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(shí)現的非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)RFID）。RFID標簽具有體積小、容量大、壽命長(cháng)、可重復使用等特點(diǎn)，可支持快速讀寫(xiě)、非可視識別、移動(dòng)識別、多目標識別、定位及長(cháng)期跟蹤管理。RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結合，可實(shí)現全球范圍內物品跟蹤與信息共享。

EPCglobal是由美國統一代碼協(xié)會(huì )（UCC）和國際物品編碼協(xié)會(huì )（EAN）于2003年9月共同成立的非營(yíng)利性組織，其前身是1999年10月1日在美國麻省理工學(xué)院成立的非營(yíng)利性組織Auto-ID中心。EPCglobal的目標是解決供應鏈的透明性，透明性是指供應鏈各環(huán)節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，專(zhuān)門(mén)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用等工作。

EPCglobal 是以美國和歐洲為首、全球很多企業(yè)和機構參與的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(guò)程和相關(guān)標準可以訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)站http://www.epcglobalinc.org。

為了實(shí)現上述目標，EPCglobal制定了標準開(kāi)發(fā)過(guò)程規范[1]，它規范了EPCglobal各部門(mén)的職責以及標準開(kāi)發(fā)的業(yè)務(wù)流程。對遞交的標準草案進(jìn)行多方審核，技術(shù)方面的審核內容包括防碰撞算法性能、應用場(chǎng)景、標簽芯片占用面積、讀寫(xiě)器復雜度、密集讀寫(xiě)器組網(wǎng)、數據安全六個(gè)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，體系架構委員會(huì )ARC的職能是制定RFID標準體系框架，協(xié)調各個(gè)RFID標準之間關(guān)系使它們符合RFID標準體系框架要求。體系架構委員會(huì )對于復雜的信息技術(shù)標準制定來(lái)說(shuō)非常重要。ARC首先給出EPCglobal RFID體系框架[2]，它是RFID典型應用系統的一種抽象模型，它包含三種主要活動(dòng)，如圖1所示，具體內容說(shuō)明如下：

圖1 EPCglobal體系框架

1、EPC物理對象交換：用戶(hù)與帶有EPC編碼的物理對象進(jìn)行交互。對于EPCglobal用戶(hù)來(lái)說(shuō)，物理對象是商品，用戶(hù)是該物品供應鏈中的成員。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(hù)將一種物理對象提交給另一個(gè)用戶(hù)時(shí)，后者將能夠確定該物理對象EPC編碼并能方便地獲得相應的物品信息。

2、EPC基礎設施：為實(shí)現EPC數據的共享，每個(gè)用戶(hù)在應用時(shí)為新生成的對象進(jìn)行EPC編碼，通過(guò)監視物理對象攜帶的EPC編碼對其進(jìn)行跟蹤，并將搜集到的信息記錄到基礎設施內的EPC網(wǎng)絡(luò )中。EPCglobal RFID體系框架定義了用來(lái)收集和記錄EPC數據的主要設施部件接口標準，因而允許用戶(hù)使用互操作部件來(lái)構建其內部系統。

3、EPC數據交換：用戶(hù)通過(guò)相互交換數據，來(lái)提高物品在物流供應鏈中的可見(jiàn)性。EPCglobal RFID體系框架定義了EPC數據交換標準，為用戶(hù)提供了一種端到端共享EPC數據的方法，并提供了用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)EPCglobal核心業(yè)務(wù)和其它相關(guān)共享業(yè)務(wù)的方法。

更進(jìn)一步，ARC從RFID應用系統中凝練出多個(gè)用戶(hù)之間RFID體系框架模型圖（如圖2）和單個(gè)用戶(hù)內部RFID體系框架模型圖（如圖3），它是典型RFID應用系統組成單元的一種抽象模型，目的是表達實(shí)體單元之間的關(guān)系。在模型圖中實(shí)線(xiàn)框代表實(shí)體單元，它可以是標簽、讀寫(xiě)器等硬件設備，也可以是應用軟件、管理軟件、中間件等；虛線(xiàn)框代表接口單元，它是實(shí)體單元之間信息交互的接口。體系結構框架模型清晰表達了實(shí)體單元以及實(shí)體單元之間的交互關(guān)系，實(shí)體單元之間通過(guò)接口實(shí)現信息交互。“接口”就是制定通用標準的對象，因為接口統一以后，只要實(shí)體單元符合接口標準就可以實(shí)現互聯(lián)互通。這樣允許不同廠(chǎng)家根據自己的技術(shù)和RFID應用特點(diǎn)來(lái)實(shí)現“實(shí)體”，也就是說(shuō)提供相當的靈活性，適應技術(shù)的發(fā)展和不同應用的特殊性。“實(shí)體”就是制定應用標準和通用產(chǎn)品標準的對象。“實(shí)體”與“接口”的關(guān)系，類(lèi)似于組件中組件實(shí)現與組件接口之間的關(guān)系，接口相對穩定，而組件的實(shí)現可以根據技術(shù)特點(diǎn)與應用要求由企業(yè)自己來(lái)決定。


圖2 多個(gè)用戶(hù)之間EPCglobal體系框架

圖2表達了多個(gè)用戶(hù)交換EPC信息的EPCglobal體系框架模型。它為所有用戶(hù)的EPC信息交互提供了共同的平臺，不同用戶(hù)RFID系統之間通過(guò)它實(shí)現信息的交互。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據轉換。


圖3 單個(gè)用戶(hù)內部EPCglobal體系框架

圖3表達了單個(gè)用戶(hù)系統內部EPCglobal體系框架模型，一個(gè)用戶(hù)系統可能包括很多RFID讀寫(xiě)器和應用終端，還可能包括一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò )。它不僅需要考慮主機與讀寫(xiě)器、讀寫(xiě)器與標簽之間的交互，讀寫(xiě)器性能控制與管理、讀寫(xiě)器設備管理，還需要考慮與核心系統、與其它用戶(hù)之間的交互，確保不同廠(chǎng)家設備之間兼容性。

以下分別介紹EPCglobal體系框架中實(shí)體單元的主要功能：
1、RFID 標簽：保存EPC編碼，還可能包含其它數據。標簽可以是有源標簽與無(wú)源標簽，它能夠支持讀寫(xiě)器的識別、讀數據、寫(xiě)數據等操作。
2、RFID讀寫(xiě)器：能從一個(gè)或多個(gè)電子標簽中讀取數據并將這些數據傳送給主機等。
3、讀寫(xiě)器管理：監控一臺或多臺讀寫(xiě)器的運行狀態(tài),管理一臺或多臺讀寫(xiě)器的配置等。
4、中間件：從一臺或多臺讀寫(xiě)器接收標簽數據、處理數據等。
5、EPCIS信息服務(wù)：為訪(fǎng)問(wèn)和持久保存EPC相關(guān)數據提供了一個(gè)標準的接口，已授權的貿易伙伴可以通過(guò)它來(lái)讀寫(xiě)EPC相關(guān)數據，具有高度復雜的數據存儲與處理過(guò)程，支持多種查詢(xún)方式。
6、ONS 根：為ONS查詢(xún)提供查詢(xún)初始點(diǎn)；授權本地ONS執行ONS查找等功能。
7、編碼分配管理：通過(guò)維護EPC管理者編號的全球唯一性來(lái)確保EPC編碼的唯一性等。
8、標簽數據轉換：提供了一個(gè)可以在EPC編碼之間轉換的文件，它可以使終端用戶(hù)的基礎設施部件自動(dòng)地知道新的EPC格式。
9、用戶(hù)認證：驗證EPCglogal用戶(hù)的身份等。

二、EPCglobal RFID標準

EPCglobal制定的RFID標準，實(shí)際上就位于圖2、3兩個(gè)體系框架圖中的接口單元，它們包括從數據的采集、信息的發(fā)布、信息資源的組織管理、信息服務(wù)的發(fā)現等方面。除此之外部分實(shí)體單元實(shí)際上也可能組成分布式網(wǎng)絡(luò )，如讀寫(xiě)器、中間件等，為了實(shí)現讀寫(xiě)器、中間件的遠程配置、狀態(tài)監視、性能協(xié)調等就會(huì )產(chǎn)生管理接口。EPCglobal主要標準如下：

1、EPC標簽數據規范[3]：規定了EPC編碼結構，包括所有編碼方式的轉換機制等。
2、空中接口協(xié)議[4]：它規范了電子標簽與讀寫(xiě)器之間命令和數據交互，它與ISO/IEC 18000－3、18000－6標準對應，其中UHF C1G2已經(jīng)成為ISO/IEC 18000－6C標準。
3、RP讀寫(xiě)器數據協(xié)議[5]：提供讀寫(xiě)器與主機(主機是指中間件或者應用程序）之間的數據與命令交互接口，與ISO/IEC 15961、15962類(lèi)似。它的目標是主機能夠獨立于讀寫(xiě)器、讀寫(xiě)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(xiě)器、條碼讀寫(xiě)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(gè)通用功能集合，但是并不要求所有的讀寫(xiě)器實(shí)現這些功能。它分為三層功能：讀寫(xiě)器層規定了讀寫(xiě)器與主計算機交換的消息格式和內容，它是讀寫(xiě)器協(xié)議的核心，定義了讀寫(xiě)器所執行的功能；消息層規定了消息如何組幀、轉換以及在專(zhuān)用的傳輸層傳送，規定安全服務(wù)（比如身份鑒別、授權、消息加密以及完整性檢驗），規定了網(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。傳輸層對應于網(wǎng)絡(luò )設備的傳輸層。讀寫(xiě)器數據協(xié)議位于數據平面。
4、LLRP低層讀寫(xiě)器協(xié)議[6]：它為用戶(hù)控制和協(xié)調讀寫(xiě)器的空中接口協(xié)議參數提供通用接口規范，它與空中接口協(xié)議密切相關(guān)?？梢耘渲煤捅O視ISO/IEC 18000－6TypeC中防碰撞算法的時(shí)隙幀數、Q參數、發(fā)射功率、接收靈敏度、調制速率等，可以控制和監視選擇命令、識讀過(guò)程、會(huì )話(huà)過(guò)程等。在密集讀寫(xiě)器環(huán)境下，通過(guò)調整發(fā)射功率、發(fā)射頻率和調制速率等參數，可以大大消除讀寫(xiě)器之間的干擾等。它是讀寫(xiě)器協(xié)議的補充，負責讀寫(xiě)器性能的管理和控制，使得讀寫(xiě)器協(xié)議專(zhuān)注于數據交換。低層讀寫(xiě)器協(xié)議位于控制平面。
5、RM讀寫(xiě)器管理協(xié)議[7]：位于讀寫(xiě)器與讀寫(xiě)器管理之間的交互接口。它規范了訪(fǎng)問(wèn)讀寫(xiě)器配置的方式，比如天線(xiàn)數等；它規范了監控讀寫(xiě)器運行狀態(tài)的方式，比如讀到的標簽數、天線(xiàn)的連接狀態(tài)等。另外還規范了RFID設備的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議SNMP和管理系統庫MIB。讀寫(xiě)器管理協(xié)議位于管理平面。
6、ALE應用層事件標準[8]：提供一個(gè)或多個(gè)應用程序向一臺或多臺讀寫(xiě)器發(fā)出，對EPC數據請求的方式等。通過(guò)該接口，用戶(hù)可以獲取過(guò)濾后、整理過(guò)的EPC數據。ALE基于面向服務(wù)的架構（SOA）。它可以對服務(wù)接口進(jìn)行抽象處理，就像SQL對關(guān)系數據庫的內部機制進(jìn)行抽象處理那樣。應用可以通過(guò)ALE查詢(xún)引擎，不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò )協(xié)議或者設備的具體情況。
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(fǎng)問(wèn)程序，以及伙伴EPCIS訪(fǎng)問(wèn)程序。
8、EPCIS詢(xún)問(wèn)接口協(xié)議：提供EPCIS訪(fǎng)問(wèn)程序從EPCIS倉庫或EPCIS 捕獲應用中得到EPCIS數據的方法等。
9、EPCIS發(fā)現接口協(xié)議：提供鎖定所有可能含有某個(gè)EPC相關(guān)信息的EPCIS服務(wù)的方法。
10、TDT標簽數據轉換框架：提供了一個(gè)可以在EPC編碼之間轉換的文件，它可以使終端用戶(hù)的基礎設施部件自動(dòng)地知道新的EPC格式。
11、用戶(hù)驗證接口協(xié)議：驗證一個(gè)EPCglogal用戶(hù)的身份等，該標準目前正在制定中。
12、物理標記語(yǔ)言PML：它是用來(lái)描述物品靜態(tài)和動(dòng)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(yǔ)言（XML）發(fā)展而來(lái)的。PML的目標是為物理實(shí)體的遠程監控和環(huán)境監控提供一種簡(jiǎn)單、通用的描述語(yǔ)言?？蓮V泛應用在存貨跟蹤、自動(dòng)處理事務(wù)、供應鏈管理、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(guò)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(gè)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)標準是前端數據采集類(lèi)，標簽數據采集后如何共享和讀寫(xiě)器設備管理等標準制定工作剛剛開(kāi)始，而EPCglobal已經(jīng)制定了EPCIS、ALE、LLRP等多個(gè)標準。EPCglobal將UHF空中接口協(xié)議、LLRP低層讀寫(xiě)器控制協(xié)議、RP讀寫(xiě)器數據協(xié)議、RM讀寫(xiě)器管理協(xié)議、ALE應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，正在制定的ISO/IEC 24791軟件體系框架中設備接口也是以L(fǎng)LRP為基礎。

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(zhuān)利，EPCglobal是非贏(yíng)利性的組織，專(zhuān)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(zhuān)利問(wèn)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