EPCglobal RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概述

引言

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)，是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)（以下簡稱RFID）。RFID標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，可支持快速讀寫、非可視識別、移動(dòng)識別、多目標(biāo)識別、定位及長期跟蹤管理。RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。

EPCglobal是由美國統(tǒng)一代碼協(xié)會(huì)（UCC）和國際物品編碼協(xié)會(huì)（EAN）于2003年9月共同成立的非營利性組織，其前身是1999年10月1日在美國麻省理工學(xué)院成立的非營利性組織Auto-ID中心。EPCglobal的目標(biāo)是解決供應(yīng)鏈的透明性，透明性是指供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)中所有合作方都能夠了解單件物品的相關(guān)信息，如位置、生產(chǎn)日期等信息。目前EPCglobal已在中國、加拿大、日本等國建立了分支機(jī)構(gòu)，專門負(fù)責(zé)EPC碼段在這些國家的分配與管理、EPC相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定、EPC相關(guān)技術(shù)在本國的宣傳普及以及推廣應(yīng)用等工作。

EPCglobal 是以美國和歐洲為首、全球很多企業(yè)和機(jī)構(gòu)參與的RFID標(biāo)準(zhǔn)化組織。它屬于聯(lián)盟性的標(biāo)準(zhǔn)化組織，在RFID標(biāo)準(zhǔn)制定的速度、深度和廣度方面都非常出色，受到全球廣泛地關(guān)注。有關(guān)RFID標(biāo)準(zhǔn)制定過程和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以訪問網(wǎng)站http://www.epcglobalinc.org。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，EPCglobal制定了標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)過程規(guī)范[1]，它規(guī)范了EPCglobal各部門的職責(zé)以及標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的業(yè)務(wù)流程。對遞交的標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行多方審核，技術(shù)方面的審核內(nèi)容包括防碰撞算法性能、應(yīng)用場景、標(biāo)簽芯片占用面積、讀寫器復(fù)雜度、密集讀寫器組網(wǎng)、數(shù)據(jù)安全六個(gè)方面，確保制定的標(biāo)準(zhǔn)具有很強(qiáng)的競爭力。下面分別介紹EPCglobal 體系框架和相應(yīng)的RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

一、EPCglobal RFID標(biāo)準(zhǔn)體系框架

在EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)組織中，體系架構(gòu)委員會(huì)ARC的職能是制定RFID標(biāo)準(zhǔn)體系框架，協(xié)調(diào)各個(gè)RFID標(biāo)準(zhǔn)之間關(guān)系使它們符合RFID標(biāo)準(zhǔn)體系框架要求。體系架構(gòu)委員會(huì)對于復(fù)雜的信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定來說非常重要。ARC首先給出EPCglobal RFID體系框架[2]，它是RFID典型應(yīng)用系統(tǒng)的一種抽象模型，它包含三種主要活動(dòng)，如圖1所示，具體內(nèi)容說明如下：

圖1 EPCglobal體系框架

1、EPC物理對象交換：用戶與帶有EPC編碼的物理對象進(jìn)行交互。對于EPCglobal用戶來說，物理對象是商品，用戶是該物品供應(yīng)鏈中的成員。EPCglobal RFID體系框架定義了EPC物理對象交換標(biāo)準(zhǔn)，從而能夠保證當(dāng)用戶將一種物理對象提交給另一個(gè)用戶時(shí)，后者將能夠確定該物理對象EPC編碼并能方便地獲得相應(yīng)的物品信息。

2、EPC基礎(chǔ)設(shè)施：為實(shí)現(xiàn)EPC數(shù)據(jù)的共享，每個(gè)用戶在應(yīng)用時(shí)為新生成的對象進(jìn)行EPC編碼，通過監(jiān)視物理對象攜帶的EPC編碼對其進(jìn)行跟蹤，并將搜集到的信息記錄到基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)的EPC網(wǎng)絡(luò)中。EPCglobal RFID體系框架定義了用來收集和記錄EPC數(shù)據(jù)的主要設(shè)施部件接口標(biāo)準(zhǔn)，因而允許用戶使用互操作部件來構(gòu)建其內(nèi)部系統(tǒng)。

3、EPC數(shù)據(jù)交換：用戶通過相互交換數(shù)據(jù)，來提高物品在物流供應(yīng)鏈中的可見性。EPCglobal RFID體系框架定義了EPC數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，為用戶提供了一種端到端共享EPC數(shù)據(jù)的方法，并提供了用戶訪問EPCglobal核心業(yè)務(wù)和其它相關(guān)共享業(yè)務(wù)的方法。

更進(jìn)一步，ARC從RFID應(yīng)用系統(tǒng)中凝練出多個(gè)用戶之間RFID體系框架模型圖（如圖2）和單個(gè)用戶內(nèi)部RFID體系框架模型圖（如圖3），它是典型RFID應(yīng)用系統(tǒng)組成單元的一種抽象模型，目的是表達(dá)實(shí)體單元之間的關(guān)系。在模型圖中實(shí)線框代表實(shí)體單元，它可以是標(biāo)簽、讀寫器等硬件設(shè)備，也可以是應(yīng)用軟件、管理軟件、中間件等；虛線框代表接口單元，它是實(shí)體單元之間信息交互的接口。體系結(jié)構(gòu)框架模型清晰表達(dá)了實(shí)體單元以及實(shí)體單元之間的交互關(guān)系，實(shí)體單元之間通過接口實(shí)現(xiàn)信息交互。“接口”就是制定通用標(biāo)準(zhǔn)的對象，因?yàn)榻涌诮y(tǒng)一以后，只要實(shí)體單元符合接口標(biāo)準(zhǔn)就可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。這樣允許不同廠家根據(jù)自己的技術(shù)和RFID應(yīng)用特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)“實(shí)體”，也就是說提供相當(dāng)?shù)撵`活性，適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展和不同應(yīng)用的特殊性。“實(shí)體”就是制定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和通用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的對象。“實(shí)體”與“接口”的關(guān)系，類似于組件中組件實(shí)現(xiàn)與組件接口之間的關(guān)系，接口相對穩(wěn)定，而組件的實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用要求由企業(yè)自己來決定。


圖2 多個(gè)用戶之間EPCglobal體系框架

圖2表達(dá)了多個(gè)用戶交換EPC信息的EPCglobal體系框架模型。它為所有用戶的EPC信息交互提供了共同的平臺，不同用戶RFID系統(tǒng)之間通過它實(shí)現(xiàn)信息的交互。因此需要考慮認(rèn)證接口、EPCIS接口、ONS接口、編碼分配管理和標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。


圖3 單個(gè)用戶內(nèi)部EPCglobal體系框架

圖3表達(dá)了單個(gè)用戶系統(tǒng)內(nèi)部EPCglobal體系框架模型，一個(gè)用戶系統(tǒng)可能包括很多RFID讀寫器和應(yīng)用終端，還可能包括一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)。它不僅需要考慮主機(jī)與讀寫器、讀寫器與標(biāo)簽之間的交互，讀寫器性能控制與管理、讀寫器設(shè)備管理，還需要考慮與核心系統(tǒng)、與其它用戶之間的交互，確保不同廠家設(shè)備之間兼容性。

以下分別介紹EPCglobal體系框架中實(shí)體單元的主要功能：
1、RFID 標(biāo)簽：保存EPC編碼，還可能包含其它數(shù)據(jù)。標(biāo)簽可以是有源標(biāo)簽與無源標(biāo)簽，它能夠支持讀寫器的識別、讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)等操作。
2、RFID讀寫器：能從一個(gè)或多個(gè)電子標(biāo)簽中讀取數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)等。
3、讀寫器管理：監(jiān)控一臺或多臺讀寫器的運(yùn)行狀態(tài),管理一臺或多臺讀寫器的配置等。
4、中間件：從一臺或多臺讀寫器接收標(biāo)簽數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)等。
5、EPCIS信息服務(wù)：為訪問和持久保存EPC相關(guān)數(shù)據(jù)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口，已授權(quán)的貿(mào)易伙伴可以通過它來讀寫EPC相關(guān)數(shù)據(jù)，具有高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理過程，支持多種查詢方式。
6、ONS 根：為ONS查詢提供查詢初始點(diǎn)；授權(quán)本地ONS執(zhí)行ONS查找等功能。
7、編碼分配管理：通過維護(hù)EPC管理者編號的全球唯一性來確保EPC編碼的唯一性等。
8、標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：提供了一個(gè)可以在EPC編碼之間轉(zhuǎn)換的文件，它可以使終端用戶的基礎(chǔ)設(shè)施部件自動(dòng)地知道新的EPC格式。
9、用戶認(rèn)證：驗(yàn)證EPCglogal用戶的身份等。

二、EPCglobal RFID標(biāo)準(zhǔn)

EPCglobal制定的RFID標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上就位于圖2、3兩個(gè)體系框架圖中的接口單元，它們包括從數(shù)據(jù)的采集、信息的發(fā)布、信息資源的組織管理、信息服務(wù)的發(fā)現(xiàn)等方面。除此之外部分實(shí)體單元實(shí)際上也可能組成分布式網(wǎng)絡(luò)，如讀寫器、中間件等，為了實(shí)現(xiàn)讀寫器、中間件的遠(yuǎn)程配置、狀態(tài)監(jiān)視、性能協(xié)調(diào)等就會(huì)產(chǎn)生管理接口。EPCglobal主要標(biāo)準(zhǔn)如下：

1、EPC標(biāo)簽數(shù)據(jù)規(guī)范[3]：規(guī)定了EPC編碼結(jié)構(gòu)，包括所有編碼方式的轉(zhuǎn)換機(jī)制等。
2、空中接口協(xié)議[4]：它規(guī)范了電子標(biāo)簽與讀寫器之間命令和數(shù)據(jù)交互，它與ISO/IEC 18000－3、18000－6標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)，其中UHF C1G2已經(jīng)成為ISO/IEC 18000－6C標(biāo)準(zhǔn)。
3、RP讀寫器數(shù)據(jù)協(xié)議[5]：提供讀寫器與主機(jī)(主機(jī)是指中間件或者應(yīng)用程序）之間的數(shù)據(jù)與命令交互接口，與ISO/IEC 15961、15962類似。它的目標(biāo)是主機(jī)能夠獨(dú)立于讀寫器、讀寫器與標(biāo)簽之間的接口協(xié)議，也即適用于不同智能程度的RFID讀寫器、條碼讀寫器，適用于多種RFID空中接口協(xié)議，適用于條形碼接口協(xié)議。該協(xié)議定義了一個(gè)通用功能集合，但是并不要求所有的讀寫器實(shí)現(xiàn)這些功能。它分為三層功能：讀寫器層規(guī)定了讀寫器與主計(jì)算機(jī)交換的消息格式和內(nèi)容，它是讀寫器協(xié)議的核心，定義了讀寫器所執(zhí)行的功能；消息層規(guī)定了消息如何組幀、轉(zhuǎn)換以及在專用的傳輸層傳送，規(guī)定安全服務(wù)（比如身份鑒別、授權(quán)、消息加密以及完整性檢驗(yàn)），規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建立、初始化建立同步的消息、初始化安全服務(wù)等。傳輸層對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸層。讀寫器數(shù)據(jù)協(xié)議位于數(shù)據(jù)平面。
4、LLRP低層讀寫器協(xié)議[6]：它為用戶控制和協(xié)調(diào)讀寫器的空中接口協(xié)議參數(shù)提供通用接口規(guī)范，它與空中接口協(xié)議密切相關(guān)?？梢耘渲煤捅O(jiān)視ISO/IEC 18000－6TypeC中防碰撞算法的時(shí)隙幀數(shù)、Q參數(shù)、發(fā)射功率、接收靈敏度、調(diào)制速率等，可以控制和監(jiān)視選擇命令、識讀過程、會(huì)話過程等。在密集讀寫器環(huán)境下，通過調(diào)整發(fā)射功率、發(fā)射頻率和調(diào)制速率等參數(shù)，可以大大消除讀寫器之間的干擾等。它是讀寫器協(xié)議的補(bǔ)充，負(fù)責(zé)讀寫器性能的管理和控制，使得讀寫器協(xié)議專注于數(shù)據(jù)交換。低層讀寫器協(xié)議位于控制平面。
5、RM讀寫器管理協(xié)議[7]：位于讀寫器與讀寫器管理之間的交互接口。它規(guī)范了訪問讀寫器配置的方式，比如天線數(shù)等；它規(guī)范了監(jiān)控讀寫器運(yùn)行狀態(tài)的方式，比如讀到的標(biāo)簽數(shù)、天線的連接狀態(tài)等。另外還規(guī)范了RFID設(shè)備的簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP和管理系統(tǒng)庫MIB。讀寫器管理協(xié)議位于管理平面。
6、ALE應(yīng)用層事件標(biāo)準(zhǔn)[8]：提供一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序向一臺或多臺讀寫器發(fā)出，對EPC數(shù)據(jù)請求的方式等。通過該接口，用戶可以獲取過濾后、整理過的EPC數(shù)據(jù)。ALE基于面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）。它可以對服務(wù)接口進(jìn)行抽象處理，就像SQL對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部機(jī)制進(jìn)行抽象處理那樣。應(yīng)用可以通過ALE查詢引擎，不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或者設(shè)備的具體情況。
7、EPCIS捕獲接口協(xié)議[9]：提供一種傳輸EPCIS事件的方式，包括EPCIS倉庫，網(wǎng)絡(luò)EPCIS訪問程序，以及伙伴EPCIS訪問程序。
8、EPCIS詢問接口協(xié)議：提供EPCIS訪問程序從EPCIS倉庫或EPCIS 捕獲應(yīng)用中得到EPCIS數(shù)據(jù)的方法等。
9、EPCIS發(fā)現(xiàn)接口協(xié)議：提供鎖定所有可能含有某個(gè)EPC相關(guān)信息的EPCIS服務(wù)的方法。
10、TDT標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換框架：提供了一個(gè)可以在EPC編碼之間轉(zhuǎn)換的文件，它可以使終端用戶的基礎(chǔ)設(shè)施部件自動(dòng)地知道新的EPC格式。
11、用戶驗(yàn)證接口協(xié)議：驗(yàn)證一個(gè)EPCglogal用戶的身份等，該標(biāo)準(zhǔn)目前正在制定中。
12、物理標(biāo)記語言PML：它是用來描述物品靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息，包括物品位置信息、環(huán)境信息、組成信息等。PML是基于為人們廣為接受的可擴(kuò)展標(biāo)識語言（XML）發(fā)展而來的。PML的目標(biāo)是為物理實(shí)體的遠(yuǎn)程監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)控提供一種簡單、通用的描述語言?？蓮V泛應(yīng)用在存貨跟蹤、自動(dòng)處理事務(wù)、供應(yīng)鏈管理、機(jī)器控制和物對物通信等方面。

三、EPCglobal 與ISO/IEC RFID標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系
目前EPCglobal RFID標(biāo)準(zhǔn)還在不斷完善過程中。EPCglobal以聯(lián)盟形式參與ISO/IEC RFID標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，比任何一個(gè)單獨(dú)國家或者企業(yè)具有更大的影響力。ISO/IEC比較完善的RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是前端數(shù)據(jù)采集類，標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集后如何共享和讀寫器設(shè)備管理等標(biāo)準(zhǔn)制定工作剛剛開始，而EPCglobal已經(jīng)制定了EPCIS、ALE、LLRP等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。EPCglobal將UHF空中接口協(xié)議、LLRP低層讀寫器控制協(xié)議、RP讀寫器數(shù)據(jù)協(xié)議、RM讀寫器管理協(xié)議、ALE應(yīng)用層事件標(biāo)準(zhǔn)遞交給ISO/IEC，其中2006年批準(zhǔn)的ISO/IEC 18000-6 TypeC就是以EPC UHF空中接口協(xié)議為基礎(chǔ)，正在制定的ISO/IEC 24791軟件體系框架中設(shè)備接口也是以LLRP為基礎(chǔ)。

EPCglobal借助ISO的強(qiáng)大推廣能力，使自己制定的標(biāo)準(zhǔn)成為廣泛采用的國際標(biāo)準(zhǔn)。EPC系列標(biāo)準(zhǔn)中包含了大量專利，EPCglobal是非贏利性的組織，專利許可則由相關(guān)的企業(yè)自己負(fù)責(zé)，因此采納EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)必須十分關(guān)注其中的專利問題。

參考標(biāo)準(zhǔn)
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