EPCglobal RFID技術(shù)標準概述

引言

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)，是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)（以下簡稱RFID）。RFID標簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點，可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理。RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。

EPCglobal是由美國統(tǒng)一代碼協(xié)會（UCC）和國際物品編碼協(xié)會（EAN）于2003年9月共同成立的非營利性組織，其前身是1999年10月1日在美國麻省理工學院成立的非營利性組織Auto-ID中心。EPCglobal的目標是解決供應(yīng)鏈的透明性，透明性是指供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)中所有合作方都能夠了解單件物品的相關(guān)信息，如位置、生產(chǎn)日期等信息。目前EPCglobal已在中國、加拿大、日本等國建立了分支機構(gòu)，專門負責EPC碼段在這些國家的分配與管理、EPC相關(guān)技術(shù)標準的制定、EPC相關(guān)技術(shù)在本國的宣傳普及以及推廣應(yīng)用等工作。

EPCglobal 是以美國和歐洲為首、全球很多企業(yè)和機構(gòu)參與的RFID標準化組織。它屬于聯(lián)盟性的標準化組織，在RFID標準制定的速度、深度和廣度方面都非常出色，受到全球廣泛地關(guān)注。有關(guān)RFID標準制定過程和相關(guān)標準可以訪問網(wǎng)站http://www.epcglobalinc.org。

為了實現(xiàn)上述目標，EPCglobal制定了標準開發(fā)過程規(guī)范[1]，它規(guī)范了EPCglobal各部門的職責以及標準開發(fā)的業(yè)務(wù)流程。對遞交的標準草案進行多方審核，技術(shù)方面的審核內(nèi)容包括防碰撞算法性能、應(yīng)用場景、標簽芯片占用面積、讀寫器復雜度、密集讀寫器組網(wǎng)、數(shù)據(jù)安全六個方面，確保制定的標準具有很強的競爭力。下面分別介紹EPCglobal 體系框架和相應(yīng)的RFID技術(shù)標準。

一、EPCglobal RFID標準體系框架

在EPCglobal標準組織中，體系架構(gòu)委員會ARC的職能是制定RFID標準體系框架，協(xié)調(diào)各個RFID標準之間關(guān)系使它們符合RFID標準體系框架要求。體系架構(gòu)委員會對于復雜的信息技術(shù)標準制定來說非常重要。ARC首先給出EPCglobal RFID體系框架[2]，它是RFID典型應(yīng)用系統(tǒng)的一種抽象模型，它包含三種主要活動，如圖1所示，具體內(nèi)容說明如下：

圖1 EPCglobal體系框架

1、EPC物理對象交換：用戶與帶有EPC編碼的物理對象進行交互。對于EPCglobal用戶來說，物理對象是商品，用戶是該物品供應(yīng)鏈中的成員。EPCglobal RFID體系框架定義了EPC物理對象交換標準，從而能夠保證當用戶將一種物理對象提交給另一個用戶時，后者將能夠確定該物理對象EPC編碼并能方便地獲得相應(yīng)的物品信息。

2、EPC基礎(chǔ)設(shè)施：為實現(xiàn)EPC數(shù)據(jù)的共享，每個用戶在應(yīng)用時為新生成的對象進行EPC編碼，通過監(jiān)視物理對象攜帶的EPC編碼對其進行跟蹤，并將搜集到的信息記錄到基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)的EPC網(wǎng)絡(luò)中。EPCglobal RFID體系框架定義了用來收集和記錄EPC數(shù)據(jù)的主要設(shè)施部件接口標準，因而允許用戶使用互操作部件來構(gòu)建其內(nèi)部系統(tǒng)。

3、EPC數(shù)據(jù)交換：用戶通過相互交換數(shù)據(jù)，來提高物品在物流供應(yīng)鏈中的可見性。EPCglobal RFID體系框架定義了EPC數(shù)據(jù)交換標準，為用戶提供了一種端到端共享EPC數(shù)據(jù)的方法，并提供了用戶訪問EPCglobal核心業(yè)務(wù)和其它相關(guān)共享業(yè)務(wù)的方法。

更進一步，ARC從RFID應(yīng)用系統(tǒng)中凝練出多個用戶之間RFID體系框架模型圖（如圖2）和單個用戶內(nèi)部RFID體系框架模型圖（如圖3），它是典型RFID應(yīng)用系統(tǒng)組成單元的一種抽象模型，目的是表達實體單元之間的關(guān)系。在模型圖中實線框代表實體單元，它可以是標簽、讀寫器等硬件設(shè)備，也可以是應(yīng)用軟件、管理軟件、中間件等；虛線框代表接口單元，它是實體單元之間信息交互的接口。體系結(jié)構(gòu)框架模型清晰表達了實體單元以及實體單元之間的交互關(guān)系，實體單元之間通過接口實現(xiàn)信息交互。“接口”就是制定通用標準的對象，因為接口統(tǒng)一以后，只要實體單元符合接口標準就可以實現(xiàn)互聯(lián)互通。這樣允許不同廠家根據(jù)自己的技術(shù)和RFID應(yīng)用特點來實現(xiàn)“實體”，也就是說提供相當?shù)撵`活性，適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展和不同應(yīng)用的特殊性。“實體”就是制定應(yīng)用標準和通用產(chǎn)品標準的對象。“實體”與“接口”的關(guān)系，類似于組件中組件實現(xiàn)與組件接口之間的關(guān)系，接口相對穩(wěn)定，而組件的實現(xiàn)可以根據(jù)技術(shù)特點與應(yīng)用要求由企業(yè)自己來決定。


圖2 多個用戶之間EPCglobal體系框架

圖2表達了多個用戶交換EPC信息的EPCglobal體系框架模型。它為所有用戶的EPC信息交互提供了共同的平臺，不同用戶RFID系統(tǒng)之間通過它實現(xiàn)信息的交互。因此需要考慮認證接口、EPCIS接口、ONS接口、編碼分配管理和標簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。


圖3 單個用戶內(nèi)部EPCglobal體系框架

圖3表達了單個用戶系統(tǒng)內(nèi)部EPCglobal體系框架模型，一個用戶系統(tǒng)可能包括很多RFID讀寫器和應(yīng)用終端，還可能包括一個分布式的網(wǎng)絡(luò)。它不僅需要考慮主機與讀寫器、讀寫器與標簽之間的交互，讀寫器性能控制與管理、讀寫器設(shè)備管理，還需要考慮與核心系統(tǒng)、與其它用戶之間的交互，確保不同廠家設(shè)備之間兼容性。

以下分別介紹EPCglobal體系框架中實體單元的主要功能：
1、RFID 標簽：保存EPC編碼，還可能包含其它數(shù)據(jù)。標簽可以是有源標簽與無源標簽，它能夠支持讀寫器的識別、讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)等操作。
2、RFID讀寫器：能從一個或多個電子標簽中讀取數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送給主機等。
3、讀寫器管理：監(jiān)控一臺或多臺讀寫器的運行狀態(tài),管理一臺或多臺讀寫器的配置等。
4、中間件：從一臺或多臺讀寫器接收標簽數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)等。
5、EPCIS信息服務(wù)：為訪問和持久保存EPC相關(guān)數(shù)據(jù)提供了一個標準的接口，已授權(quán)的貿(mào)易伙伴可以通過它來讀寫EPC相關(guān)數(shù)據(jù)，具有高度復雜的數(shù)據(jù)存儲與處理過程，支持多種查詢方式。
6、ONS 根：為ONS查詢提供查詢初始點；授權(quán)本地ONS執(zhí)行ONS查找等功能。
7、編碼分配管理：通過維護EPC管理者編號的全球唯一性來確保EPC編碼的唯一性等。
8、標簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：提供了一個可以在EPC編碼之間轉(zhuǎn)換的文件，它可以使終端用戶的基礎(chǔ)設(shè)施部件自動地知道新的EPC格式。
9、用戶認證：驗證EPCglogal用戶的身份等。

二、EPCglobal RFID標準

EPCglobal制定的RFID標準，實際上就位于圖2、3兩個體系框架圖中的接口單元，它們包括從數(shù)據(jù)的采集、信息的發(fā)布、信息資源的組織管理、信息服務(wù)的發(fā)現(xiàn)等方面。除此之外部分實體單元實際上也可能組成分布式網(wǎng)絡(luò)，如讀寫器、中間件等，為了實現(xiàn)讀寫器、中間件的遠程配置、狀態(tài)監(jiān)視、性能協(xié)調(diào)等就會產(chǎn)生管理接口。EPCglobal主要標準如下：

1、EPC標簽數(shù)據(jù)規(guī)范[3]：規(guī)定了EPC編碼結(jié)構(gòu)，包括所有編碼方式的轉(zhuǎn)換機制等。
2、空中接口協(xié)議[4]：它規(guī)范了電子標簽與讀寫器之間命令和數(shù)據(jù)交互，它與ISO/IEC 18000－3、18000－6標準對應(yīng)，其中UHF C1G2已經(jīng)成為ISO/IEC 18000－6C標準。
3、RP讀寫器數(shù)據(jù)協(xié)議[5]：提供讀寫器與主機(主機是指中間件或者應(yīng)用程序）之間的數(shù)據(jù)與命令交互接口，與ISO/IEC 15961、15962類似。它的目標是主機能夠獨立于讀寫器、讀寫器與標簽之間的接口協(xié)議，也即適用于不同智能程度的RFID讀寫器、條碼讀寫器，適用于多種RFID空中接口協(xié)議，適用于條形碼接口協(xié)議。該協(xié)議定義了一個通用功能集合，但是并不要求所有的讀寫器實現(xiàn)這些功能。它分為三層功能：讀寫器層規(guī)定了讀寫器與主計算機交換的消息格式和內(nèi)容，它是讀寫器協(xié)議的核心，定義了讀寫器所執(zhí)行的功能；消息層規(guī)定了消息如何組幀、轉(zhuǎn)換以及在專用的傳輸層傳送，規(guī)定安全服務(wù)（比如身份鑒別、授權(quán)、消息加密以及完整性檢驗），規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建立、初始化建立同步的消息、初始化安全服務(wù)等。傳輸層對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸層。讀寫器數(shù)據(jù)協(xié)議位于數(shù)據(jù)平面。
4、LLRP低層讀寫器協(xié)議[6]：它為用戶控制和協(xié)調(diào)讀寫器的空中接口協(xié)議參數(shù)提供通用接口規(guī)范，它與空中接口協(xié)議密切相關(guān)?？梢耘渲煤捅O(jiān)視ISO/IEC 18000－6TypeC中防碰撞算法的時隙幀數(shù)、Q參數(shù)、發(fā)射功率、接收靈敏度、調(diào)制速率等，可以控制和監(jiān)視選擇命令、識讀過程、會話過程等。在密集讀寫器環(huán)境下，通過調(diào)整發(fā)射功率、發(fā)射頻率和調(diào)制速率等參數(shù)，可以大大消除讀寫器之間的干擾等。它是讀寫器協(xié)議的補充，負責讀寫器性能的管理和控制，使得讀寫器協(xié)議專注于數(shù)據(jù)交換。低層讀寫器協(xié)議位于控制平面。
5、RM讀寫器管理協(xié)議[7]：位于讀寫器與讀寫器管理之間的交互接口。它規(guī)范了訪問讀寫器配置的方式，比如天線數(shù)等；它規(guī)范了監(jiān)控讀寫器運行狀態(tài)的方式，比如讀到的標簽數(shù)、天線的連接狀態(tài)等。另外還規(guī)范了RFID設(shè)備的簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP和管理系統(tǒng)庫MIB。讀寫器管理協(xié)議位于管理平面。
6、ALE應(yīng)用層事件標準[8]：提供一個或多個應(yīng)用程序向一臺或多臺讀寫器發(fā)出，對EPC數(shù)據(jù)請求的方式等。通過該接口，用戶可以獲取過濾后、整理過的EPC數(shù)據(jù)。ALE基于面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）。它可以對服務(wù)接口進行抽象處理，就像SQL對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部機制進行抽象處理那樣。應(yīng)用可以通過ALE查詢引擎，不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或者設(shè)備的具體情況。
7、EPCIS捕獲接口協(xié)議[9]：提供一種傳輸EPCIS事件的方式，包括EPCIS倉庫，網(wǎng)絡(luò)EPCIS訪問程序，以及伙伴EPCIS訪問程序。
8、EPCIS詢問接口協(xié)議：提供EPCIS訪問程序從EPCIS倉庫或EPCIS 捕獲應(yīng)用中得到EPCIS數(shù)據(jù)的方法等。
9、EPCIS發(fā)現(xiàn)接口協(xié)議：提供鎖定所有可能含有某個EPC相關(guān)信息的EPCIS服務(wù)的方法。
10、TDT標簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換框架：提供了一個可以在EPC編碼之間轉(zhuǎn)換的文件，它可以使終端用戶的基礎(chǔ)設(shè)施部件自動地知道新的EPC格式。
11、用戶驗證接口協(xié)議：驗證一個EPCglogal用戶的身份等，該標準目前正在制定中。
12、物理標記語言PML：它是用來描述物品靜態(tài)和動態(tài)信息，包括物品位置信息、環(huán)境信息、組成信息等。PML是基于為人們廣為接受的可擴展標識語言（XML）發(fā)展而來的。PML的目標是為物理實體的遠程監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)控提供一種簡單、通用的描述語言?？蓮V泛應(yīng)用在存貨跟蹤、自動處理事務(wù)、供應(yīng)鏈管理、機器控制和物對物通信等方面。

三、EPCglobal 與ISO/IEC RFID標準之間的關(guān)系
目前EPCglobal RFID標準還在不斷完善過程中。EPCglobal以聯(lián)盟形式參與ISO/IEC RFID標準的制定工作，比任何一個單獨國家或者企業(yè)具有更大的影響力。ISO/IEC比較完善的RFID技術(shù)標準是前端數(shù)據(jù)采集類，標簽數(shù)據(jù)采集后如何共享和讀寫器設(shè)備管理等標準制定工作剛剛開始，而EPCglobal已經(jīng)制定了EPCIS、ALE、LLRP等多個標準。EPCglobal將UHF空中接口協(xié)議、LLRP低層讀寫器控制協(xié)議、RP讀寫器數(shù)據(jù)協(xié)議、RM讀寫器管理協(xié)議、ALE應(yīng)用層事件標準遞交給ISO/IEC，其中2006年批準的ISO/IEC 18000-6 TypeC就是以EPC UHF空中接口協(xié)議為基礎(chǔ)，正在制定的ISO/IEC 24791軟件體系框架中設(shè)備接口也是以LLRP為基礎(chǔ)。

EPCglobal借助ISO的強大推廣能力，使自己制定的標準成為廣泛采用的國際標準。EPC系列標準中包含了大量專利，EPCglobal是非贏利性的組織，專利許可則由相關(guān)的企業(yè)自己負責，因此采納EPCglobal標準必須十分關(guān)注其中的專利問題。

參考標準
1. http://www.epcglobalinc.org/standards/sdp/EPCglobal_SDP_10002.3_Feb_27_2007.pdf
2.http://www.epcglobalinc.org/standards/architecture/Architecture_1_0-StandardApproved-20050701.pdf
3. http://www.epcglobalinc.org/standards/tds/TDS_1_3-StandardRatified-20060308.pdf
4.http://www.epcglobalinc.org/standards/uhfc1g2/UHFC1G2_1_0_9-StandardRatified-20050126.pdf
5.http://www.epcglobalinc.org/standards/rp/RP_1_1-StandardRatified-20060621.pdf
6.http://www.epcglobalinc.org/standards/llrp/LLRP_1_0-StandardRatified-20070412.pdf
7. http://www.epcglobalinc.org/standards/rm/RM_1_0_1-StandardRatified-20070531.pdf
8. http://www.epcglobalinc.org/standards/ale/ALE_1_0-StandardRatified-20050915.pdf
9. http://www.epcglobalinc.org/standards/epcis/EPCIS_1_0-StandardRatified-20070412.pdf