第十一章 物联网的典型架构-EPC系统

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。EPC标签帮助COVAP追踪火腿生产全程案例分析与讨论：食品安全与COVAP追踪火腿生产（1）什么EPC标签可以帮助COVAP追踪火腿生产全程？（2）EPC标签中应包括哪些信息？

1999年美国麻省理工学院(MIT)成立了自动识别技术中心(Auto-ID)，提出EPC概念，其后四个世界著名研究性大学:英国剑桥大学、澳大利亚的阿德雷德大学、日本Keio大学、上海复旦大学相继加入参与研发EPC，并得到了100多个国际大公司的支持，其研究成果已在一些公司中试用，如宝洁公司、Tesco公共股份有限公司等。关于编码方案，目前已有EPC-96Ⅰ型、EPC-64Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型等，并得到了国际EAN和UCC的支持。自2001年以来国际上不仅已经有许多大公司实施EPC方案，而且AUTO-ID中心的目标是到2003年第四季度向市场推出商用硬件和软件，让公司尽早部署配置AUTO-ID中心制定的开放式RFID系统。据预测到2005年EPC标签的成本将降到1美分，而从2005至2010年全球将大规模采用EPC。EPC的产生国际物品编码协会美国统一代码委员会EPC在全球的发展全世界广泛使用的全球统一标识系统（EAN.UCC系统）的主管机构国际物品编码协会（EAN/UCC）于2003年收购了AutoIDLabs的EPC技术，从而使EPC纳入全球统一标识系统。

2003年11月1日，国际物品编码协会（EAN/UCC）成立了EPCglobal，同时，AutoIDCenter于2003年11月1日更名为Auto-IDLab,为EPCglobal提供技术支持。2007年4月16日，EPCglobal发布了一项开创性标准-EPCIS（产品电子代码信息服务）标准。当企业开始应用EPCIS标准共享产品数据以改善整个供应链下可控环境的效率时，该技术的真实潜力才能实现。”EPCglobal组织机构

5/EPC在我国的发展参与EPC研究的有中国物品编码中心、AIMCHINA等非营利机构以及Auto-ID中国实验室等科研机构，目前已经取得了一些初步的成果，EPC处于宣传和推广的起步阶段。

作为EPC系统的关键之一的射频识别技术的研究，中国物品编码中心早在1996年就开始了。1999年，中国物品编码中心完成了原国家技术监督局的科研项目《新兴射频识别技术研究》，制定了射频识别技术规范。2002年中国物品编码中心开始积极跟踪国际EPC的发展动态，2003年完成了《EPC产品电子代码》课题的研究，出版了《条码与射频标签应用指南》一书。

中国物品编码中心(ANCC)是经国务院批准，负责统一组织、协调和管理我国条码及物品编码工作的专门机构。完成EPC注册管理流程的制定，并开始发展EPC成员；组织有关部门加强EPC硬软件技术研究；根据EPCglobal的标准研究和制定适合我国国情的EPC标准；加强EPC实验室研究；联系企业建立应用试点；开发了EPCglobalChina网站；出版了《EPC与物联网》及《EPC技术基础教程》等书籍；承办亚太地区EPC全球巡回培训首站的工作；EPC在我国的发展2003年12月23日，在北京举行第一届中国EPC联席会。此次会议，统一了EPC产品电子代码和物联网的概念，协调了各方的关系，将EPC技术纳入标准化、规范化的管理，为EPC在我国的快速、有序的发展奠定了坚实的基础。2004年4月22日，EPCglobalChina在北京成立，其主要职责是：负责统一管理、统一注册、统一赋码和统一组织实施我国的EPC系统推广应用工作及EPC标准化研究工作。

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。什么是EPC？

EPC（ElectronicProductCode）即电子产品编码，是一种编码系统。它建立在EAN.UCC（即全球统一标识系统）条型编码的基础之上，并对该条形编码系统做了一些扩充，用以实现对单品进行标志。

EPC标签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系统的组成该框架基于RFID技术、Internet技术以及EPC体系，包括各种硬件和服务性软件系统。EPC系统的构成目标，制定相关标准，目标是：在贸易伙伴之间促进数据和实物的交换，鼓励改革。11.2EPC系统的组成EPC系统的特点（1）开放的结构体系。EPC系统采用了全球最大的公用的Internet网络系统，这就避免了系统的复杂性，同时也大大降低了系统的成本，还有利于系统的升级。EPC系统网络是建立在Internet网络系统上，可以与Internet网络所有可能的组成部分协同工作。（2）独立的平台与高度的互动性。EPC系统识别的对象是一个十分广泛的实体对象，因此，不可能有哪一种技术适用于所有的识别对象。同时，不同地区、不同国家的射频识别技术标准也不相同，因此开放的结构体系必须具有独立的平台和交互操作性。（3）灵活的可持续发展的体系。EPC系统是一个灵活开放的可持续发展的体系，在不替换原有体系的情况下就可以系统平滑升级。11.3EPC编码体系全球产品电子代码EPC编码体系是新一代与GTIN兼容的编码标准，它是全球统一标识系统的拓展与延伸，是全球统一标识系统的重要组成部分，属于EPC系统的核心和关键。11.3EPC编码体系EPC编码原则1．唯一性EPC提供给实体对象全球唯一的标识，一个EPC代码只标识一个实体对象。为了确保实体对象的唯一标识的实现，EPCglobal采取了以下措施：（1）足够的编码容量。EPC编码冗余度如表11-3所示。比特数可以从世界人口总数（大约60亿）到大米总粒数（粗略估计1亿亿粒）变化，因此，EPC有足够大的地址空间来标识所有这些对象。（2）组织保证。为了保证EPC编码分配的唯一性并寻求解决编码冲突的方法，EPCglobal通过全球各国编码组织来负责分配各国的EPC代码，并建立相应的管理制度。

（3）使用周期。对一般的实体对象，使用周期和实体对象的生命周期一致。对特殊的产品，EPC代码的使用周期是永久的。2.可扩展性

EPC编码保留备用空间，具有可扩展性。EPC地址空间具有足够冗余度，确保EPC系统日后的升级和可持续发展。3.保密性与安全性

EPC的编码与安全和加密技术相结合，具有高度的保密性和安全性。保密性和安全性是配置高效网络的首要问题之一，安全传输、存储和实现是EPC能否被广泛采用的基础。11.3EPC编码体系EPC编码的结构电子产品编码是构成EPCglobal网络中所有标准和接口的基本元素。

标头标识了EPC的类型，它使得EPC随后的码段具有不同的长度；管理者代码是描述与此EPC相关的生产厂商的信息，例如“可口可乐公司”；对象分类代码记录产品精确类型的信息，例如：“美国生产的330ml罐装无糖可乐”；序列号是货品的唯一标识，例如，会精确的告诉我们所说的究竟是哪一罐330ml罐装无糖可乐。

标头管理者代码对象分类代码序列号N位N位N位N位11.3EPC编码体系版本类型标头字段EPC管理者对象分类序列号EPC-64Type12211724Type22151334Type32261323EPC-96Type18282436EPC-256Type183256160Type286456128Type381286411.3EPC编码体系EPC编码结构中各字段的长度（位）

GeneralIdentifier(GID-96位元)2.68亿个公司1千6百万个物件680亿个单一品项够用了11.4EPC信息网络系统EPC系统网络技术是EPC系统的重要组成部分，主要为EPC系统提供信息支撑，以实现信息管理以及信息流通。EPC系统的信息网络系统是在全球互联网的基础上，通过Savant管理软件系统、ONS对象名称解析服务系统以及实体标记语言（PML）实现全球实物互联功能。

Savant中间件

每件产品都附上RFID标签之后，在产品的生产、运输和销售过程中，识读器将不断收到一连串的产品电子编码。Savant是连接标签识读器和企业应用程序的纽带.Savant系统完成的任务主要是数据校对、解读器协调、数据传送、数据存储和任务管理等。11.4EPC信息网络系统Savant与其他组件通信11.4EPC信息网络系统Savant中间件功能1）数据校对处在网络边缘的Savant中间件系统直接与解读器进行信息交流时，它们会进行数据校对。但并非每个标签每次都会被读到，有时一个标签的信息可能被误读，Savant系统能够利用某些算法来校正这些错误。2）解读器协调如果从两个有重叠区域的解读器读取信号，它们可能会读取同一个标签的信息，产生多余的相同的产品电子码。Savant中间件的任务之一就是分析已读取的信息并且删掉这些冗余的产品编码。11.4EPC信息网络系统3）数据传送在每一层次上，Savant中间件系统必须要确定什么信息需要在供应链上向上传递或向下传递。4）数据存储Savant中间件系统的另一个任务就是维护实时存储事件的数据库。从本质看，即系统能够实时取得产生的产品电子码并且智能地将数据存储，以便其他企业管理的应用程序有权访问这些信息，并保证数据库不会超负荷运转。5）任务管理

无论Savant中间件系统在层次结构中所处的等级是什么，所有的Savant中间件系统都有一套独具特色的任务管理系统（TMS)，使得中间件系统可以实现用户自定义任务来进行数据管理和数据监控。11.4EPC信息网络系统对象名称解析服务ONS

ONS（ObjectNameService,对象名称解析服务），系统主要处理电子产品编码与对应的EPCIS信息服务器地址的映射管理和查询，而EPC编码技术采用了遵循EAN.UCC的SGTIN格式，和域名分配方工很相似，因此完全可以借鉴互联网络中已经很成熟的DNS技术思想，并利用DNS构架实现ONS服务。ONS与DNS比较

（1）ONS与DNS的联系ONS服务是建立在DNS基础之上的专门针对EPC编码与货品信息的解析服务，在整个ONS服务工作过程中，ONS服务工作过程中，DNS解析是作为ONS不可分割的一部分存在的，在将EPC编码转换成URI格式，再由客户端将其转换成标准域名时，下面的工作就由DNS承担了，DNS经过递归式或交谈式解析，将结果以NAPTR记录格式返回给客户端，ONS即过完成了一次解析服务。ONS与DNS比较

（2）ONS与DNS的区别ONS与DNS主要的区别在于输入与输出内容的区别。ONS在DNS基础上进行EPC解析，因此其输入端是EPC编码，而DNS用于解析，其输入端是域名；ONS返回的结果是NAPTR格式，而DNS则更多时候返回查询的IP地址。DNS与ONS解析比较如图8-20所示。

ONS工作原理

ONS是种全球查询服务，可以将EPC编码转换成一个或多个Internet地址，从而可以进一步找到次编码对应的货品详细信息，通过统一资源定位符（URL）可以访问EPCIS服务和与该货品相关的其他Web站点/Internet资源。ONS是负责将标签ID解析成其对应的网络资源地址服务。例如，客户端有一个请求，需要获得标签ID号为“123.....”的一瓶药的详细情况，ONS服务器接到请求后将ID号转换成资源地址，那么资源服务器将检查这瓶药的详细信息，如生产日期、配方、原材料、用途、供应商等，并返回给客户端。11.4EPC信息网络系统当用户希望在EPCgolbal网络中的某个位置定位一个EPCIS服务时，其请求首先发送到ONS根服务器上；ONS根服务器在根数据表中对该电子产品编码中的EPC管理者代码进行解析和识别，并提取该EPC管理者所在的本地ONS服务器地址，再将请求转发至该本地ONS服务器；本地ONS服务器接收到请求后，进一步在本地数据表中解析EPCIS服务器的地址，再将请求转发至该EPCIS服务器；最后EPCIS服务器根据请求的内容提供搜索结果，并将结果返回至发起请求的位置。对象名称解析服务11.4EPC信息网络系统EPC网络分布如图所示。一个局域网内，标签识读器分布在多个地方，用于识读不同环境的EPC标签，识读器再将读到的EPC编码信息上传到本地服务器，由本地服务器所带的Savant软件对这些数据进行集中处理，然后，由本地服务器通过查找本地ONS服务或通过路由器到达远程ONS服务器查找所需EPC编码对应的PML服务器地址，本地服务器就可以与找到的PML服务器建立通信了。ONS工作流程

ONS工作流程（1）从标签上识读一个比特字符串EPC编码，如：0100000000011000001001001001001000011001001000101010110110010101这是一个64位的EPC编码；（2）读写器将此比特字符串EPC编码发送到本地服务器；（3）本地服务器将二进制的EPC编码转化为整数并在头部添加“urn:epc:”,转化为URI格式：“urn:epc:1.1554.37401.2272661”转换完成后，发送该URI到本地ONS解析器；（4）本地ONS解析器利用格式化转换字符串将EPC比特位编码转换成EPC域前缀名，再将EPC域前缀名结合成一个完整的EPC域名。ONS解析器再进行一次ONS查询（ONSQuery）,将EPC域名发送到指定的ONS服务器基础架构，以获取所需的信息。（5）ONS基础架构给本地ONS解析器，返回EPC域名对应的一个或多个PML服务器IP地址；（6）本地ONS解析器再将IP地址返回给本地服务器；（7）本地服务器再根据IP地址联系正确的PML服务器，获取所需的EPC信息。11.4EPC信息网络系统EPC信息服务（EPCIS）EPCIS服务是最终用户与EPCglobal网络进行数据交换的主要桥梁，EPCIS服务器上的数据由供应链上下游的企业共享获得的。通过这种共享，企业可了解商品在整个供应链环节中的信息，而不仅局限于本企业内部。

EPC相关数据包括EPC标签和识读器获取的相关信息，以及商业上一些必须的附加数据。EPCIS服务器中共存储四类数据，分别为：（1）静态数据，即在产品生命周期中不会发生改变的数据，具体又包括物品类别静态数据和属性类别静态数据；（2）业务数据，即在一件商品流通过程中产生或改变的数据，包括：属性观察值（四维数组：时间、地点、电子产品编码、业务事件）；数量观察值（五维数组：时间、地点、产品类别、数量、业务事件）；业务操作观察值（四维数组：时间、电子产品编码、业务事件、业务操作标识）。11.4EPC信息网络系统EPCIS层的数据目的在于驱动不同企业应用

。EPCIS位于整个EPC网络架构的最高层，它不仅是原始EPC观测资料的上层数据，而且也是过滤和整理后的观测资料的上层数据。如图所示，EPCIS在整个EPC网络中的主要作用就是提供一个接口以存储和管理EPC捕获的信息。11.4EPC信息网络系统EPCIS中框架分为三层，即信息模型层、服务层和绑定层。信息模型层指定了EPCIS中包含什么样的数据，这些数据的抽象结构是什么，以及这些数据代表着什么含义。服