物联网的典型架构-EPC系统概述

1、第十一章 物联网的典型架构 EPC系统 EPCglobal旨在搭建一个可以自动识别任何地方、任何事物的开放性的全球网络，即EPC系统，可以形象地称为物联网。EPC强调适用于对每一件物品都进行编码的通用方案，每一件物品的EPC代码在物联网中所起到的作用就相当于一个索引。11.1 RFID系系统应用用类型开放式RFID应用系系统开放式RFID系统是指在全全球范围围内不同同局域网网系统间间实现数数据交换和信信息共享享的射频频应用系系统，因因此需要要在全球球范围内内的不同同局域网系统统统一定定义标识识对象、编码格格式、数数据结构构和代码码幅值，RFID代码具具有全球球唯一性性。开放式RFID系统主要应

2、用用于具有有供应数数据接口口的生产产管理、制造过程控控制、库库存管理理、物流流管理、分销配配送、售售后服务务、集装装箱运输、视视频追溯溯、动物物识别、单品管管理以及及全球资资产管理理等在两两个或两个以以上的局局域网系系统中进进行数据据交换的的应用系系统的数数据采集集。开放式RFID系统应应用应注注意以下下几个层层面的协协调： 开放放式RFID系系统应用用协议； 统一一编码规规则； 统一一RFID标签签和读写写器设备备选型要要求。11.1 RFID系系统应用用类型非开放式式RFID应用用系统非开放式式RFID应用用系统仅仅在同同一局域域网内部部统一定定义标识识对象、编码码格式、数据结结构和代代码

3、赋值值，RFID代代码具有有该局域域网唯一一性，RFID数数据可以以在同一一局域网网内的子子系统间间实现数数据交换换和信息息共享。非开放式式RFID系统统主要应应用于局局部的生生产管理理、仓储储管理，以及非非供应链链管理领领域的身身份管理理、医疗疗管理、图书管管理、票票证管、门禁管管理、资资产管理理等只在在一个局局域网系系统中进进行数据据交换的的数据采采集系统统。非开放式式RFID系统统应用应应注意以以下几个个层面的的协调： 签发发实施RFID系统的的管理办办法； 编制制非开放放式电子子标签编编码规则则的企业业标准； 统一一RFID标签签选型要要求.11.1 RFID系系统应用用类型基于EPC

4、的开开放式RFID应用系系统EPC标标签也称称射频标标签。EPC相相当于物物联网的的内核，EPC代码以以RFID标签作作为载体体，通过过物联网网进行电电子数据据交换。每个物物品都有有唯一的EPC代代码，这这样可通通过物联联网查到到其档案案的情况况。基于EPC的物物联网（RFID）应应用系统统工作过过程如图图所示。11.2EPC系系统的组组成EPC系系统在计计算机互互联网的的基础上上，利用用射频识识别技术术，可构构造一个覆盖盖世界上上万事物物的实物物互联网网，如图图所示。11.2EPC系系统的组组成在由EPC标签签、读写写器、Savant服服务器、Internet、ONS服务器器、PML服务务器

5、以及及众多数数据库组组成的实实物互联联网中，读写器器读取的的EPC只是一一个信息息参考，通过这这个信息息参考从从Internet找找到IP地址并并获取该该地址中中存放的的相关的的物品信信息，采采用分布布式Savant软件件系统处处理和管管理由读读写器读读取的一一连串EPC信信息。EPC系系统的工工作流程程如图所所示。11.2EPC系系统的组组成EPC系系统构成成EPC系系统由全全球产品品电子代代码体系系、射频频识别系系统及信信息网络系统统三部分分构成，如表所所示。系 统 构 成 名 称 注 释 全球产品电子代码编码体系 EPC编码标准 识别目标的特定代码 射频识别系统 RFID电子标签 电子标

6、签贴在物品之上，与之一一对应RFID读写器 信息网络系统 Savant（中间件） 为EPC系统提供信息支撑 对象名称解析服务ONSEPC信息服务 11.2EPC系系统的组组成EPC系系统结构构以及EPC各组成成部分之间的的关系如图所示示。11.2EPC系系统的组组成EPC系系统由全球产产品电子子代码体体系、射射频识别别系统及及信息网网络系统三部分分构成。射频识别别系统是实现EPC代代码自动动采集的的功能模模块，主主要由射射频标签和射射频读写写器组成成，射频频标签是是产品电电子代码码（EPC）的的物理载载体，附着着于可跟跟踪的物物品，可可全球流流通并对对其进行行识别和和读写。射频读写写器与信信息

7、系统统相连，是读取取标签中中的EPC代码码并将其其输入网网络信息系系统的设设备。信息网络络系统由本地网网络和全全球互联联网组成成，是实实现信息息管理和流通的的功能模模块。EPC系系统的信信息网络络系统是是在全球球互联网网的基础础上，通过过EPC中间件件、对象象名称解解析服务务ONS和EPC信息息服务（EPCIS）来实现现全球“实物互互联”。11.2EPC系系统的组组成信息网络络系统包包含三个个组件：1）EPC中中间件是有一系系列特定定属性的的“程序序模块”或“服服务”，被用户集成成以满足足其特定定需求，EPC中间件件也称Savant。EPC中间件件用来加工处处理来自自读写器器的所有有信息和和事

8、件流流的软件件，主要要任务是是将数据送往往应用程程序之前前进行标标签数据据校对、读写器器协调等等操作。2）对象名称称解析（ONS）服务务是一个自自动网络络服务系系统，类类似于域名解解析服务务，ONS给EPC中中间件指指明了存存储产品品相关信信息的服服务器。ONS服务务是联系系EPC中间件件和EPC信息息服务的的网络枢枢纽，且且ONS涉及的架构构也是以以因特网网域名解解析服务务为基础础，因此此可以使使整个EPC网网络以因特特网为依依托，迅迅速建立立架构并并顺利延延伸到世世界各地地。3）EPCIS信息息服务提供了一一个模块块化、可可扩展的的数据服服务接口，使得得EPC的相关关数据可可以在企企业内部

9、部或者企企业之间间共享，它处理理与EPC相关的的各种信信息。EPCIS有两两种运行行模式，一种是是EPC信息直直接应用于已已经激活活的EPCIS应用程程序；另另一种是是将EPCIS信息存存储在资资料档案库库中，以以备今后后查询时时进行检检索。11.2EPC系系统的组组成EPC系系统的特特点（1）开放的结结构体系系。EPC系统采采用了全全球最大大的公用用的Internet网络络系统，这就避避免了系系统的复复杂性，同时也也大大降降低了系统的成成本，还还有利于于系统的的升级。EPC系统网网络是建建立在Internet网络系统统上，可可以与Internet网络络所有可可能的组组成部分分协同工工作。（2

10、）独立的平平台与高高度的互互动性。EPC系统识识别的对对象是一一个十分广泛泛的实体体对象，因此，不可能能有哪一一种技术术适用于于所有的的识别对象。同时，不同地地区、不不同国家家的射频频识别技技术标准准也不相相同，因此此开放的的结构体体系必须须具有独独立的平平台和交交互操作作性。（3）灵活的可可持续发发展的体体系。EPC系统是是一个灵灵活开放放的可持持续发展的的体系，在不替替换原有有体系的的情况下下就可以以系统平平滑升级级。11.3EPC编编码体系系全球产品品电子代代码EPC编码码体系是是新一代代与GTIN兼兼容的编编码标准，它是是全球统统一标识识系统的的拓展与与延伸，是全球球统一标标识系统统的

11、重要组成成部分，属于EPC系系统的核核心和关关键。EPC编编码原则则1唯一一性EPC提提供给实实体对象象全球唯唯一的标标识，一一个EPC代码码只标识识一个实体对象象。为了了确保实实体对象象的唯一一标识的的实现，EPCglobal采取了了以下措施施：（1）足够的编编码容量量。EPC编码冗冗余度如如表11-2所所示。比比特数可可以从世界界人口总总数（大大约60亿）到到大米总总粒数（粗略估估计1亿亿亿粒）变化，因因此，EPC有有足够大大的地址址空间来来标识所所有这些些对象。11.2EPC系系统的组组成（2）组织保证证。为了保保证EPC编码码分配的的唯一性性并寻求求解决编编码冲突的的方法，EPCglo

12、bal通过全全球各国国编码组组织来负负责分配配各国的的EPC代代码，并并建立相相应的管管理制度度。（3）使用周期期。对一般般的实体体对象，使用周周期和实实体对象象的生命周期一一致。对对特殊的的产品，EPC代码的的使用周周期是永永久的。2.可扩扩展性EPC编编码保留留备用空空间，具具有可扩扩展性。EPC地址空空间具有有足够冗余度，确保EPC系系统日后后的升级级和可持持续发展展。3.保密密性与安安全性EPC的的编码与与安全和和加密技技术相结结合，具具有高度度的保密密性和安安全性。保密密性和安安全性是是配置高高效网络络的首要要问题之之一，安安全传输输、存储和实实现是EPC能能否被广广泛采用用的基础础

13、。11.2EPC系系统的组组成EPC编编码的结结构电子产品品编码是是构成EPCglobal网网络中所所有标准准和接口口的基本本元素，由一一个标头头字段加加上另外外三段数数据（依依次为EPC管管理者、对象分分类、序列列号）组组成的一一组数字字，其组组成结构构如表所所示：标头标识了EPC的的类型，它使得得EPC随后的的码段具具有不同同的长度度；管理者代代码是描述与与此EPC相关关的生产产厂商的的信息；对象分类类代码记录产品品精确类类型的信信息；序列号是货品的的唯一标标识。这种电子子产品编编码在使使用现有有编码标标准的同同时保证证了其通通用性、唯一性、简单性性和网络络寻址的的效率。标 头 管理者代码

14、 对象分类代码 序 列 号 N位 N位 N位 N位 11.2EPC系系统的组组成1EPC的头头字段（EPC Header）头字段标标识的是是EPC的版本本号。设设计者采采用版本本号标识识EPC的结构，其其指出了了EPC中编码码总位数数和其他他三部分分中每部部分的位位数。EPC已已定义的的七个版版本如表表格所示示。版 本 类 型 标 头 字 段 EPC管理者 对 象 分 类 序 列 号 EPC-64 Type 1 221 17 24 Type 2 215 13 34 Type 3 226 13 23 EPC-96 Type 1 8 28 24 36 EPC-256 Type 1 832 56 1

15、60 Type 2 864 56 128 Type 3 8128 64 11.2EPC系系统的组组成三个64位的EPC版版本号只只有两位位，即01、10、11。为为了和64位的EPC相区别别，所有有长度大大于64位的EPC版版本号的的最高两两位须为为00，这样就定定义了所所有96位的EPC版版本号开开始的位位序列是是001。同样样，所有长度大大于96位的EPC的的版本号号的前三三位是000；同理，定义所所有的256位位EPC开始的的位序列列是00001。2EPC管理理者（EPCManager）EPC体体系架构构的设计计原则之之一是分分布式架架构，具具体是通通过EPC管理者的概概念来实实现的。E

16、PC管理者者是指那那些得到到电子产产品编码码分配机机构授权的的组织，它们可可以在授授权的一一个或多多个编码码段内自自主地为为各类实体指指定编码码，并负负责保证证该编码码段内编编码的唯唯一性，以及维维护对象域名名解析系系统中的的记录。11.2EPC系系统的组组成在电子产产品编码码分配机机构向EPC管管理者授授权时，首先为为EPC管理者分配一一个唯一一代码，即EPC管理理者代码码。一个个EPC用户可可以同时时拥有多个EPC管管理者代代码，以以此管理理和维护护多个EPC编编码段。在产品品电子编码的的定义中中，EPC管理理者代码码作为独独立的一一部分，这样就就可以通通过产品电电子编码码直接识识别出EP

17、C管管理者的的信息，以保证证系统的的可扩展展性。举例例来说，一个ONS查查询可以以从概念念上理解解为在一一个大表表中查询询某个电子子产品编编码所映映射到的的EPCIS服服务地址址。但假假如有了了EPC管理者代码，就可以以由EPC管理理者负责责维护ONS服服务器中中所分配配编码段段的小表，这这样就可可以提高高ONS查询的的执行效效率。不同版本本的EPC管理理者编码码具有长长度的可可变性，这就使使得更短短的EPC管管理者编编号变得得更为宝宝贵。EPC-64II型有有最短的的EPC管理者者部分，它只只有15位，因因此，只只有EPC管理理者编号号小于215=32768的才可可以由该EPC版版本表示示。

18、11.2EPC系系统的组组成3对象象分类（Object Class）对象分类类部分用用于一个个产品电电子码的的分类编编号，标标识厂家家的产品种类。对于拥拥有特殊殊对象分分类编号号者来说说，对象象分类编编号的分分配没有限制制。但是是Auto-ID中心心建议第第0号对对象分类类编号不不要作为为产品电子码的的一部分分来使用用。4序列列号（SerialNumber）序列号部部分用于于产品电电子码的的序列号号编码。此编码码只是简简单地填补序列列号值的的二进制制。一个个对象分分类编号号的拥有有者对其其序列号号的分配没有有限制，但是Auto-ID中心建建议第0号序列列号不要要作为产产品电子码的一一部分来来使

19、用。11.2EPC系系统的组组成EPC编编码的类类型至今，已已经推出出EPC-96型，EPC-64型、型、型，EPC-256型、型、型等编编码方案案。1EPC-64型型64位产产品电子子码包含含最小的的标志码码。较小小编码首首要考虑虑的问题题是如何节节约位数数，对于于位数分分配，数数据分区区比头字字段部分分有较高高的优先级。头字段段部分增增加了一一位，允允许3种种数据分分区，以以覆盖更更广泛的工业需需求。剩剩余的第第四种数数据分区区留待扩扩展。EPC-64型编码码11.2EPC系系统的组组成2.EPC-64型型Auto-ID中心提提议EPC-64型型，适合合众多产产品以及及价格反反应敏感感的消

20、费品品生产者者。3.EPC-64型型除了扩展展单品编编码的数数量，EPC-64型也会会增加公公司的数数量。11.2EPC系系统的组组成4EPC-96型型EPC-96型的设设计目的的是成为为一个公公开的物物品标识识代码，其应用类似目目前的统统一产品品代码（UPC），或或UCCEAN的运运输集装装箱代码码。 域名管理理负责在其其范围内内维护对对象分类类代码和和序列号号。该区区域占据28个数据据位，允允许大约约2.68亿家家制造商商。这超超出了UPC-12的的10万个和EAN-13的的100万个的的制造商商容量。对象分类类字段在EPC-96代代码中占占24位位，这个个字段能能容纳当当前所有的UPC库

21、存存单元的的编码。序列号字段则代代表单一一货品识识别的编编码。与与产品代代码相结结合，该字段提提供1.11028个唯一一的项目目编号，超出了了当前所所有已标标识产品的总容容量。11.2EPC系系统的组组成5EPC-256型型256位位EPC是为满满足未来来EPC代码的的应用需需求而设设计的，256位EPC版本必须须具备扩扩展性，以便不不限制其其未来的的实际应应用。EPC的的多个版版本就提供供了这种种可扩展展性。EPC-256I型、II型型和III型的的位分配配情况如图所示示。11.3EPC信信息网络络系统技技术EPC系系统网络络技术是是EPC系统的的重要组组成部分分，主要要为EPC系统统提供信

22、息支支撑，以以实现信信息管理理以及信信息流通通。EPC系统统的信息息网络系系统是在全全球互联联网的基基础上，通过Savant管管理软件件系统、ONS对象名名称解析服服务系统统以及实实体标记记语言（PML）实现现全球实实物互联联功能。 Savant中中间件每件产品品都附上上RFID标签签之后，在产品品的生产产、运输输和销售售过程中，识识读器将将不断收收到一连连串的产产品电子子编码。Savant是连接接标签识读器器和企业业应用程程序的纽纽带.Savant系系统完成成的任务务主要是是数据校校对、解解读器协协调、数数据传送、数据据存储和和任务管管理等。11.3EPC信信息网络络系统技技术Savant与

23、与其他组组件通信信11.3EPC信信息网络络系统技技术Savant中中间件功功能1）数据据校对处在网络络边缘的的Savant中间件件系统直直接与解解读器进进行信息息交流时，它们们会进行行数据校校对。但但并非每每个标签签每次都都会被读读到，有有时一个标签签的信息息可能被被误读，Savant系统能能够利用用某些算算法来校校正这些错误误。2）解读读器协调调如果从两两个有重重叠区域域的解读读器读取取信号，它们可可能会读读取同一个标签签的信息息，产生生多余的的相同的的产品电电子码。Savant中间件件的任务之一一就是分分析已读读取的信信息并且且删掉这这些冗余余的产品品编码。11.3EPC信信息网络络系统

24、技技术3）数据据传送在每一层层次上，Savant中间件件系统必必须要确确定什么么信息需需要在供应链上上向上传传递或向向下传递递。4）数据据存储Savant中中间件系系统的另另一个任任务就是是维护实实时存储储事件的的数据库。从本本质看，即系统统能够实实时取得得产生的的产品电电子码并并且智能能地将数据存存储，以以便其他他企业管管理的应应用程序序有权访访问这些些信息，并保证数据据库不会会超负荷荷运转。5）任务务管理无论Savant中间间件系统统在层次次结构中中所处的的等级是是什么，所有的的Savant中中间件系系统都有有一套独独具特色色的任务务管理系系统（TMS)，使得得中间件系系统可以以实现用用户

25、自定定义任务务来进行行数据管管理和数数据监控控。11.3EPC信信息网络络系统技技术对象名称称解析服服务ONSEPC系系统是一一个开放放式的、全球性性的物品品追踪网网络，将将产品电电子码存储在在标签中中，还需需要一些些提供将将产品电电子码对对应到相相应商品品信息的角色色，这个个角色就就由对象象名称解解析服务务ONS担当，ONS服务是是一种全球性性的查询询服务。ONS服服务器为为用户发发起EPC检索索请求并并提供EPCIS服务务器的地地址。从概念上上说，ONS服服务的输输入就是是一个电电子产品品编码的的查询请请求，输输出则是所所要查找找的EPCIS服务器器的URL地址址，如下下图所示示，基于于扩

26、展性和管理理难度的的考虑，ONS服务被被设计为为与域名名解析系系统DNS类似似的分级架构构，由ONS根根服务器器和本地地ONS服务器器两部分分组成。11.3EPC信信息网络络系统技技术当用户希希望在EPCgolbal网网络中的的某个位位置定位位一个EPCIS服务务时，其请请求首先先发送到到ONS根服务务器上；ONS根服务务器在根根数据表表中对该电子子产品编编码中的的EPC管理者者代码进进行解析析和识别别，并提提取该EPC管管理者所所在的本本地ONS服务务器地址址，再将将请求转转发至该该本地ONS服服务器；本本地ONS服务务器接收收到请求求后，进进一步在在本地数数据表中中解析EPCIS服务务器的

27、地地址，再再将请求求转发至至该EPCIS服务器器；最后后EPCIS服服务器根据据请求的的内容提提供搜索索结果，并将结结果返回回至发起起请求的的位置。对象名称称解析服服务11.3EPC信信息网络络系统技技术EPC网网络分布布如图所所示。一一个局域域网内，标签识识读器分分布在多多个地方，用用于识读读不同环环境的EPC标标签，识识读器再再将读到到的EPC编码码信息上传到到本地服服务器，由本地地服务器器所带的的Savant软件对对这些数数据进行集中中处理，然后，由本地地服务器器通过查查找本地地ONS服务或或通过路路由器到达达远程ONS服服务器查查找所需需EPC编码对对应的PML服服务器地地址，本本地服

28、务器器就可以以与找到到的PML服务务器建立立通信了了。11.3EPC信信息网络络系统技技术ONS查查询的详详细步骤骤（1）从从一件货货品的RFID标签中中读取一个个比特值值序列。（2）将将二进制制字符串串转化成成为EPCURI格式。（3）解解算器将将URI格式转转化成域域名形式。11.3EPC信信息网络络系统技技术（4）执执行ONS查询询，获得得这个地地址的名名称权威威指针NAPTR记录录，并返回与与查询货货品相关关的URI.如http:/ 首字字母（如如 “！”）是是分隔符符，它把把常规表表达式分为两部部分： “常常规表达达式”字字段第一一部分是是查询或或者放置置的样式式标识符符，在这这个例

29、子子中是“.*$”，意思是是“通配配符”；“常规规表达式式”字段段第二部部分是交交换串，在这个个例子中中，正好好是信息息服务的的URI，例如如一个网网址或网网络服务务wsdl文件件的URI（7）Auto-ID中没有有使用“替换符”字段，因为它它是一个个特别的的DNS字段，它的值值设为一一个原点点（.），而不不是空白白。11.3EPC信信息网络络系统技技术EPC信信息服务务（EPCIS）EPCIS服务务是最终用用户与EPCglobal网网络进行行数据交交换的主主要桥梁，EPCIS服务器器上的数数据由供供应链上上下游的的企业共共享获得得的。通通过这种共享享，企业业可了解解商品在在整个供供应链环环节

30、中的的信息，而不仅仅局限于本企企业内部部。EPC相相关数据据包括EPC标标签和识识读器获获取的相相关信息息，以及及商业上一些必必须的附附加数据据。EPCIS服务器器中共存存储四类类数据，分别为为：（1）静态数据据，即在产产品生命命周期中中不会发发生改变变的数据据，具体又包括括物品类类别静态态数据和和属性类类别静态态数据；（2）业务数据据，即在一一件商品品流通过过程中产产生或改改变的数数据，包括：属性观察察值（四四维数组组：时间间、地点点、电子子产品编编码、业业务事件）；数量观观察值（五维数数组：时时间、地地点、产产品类别别、数量量、业务事件件）；业业务操作作观察值值（四维维数组：时间、电子产产品编码码、业务事件件、业务务操作标标识）。11.3EPC信信息网络络系统技技术EPCIS层的的数据目目的在于于驱动不不同企业业应用。EPCIS位于整整个EPC网网络架构构的最高高层，它它不仅是是原始EPC观观测资料料的上层层数据，而且也是过过滤和整整理后的的观测资资料的上上层数据据。如图图所示，EPCIS在在整个EPC网络中中的主