基于RFID技術(shù)的物流單元電子標簽系統(tǒng)的設(shè)計

　　物流單元是為了便于運輸和倉儲而建立的任何組合包裝單元，它由托盤、周轉(zhuǎn)箱和貨物等3類實體組成。物流單元通常是分揀作業(yè)的產(chǎn)物，可以承載不同種類的貨物，具有復(fù)雜性。

　　國內(nèi)普遍采用的條形碼技術(shù)在應(yīng)用中存在許多缺點，以某配送企業(yè)的復(fù)核過程為例，由DPS得到的商品用周轉(zhuǎn)箱作為容器，10個周轉(zhuǎn)箱的貨物將會對應(yīng)一份長達3至12頁的出貨單，復(fù)核工作需要檢查所有的周轉(zhuǎn)箱，根據(jù)箱內(nèi)貨物條碼核對出貨單上的數(shù)據(jù)．核查無誤的貨物轉(zhuǎn)入空周轉(zhuǎn)箱，并在貨物上粘貼標簽表明此貨物在出貨單上的位置，以便于下游客戶核查貨物。在上述過程中，所有貨物都經(jīng)過一次轉(zhuǎn)箱作業(yè)，這是不會產(chǎn)生商品增值的作業(yè)，是一種人力資源的浪費。而且，物流單元本身的標識無法反應(yīng)所承載貨物的信息，不能夠滿足現(xiàn)代物流對貨物實行跟蹤的要求。

　　在配送中心運作中，每天都要發(fā)生數(shù)以萬計、百萬計的交易，迫切需要利用現(xiàn)代信息技術(shù)進行精確、可靠及快速的采集和傳送．在這種環(huán)境下研究基于RFID技術(shù)的物流單元電子標簽的設(shè)計與實現(xiàn)具有重要的意義。

　　1 物流單元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　在物流單元的組成中，貨物是貿(mào)易單元，是物流作業(yè)的對象。托盤和周轉(zhuǎn)箱屬于集裝單元．周轉(zhuǎn)箱用來對同類型的貨物進行包裝和組織，周轉(zhuǎn)箱再擺入托盤，最終通過托盤實現(xiàn)對貨物的裝卸、運輸、保管和配送等作業(yè)。其中，周轉(zhuǎn)箱的應(yīng)用不僅為下游客戶的清點和查核工作提供了便利，也有助于保障貨物在運輸過程中的安全。

　　在上述物流單元中，貨物與托盤之間沒有直接的聯(lián)系，而是通過周轉(zhuǎn)箱建立關(guān)聯(lián)．托盤、周轉(zhuǎn)箱和貨物之間的邏輯聯(lián)系如圖1所示。

圖1 物流單元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

　　從圖1可以看出，托盤與周轉(zhuǎn)箱、周轉(zhuǎn)箱與貨物之間都是一對多的關(guān)系，而周轉(zhuǎn)箱與周轉(zhuǎn)箱、貨物與貨物之間沒有明顯的關(guān)聯(lián)．這是一個具有層次關(guān)系的“樹”型結(jié)構(gòu)，那么，對于一個物流單元而言，托盤是“樹”的“根”結(jié)點，貨物是“葉子”結(jié)點?！皹洹毙徒Y(jié)構(gòu)是一種典型的、非線性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以方便地轉(zhuǎn)換成XML文件，以用于配送企業(yè)與下游客戶之間的電子數(shù)據(jù)交換。另外，利用“樹”的遍歷算法，工作人員或客戶可以迅速地確定某件貨物的具體位置；反之，某個周轉(zhuǎn)箱里放了什么貨物也一目了然．所以，這種“樹”型結(jié)構(gòu)非常適合用來組織物流單元實體的信息。

　　2 電子標簽的存儲空間

　　基本的RFID系統(tǒng)由讀寫器和電子標簽組成，電子標簽附著在貨物或物流單元上，記錄著與實體相關(guān)的數(shù)據(jù)，是信息的載體。所以，有必要對保存數(shù)據(jù)的存儲空間進行研究。

　　圖2為一張符合ISO15693標準的電子標簽存儲空間結(jié)構(gòu)示意圖。這是一個2Kbit容量的標簽，它們被邏輯上劃分為64個區(qū)塊，每個區(qū)塊有32個bit，即4個byte，可以保存4個ASCII字符，區(qū)塊是電子標簽存取操作的最小單位，每次讀寫操作都要指定目標區(qū)塊號，而不是byte或者bit。每個區(qū)塊配有一個廠商鎖標記位和一個用戶鎖標記位，它們都是單向、不可逆的鎖標記位，有某些特定的應(yīng)用領(lǐng)域(比如需要將托盤和電子標簽綁定時)，可以考慮使用這些鎖標記位。另外，電子標簽還有一個64bits的UID，這個數(shù)據(jù)用戶不能修改，在一些只讀的應(yīng)用中，可以利用它為物品提供標識．合理地使用DSFID可以擴展電子標簽的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖2 電子標簽存儲空間結(jié)構(gòu)示意圖

　　在EPC標準中，供集裝單元使用的編碼方案稱作SSCC，貨物屬于貿(mào)易單元，應(yīng)用SGTIN將占用標簽的3個區(qū)塊，其96位版本由標頭、濾值、分區(qū)、廠商識別碼、序列代碼等內(nèi)個字段組成。SSCC 96和SGTIN一96的各字段解釋如下，標頭：固定值，SSCC-96的標頭是“00110001”；SGTIN一96的標頭是“O01 10000”，濾值：用來快速過濾基本物流類型，如SSCC一96中可以使用“001”表示托盤，用“002”表示周轉(zhuǎn)箱。EPC沒有對濾值定義相關(guān)的標準，但是合理地設(shè)計
使用濾值能夠擴展編碼的應(yīng)用范圍。

　　其他字段與本文無關(guān)，詳細說明可參考文獻。

　　SSCC一96有24位的未分配字段目前沒有使用，與條形碼技術(shù)不同，RFID是一種具有沖突消解和支持多標簽識讀的自動識別技術(shù)，在復(fù)核作業(yè)的過程中，RFID讀寫器將一次性讀出所有貨物、托盤和周轉(zhuǎn)箱的標識，通過簡單的位運算，就可以劃分出標頭字段，進而將貨物和集裝單元區(qū)別開。同理，通過對SSCC一96濾值字段的判斷也能夠區(qū)分托盤和周轉(zhuǎn)箱這兩種不同的集裝單元，對于給定的一個物流單元，托盤是唯一的，周轉(zhuǎn)箱可能有多個，上述編碼結(jié)構(gòu)和處理方法能夠確定托盤與周轉(zhuǎn)箱之間的聯(lián)系，卻無法明確周轉(zhuǎn)箱里放了什么貨物；為了構(gòu)建完整的物流單元“樹”型信息結(jié)構(gòu)，還需要建立周轉(zhuǎn)箱與貨物之問的關(guān)聯(lián)。

　　3 TOM (Tag Operation Model，標簽操作模塊)

　　本文所采用的SSCC和SGTIN都是96位的編碼方案，96位的編碼方案占用3個Blk的存儲空間，而前述電子標簽擁有64個Blk的用戶數(shù)據(jù)空間，可以考慮利用其余的61個Blk保存貨物的EPC代碼，實現(xiàn)周轉(zhuǎn)箱與貨物之間的關(guān)聯(lián)。

　　但是，這樣做會影響電子標簽的讀寫效率。這是因為，電子標簽的讀寫時間與讀寫的Blk的數(shù)量成正比，在標簽中查找某件貨物的EPC代碼時，需要讀出標簽中的所有數(shù)據(jù)，一次性讀出64個B|k的信息大約需要5 S。而且，考慮到這64個Blk之中，可能有空數(shù)據(jù)塊存在，這樣的查找操作勢必影響物流作業(yè)的效率，為解決此問題，借鑒磁盤操作系統(tǒng)(DOS)對文件管理的思想，本文提出了一種基于索引方式的電子標簽操作模塊ToM。在TOM 中，標簽的第1個Blk被定義為索引塊IB，用來維護整個用戶數(shù)據(jù)區(qū)域的索引信息。從第2個Blk到第64個Blk的空間用來存儲周轉(zhuǎn)箱或貨物的代碼信息，3個連續(xù)Blk稱為1個數(shù)據(jù)塊組BG(圖3)，每個BG存儲一個96位EPC代碼，2Kbit的電子標簽有21個BG．其中第1個BG用來存放集裝單元的EPC代碼，其余BG存儲貨物代碼，那么，每張標簽最多可以記錄20件貨物的EPC信息。

圖3 電子標簽存儲空間邏輯組織圖

　　索引塊共32 bit，這32個bit稱作索引標記位IF，每個IF與一個BG對應(yīng)，用邏輯“1”表示該BG存儲有效數(shù)據(jù)，用邏輯“0”表示該BG未被使用或數(shù)據(jù)無效。這里規(guī)定IF的編號從低位向高位排列(圖4)．編號為n的索引標記位與BG 的對應(yīng)關(guān)系符合下式：
BG的起始地址，3n一1(1≤n≤21)；
BG的終止地址，3n+1(1≤n≤21)；

　　由于2Kbit的電子標簽只有21個BG，所以在實際應(yīng)用中，只會用到編號為1到編號為21的IF．編號為0的IF對應(yīng)IB本身，置位邏輯“1”表示采用索引方式管理標簽數(shù)據(jù)。

圖4 索引塊序號分配圖

　　通過向電子標簽中引入索引標記位，可以提高對電子標簽數(shù)據(jù)管理的效率。比如，向標簽中寫入新的EPC代碼時，首先查找IF為“0”的可用BG 號，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標簽地址，再向標簽中寫人數(shù)據(jù)并同時置IF為“1”。整個過程，雖然比直接向標簽中寫人數(shù)據(jù)多了查找IF位的步驟，但是通過這樣的操作可以為貨物的EPC代碼分配相應(yīng)的存儲空間，確保數(shù)據(jù)可靠地寫入。另外，在查找某件貨物時，只需要比較IF為“1”的BG；刪除操作則在查找操作的基礎(chǔ)上，將對應(yīng)的IF位置為“0”即可。

　　目前電子標簽成本相對較高，可以采用電子標簽與條形碼技術(shù)相結(jié)合的過渡方案。貨物仍采用EAN一13碼標識，在裝入周轉(zhuǎn)箱的時候，將EAN-13代碼轉(zhuǎn)換成64 bit的電子代碼，寫入BG 的前2個Blk，由于條碼技術(shù)是標識商品種類的，所以預(yù)留第3個Blk， 用來記錄1個周轉(zhuǎn)箱里同種類貨物的件數(shù)。那么，一張2 Kbit的卡片里面最多可以保存20種貨物，這比CPE的解決方案容量略大一些。

　　TOM和DOS的思想相似，二者都實現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)組織和管理操作．不同的是，TOM 是針對RFID應(yīng)用的軟件模塊，它以EPC代碼為對象，讀、寫的是bit級的數(shù)據(jù)；而DOS屬于系統(tǒng)軟件，它操作的對象是文件，文件以byte為單位。

　　4 結(jié)語

　　通過在標簽數(shù)據(jù)中建立索引的方式，更合理地組織標簽數(shù)據(jù)，結(jié)合符合國際標準的SSCC一96和SGTIN一96 EPC代碼，較好地提高了連鎖零售企業(yè)物流復(fù)核作業(yè)的工作效率．其中，TOM是實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理核心所在，集裝單元與電子標簽的價值比在10：1以上，比較適合將集裝單元與電子標簽“綁定”，讓二者具有共同的生命周期。這時，就可以將配送過程中需要的物流信息記錄在托盤(物流單元)的標簽里，使之成為可以改寫的電子物流標簽．這也對TOM 提出了更高的要求，是ToM 今后發(fā)展的方向。