比如ESB。

3.3.5 RFID 服务总线

企业服务总线(ESB)是一个针对解决应用连接性、数据变换、有保证的事务、以及消息传递的分布式集成平台。而RFID 服务总线则是一个典型的用于集成使用RFID数据的集成中间件软件。一般来说,ESB产品典型地会提供web services、消息传递、业务流程编排、数据变换等功能。不同的厂商可能稍微有些不同。但是,同的来说, ESB能够通过可靠的消息机制来继承跨越企业边界的业务流程,而这些业务流程使用抽象端点表示的Web Services,必要时通过数据变换将数据统一到规范的数据标准之上。

RFID系统在企业架构中不能单独存在,因此它总是要和其它应用发生联系才能使数据具有真正的业务含义。比如企业仓库管理系统 (WMS),企业资源计划 (ERP) 系统,企业资产管理系统(EAM)、或者POS系统。这些系统的数据统统都可以升级到能够驱动RFID数据的可能,然后将RFID的所有有点带入到企业业务流程之中。因此扩展现有应用来支持RFID将是非常重要的事情。

现在的集成领域,越来越多地采用ESB 架构的集成,使得在分布式的环境下实现统一的集成和写作,促进整个企业的数据交换和共享。最低限度,它可以集成各种采用不同技术开发的分散应用。它提供适配器来解析从其他系统的数据输入,然后将其转换为一种规范的通用格式 (通常是XML),然后提供给同样具有适配器的数据消费者。一般来说,ESB服务还有业务流程编排的能力,通过定义的业务流程,连接不同的服务和数据,可以在一个引擎中执行。在RFID中间件系统中,一般通过事件管理起来提供类似的能力或者用标准服务中间件提供。

RFID 服务总线的主要目的在于将事件服务器捕获的应用层事件集成到企业边缘发生的工作流中。不同的厂商可能不同,但是RFID 服务总线基本上是一个运行边缘工作流并且提供与边远模块比如、POS、WMS集成能力的一种服务器。RFID服务总线也要集成到企业ESB中,以提供可配置的特定事件和发现来将RFID数据最终集成到企业应用中。因为典型的ESB产品可能很复杂,如果业务和应用简单,也可以使用基于应用服务器的定制实现来完成这部分功能。

3.3.5.1 RFID 信息服务

一般来说,不管是EPC还是其他什么标准化组织或者特定的系统,都只是提供一种物品识别系统的唯一性表示机制,而不是有关具体产品的。EPCglobal 设想了一种野心勃勃的业务和服务,设置一个EPC 信息服务(EPCIS)网络,来提供与EPC编码相关的信息的存储库和相关服务。EPCIS 服务器提供的信息可能包括携带EPC标签的物品的最后发现的位置 (基于RF reader 发现),以及价格信息、产品手册、警告和参考信息等等。当然实现这个网络好需要很多的努力,包括技术和政策以及经济环境、贸易环境等因素,但是可以表现实现一个中介数据库来将RFID数据映射到与业务相关的信息上面。

EPCglobal 实际上是可以用现有的数据系统和数据源来进行RFID信息服务。例如,序列化全球贸易商品编号 (SGTIN) 就被EPC 用作消费产品和零售行业的标识符编码。

3.3.5.2 RFID 信息网路

因为RFID标签标记的产品可以在整个供应连中移动,那么该链条中的所有参与者都需要一种标准化的方式来供向它们的跟踪信息,并且基于EPC ID相关的来获得相关的参考信息。EPCglobal 设想的网状网的B2B EPCIS 系统就旨在提供一个与EPC相关的综合信息服务。EPCglobal Network 是想要通过不断推出的一系列标准来提供产品数据和信息交换的标准化网络和机制。通过结合RFID 技术和现有的Internet基础架构和软件集成技术,EPCglobal Network 将提供更好的产品在整个供应链中的跟踪的准确性和效率。

posted on 2007-08-11 10:14 铁手 阅读(1125) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: RFID


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