【精编】物联网的典型架构—EPC系统

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1、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

2、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

3、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

4、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 11 2EPC系统的组成 EPC系

5、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

6、 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

7、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

8、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 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

9、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 2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 11 2EPC系统的组成 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

10、 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 2EPC系统的组成 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 由一个标头字段加上另外三段数据 依次为EPC管理者 对象分类 序列号 组成的一组数字 其组成结构如表所示 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 对象分类代码记录

11、产品精确类型的信息 序列号是货品的唯一标识 这种电子产品编码在使用现有编码标准的同时保证了其通用性 唯一性 简单性和网络寻址的效率 11 2EPC系统的组成 1 EPC的头字段 EPCHeader 头字段标识的是EPC的版本号 设计者采用版本号标识EPC的结构 其指出了EPC中编码总位数和其他三部分中每部分的位数 EPC已定义的七个版本如表格所示 11 2EPC系统的组成 三个64位的EPC版本号只有两位 即01 10 11 为了和64位的EPC相区别 所有长度大于64位的EPC版本号的最高两位须为00 这样就定义了所有96位的EPC版本号开始的位序列是001 同样 所有长度大于96位的EPC

12、的版本号的前三位是000 同理 定义所有的256位EPC开始的位序列是00001 2 EPC管理者 EPCManager EPC体系架构的设计原则之一是分布式架构 具体是通过EPC管理者的概念来实现的 EPC管理者是指那些得到电子产品编码分配机构授权的组织 它们可以在授权的一个或多个编码段内自主地为各类实体指定编码 并负责保证该编码段内编码的唯一性 以及维护对象域名解析系统中的记录 11 2EPC系统的组成 在电子产品编码分配机构向EPC管理者授权时 首先为EPC管理者分配一个唯一代码 即EPC管理者代码 一个EPC用户可以同时拥有多个EPC管理者代码 以此管理和维护多个EPC编码段 在产品电

13、子编码的定义中 EPC管理者代码作为独立的一部分 这样就可以通过产品电子编码直接识别出EPC管理者的信息 以保证系统的可扩展性 举例来说 一个ONS查询可以从概念上理解为在一个大表中查询某个电子产品编码所映射到的EPCIS服务地址 但假如有了EPC管理者代码 就可以由EPC管理者负责维护ONS服务器中所分配编码段的小表 这样就可以提高ONS查询的执行效率 不同版本的EPC管理者编码具有长度的可变性 这就使得更短的EPC管理者编号变得更为宝贵 EPC 64II型有最短的EPC管理者部分 它只有15位 因此 只有EPC管理者编号小于215 32768的才可以由该EPC版本表示 11 2EPC系统的

14、组成 3 对象分类 ObjectClass 对象分类部分用于一个产品电子码的分类编号 标识厂家的产品种类 对于拥有特殊对象分类编号者来说 对象分类编号的分配没有限制 但是Auto ID中心建议第0号对象分类编号不要作为产品电子码的一部分来使用 4 序列号 SerialNumber 序列号部分用于产品电子码的序列号编码 此编码只是简单地填补序列号值的二进制 一个对象分类编号的拥有者对其序列号的分配没有限制 但是Auto ID中心建议第0号序列号不要作为产品电子码的一部分来使用 11 2EPC系统的组成 EPC编码的类型至今 已经推出EPC 96 型 EPC 64 型 型 型 EPC 256 型

15、型 型等编码方案 1 EPC 64 型64位产品电子码包含最小的标志码 较小编码首要考虑的问题是如何节约位数 对于位数分配 数据分区比头字段部分有较高的优先级 头字段部分增加了一位 允许3种数据分区 以覆盖更广泛的工业需求 剩余的第四种数据分区留待扩展 EPC 64 型编码 11 2EPC系统的组成 2 EPC 64 型Auto ID中心提议EPC 64 型 适合众多产品以及价格反应敏感的消费品生产者 3 EPC 64 型除了扩展单品编码的数量 EPC 64 型也会增加公司的数量 11 2EPC系统的组成 4 EPC 96 型EPC 96 型的设计目的是成为一个公开的物品标识代码 其应用类似目

16、前的统一产品代码 UPC 或UCC EAN的运输集装箱代码 域名管理负责在其范围内维护对象分类代码和序列号 该区域占据28个数据位 允许大约2 68亿家制造商 这超出了UPC 12的10万个和EAN 13的100万个的制造商容量 对象分类字段在EPC 96代码中占24位 这个字段能容纳当前所有的UPC库存单元的编码 序列号字段则代表单一货品识别的编码 与产品代码相结合 该字段提供1 1 1028个唯一的项目编号 超出了当前所有已标识产品的总容量 11 2EPC系统的组成 5 EPC 256型256位EPC是为满足未来EPC代码的应用需求而设计的 256位EPC版本必须具备扩展性 以便不限制其未来的实际应用 EPC的多个版本就提供了这种可扩展性 EPC 256I型 II型和III型的位分配情况如图所示 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R