原创：物联网与物品标识系统

1、摘 要：为了弥补物品标识体系研究目前存在的很多不足，提出了一种基于物联网的物品标识体系参考模型，并对物品标识体系的基础和核心，也就是物品编码和物品标识技术进行了分析和研究。 中国论文网 关键词：物品编码；物品标识；参考模型；物联网 物联网最初由美国麻省理工大学1999年提出，即通过给物品分配一个全球统一的物品编码，并用rfid标签承载物品的信息，将互联网和rfid技术结合，通过“物品”与互联网的联接，从而实现任何时间、任何地点对任何物品的识别与管理。在物联网系统构架中，我们可以看到物联网涉及的公共技术，例如编码技术、标识技术、解析技术、信息服务技术、安全技术以及中间件技术等。 我国在2010年

2、的政府工作报告中将“加快物联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴后，人们关注到，物联网的快速发展带来了对物品标识系统建设的迫切需求。 在我国，物品标识体系的研究尚存在很多不足。特别是从标准制定的角度看，基础术语、标识体系及研究框架是缺失的；在技术层面上，由于物品标识体系标准化研究不够，缺乏对编码技术、标识技术、解析技术的系统研究，无法搭建科学完善的物品标识体系；在应用层面上，物品标识体系的建设是发展物联网的基础支撑，亟待出台与国家物品标识体系相关的政策和标准。 2011年10月21日，国家物联网基础标准工作组第三次全体会议在无锡召开。会上宣布，经国家标准委和发改委批准，同意国家物联网基础标准工作

3、组下设总体项目部、标识项目组和安全项目组三个小组，其主要任务是开展总体标准研究、标识标准研究和信息安全标准研究。 1 物品标识体系参考模型 在2011年12月21日召开的“国家物品标识体系研究”专家研讨会上，笔者提出“物品标识体系参考模型”，该模型从物品标识流程的角度进行构建，详细描述了在物品标识体系中，物品信息的生成、转换、传输及处理的完整过程，如图1所示。 图1 物品标识体系 第一步编码 物品编码即给物品赋予代码的过程。代码则是表示特定事物（如某一物品）的一个或一组字符。这些字符可以是阿拉伯数字、拉丁字母或便于人与机器识别与处理的其他符号。可以将这一步骤理解成将物品信息代码化，这是可实现计

4、算机化的基础。 第二步标识 标识是将代码转换成符号、标记、数据电文的过程。可以将代码转化成为条码符号，并印制在载体上；还可以将代码转化成二进制数据电文写进rfid标签中的芯片。数据电文是指以电子、光学、磁或者类似手段生成、发送、接收或者存储的信息。“标识”的目的是将代码化的信息转换成为载体可携带的信息（如：条码符号），当该载体与物品合为一体时，载体所携带的信息即为物品信息，可用于实现对物品的跟踪追溯管理。当然，标识的另一个作用是为了“识别”。 第三步识别 识别就是对标识信息进行处理和分析，从而实现对事物进行描述、辨认、分类和解释的过程。我们把能够自动获取标识信息并完成识别的过程称为自动识别，涉

5、及的自动识别技术主要分为存储识别和特征识别技术。条码技术和rfid射频识别技术属于存储识别，指纹识别和语音识别属于特征识别。通过识别技术可对标识信息进行采集分析与处理，其处理结果就是代码。 第四步解码 解码是将代码还原为物品自己属性信息的过程，是编码的逆运算。通过解码可还原物品的本来面目。编码与解码在物品标识体系中是基础，没有它们的存在，就不会有物品标识体系。实现信息化、网络化的管理，不能没有编码技术的应用。 在上述对物品标识流程的描述中，我们将第二步标识和第三步识别统称为标识。将构成第一步至第四步的系统统称为编码标识系统，也就是图1所示的标识系统。 认真讨论标识体系就会发现，“标识”的概念需

6、要重新定义。当我们在计算机上通过拼音法敲入“标识”时会发现，提示栏里会明确地告诉你：“标识”读作“bio zh”。也就是说，标识=标志。在现代汉语新词语词典中，标识是指经国家商标局核准注册的产品商标标志。在中国工艺美术大辞典中，标志(logo或cogo symboc)是代表某一事物和事件的一种形象性记号。标识=标志=logo。 只有将标识重新定义，才能适应物联网发展的需要。我们将标识定义为将代码标识于载体并识别的过程。只有当标识读作“标识(zh)”时，其意才同“标志”。这样既保留了现有各个版本对标识与标志的定义，又满足了物品标识体系建设的需要，从而完成了对“标识”一词新的诠释。在物品标识体系中

7、，不仅包括标识本身的标识与识别，也包括编码与解码，还要考虑与网络系统、解析系统、应用系统的对接和数据交换。 2 物品编码是物品标识体系的基础 编码技术是一种描述数据特性的信息技术, 编码技术规定了信息段的含义,可为物品标识提供技术保障。编码的目的就是为了要识别物品的特性，也就是说，人们为了能够分清不同的物品及其特性，需要赋予物品唯一的编号，但是在编号的同时，也要求各部门采用同样的编码规则，这样做的目的就是为了使大多数物品有统一的编码规则，从而使物品的编码有唯一性。为了能够识别，除物品外，编码的唯一性是非常重要的。 物品编码是指按一定规则对物品赋予计算机和人能够容易地识别和处理的代码。物品编码是

8、人类认识事物、管理事务的一种重要手段。特别是计算机的产生和广泛应用，物品编码作为信息化的基础，其重要性更加突出。 代码是一组有序字符的组合。它必须便于计算机和人的识别和处理。代码的重要性表现在以下几个方面： （1）可以唯一地标识一个分类对像（实体）； （2）加快输入，减少出错，便于存储和检索，节省存储空间； （3）使数据的表达标准化，简化处理程序，提高处理效率； （4）能够被计算机系统识别、接收和处理。 物品编码系统是指由不同数据结构、不同应用领域、不同承载方式的物品编码构成的系统，该系统是国家物品识别网络的基石，用于为上层自动识别系统提供数据采集内容。 物品编码又分为通用物品编码系统和专用物

9、品编码系统。 通用物品编码系统是指跨行业、跨部门、开放流通领域应用的物品编码系统，是开放流通领域物品的唯一身份标识系统。它包括商品条码编码系统和采用射频识别技术的产品电子代码系统等。通用物品编码系统是全国各领域各种流通物品都可适用的物品编码系统，也是开放流通领域必须适用的编码标准。通用物品编码是目前应用最为广泛的编码系统。与其他编码不同，这些编码在采用条码、射频等自动识别数据载体进行承载时，一般采用标准规定的数据载体，或在数据载体中采用特殊规定的、确定的数据标识进行区分。因此，在国家物品标识体系中，通用物品编码的确定可以在数据载体层进行，不须在编码层添加另外特殊的标识(zh)。 专用物品编码系

10、统是指在特定领域、特定行业或企业使用的物品编码系统。专用物品编码一般由各个部门、行业、企业自行编制，在本部门、本系统或本行业采用。专用物品编码系统都是针对特定的应用需求而生产建立的，例如固定资产分类与代码、集装箱编码。 由于专用物品编码受限于其适用范围，一般采用的都是通用的数据载体，因此，在数据编码层需要增加特殊的标识(zh)进行区分。 建立物联网的物品编码体系需具备以下特性，才能满足物联网建设的需求。 （1）科学性。物品编码体系的建立需遵循人类认识事物的基本方法和一般规律，首先应对物品编码体系的各构成要素及其关系进行透彻研究和分析。在此基础上，归纳和分析对象并且将二者结合起来，建立一个结构明

11、确、易于使用和维护的体系框架，体系之间的各要素的联系符合科学发展规律。物品编码体系客观反应了我国目前编码发展现实状况，可满足不同层次的信息化发展需求，是一个科学的编码体系。 （2）兼容性。物联网是实现所有物与物之间信息交换的途径。这就必然要求物品编码体系能实现内容各子系统的兼容。尤其是在开放流通领域中，各编码系统的兼容是打破信息孤岛、实现信息共享的必然要求。 （3）全面性。物品编码体系需面向各行各业的所有物品，如能源、化工、服装等各行业。它是一个全面的编码体系，可以在物品的贸易运输、商品结算、产品追溯等多个环节应用。 （4）可扩展性。按照实际发展情况和需求变化，物品编码体系需满足扩展性要求，保

12、留一定的扩展位，为新的物品编码的需求提供发展空间和方向。 （5）国际性。全球化的发展必然要求各国之间对物联网的建设相互合作、相互支持。在物品编码领域，由于需确保物品编码在全球的唯一性，要求各国协商一致，根据各国的市场与需求合理分配代码。这需要一个国际机构统一组织管理，推动物品编码实现国际化，积极引导物联网的建设。 （6）无歧视性。不管采用全数字还是字母结合的形式，物品编码都不受地方色彩、语言、经济水平、政治观点的限制，是无歧视性的编码。 3 物品标识是物品标识体系的核心 标识存在于人们生活的方方面面，通过物品标识能够使人们了解物品的各种信息。这一点对于物联网是非常重要的，如果没有物品标识，物联

13、网就没有办法解决对物品信息进行采集。 标识是将代码标识于载体并识别的过程。目前，物联网中最常用的标识技术是条码技术和射频识别（rfid）技术。 条码可分为一维条码和二维条码。一维条码通常是我们所说的传统条码。一维条码按照应用可分为商品条码和物流条码。商品条码包括ean码和upc码，物流条码包括128码、itf码、39码、库德巴码等。 二维条码根据构成原理和结构形状的差异，可分为两大类型：一类是行排式二维条码（2d stacked bar code）；另一类是矩阵式二维条码（2d matrix bar code）。 条码可表示数字及字符，条码符号是按照编码规则组合排列的，不同码制条码的编码规则一

14、旦确定，我们就可将数字码转换成条码符号。 条码是一种信息代码，一维条码通常是一种用黑白条纹表示的信息。为使信息便于管理和使用，对信息要进行必要的分类。为了描述分类结果，并易于为计算机和人识别与处理，最简便有效的莫过于用代码对信息进行编码。 条码是利用条纹、间隔或宽窄条纹(间隔)构成二进制的“0”和“1”，并以它们的组合来表示某个数字或字符，以反映某种信息。但不同码制的条码在编码方式上却有所不同。 条码是一种比较特殊的图形，生成技术要靠印制来实现。印制时必须严格按照其编码规则达到印制质量标准及技术指标的要求。此外，由于条码是通过条码识读设备来识别的，这就要求条码符合光电扫描器的某些光学特性。条码

15、的印制是条码技术应用中一个相当重要的环节，也是一项专业性很强的综合性技术。它与条码符号载体、所用涂料的光学特性以及条码阅读设备的光学特性和性能都有着密切的联系。 条码符号是图形化的代码。对条码符号的识别，一般要借助一定的专用设备，以判断识读到的图形符号是否为某一码制的条码符号，确定其中含有的编码信息并转换成计算机可识别的数字信息（代码）。 近年来，随着数字成像技术的快速发展，条码识读设备的扫描系统也逐渐由激光光源向ccd、cmos转换，特别是直接使用数字成像技术，使得许多智能手机可以十分方便地拍照条码符号，并快捷地实现了条码的自动识别。 随着物联网的广泛应用，物品标识系统发挥着越来越重要的作用

16、。一维条码将通过复合条码、应用标识符等技术，不断推广条码的应用领域，实现物品的单品跟踪追溯管理。 二维条码的应用将会出现重大的跨越式发展。二维条码技术是在一维条码无法满足实际应用需求的前提下产生的。由于受信息容量的限制，一维条码符号仅仅是对物品信息代码的标识，而不是对物品的描述。所谓对物品的标识，就是给某物品分配一个代码，代码以条码符号的形式印制在物品上，用来标识该物品以便自动扫描设备的识读。实际上，代码或一维条码本身不表示该产品的描述性信息，更详细的信息要通过访问数据库才可以了解。 从符号学的角度讲，二维条码和一维条码都是信息表示、携带和识读的手段。但从应用角度讲，尽管在一些特定场合可以选择

17、其中的一种来满足人们的需要，但它们的应用侧重点是不同的：一维条码用于对“物品”进行标识，二维条码用于对“物品”进行描述。信息量容量大、安全性高、读取率高、错误纠正能力强等特性是二维条码的主要特点。 在物品标识系统中，二维条码的编码可以沿用一维条码的原则，也可以附加更多的信息，还可以增加一些新的内容（如：互联网链接地址），从而实现更多的功能。 rfid技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)来实现无接触资讯传递并通过所传递的资讯达到识别目的的技术。 rfid系统通常由电子标签(射频标签)和读写器组成。 rfid系统的工作流程为：读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当电子标签进

18、入读写器天线工作区时，电子标签天线产生足够的感应电流，电子标签获得能量被激活，将自身信息通过内置天线发送出去；读写器天线接收载波信号，读写器调节、解码，送至系统高层处理；系统高层根据逻辑判断标签的合法性，并针对不同的设定做出相应处理，发出指令信号，控制执行机构动作。 电子标签可存储一定格式的数据电文，并以此作为待识别物品的标识信息。因此，在应用中，可将电子标签附着在待识别的物品上，作为待识别物品的电子标记。 在基于rfid技术的物品标识体系中，典型的应用是由gsi提出的产品电子代码epc global标准。为了满足对单个产品的标识和高效识别，美国麻省理工大学auto id中心在美国统一代码委员会（ucc）的支持下，提出了产品电子代码（epc）的概念，随后由国际物品编码协会gsi主导，实现了全球统一标识系统中的gtin编码体系与epc概念的完善结合，并将epc纳入全球统一标识系统，从而确立了epc在全球统一标识体系中的战略地位，使epc成为一项真正具有革命性意义的新技术，受到了世界众多发达国家的高度重视，被誉为全球物品编