常熟市天益金屬制品制造有限公司
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| 青島防空洞紅酒倉儲中RFID關(guān)鍵技術(shù)解析 |
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青島防空洞紅酒倉儲中RFID關(guān)鍵技術(shù)解析彭霞（青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程技術(shù)學(xué)院，山東青島266100）擇了合適的電子射頻標(biāo)簽來避免和人防警報頻率段相沖突，堤出了適合防空洞紅酒倉儲中的FSA防沖突算法，解決了RFID標(biāo)簽進(jìn)行紅酒信息采集識別和信息處理時產(chǎn)生的信息安全和個人財產(chǎn)隱私保護(hù)問題。
基金項目2013-2014年山東省商業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)會研究課題“物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)在青島防空洞‘紅酒銀行’中的應(yīng)用”
彭霞（1975-），女，江蘇泰州人，青島酒店管理學(xué)院信息工程學(xué)院講師，工學(xué)碩士，主要研究方向：計算機(jī)應(yīng)用和信息技術(shù)處理等。
1新興事物-防空洞華麗升級為“紅酒銀行”
防空洞是過去戰(zhàn)爭年代市民的避難所，在和平年代開發(fā)出了防空洞新用途：紅酒天然酒窖。位于香港深水灣壽臣山深水灣徑18號的防空洞酒窖會所-CrownWineCe丨丨ars，是二戰(zhàn)時期遺留下來，距地面7m深、2m厚石墻的防空洞改裝而成，洞內(nèi)540m2可用來存放12萬支紅酒。普通存儲環(huán)境不能保證紅酒的品質(zhì)，紅酒必須在專業(yè)酒窖中收藏。經(jīng)改造后的防空洞恒溫12C、恒濕、通風(fēng)、防震、沒有異味，不被打擾的陰暗幽靜的原生態(tài)環(huán)境可使得紅酒能產(chǎn)生最令人舒適的味道和香氣。
防空洞的創(chuàng)新用途開發(fā)還不僅限于存放紅酒。在青島，防空洞被進(jìn)步華麗升級為“紅酒銀行”：紅酒收藏者在這里購買總價3萬元以上的紅酒，就可在防空洞“紅酒銀行”中擁有1個酒架。活期存款一樣的紅酒被存放在酒架上，“儲戶”可以隨時支取。但“紅酒銀行”只給收藏者1年的免費存放期，之后每年都要交費才有資格繼續(xù)存放。
2RFID技術(shù)和防空洞紅酒倉儲結(jié)合RFID射頻識別相比于傳統(tǒng)的只能識別一類物品，不能識別單品的二維條形碼技術(shù)擁有諸多優(yōu)點：首先賦予了每件物品獨有的“身份證”信息，還可以大大提高物品識別速度和識別距離，降低誤讀率，減少了人力資源成本，降低了重復(fù)性勞動，提高了作業(yè)精確性。RFID識別系統(tǒng)通過通用數(shù)據(jù)接口，直接提供給計算機(jī)后臺數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序更快速更準(zhǔn)確的信息，更新、備份每件商品的即時動態(tài)信息向用戶提供即時查詢。
防空洞“紅酒銀行”面向的是高端紅酒，由于高端紅酒市場中造假嚴(yán)重，且紅酒的倉儲業(yè)務(wù)中為防止和降低人工操作過程中“竄貨”甚至貨物流失的機(jī)率，迫切需要用RFID這種能有效唯一標(biāo)識所附著物體的防偽方式來確保每瓶紅酒的“身份證”信息，從而維護(hù)消費者利益。引進(jìn)RFID射頻識別技術(shù)后，不僅可以大大提高紅酒倉儲中每瓶紅酒的識別效率和準(zhǔn)確性，還可以做到及時有效的實現(xiàn)紅酒的溯源，保障商品的安全和防偽。紅酒價值高昂，需要這種內(nèi)嵌RFID技術(shù)和計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配合來實現(xiàn)全天候的實時精確監(jiān)控和報警。
3國外RFD標(biāo)簽在紅酒領(lǐng)域中的應(yīng)用法國的印rovenance公司在紅酒生產(chǎn)的整個過程中都應(yīng)用了RFID標(biāo)簽跟蹤技術(shù)來監(jiān)管瓶裝紅酒的制作工藝。公司在紅酒運輸過程中也設(shè)置了內(nèi)嵌溫度傳感器于RFID標(biāo)簽的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來監(jiān)測運輸和倉儲環(huán)境中的溫度和濕度變化。購買了該公司紅酒的消費者可以進(jìn)入公司網(wǎng)站，輸入紅酒瓶外的RFID標(biāo)簽上的ID號，找到紅酒制作原料的產(chǎn)地信息、制作工藝信息和運輸存儲過程的信息及經(jīng)銷商的詳細(xì)信息1.每個酒桶所用木材的來源、木紋和其年輪及其中所存儲的葡萄酒的類型，對成品白蘭地的風(fēng)味和質(zhì)量來說是至關(guān)重要的信息。白蘭地的釀制過程長達(dá)10年或20年，期間需經(jīng)過8至10次不同酒桶中的分別釀制，以利于白蘭地在瓶裝前提高酒的風(fēng)味。南非的KWV公司經(jīng)過約一年的RFID系統(tǒng)安裝和測試，幫助南非白蘭地制造商跟蹤酒桶的位置信息。KWV公司在新桶入庫時，員工首先為每只新桶貼上枚記錄有木桶基本信息的射頻標(biāo)簽，接著員工用手持讀寫設(shè)備來識別每個標(biāo)簽上的信息，并通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)將識別出的信息發(fā)送到公司的數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)軟件為每個酒桶在數(shù)據(jù)庫中建立一條記錄，ID碼能為KWV員工提供信息幫助查詢木桶使用中發(fā)生的各種情況，并能快速定位每個木桶。
4國內(nèi)酒類企業(yè)中RFID的應(yīng)用五糧液在保護(hù)中國酒類品牌，防偽打假方面直在不懈努力，并取得了卓越的成就：第一家成功地將RFID防偽物流溯源系統(tǒng)應(yīng)用于酒類產(chǎn)品中的中國酒業(yè)集團(tuán)，該溯源系統(tǒng)能更好地保護(hù)中國酒業(yè)品牌、保護(hù)消費者利益。四川省宜賓普什集團(tuán)有限公司是五糧液集團(tuán)下屬子公司，該公司研發(fā)并實施的“五糧液名酒RFID防偽追溯”項目被列入國家863計劃，五糧液集團(tuán)也因RFID防偽溯源技術(shù)的成功應(yīng)用被國家授予食品安全溯源示范企業(yè)2. 2009年4月，張裕酒莊由東方電子公司設(shè)計實施的RFID技術(shù)生產(chǎn)線投入使用，這是國內(nèi)葡萄酒行業(yè)應(yīng)用RFID溯源系統(tǒng)的第一家。原本普通的一瓶葡萄酒采用了RFID追溯系統(tǒng)后可查詢其原料出產(chǎn)地、葡萄采摘時間及灌裝這瓶葡萄酒的生產(chǎn)線和儲存該葡萄酒的倉庫和經(jīng)銷商等全部供應(yīng)鏈信息。
2011年1月在山東青島華東百利酒莊中舉行了華東葡萄酒溯源暨物流物聯(lián)網(wǎng)示范基地啟動儀式，示范基地采用RFID技術(shù)為每瓶高品質(zhì)華東葡萄酒賦予“全球唯碼”的電子標(biāo)簽，實現(xiàn)全程的質(zhì)量安全監(jiān)控3. 5防空洞“紅酒銀行”中的RFID系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)防空洞“紅酒銀行”中的RFID系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如所示。RFID信息的數(shù)據(jù)采集工作集中在對盛放紅酒的托盤、紅酒本身和擺放紅酒的貨架進(jìn)行標(biāo)簽的數(shù)據(jù)讀取工作。具體操作中，紅酒的RFID標(biāo)簽會被手持讀寫器和門禁貨物標(biāo)簽讀寫器讀取，而托盤RPID標(biāo)簽會被門禁托盤標(biāo)簽讀寫器和車載托盤讀寫器進(jìn)行讀取，貨架RFID標(biāo)簽會被車載貨架標(biāo)簽讀寫器所讀取，這些讀寫器設(shè)備可以通過具有即插即用、便于實施的BiztakRFID基礎(chǔ)構(gòu)架構(gòu)建出RFID應(yīng)用軟件必備的模塊和組件，在BiztakRFID的設(shè)計工具中包含了支持用友ERP軟件的相應(yīng)開發(fā)包，可以方便地將用友ERP管理軟件和Biztak RFID的中間件進(jìn)行對接。系統(tǒng)可以通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)對紅酒信息數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問和遠(yuǎn)程控制。
基于RFD系統(tǒng)的紅酒防空洞存儲基本結(jié)構(gòu)防空洞“紅酒銀行”特殊環(huán)境中的RFID系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題6.1防空洞“紅酒銀行”環(huán)境中所選用RFD標(biāo)簽類型人民防空警報系統(tǒng)是戰(zhàn)時向市民發(fā)出防空襲警報信號，預(yù)警敵方空襲信息的一級重要通信系統(tǒng)，是人防部門所特有的通信設(shè)施，具有特殊的地位，在人防警報通信系統(tǒng)中最基本的保障要求就是系統(tǒng)的信息抗千擾性。
青島人防警報的工作頻率要求是在453MHz到463MHZ頻率段上，所以選擇RFID標(biāo)簽時要注意射頻標(biāo)簽的頻率段范圍。第二代被動式RFID標(biāo)簽采用超高頻通信方式，其通信頻率段為860MHz至960MHz，可以避免在防空洞中采集紅酒標(biāo)簽信息時與人防警報的頻率相沖突。
盛放紅酒托盤上的標(biāo)簽及紅酒本身和擺放紅酒貨架上的標(biāo)簽分別采用不同的頻段標(biāo)簽，所以不會存在誤讀和混頻的現(xiàn)象，也有利于數(shù)據(jù)庫中對不同頻段的標(biāo)簽進(jìn)行管理。
6.2防空洞紅酒倉儲中RFD標(biāo)簽識別中的信息沖突解決方案隨著在防空洞內(nèi)射頻標(biāo)簽閱讀器通信距離的增加，其識別區(qū)域的面積也逐漸增大，這常常引起多個標(biāo)簽同處于閱讀器的識別范圍之內(nèi)。但由于閱讀器和所有射頻標(biāo)簽共有一個無線通道，當(dāng)兩個以上的標(biāo)簽在同時候向閱讀器發(fā)送標(biāo)識信號時，信號將產(chǎn)生重疊而導(dǎo)致閱讀器不能正常解析射頻標(biāo)簽發(fā)送的信號。這個問題被稱為射頻標(biāo)簽的信號沖突問題或碰撞問題5.射頻標(biāo)簽防碰撞解決方案對RFID系統(tǒng)識別能力尤為重要，采用防沖突算法（或防碰撞算；’法是解決防空洞紅酒倉儲中各種RFID系統(tǒng)的多個射頻標(biāo)簽間產(chǎn)生沖突的主要方法。
最常用的有四種解決沖突的算法：空間分多址SDMA、碼分多址CDMA、頻分多址FDMA、時分多址TDMA.從防空洞紅酒倉儲RFID系統(tǒng)的復(fù)雜性、通信形式和系統(tǒng)成本綜合考量，采用TDMA時分多址中的基于ALOHA機(jī)制的FSA算法的方式來解決射頻標(biāo)簽的沖突問題方案最佳。
FSA是基于幀的時隙ALOHA隨機(jī)接入方法。FSA算法中，固定幀的長度，每一幀初始，幀所含的時隙個數(shù)即RFID閱讀器廣播幀的長度f每個標(biāo)簽在接收到幀之后各自在0到f-1中選擇一個整數(shù)作為自己發(fā)送標(biāo)識符的時隙序號，并將這個序號存在寄存器SN中。如果SN的值等于零，閱讀器立即發(fā)送標(biāo)識符號，如果發(fā)送成功即表示無沖突發(fā)生，則該標(biāo)識進(jìn)入休眠狀態(tài)，之后的時隙不再活動。如果發(fā)生沖突則該標(biāo)簽進(jìn)入等待狀態(tài)在下一幀中選擇一個時隙重新發(fā)送標(biāo)簽，這個過程一直持續(xù)到閱讀器中所有的標(biāo)簽都被識別出來，即在某個幀中已收不到任何的標(biāo)簽信號。
FSA中幀的長度等同于RFID標(biāo)簽數(shù)目時，F(xiàn)SA算法的防沖突性能可以發(fā)揮到最優(yōu)；標(biāo)簽數(shù)目小于幀長時，會增加識別時間，造成時隙的浪費；標(biāo)簽數(shù)目大于幀長時，會增大沖突的概率并大大地延長識別時間。幀長的設(shè)置是FSA發(fā)揮優(yōu)勢的關(guān)鍵所在，流行的是采用動態(tài)自適應(yīng)的方法來動態(tài)調(diào)整FSA中的幀長，最具有代表性的是EPCglobalGen2標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)計的Q算法。Q算法中當(dāng)某幀中出現(xiàn)過多的沖突時隙時，閱讀器f就提前結(jié)束該幀并發(fā)送一個更大的幀；當(dāng)一個幀出現(xiàn)過多的空閑時隙時，說明也不是最佳的幀，也得提前結(jié)束幀，發(fā)送一個更小的幀。Q算法能在實際過程中根據(jù)發(fā)送標(biāo)簽沖突的具體情況自適應(yīng)的調(diào)整幀數(shù)，識別效率大大提高，在防空洞紅酒存儲系統(tǒng)中的超高射頻識別系統(tǒng)中得到應(yīng)用。
6.3物聯(lián)網(wǎng)紅酒防空洞存儲中的信息安全與隱私保護(hù)防空洞中存儲的高檔紅酒屬于私人貴重財產(chǎn)，具有定的隱私性，有必要安全地管理好這些信息，確保私密信息不泄露不被黑客攻擊篡改和濫用。RFID標(biāo)準(zhǔn)組織之一EPCgbbal全球電子產(chǎn)品編碼組織在超高頻第一類第二代標(biāo)簽的接口規(guī)范中說明了包含有：kill（滅活）、bck（鎖和訪問控制密碼的功能組件來實現(xiàn)一定的安全和隱私保護(hù)。采用一定的物理安全機(jī)制或基于密碼學(xué)的安全機(jī)制也是實現(xiàn)RFID物聯(lián)網(wǎng)中隱私保護(hù)的途徑之1.常用的物理安全機(jī)制有：通過破壞RFID功能的滅活命令來防止黑客掃描和跟蹤保護(hù)消費者隱私，但缺點是一旦泄露出滅活命令中的PIN，攻擊者會通過這個PIN來殺死所有該類的RFID標(biāo)簽，然后大搖大擺地偷走貴重的私人財產(chǎn)。基于密碼學(xué)的安全機(jī)制如：麻省理工學(xué)院和AutoHDCenter提出的哈希鎖（hash-bck隱私增強(qiáng)協(xié)議來抵制標(biāo)簽未被授權(quán)的訪問，但在此模式下，效率和隱私保護(hù)是對立的，意味著用較長時間的密碼解鎖過程換取個人信息的隱私保護(hù)。 |
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