物联网的典型架构EC系统概述

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。11.1RFID系统应用类型开放式RFID应用系统开放式RFID系统是指在全球范围内不同局域网系统间实现数据交换和信息共享的射频应用系统，因此需要在全球范围内的不同局域网系统统一定义标识对象、编码格式、数据结构和代码幅值，RFID代码具有全球唯一性。

开放式RFID系统主要应用于具有供应数据接口的生产管理、制造过程控制、库存管理、物流管理、分销配送、售后服务、集装箱运输、视频追溯、动物识别、单品管理以及全球资产管理等在两个或两个以上的局域网系统中进行数据交换的应用系统的数据采集。开放式RFID系统应用应注意以下几个层面的协调：●开放式RFID系统应用协议；●统一编码规则；●统一RFID标签和读写器设备选型要求。11.1RFID系统应用类型非开放式RFID应用系统非开放式RFID应用系统仅仅在同一局域网内部统一定义标识对象、编码格式、数据结构和代码赋值，RFID代码具有该局域网唯一性，RFID数据可以在同一局域网内的子系统间实现数据交换和信息共享。非开放式RFID系统主要应用于局部的生产管理、仓储管理，以及非供应链管理领域的身份管理、医疗管理、图书管理、票证管、门禁管理、资产管理等只在一个局域网系统中进行数据交换的数据采集系统。非开放式RFID系统应用应注意以下几个层面的协调：●签发实施RFID系统的管理办法；●编制非开放式电子标签编码规则的企业标准；●统一RFID标签选型要求.11.1RFID系统应用类型基于EPC的开放式RFID应用系统EPC标签也称射频标签。EPC相当于物联网的内核，EPC代码以RFID标签作为载体，通过物联网进行电子数据交换。每个物品都有唯一的EPC代码，这样可通过物联网查到其档案的情况。基于EPC的物联网（RFID）应用系统工作过程如图所示。11.2EPC系统的组成EPC系统在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术，可构造一个覆盖世界上万事物的实物互联网，如图所示。11.2EPC系统的组成在由EPC标签、读写器、Savant服务器、Internet、ONS服务器、PML服务器以及众多数据库组成的实物互联网中，读写器读取的EPC只是一个信息参考，通过这个信息参考从Internet找到IP地址并获取该地址中存放的相关的物品信息，采用分布式Savant软件系统处理和管理由读写器读取的一连串EPC信息。EPC系统的工作流程如图所示。11.2EPC系统的组成EPC系统构成EPC系统由全球产品电子代码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分构成，如表所示。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系统的组成EPC系统结构以及EPC各组成部分之间的关系如图所示。

11.2EPC系统的组成EPC系统由全球产品电子代码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分构成。

射频识别系统是实现EPC代码自动采集的功能模块，主要由射频标签和射频读写器组成，射频标签是产品电子代码（EPC）的物理载体，附着于可跟踪的物品，可全球流通并对其进行识别和读写。射频读写器与信息系统相连，是读取标签中的EPC代码并将其输入网络信息系统的设备。

信息网络系统由本地网络和全球互联网组成，是实现信息管理和流通的功能模块。EPC系统的信息网络系统是在全球互联网的基础上，通过EPC中间件、对象名称解析服务ONS和EPC信息服务（EPCIS）来实现全球“实物互联”。11.2EPC系统的组成信息网络系统包含三个组件：1）EPC中间件是有一系列特定属性的“程序模块”或“服务”，被用户集成以满足其特定需求，EPC中间件也称Savant。EPC中间件用来加工处理来自读写器的所有信息和事件流的软件，主要任务是将数据送往应用程序之前进行标签数据校对、读写器协调等操作。2）对象名称解析（ONS）服务是一个自动网络服务系统，类似于域名解析服务，ONS给EPC中间件指明了存储产品相关信息的服务器。ONS服务是联系EPC中间件和EPC信息服务的网络枢纽，且ONS涉及的架构也是以因特网域名解析服务为基础，因此可以使整个EPC网络以因特网为依托，迅速建立架构并顺利延伸到世界各地。3）EPCIS信息服务提供了一个模块化、可扩展的数据服务接口，使得EPC的相关数据可以在企业内部或者企业之间共享，它处理与EPC相关的各种信息。EPCIS有两种运行模式，一种是EPC信息直接应用于已经激活的EPCIS应用程序；另一种是将EPCIS信息存储在资料档案库中，以备今后查询时进行检索。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）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，，EPCglobal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。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1．EPC的头头字段（（EPCHeader）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-64Type12211724Type22151334Type32261323EPC-96Type18282436EPC-256Type183256160Type286456128Type381286411.2EPC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。2．EPC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。。EPC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，，以及维维护对象域域名解解析系系统中中的记记录。。11.2EPC系统统的组组成在电子子产品品编码码分配配机构构向EPC管理理者授授权时时，首首先为为EPC管管理者分配配一个个唯一一代码码，即即EPC管管理者者代码码。一一个EPC用户户可以以同时时拥有多个个EPC管管理者者代码码，以以此管管理和和维护护多个个EPC编编码段段。在在产品品电子编码码的定定义中中，EPC管理理者代代码作作为独独立的的一部部分，，这样样就可可以通通过产品品电子子编码码直接接识别别出EPC管理理者的的信息息，以以保证证系统统的可可扩展展性。举举例来来说，，一个个ONS查查询可可以从从概念念上理理解为为在一一个大大表中中查询询某个电电子产产品编编码所所映射射到的的EPCIS服服务地地址。。但假假如有有了EPC管理理者代码码，就就可以以由EPC管理理者负负责维维护ONS服务务器中中所分分配编编码段段的小表，，这样样就可可以提提高ONS查询询的执执行效效率。。不同版版本的的EPC管管理者者编码码具有有长度度的可可变性性，这这就使使得更更短的的EPC管理理者编编号变变得更更为宝宝贵。。EPC-64II型有有最短短的EPC管理理者部部分，它它只有有15位，，因此此，只只有EPC管理理者编编号小小于215=32768的的才可可以由该该EPC版版本表表示。。11.2EPC系统统的组组成3．对对象分分类（（ObjectClass）对象分分类部部分用用于一一个产产品电电子码码的分分类编编号，，标识识厂家家的产产品种类类。对对于拥拥有特特殊对对象分分类编编号者者来说说，对对象分分类编编号的的分配配没有限限制。。但是是Auto-ID中中心建建议第第0号号对象象分类类编号号不要要作为为产品品电子码码的一一部分分来使使用。。4．序序列号号（SerialNumber）序列号号部分分用于于产品品电子子码的的序列列号编编码。。此编编码只只是简简单地地填补序序列号号值的的二进进制。。一个个对象象分类类编号号的拥拥有者者对其其序列列号的的分配没没有限限制，，但是是Auto-ID中中心建建议第第0号号序列列号不不要作作为产产品电电子码的的一部部分来来使用用。11.2EPC系统统的组组成EPC编码码的类类型至今，，已经经推出出EPC-96Ⅰ型型，EPC-64ⅠⅠ型、、Ⅱ型型、ⅢⅢ型，，EPC-256Ⅰ型型、ⅡⅡ型、、Ⅲ型型等编编码方方案。。1．EPC-64ⅠⅠ型64位位产品品电子子码包包含最最小的的标志志码。。较小小编码码首要要考虑虑的问问题是如何何节约约位数数，对对于位位数分分配，，数据据分区区比头头字段段部分分有较较高的的优先级级。头头字段段部分分增加加了一一位，，允许许3种种数据据分区区，以以覆盖盖更广广泛的工业业需求求。剩剩余的的第四四种数数据分分区留留待扩扩展。。EPC-64ⅠⅠ型编编码11.2EPC系统统的组组成2.EPC-64ⅡⅡ型Auto-ID中心心提议议EPC-64Ⅱ型型，适适合众众多产产品以以及价价格反反应敏敏感的消费费品生生产者者。3.EPC-64ⅢⅢ型除了扩扩展单单品编编码的的数量量，EPC-64ⅡⅡ型也也会增增加公公司的的数量量。11.2EPC系统统的组组成4．EPC-96ⅠⅠ型EPC-96ⅠⅠ型的的设计计目的的是成成为一一个公公开的的物品品标识识代码码，其其应用类似似目前前的统统一产产品代代码（（UPC）），或或UCC··EAN的的运输输集装装箱代代码。。域名管管理负责在在其范范围内内维护护对象象分类类代码码和序序列号号。该该区域域占据28个个数据据位，，允许许大约约2.68亿家家制造造商。。这超超出了了UPC-12的10万个和和EAN-13的100万个个的制制造商商容量量。对象分分类字段在在EPC-96代码码中占占24位，，这个个字段段能容容纳当当前所所有的UPC库存存单元元的编编码。。序列号号字段则则代表表单一一货品品识别别的编编码。。与产产品代代码相相结合合，该字段段提供供1.1××1028个唯唯一的的项目目编号号，超超出了了当前前所有有已标标识产产品的总总容量量。11.2EPC系统统的组组成5．EPC-256型256位EPC是为为满足足未来来EPC代代码的的应用用需求求而设设计的的，256位EPC版本必必须具具备扩扩展性性，以以便不不限制制其未未来的的实际际应用用。EPC的多多个版版本就提提供了了这种种可扩扩展性性。EPC-256I型型、II型型和III型的的位分分配情情况如图所所示。。11.3EPC信息息网络络系统统技术术EPC系统统网络络技术术是EPC系统统的重重要组组成部部分，，主要要为EPC系统统提供信息息支撑撑，以以实现现信息息管理理以及及信息息流通通。EPC系统统的信信息网网络系系统是在在全球球互联联网的的基础础上，，通过过Savant管理理软件件系统统、ONS对象象名称解析析服务务系统统以及及实体体标记记语言言（PML）实实现全全球实实物互互联功功能。。Savant中中间件件每件产产品都都附上上RFID标签签之后后，在在产品品的生生产、、运输输和销销售过过程中，，识读读器将将不断断收到到一连连串的的产品品电子子编码码。Savant是是连接接标签识读读器和和企业业应用用程序序的纽纽带.Savant系系统完完成的的任务务主要要是数数据校校对、、解读读器协协调、、数据据传送、数数据存存储和和任务务管理理等。。11.3EPC信息息网络络系统统技术术Savant与与其他他组件件通信信11.3EPC信息息网络络系统统技术术Savant中中间件件功能能1）数数据校校对处在网网络边边缘的的Savant中间间件系系统直直接与与解读读器进进行信信息交交流时，它它们会会进行行数据据校对对。但但并非非每个个标签签每次次都会会被读读到，，有时时一个标标签的的信息息可能能被误误读，，Savant系统统能够够利用用某些些算法法来校校正这些错误。。2）解读器器协调如果从两个个有重叠区区域的解读读器读取信信号，它们们可能会读读取同一个标签的的信息，产产生多余的的相同的产产品电子码码。Savant中中间件的任务之一就就是分析已已读取的信信息并且删删掉这些冗冗余的产品品编码。11.3EPC信息网络络系统技术术3）数据传传送在每一层次次上，Savant中间件系系统必须要要确定什么么信息需要要在供应链上向向上传递或或向下传递递。4）数据存存储Savant中间件件系统的另另一个任务务就是维护护实时存储储事件的数数据库。从本质质看，即系系统能够实实时取得产产生的产品品电子码并并且智能地地将数据存储储，以便其其他企业管管理的应用用程序有权权访问这些些信息，并并保证数据库库不会超负负荷运转。。5）任务管管理无论Savant中中间件系统统在层次结结构中所处处的等级是是什么，所所有的Savant中间件件系统都有有一套独具具特色的任任务管理系系统（TMS)，使使得中间件系统统可以实现现用户自定定义任务来来进行数据据管理和数数据监控。。11.3EPC信息网络络系统技术术对象名称解解析服务ONSEPC系统统是一个开开放式的、、全球性的的物品追踪踪网络，将将产品电子子码存储在标标签中，还还需要一些些提供将产产品电子码码对应到相相应商品信信息的角色，，这个角色色就由对象象名称解析析服务ONS担当，，ONS服服务是一种全球性的的查询服务务。ONS服务务器为用户户发起EPC检索请请求并提供供EPCIS服务器器的地址。。从概念上说说，ONS服务的输输入就是一一个电子产产品编码的的查询请求求，输出则是所要要查找的EPCIS服务器的的URL地地址，如下下图所示，，基于扩展展性和管理难难度的考虑虑，ONS服务被设设计为与域域名解析系系统DNS类似的分级架构，，由ONS根服务器器和本地ONS服务务器两部分分组成。11.3EPC信息网络络系统技术术当用户希望望在EPCgolbal网络络中的某个个位置定位位一个EPCIS服服务时，其请求求首先发送送到ONS根服务器器上；ONS根服务务器在根数数据表中对该电子产产品编码中中的EPC管理者代代码进行解解析和识别别，并提取取该EPC管理理者所在的的本地ONS服务器器地址，再再将请求转转发至该本本地ONS服务器；本地地ONS服服务器接收收到请求后后，进一步步在本地数数据表中解解析EPCIS服务器的的地址，再再将请求转转发至该EPCIS服务器；；最后EPCIS服服务器根据请请求的内容容提供搜索索结果，并并将结果返返回至发起起请求的位位置。对象名称解解析服务11.3EPC信息网络络系统技术术EPC网络络分布如图图所示。一一个局域网网内，标签签识读器分分布在多个个地方，用于于识读不同同环境的EPC标签签，识读器器再将读到到的EPC编码信息上传到本本地服务器器，由本地地服务器所所带的Savant软件对这这些数据进行集中处处理，然后后，由本地地服务器通通过查找本本地ONS服务或通通过路由器到达远远程ONS服务器查查找所需EPC编码码对应的PML服务务器地址，，本地服务器就就可以与找找到的PML服务器器建立通信信了。11.3EPC信息网络络系统技术术ONS查询询的详细步步骤（1）从一一件货品的的RFID标签中读取一个比比特值序列列。（2）将二二进制字符符串转化成成为EPCURI格式式。（3）解算算器将URI格式转转化成域名形式。11.3EPC信息网络络系统技术术（4）执行行ONS查查询，获得得这个地址址的名称权权威指针NAPTR记录，并返回与查查询货品相相关的URI.如/autoid/sensor3.wsdl.接下来将逐逐一介绍各各个字段的的含义。。ONS返回回的NAPTR记录录的逻辑格格式11.3EPC信息网络络系统技术术（1）“顺序”字段用来来确保各个个具有相同同“order”值值的顺序行行，其恰当的解释也也被同等考考虑，以起起到均衡负负载的效果果；（2）“前缀”字段用来来指示优先先顺序，类类似于MX记录，优优先处理低低码值，将较低低码值转换换成顺序与与服务值均均相同的较较高码值；；（3）“标记”字段包含含参数“u”，来指指示“常规规表达式””字段包含含URI；；（4）“服务”字段用来来指示每个个URI所所提供的服服务类型，，（5）“常规表达式式”字段包含含URI，，“RegEx”字字段用于样样式搭配串串；（6）“常常规表达式式”首字字母（如““！”））是分隔符符，它把常常规表达式式分为两部分分：①“常规规表达式””字段第一一部分是查查询或者放放置的样式式标识符，，在这个例例子中是““^.*$”，意思思是“通配配符”；②“常规表表达式”字字段第二部部分是交换换串，在这这个例子中中，正好是是信息服务务的URI，例如一一个网址或或网络服务务wsdl文件的URI（7）Auto-ID中没有有使用“替换换符符”字字段段，，因因为为它它是是一一个个特特别别的的DNS字字段段，，它它的的值值设设为为一一个个原原点点（（.）），，而而不不是是空空白白。。11.3EPC信信息息网网络络系系统统技技术术EPC信信息息服服务务（（EPCIS））EPCIS服服务务是最最终终用用户户与与EPCglobal网网络络进进行行数数据据交交换换的的主主要要桥桥梁，，EPCIS服服务务器器上上的的数数据据由由供供应应链链上上下下游游的的企企业业共共享享获获得得的的。。通通过过这种种共共享享，，企企业业可可了了解解商商品品在在整整个个供供应应链链环环节节中中的的信信息息，，而而不不仅仅局局限于于本本企企业业内内部部。。EPC相相关关数数据据包包括括EPC标标签签和和识识读读器器获获取取的的相相关关信信息息，，以以及及商商业业上一一些些必必须须的的附附加加数数据据。。EPCIS服服务务器器中中共共存存储储四四类类数数据据，，分分别别为为：：（1））静态态数数据据，即即在在产产品品生生命命周周期期中中不不会会发发生生改改变变的的数数据据，，具具体又又包包括括物物品品类类别别静静态态数数据据和和属属性性类类别别静静态态数数据据；；（2））业务务数数据据，即即在在一一件件商商品品流流通通过过程程中中产产生生或或改改变变的的数数据据，，包括括：：属性性观观察察值值（（四四维维数数组组：：时时间间、、地地点点、、电电子子产产品品编编码码、、业业务务事件件））；；数数量量观观察察值值（（五五维维数数组组：：时时间间、、地地点点、、产产品品类类别别、、数数量量、、业务务事事件件））；；业业务务操操作作观观察察值值（（四四维维数数组组：：时时间间、、电电子子产产品品编编码码、、业务务事事件件、、业业务务操操作作标标识识））。。11.3EPC信信息息网网络络系系统统技技术术EPCIS层层的的数数据据目目的的在在于于驱驱动动不不同同企企业业应应用用。。EPCIS位位于于整整个个EPC网网络络架架构构的的最最高高层层，，它它不不仅仅是是原原始始EPC观观测测资资料料的的上上层层数数据据，，而而且也也是是过过滤滤和和整整理理后后的的观观测测资资料料的的上上层层数数据据。。如如图图所所示示，，EPCIS在在整整个EPC网网络络中中的的主主要要作作用用就就是是提提供供一一个个接接口口以以存存储储和和管管理理EPC捕捕获获的的信息息。。11.3EPC信信息息网网络络系系统统技技术术EPCIS中中框框架架分分为为三三层层，，即即信信息息模模型型层层、、服服务务层层和和绑绑定定层层。。信息息模型型层层指定定了了EPCIS中中包包含含什什么么样样的的数数据据，，这这些些数数据据的的抽抽象象结结构构是是什什么，，以以及及这这些些数数据据代代表表着着什什么么含含义义。。服务务层层指定定了了EPC网网络络组组件件与与EPCIS数数据据进进行行交交互互的的实实际际接接口口。。绑定定层层定义义了了信信息息的的传传输输协协议议，，比比如SOAP或或HTTP等等。。11.3EPC信信息息网网络络系系统统技技术术EPCIS框框架架的的一一个个重重要要特特征征就就是是它它的的可扩扩展展性性。由由于于EPC技技术术被被越来来越越多多的的行行业业采采纳纳，，不不断断地地有有新新的的数数据据种种类类出出现现，，所所以以EPCIS必必须须具有有很很好好的的可可扩扩展展性性才才能能充充分分发发挥挥EPC技技术术的的优优势势。。同同时时，，为为了了避避免免数据据的的重重复复与与不不匹匹配配，，EPCIS规规范范还还