（电子科学与技术专业论文）基于rfid的追踪与追溯系统研究与设计.pdf

复且大学博士后研究工作报告 a b s t r a c t t o d a y ，t h ea n t i - c o u n t e r f e i ti s s u ea n dq u a l i t yi s s u eo f t h ep r o d u c t sw h i c ha r ev e r yi m p o r t a n t f o rh u m a nl i v e s ，s u c ha sf o o d ，m e d i c i n e ，a u t o m o b i l ef i t t i n g s ，s e c u r i t yp r o d u c ta n ds p e c i a l f a c i l i t y ，a r ed r a w i n ga t t e n t i o n sw o r l d w i d e t h o u s a n d so f a c c i d e n t sa p p e a re v e r yy e a r ，w h i c h r e s u l ti np o i s o n i n g ，h u r t ，a n de - t e nd e a t h t r a c i n ga n dt r a c k i n gs y s t e mb a s e do nr a d i o f r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ( r f d ) a n di n t e m e ti sap r o m i s i n gs o l u t i o n , w h i c hc a d i d e n t i f yt h e p r o d u c tr e s o u r c e ，t r a c es h i p p i n gp r o c e s sa n dc u r r e n ts t a t e ，c a ns u p u r v i s et h em a n u f a c t u r ea n d t r a n s p o r t a t i o no f f o o da n ds e c u r i t yp r o d u c t ，a n dc a nr e d u c et h ec o s to f s u p p l yc h a i nb ys h a r i n g b u s i n e s sd a t aa m o n gt h el o g i s t i c sp a r t n e r s t h er e q u i r e m e n t so f t r a c i n ga n dt r c k i n gs y s t e md e s i g na l ea n a l y s e d ，a n dt w or f i dt r a c i n g a n dt r a c k i n gs y s t e m s ，ad i s t r i b u t e ds y s t e mm o d e la n dad i s t r i b u t e ds y s t e mm o d e l ，a r e s u m m a r i z e di nt h i st h e s i s t h ea r c h i t e c t u r e ，f u n c t i o n a l i t ya n di n t e r f a c eo f e p cs y s t e m ，a f r a m e w o r ko f o b j e c tm a c i n ga n dt r a c k i n g ，a r ei n t r o d u c e d t h es e c u r i t yi s s u ea n dp r i v a c yi s s u e o f e p cs y s t e ma r ea r e 矗l r t h e rd i s c u s s e d ，a n daf e wp o s s i b l es o l u t i o n sa r eg i v e nh e r e i n ar f i dt r a c i n ga n dt r a c k i n gp r o t o t y p es y s t e mf o rs u p p l yc h a i ni sd e v e l o p e d m a k i n g u s eo f t h er f i dt e c h n o l o g y ，t h ed e s i g n e dp r o t o t y p ec a nt m c ea n dt r a c kg o o d sb e t w e e ns u p p l i e r s a n dc u s t o m e r s ，m o n i t o rt h ei n v e n t o r yi nr e a lt i m e ，g i v ea l la l e r tw h e na ne x c e p t i o na p p e a r s ，a n d f a c i l i t a t ed e l i v e r yf o r e c a s t i n gb a s e do i it h ei n v e n t o r yh i s t o r yo f t h ec u s t o m e r s a d e s i g no f r f i dt r a c i n ga n dt r a c k i n gs y s t e mf o ra n t i c o u n t e r f e i ti si l l u s t r a t e d ，a n dt h e v e f i f i c a t i o nm e t h o di sp r o v i d e d c o m b i n i n gt h er f i dt e c h n o l o g y , u n i q u ec o d i n g ，d a t a s i g n i t u r e ，a n dp r o d u c th i s t o r y ，t h ed e s i g nc a r lt r a c ka n dt r a c et h ep r o d u c t s ，i d e n t i f yt h e c o u n t e r f e i ta n dg i v eaw a r n i n gm e s s a g ea u t o m a t i c a l l y k e yw o r d s ：r f i d ，t r a c k i n ga n dt r a c i n g ，a n t i c o u n t e r f e i t ，s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t i i 复旦大学博士后研究工作报告 图表索弓 图3 1r f i d 系统数据流图 图3 2 不同通信编码体制下1 0 11 0 0 1 0 的编码方式 图3 3r f d 读写器与电子标签之间的两种耦合方式 图3 4a l o h a 防碰撞算法信遣情况 图3 5 二进制搜索防碰撞算法示意图 图3 6 用于跟踪与追溯的r f i d 数据采集系统结构图 图3 7r f i d 中间件实施方式 图3 8r f i d 中间件系统结构图 图3 9 基于r f i d 的跟踪与追溯系统模型i 结构图 图3 1 0 基于r f i d 的跟踪与追溯系统模型结构图 图4 1e p c 系统结构图 图4 2e p c 标签体系发展构想 图4 3 典型的供应链应用中的o n s 架构 图4 4 利用r f i d 系统通信链路的不对称性的窃听 图4 5e p c 标签的生产流程 图4 6 基于单向函数的标签认证 图4 7 隐藏了p m lc o r e 文档内容的加密文档 图5 1 基于砌1 d 的可视化供应链管理系统结构图 图5 2 基于r f i d 的可视化供应链管理原型系统结构框图 图5 3r f d 物流跟踪与追溯原型系统数据流图 图5 4r f i d 中间件原型系统结构框图 一v 一 复旦大学博士后研究工作报告 图5 5 “事件”合计后产生的x m l 文档范例 图5 6c i s ( 中央信息服务系统) 结构框图 图5 7 基于r f i d 的可视化供应链管理原型系统的收发货流程 图5 8r f i d 中间件原型系统的用户权限设置 图5 , 9r f i d 中间件原型系统的设备配置 图5 1 0 r f i d 中间件原型系统的任务配置 图5 1 lc i s 系统的使用界面 图5 1 2 供应商主动供货流程图 图5 1 3 客户主动要货流程图 图5 1 4 退货处理流程图 图5 1 5 客户取消，修改要货请求流程图 图5 1 6 供应商取消修改要货请求流程 图5 1 7 系统预测流程图 图5 1 8 “牛鞭效应”仿真结果图 图6 1 基于r d 的商品防伪系统框架图 图6 2 包含一级索引的r f i d 防伪系统数据流图 图6 3s h a - 1 算法主循环示意图 图6 4s h a 1 算法的一次计算 图6 5 用散列函数和r s a 算法进行的数字签名及验证方法 图6 6 基于r f d 的商品防伪系统工作流程图 图6 7h a s h 函数的一轮散列计算 图6 8h a s h 函数的一组散列计算 v i i i 复旦大学博士后研究工作报告 表2 1 常见的自动识别技术的比较 表3 1 不同频段电子标签的比较 表4 1e p c 编码结构 表4 2 现有的e p c 标签技术标准 表4 3 不同硅工艺的制造成本与集成度 表5 1 我国已经公布的u h f 频段使用情况 表6 1s h a l 的测试数据及h a s h 值 一 复旦大学博士后研究工作报告 射频识别 跟踪与追溯 产品电子代码 泛在识别 自动识别 电子标签 读写器 防碰撞 对象名解析服务 实体标记语言 应用级事件管理 e p c 信息服务 中间件 供应链管理 电子数据交换 物料需求计划 制造资源计划 企业资源计划 散列算法 防伪 数字签名 r f i d 专业名词索引 e p c u i d a u t o i d o n s p m l a l e e p c i s s c m e d i m 冲 m 冲 e r p x ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) ( t r a c i n ga n dt r a c k i n g ) ( e l e c t r o n i cp r o d u c tc o d e ) ( u b i q u i t o t mi d e n t i t i c a t i o n ) ( a u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o n ) f l a g ) ( r e a d e r ) ( a 1 t i c o l l i s i o n ) ( o b j e c tn a m es e r v i c e ) ( p h y s i c a lm a r k u pl a n g u a g e ) ( a p p l i c a t i o nl e v e lm a n a g e m e n te n g i n e ) ( e p ci n f o r m a t i o ns e r v i c e ) ( m i d d l e w a r e ) ( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ) ( e l e c t r o n i cd a t ai n t e r c h a n g e ) ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n n i n g ) ( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n g ) ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) ( h a s ha l g o r i t h m ) ( a n t i - c o u n t e r f e i t ) ( d a t as i g n i t u r e ) 第一章绪论 1 绪论 l l 研究背景 目前国际社会对于产品的跟踪与追溯十分重视。以食品卫生安全方面为例，近年 来，疯牛病、口蹄疫、苏丹红、瘦肉精等带来的食品安全问题引起了全世界的广泛关注。 为此，欧盟、美国等发达国家要求对出口到当地的产品能够进行跟踪与追溯。欧盟已经出 台了一系列相关法律法规，要求在欧盟国家销售的牛肉制品和生鲜水果、蔬菜都要具有可 追溯功能，以保证饮食安全卫生，同时要求出口到欧盟国家的肉类产品从2 0 0 5 年起必须 具备可追溯功能。美国食品与药品管理局( f d a ) 要求在美国国内从事生产、加工、包 装或经营人类或动物消费食品的部门，必须向f d a 登记，以便进行食品安全跟踪与追 溯。有专家指出，食品安全跟踪与追溯系统将掀起一场“从农田到餐桌”的食品安全革命 1 2 】。此外，国际范围的反恐斗争也是推动跟踪与追溯技术的重要动力之一，美国国土 安全局已经对所有进出美国的集装箱承运商发出强制性指令，要求其运输的集装箱必须可 以进行跟踪和追溯。 在我国发展跟踪与追溯系统具有重要的意义。一方面，我国已经加入了w t o ，对外 贸易发展迅速，2 0 0 4 年中国的进出口总额达到1 1 万亿美元，越来越多的食品出口到欧 盟、美国等国家，然而，由于我国食品生产、经营的基础设施薄弱，食品生产、经营者的 法律意识和食品卫生意识淡薄，加上我国当前存在着比较严重的环境污染问题，农药、兽 药滥用得不到有效管理，导致农产品和畜产品农药、兽药残留和污染问题严重。食品生 产、加工、贮藏、运输，销售等环节的危害分析与控制等技术的落后，一直是制约解决食 品安全问题和影响出口的瓶颈。建立一套行之有效的跟踪体制和“陕速预警系统”已经迫在 眉睫。另一方面，国内对于跟踪与追溯技术的需求也很迫切，例如，近年来在我国辽阳， 遂溪、河源、桐庐等地相继出现因“瘦肉精”引起的猪肉中毒事件，其中仅广东河源市中 毒人数就超过4 8 0 多人。据美国f d a 的数据显示，在中国每年因为假药造成的人员死亡 人数高达1 9 力人，国家因此而造成的经济损失以亿元单位计算，企业利益受到严重损害 【2 。在安全管理方面跟踪与追溯技术也十分重要：2 0 0 3 年我国煤炭产量约占全球的3 5 第一章绪论 ，事故死亡人数则占全球的近8 0 。我国目前每年在煤矿死亡人数在7 0 0 0 人左右，其 中不少人是因为被困井下救援不及时而死亡的；此外，在烟花爆竹、气瓶等危险品，以及 起重机、大型运输车辆等特种设备等方面，因为生产商、运输商或者用户不按照规定进行 操作或者定期维护导致的安全事故对国家经济造成的损失难以估计。通过基于r f i d 的跟 踪与追溯技术可以建立“快速预警系统”，并且可以有效地打击不法行为。 如何高效地实现对食品、药品、危险品的跟踪与追溯? 如何有效地解决物流供应链 中的信息共享问题? 如何通过有效的监控途径使得灰色商品和假冒伪劣商品无法进入正常 的供应链渠道? 结合射频识别( r f i d ) 技术和互联网技术的跟踪与追溯技术提供了一种有效的解决 方案。基于r f i d 的跟踪与追溯技术是一个综合信息，涵盖技术包括无线通信、电磁辐 射、软件集成、数据交换、信息安全等 3 。基于r f i d 的跟踪与追溯技术将具有自动识别 特性的r f i d 技术与现有的互联网系统结合在一起，通过惟一编码技术和电子商务技术， 可以实现对目标的快速识别，有效地对目标进行跟踪与追溯，并可以通过改变现有的商务 流程实现信息共享，提高对目标的管理效率。基于r f i d 的跟踪与追溯系统的应用主要包 括4 个方面：供应链管理，生产管理，资产管理，安全和出入控制。基于r f i d 的跟踪与 追溯系统既可以实现对物品的跟踪与追溯，如生产线管理、供应链管理等，也可以实现对 人的跟踪与追溯，如门禁控制等 4 5 6 。 l - 2 研究现状 目前，国际上在r f i d 跟踪与追溯技术方面的发展趋势如下： ( 1 ) 起源于美国的e p cg l o b a l 将r f i d 技术与互联网技术结合，提出被称为下一代互 联网的“物联网”( i n t e m e t o f t h i n g s ) 概念，即通过电子标签让“物体都能进行相互交流和 连通” 7 】 8 。 ( 2 ) 日本将r f i d 技术与e - j a p a n 计划结合，提出建设u j a p a n ( u b i q u i t o u s 一t a p a n ) ，将 r h d 技术与国民经济信息化关联起来。f j 本u b i q u i t o u si dc e n t e r ( 泛在中心) 在日本政府 支持下，提出了构建无所不在的“泛在网络”，并建立了相应的技术标准体系 9 】。 2 第一章绪论 ( 3 ) 韩国政府制订了“i t 8 3 9 ”战略计划，将u s n ( u b i q u i t o u ss e n s o r n e t w o r k ) 与宽带集 中网络( b c n ) 、i p v 6 并列作为未来重点发展的三大基础设施，基于r f i d 的服务是重点建 设的8 项公共服务之一。 r f i d 正在形成跨越诸多前沿高技术领域的新兴产业。市场调研公司a l l i e db u s i n e s s w o r l d 报告显示，2 0 0 2 年全球r f i d 市场规模是1 1 亿美元，其中日本占1 8 亿美元，美 国占6 亿美元。预计2 0 0 5 年可达3 0 亿美元，2 0 1 0 年达7 0 亿美元，复合年平均增长率为 2 6 。在这种背景下，世界各发达国家和国际跨国公司都在加速推动r f i d 技术的研发和 应用进程，在过去十年间，共有超过6 0 0 0 项关于r f i d 技术的专利被申请，主要集中在 美、欧、日等发达国家和地区。它们目前正在通过标准制定、规模优势，以及商业化手段 强制使用等途径，进一步巩固其在r f i d 领域的技术优势，试图在这一重大技术和产业发 展领域形成新的垄断。 国内目前该领域的研究主要集中在r f i d 的硬件实现和r f i d 中间件实现方面结合 r f i d 的跟踪与追溯系统方面的研究较少，整体来说处在起步阶段。基于r f i d 的商品防 伪和e p c 安全系统方恧的研究在国内尚未见报道。 1 3 本论文的研究内容与贡献 本文的主要研究内容在于：分析了基于r f i d 的跟踪与追溯系统的设计需求和基本结 构，对基于r f i d 的跟踪与追溯系统进行分类，并主要针对基于r f i d 的物流跟踪系统进 行分析，提出了两种基于r f i d 的跟踪与追溯系统模型。本文详细介绍了目前在国际上处 于主流地位的基于r f i d 的e p c 系统的构成要素和接口，并e p c 跟踪与追溯系统的安全 与隐私问题进行了研究，包括标签安全、系统安全和数据安全等，并提出了一些可行的解 决方案。本文对基于r f i d 的跟踪与追溯系统在物流和防伪领域的应用展开了进一步研 究：设计了一个基于r f i d 的可视化供应链管理原型系统，提出了一种基于r f i d 的物品 防伪系统的设计方法。本文还对基于r f i d 的跟踪与追溯系统的安全和隐私问题进行了分 类分析，并提出了一些解决方案。 本论文设计的基于r f i d 的可视化供应链管理原型系统采用了符合e p cc l a s s l 标准 的电子标签和读写器，自主设计了一个r f i d 中间件和一个c i s 信息服务系统，可以实现 一3 一 第一章绪论 点对点物流信息跟踪与追溯。本文的贡献在于，所设计的r f i d 物流跟踪与追溯系统同时 包括了r f i d 中间件、e r p 和应用程序的基本元素，可以满足用户实时数据采集的要求， 并提供了短信报警等模块，而需要的软 牛硬件资源较少，便于构建演示环境，同时为i t 环境不太发达的企业用户提供了一种比较简捷的解决方案。 本文提出了一种可用于商品防伪的r f i d 跟踪与追溯系统的设计方法和防伪验证方 法，基于该方法设计的防伪电子标签储存的信息包括产品惟一编码，制造商数字签名，防 伪验证服务器地址索引和物流跟踪信息等，通过校验惟一编码、数字签名和物流跟踪信息 可以实现对产品的防伪验证。所提出的防伪验证服务器地址索引可以简化地址查询的步 骤，并且可以实现多分支的地址查询，对于贵重物品和食品药品等的跟踪和防伪，具有一 定的实用价值。 1 4 论文的组织结构 本论文其它部分的组织结构如下： 第二章介绍了跟踪与追溯技术的内涵，提出了跟踪与追溯系统的设计需求，包括功 能需求和性能需求，介绍了跟踪与追溯相关技术的发展，分析了传统跟踪与追溯技术的局 限性。 第三章介绍射频识别技术的历史，射频识别系统的工作原理和用于跟踪与追溯的射 频识别系统的结构和特点，总结了集中式和分布式两种结构的r f d 跟踪与追溯系统，并 对其适用范围和原理进行了描述。 第四章介绍了目前国际主流的基于r f i d 的跟踪与追溯系统e p c 系统的系统架 构、构成要素和接口，对实施e p c 系统可能带来的安全和隐私方面的问题进行了分类分 析，并提出了几种可能的解决方案。 第五章研究了基于r f i d 的跟踪与追溯系统在物流中的应用，设计了一个基于集中式 管理的r f i d 物流跟踪与追溯原型系统，该系统包括电子标签、读写器、r f i d 中蒯件和 中央信息服务系统c 1 8 。通过该原型系统，供应链各个环节之间的库存信息可以及时地传 递到其上游和下游厂商，建立一个透明的供应链。 4 第一章绪论 第六章主要研究了基于r f i d 的跟踪与追溯系统在商品防伪中的应用，讨论了目前防 伪技术存在的问题，提出了一种包括r f i d 、数字签名、产品跟踪等要素的商品防伪系统 设计方法，并介绍了采用该系统进行防伪和验证的全过程。 第七章总结了论文的研究工作，包括已经取得的研究成果及其意义、进一步的研究 方向等。 5 第二章跟踪与追溯系统需求分析 2 跟踪与追溯系统需求分析 2 1 跟踪与追溯技术的内涵 跟踪与追溯系统目前并没有全球统一的定义，所述跟踪与追溯系统应当具有可跟踪 性和可追溯性。所谓可跟踪性可以理解为通过确定目标身份了解目标当前位置，状态等 信息的能力，所谓可追溯性可以理解为通过汜录的标识追溯某个目标的历史、用途或位 置的能力。跟踪与追溯系统的应用领域十分广泛，主要包括如下方面：i ) 供应链管 理；2 ) 生产过程管理；3 ) 资产管理；4 ) 安全和门禁控制。跟踪与追溯的目标可以是 项活动或过程、一个产品、一个机构或者一个人，本文主要讨论对于产品的跟踪。对 于产品而言，通过跟踪与追溯系统可以确定原料或部件的来源、产品的加工历史、产品 配送过程中的流通和位景；对于用户而言，在时间和空间范围内采用定性和定量的方式 跟踪产品。对产品的跟踪主要用于实时监控，查找造成质量问题的原因等，对产品的追 溯则主要用于确定产品的原产地和特征、产品回收或者召回等。 跟踪与追溯技术包括对产品的标识，以及信息获取、信息传输和信息管理等内容。 在跟踪系统中，企业对产品及其属性以及参与方的信息进行有效标识是基础，对相关信 息的获取、传输及管理是成功进行跟踪和追溯的关键。对产品的标识主要通过一定的编 码体制来实现，这些数据应当在整个跟踪与追溯系统中可以被识别、采集和记录。与标 识对应的是产品关联的数据文件，一般来说，数据文件的期限应当比产品的生命周期要 长，以供应链为例，如果用户发现问题，可以按照如下步骤进行追溯：1 ) 发现质量问 题；2 ) 发送问题的有关信息；3 ) 确定有关供应商的信息：4 ) 确定问题产品的历史。 5 ) 确定其它有同样问题的产品，并进行纠正。 信息系统主要作用为信息的获取，信息的传输和信息的管理。在跟踪与追溯系统 中，数据获取的精确性和速度是衡量系统陛能的主要指标之一。目前主要的数据获取方 式有条码识别，电子数据交换( e d i ) ，射频识别等等 1 0 】。数据传输主要目的是使得 跟踪与追溯系统的上游参与方可以将预定义的可跟踪数据传递给下个参与方，使后者 能够应用可跟踪原则，确保信息的连续性。信息传输的方式可以包括：电子表格交换、 电子邮件、物理电子数据支持介质、确切信息输入方式等。各种方式都有优缺点。对于 一6 一 第二章跟踪与追溯系统需求分析 管理环节，可跟踪性需要企业成功管理产品在接收、生产包装、存储和运输之间的各个 环节。如果供应链的某个合作伙伴在管理这些环节时失败，就会导致信息链的中断，丧 失可跟踪性。 2 2 跟踪与追溯系统的设计需求 2 2 1 功能需求 跟踪与追溯系统的功能需求有如下几个方面： i ) 必须实现对于单个目标的可跟踪性与追溯性； 建立对单个目标的跟踪和追溯十分重要，因为通过对目标的惟一识别可以容易地判 断是否出现仿制和伪造的情况，同时便于跟踪信息的记录和查询。为了跟踪和追溯单个 目标，每个目标必须首先获得可以惟一识别的身份，跟踪与追溯系统需要为每一个目标 建立一个可以验证和查询的历史文件，用户可以根据该历史文件惟确定该目标的来源 和状态，如生产、储存、运输信息等等。保证系统具有可跟踪性有利于对单个产品的监 控以及在发现问题时能跟踪问题产品的去向，保证系统具有可追溯性有利于追溯问题的 来源。在物流应用中，所述的目标可以是单个产品、包装箱、托盘或者集装箱。 2 ) 用于跟踪和追溯的产品信息便于查询和传输； 产品在跟踪和追溯过程中，产品信息的记录、保存、传输和查询应当适合自动化处 理，以保证产品信息的及时准确，提高产品信息的利用率。产品信息的记录方式多种多 样，例如笔录，影像，电子文档，标准格式的数据文件等。产品信息的传输方式可以是 人工，文件，e m a i l ，或者标准格式的电子报文。产品信息的查询方式可以是人工， 电话，或者信息系统。得益于互联网和电子商务技术的发展，对产品信息的记录，传输 和查询效率都得到大幅度的提高。在2 0 世纪末期，我国的铁路系统仍有数办员工通过 人工的方式记录货车的进出站信息，由于信息的延迟和查询手段的落后，造成铁路货运 效率低下的结果，现在通过采用基于r f i d 的铁路车号自动识另系统，可以全天候支持 铁路运输管理，其在铁路货车使用费用清算( 仅此一项每年为铁道部增收2 亿多元人民 币) 、铁路车辆实时追踪管理、提高客车j 下点率等方面都发挥了巨大的作用，产生了巨 大的社会效益和经济效益【l1 】。 3 ) 必须解决系统可能带来的安全问题和隐私问题： 7 第二章跟踪与追溯系统需求分析 目前跟踪与追溯技术的发展趋势是通过自动识别方式来提高工作效率，但由此可能 导致安全和隐私方面的问题。例如，采用r f i d 技术在提高数据采集效率的同时，也将 使得大量的产品信息通过自动识别和互联网进行传输，容易遭受恶意的攻击。同时由于 r f i d 系统将会使个人身份和电子标签发生关联，可能泄露个人偏好，交易信息，及所 在位置等个人隐私。与条码系统不同，r f i d 系统更容易在较大的范围干扰系统的通 讯，造成混乱：使用条形码好比行驶在城市街道上，就算撞上了人，危害也很有限。但 使用r f i d 好比行驶在高速公路上，你离不开这个系统，万一系统被攻击，后果不堪设 想。跟踪与追溯系统的安全问题主要是防止在采用跟踪与追溯系统的同时损害信息的安 全| 生。所述安全问题包括包括信息载体( 如标签) 的安全和信息传输和处理系的统安 全。安全的跟踪与追溯系统必须确保在计算机网络系统中进行自动通信、处理和利用的 信息内容，在各个物理位置、逻辑区域、存储和传输介质中，处于动态和静态过程中的 机密性、完整性、可用性和不可抵赖性，是与人、网络、环境有关的技术安全、结构安 全和管理安全的总和。跟踪与追溯系统需要建立安全问题的预警机甫 1 1 1 2 。 跟踪与追溯系统的隐私问题主要是防止在对产品进行跟踪与追溯的同时对个人的隐 私权构成侵犯。隐私权的概念和理论，最初源于美国。1 8 9 0 年，美国法学家路易 斯布兰蒂斯和萨莫尔华伦在哈佛大学的法学评论上，发表了一篇著名的论文 隐私权，提到“保护个人的著作以及其他智慧感情的产物之原则，是为隐私权。” 美国法律中规定了侵犯隐私权的四种情况：盗用他人名字或肖像；不合理地侵犯他 人隐私生活：不合理地将某人错误曝光公布于众；给他人隐私生活带来不合理的曝 光【1 3 】。我国关于隐私权的立法，至今没有相应直接的规定。隐私权的特征主要有：1 1 隐私权的主体是公民即自然人。2 ) 隐私权的窖体包括私人活动、个人信息和个人领域 等不与公共利益、社会群体利益相关的活动等。3 ) 隐私权保护范围受公共利益的限 制。 2 r 2 2 性能需求 对于跟踪与追溯系统的性能需求主要表现在如下几个方面： 1 ) 信息获取的精确性 8 第二二章跟踪与追溯系统需求分析 可能导致信息不够精确的原因有多个方面，如产品标识的方式，信息载体容易毁损 或仿冒，信息获取方式本身不可靠或者容易受到环境影响等等。要保证原始信息的精确 性需要产品标识方式，信息载体和信息识别方式进行合理的选择。对于产品而言，采用 数字化的标识有利于信息的采集，传输和处理。现有的数据获取技术将在2 3 1 节深入 讨论。另外，由于采用自动识别方式，将有可能出现如下情况：由于多个目标距离太 近，将有可能出现漏读或错读的现象；在读写装置密集的环境下，同一个目标有可能被 不必要地重复读取：由于环境的影响，目标信息的获取也可能受到影响。 2 ) 信息采集的实时性 及时准确地获取产品的信息是有效地实现对产品的跟踪与追溯的前提，对产品的自 动识别可以保证信息获取的实时陛。现有的自动识别技术包括条码识别，红外识别，射 频识别等多种方式，识别的速度、效率和成本各不相同。对自动识别技术的讨论和比较 将在2 3 1 节深入讨论。 3 ) 信息传输的可靠性 信息采集之后将通过通信网络传输给数据处理系统，产品信息的处理和传输一般都 通过远程服务器来完成，由于采用自动识别技术和单品识别的编码技术，如果跟踪与追 溯的目标数量庞大的时候，系统需要处理的数据将是海量的，这对信息传输的可靠性将 提出较高的要求。 4 ) 信息存储的一致性 产品的编码和对应的产品信息在跟踪与追溯系统中可能存储在不同的位置，同时为 了提高访问的速度，各部分信息在网络中将有可能存在不同的备份，此时需要通过特定 的算法来解决信息存储的一致性问题，使得上述问题对于用户来说是透明的。 2 _ 3 跟踪与追溯相关技术发展现状 2 3 1 数据获取技术 2 3 1 1 条码 条码技术于十九世纪二十年代诞生于w e s t i n g h o u s e 的实验室。条码是由一组按一 定编码规则排列的条、空符号，用以表示一定的字符、数字及符号组成的信息，不同的 条码具有不同的编码规则，字符集不同，所表达的信息量也不一样。按照应用领域的不 9 。 第二章跟踪与追溯系统需求分析 同，可以将条码分为全开放型条码和局部开放型条码，其中全开放型条码具有全球统一 编码信息结构，可以在世界范围内通用，编码体制有e a n 条码、u p c 条码、i t f 条 码、u c c e a n 1 2 8 条码等：局部开放型条码是指在局部领域或区域使用的条码规范， 编码体制有二五条码、交叉二五条码、三九条码、库德巴条码、1 2 8 条码等。码s c c ， 全球位置码g l n 等。条码按维数可以分为一维条码，二维条码和多维条码。一维条码 信息容量小，如商品上的条码仅能容1 3 位的阿拉伯数字；二维条码信息容量大、保密 防伪性强、适用于要求大容量、高可靠性信息的应用：3 ) 多维条码和集装箱条码目前 尚在研究阶段。e a n u c c 码是目前使用最广泛的商业条码 1 4 1 。 2 3 1 2 电子数据交换( e d i ) e d i 是一种利用计算机进行商务处理的方式。e d i 是将贸易、运输、保险、银行和 海关等行业的信息，用一种国际公认的标准格式，形成结构化的事务处理的报文数据格 式，通过计算机通信网络，使各有关部门、公司与企业之矧进行数据交换与处理，并完 成以贸易为中心的全部业务过程。国际标准化组织( i s o ) 将e d i 描述成“将贸易( 商业) 或 行政事务处理按照一个共认的标准变成结构化的事务处理或信息数据格式，从计算机到 计算机的电子传输”。e d i 被人们通俗地称为“无纸贸易”。e d i 包含了三个方面的内 容，即计算机应用、通信、网络和数据标准化。其中计算机应用是e d i 的条件，通信环 境是e d i 应用的基础，标准化是e d i 的特征。这三方面相互衔接、相互依存，构成 e d i 的基础框架。 根据功能的不同，e d i 可分为4 类：1 ) 贸易数据互换系统( t d i ) ，它用电子数据 文件来传输订单、发货票和各类通知。2 ) 电子金融汇兑系统( e f t ) ，即在银行和兑 它组织之间实行电子费用汇兑。3 ) 交互式应答系统，它可应用在旅行社或航空公司作 为机票预定系统。4 ) 带有图形资料自动传输的e d i 。最常见的是计算机辅助设计( c a d ) 图形的自动传输 1 4 1 。 2 3 1 3 自动识别技术 目前广泛应用的自动识别技术有视频识别、条码、磁卡、i c 卡、射频识别、红外 识别、生物识别等，这些识别技术都有各自的优缺点及适于应用的场合。几种识别技术 的比较如表2 1 所示。条码成本最低，适用于大量需求且数据不必更改的场合，但是较 一1 0 第二章跟踪与追溯系统需求分析 易磨损，且数据量很小。磁卡价格也很便宜，但也很容易磨损，数据量小。i c 卡价格 稍高些，数据存储量很大，数据安全性好，但有可能因静电或人为的原因损坏。 表2 1 常见的自动识别技术的比较 系统参数 条码 光学字符 语音识别生物识别磁卡接触i c 卡射频识别 纸或物质 信息载体物质表面 磁条 存储器存储器 表面 信息量小小大大较小 大 大 读写性 只读 只读只读只读读写读写读写 光电扫描 读取方式光电转换机器识读 机器识读磁电转换电路接口无线通信 转换 人t 识读 受制约简单 不能不能不能不能不能 性 保密性无无 好好一般好好 智能化 无无 无有有 受污染潮 很严重很严重 可能可能没有影响 湿影响 光遮盖全部失效全部失效 可能没有影响 受方向和 很小很小 单向单向没有影响 位置影响 识读速度 低低很低很低低低很快 识读距离近很迓 很近直接接触接触接触远 使用寿命较短较短短 - 睦最长 ， 国际标准有无 无无有有有 价格最低一般 较高较高低较高一般 同时识别 不能 不能不能不能不能不能能 多个标签 与其它自动识别方式相比，r f i d 技术的优点在于：可以进行菲接触识别。完成识 别工作时无须人工干预，适于实现自动化且不易损坏：可识别高速运动的目标并可同时 识别多个电子标签，操作快捷方便：短距离r f i d 不怕油渍、欢尘污染等恶劣的环境， 可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距离r f i d 的识别 第二章跟踪与追溯系统需求分析 距离可达几十米，可用于跟踪托盘、车辆或集装箱等目标。此外，r f i d 还具有其它一 些重要的优点：不必在光线可视范围内，安全不易攻击，易编写修改等等 1 5 1 8 。 2 3 2 数据管理技术 2 3 2 1 物料需求计划( m r p ) m r p 是解决既不出现短缺又不积压库存的物料管理系统。在m r p 问世之前，库存 计划通常采用定货点法。定货点法只能保证稳定均衡消耗情况下不出现短缺，但是不能 保证消耗多变情况下不出现短缺，也无法起到降低库存的作用。“不出现短缺”和“降 低库存”是生产中遇到的两个互相矛盾的目标，为了解决这个矛盾，美国m m 公司的 管理专家从分析产品结构入手，首先提出了物料需求计划( m r p ) 的解决方案。 运行m r p 有四项主要数据：需求信息、产品结构、提前期、库存信息。需求信息 来自市场和客户。需求信息包括客户合同、预测以及备品备件或企业内部协作任务。计 划人员是根据合同和市场信息编制计划、落实计划和下达计划。产品信息反映在物料清 单上，主要是产品结构和提前期。产品结构如果用表格来表示就是物料清单，它是 m r p 的重要管理文件。库存信息就是物料可用量，库存信息说明有多少存货数量可以 参与物料需求计算。m r p 的需求计算是完全按照制造业的通用公式由管理系统自动计 算的。 2 3 2 2 制造资源计划( m r pi i ) 实现物料同资金的信息集成是m r p i i 区别于m 1 l p 的一个重要标志。m r p 实现了 物流信息与资金流信息的集成，使财务帐与实物帐同步生成。为了评价效益，同企业的 宏观规划进行对比，m r p i i 系统把企业的宏观决策纳入到系统中来，它包括了决策层， 计划层和执行控制层共有五个计划层次：经营规划( 企业长远规划) ，生产与运作计划 ( 4 - 业年度规划) ，主生产计划( 出厂产品计划) ，物料需求计划( 加工和采购计 划) ，车间控制( 控制计划的执行) 。m r p i i 涉及企业的主要业务有：市场、销售、计 划、生产、物料、成本、财务和技术等。所以m r pi i 是以计划与控制为主线，实现企 业整体效益的管理信息系统。 1 2 第二章跟踪与追溯系统需求分析 2 3 2 _ 3 企业资源计划( e r p ) e r p 是面向供应链流程的信息集成，实现合作伙伴之间的信息沟通，m r pi i 已融 化在e r p 中，e r p 与m p , pi i 的主要区别在于：1 ) 面向供应链管理的信息集成；2 ) 结 合企业业务流程重组。e r p 系统在传统m r p i i 系统的制造、分销、财务功能基础上， 为满足新的竞争和供应链管理模式的需要，提供了更多的功能和解决方案，其中分析、 评判、优化和决策支持的功能尤为突出。 为了满足各种管理需求，e r p 通常具有如下扩展功能：1 ) 增加客户关系管理 ( c r m ) 系统，提高客户的满意度，实现企业各业务部门对客户信息的实时共享。2 ) 在数据仓库技术基础上，发展数据挖掘技术，实现多维数据的查询分析，提高决策的实 时性。3 ) 为领导提供决策信息的高层领导信息系统( e i s ) 。4 ) 为了及时响应客户需 求并及时落实，缩短交货期，采用先进计划与排产技术( a p s ) 或先进计划及优化技术 ( a p o ) ，把计划的范围扩大到供应链各个环节。5 ) 支持远程通信、w e b 、电子数据 交换( e d i ) 、i n t e m e t i n t r a n e t e x t r a n e t 等。此外，e r p 还可以支持人力资源管理，企业 投资、融资和资本运作管理，股东财富增长分析以及各种政府法规、条例及标准管理 等。c r m 、a p s 等可以作为独立的软件产品，但是所要用到的主要基础数据要由e r p 系统来提供，必须与e r p 集成 1 9 】。 2 3 2 4 供应链管理 供应链管理的概念是2 0 世纪8 0 年代初提出来的，所谓供应链是指产品生产和流通 过程中所涉及的原材料供应商、生产商、批发商、零售商以及最终消费者组成的供需网 络，即由物流获取、物流加工、并将成品送到客户手中这一过程所涉及的企业和企业部 门组成的一个网络。供应链一般分为内部供应链和外部供应链。内部供应链是指企业内 部产品生产和流通过程中所涉及的采购部门、生产部门、仓储部门、销售部门等组成的 供需网络。而外部供应链则是指企业外部的，与企业相关的产品生产和流通过程中涉及 的原材料供应商、生产厂商、储运商、零售商以及最终消费者组成的供需网络。内部供 应链和外部供应链共同组成了企业产品从原材料到成品到消费者的供应链2 0 2 2 。 供应链管理是对物流、信息流、资金流、商流等的管理的综合体，是一种跨行业的 管理。首先，供应链管理是一种运作管理技术，它包括企业生产、经营、管理的全部职 1 3 第二章跟踪与追溯系统需求分析 能；其次，供应链管理是物流一体化管理的扩展，其目的是将组织的物流职能和供应链 合作伙伴使用的对等职能的物流部分进行合并或者紧密连接，以便将企业内部物流职能 和外部供应商、第三方物流和顾客联结在一起，形成一个完整的集成化系统：最后，供 应链管理是以一个共同的目标为核心组织在一起的，其战略作用可以使得供应链中的合 作伙伴达到共识，构筑发展和互利的供应链联盟，管理复杂的客户和供应链之间的关 系，以便在市场中处于领导地位。 供应链管理的概念引入我国是近几年来的事隋，直到1 9 9 8 年国内媒体才开始关于 供应链管理的报到。目前尽管供应链管理的各种技术和方法在我国的一些先进企业已经 取得初步的应用，但理论研究和实际应用都尚处于初级阶段。 2 4 小结 本章对跟踪与追溯系统的设计需求进行了分析，跟踪与追溯系统的功能需求包括： 1 ) 实现对单个目标的可跟踪性和可追溯性；2 ) 便于信息的传输和查询；3 ) 解决系统 可能带来的安全问题和隐私问题。跟踪与追溯系统的性能需求包括：1 ) 信息获取的精 确性：2 ) 可以自动化地、实时地进行信息采集：3 ) 信息传输的可靠性；4 ) 信息存储 的一致性。 目前对于产品的信息管理已经历了m r p ，m i ? pi i ，e r p ，供应链管理等阶段，总的 发展趋势是逐步地单纯的制造业管理向整个供应链管理延伸。目前在商业上最成功的数 据获取方式是条码和e d i 技术，但现有的条码编码方式不能对单个物品进行