基于RFID中间件的食品安全监控系统

摘& nbsp; 要:RFID技术潜力无穷，其应用的范围遍及安全、制造、物流、医疗、运输、零售、国防等等。随着实施RFID技术的深入展开，其应用环境复杂度的加剧，将面对越来越多的挑战。RFID中间件的出现可以帮助解决RFID技术所面临的挑战，本文根据食品安全监控的特点，提出了从生产源头到最终消费者的全程监控用RFID技术保证食品安全的解决方案，设计了一个基于RFID中间件的食品安全监控系统，并介绍了系统的逻辑架构、业务流程等等。

关键词:& nbsp;& nbsp;& nbsp; 射频识别技术;中间件;食品安全监控.

Abstract:& nbsp;& nbsp; The technology of RFID, was applied on many different areas, for example, security, manufacture, flow of substance, medical treatment, transportation, retail& nbsp; and national defence. With this technology going deep, it faces more and more challenges. The RFID middleware helps to solve these problems. According to characteristic of food security supervising system, this paper brings forward a scheme which provides security supervision in the process from the producer to the customer based on RFID. In this paper, the RFID middleware was researched, and a food security supervising system based on the RFID middleware was introduced.

Key words: RFID; middleware; food security supervision

1引言

近年来，由于食品安全危机频繁发生，严重影响了人们的身体健康，引起了全世界的广泛关注，欧盟、美国等发达国家和地区要求对出口到当地的食品均必须能够进行跟踪和追溯。而在国内，诸如非典、禽流感、食物中毒等事件的大量发生在严重影响人们生活的同时，食品安全问题也已引起国家的高度重视。确保食品安全，关键是针对食品涉及的生产、加工、运输、贮藏、包装、检测和卫生等各个环节进行监控和追溯[1]。但由于食品的生产与消费日益分离，供给体系的复杂化，所涉及的环节众多。采用何种技术和方法来实现食品的全程监控和可追溯能力，是一个非常重要的课题。

众所周知，RFID技术将为世界带来一个革命性的变革。RFID技术可以突破条形码须人工扫瞄、一次读一个的限制；也可以在恶劣的环境下作业、长距离的读取；同时能读取多个卷标，另外还具有实时追踪、重复读写内容及高速读取等优势。RFID技术的这种特性使其应用于食品安全管理具有很好特性，并通过相应的后台信息系统，可以实现食品从生产源头到最终消费者的监控，从而强化对食品的安全管理，以及更全面的业务透视能力。

同时，随着实施RFID技术的深入展开，其应用环境复杂度的加剧，将面对越来越多的挑战：（1）兼容性问题：如何兼容不同应用环境下的不同RFID硬件配置，实现与RFID硬件之间的屏蔽。（2）大数据量采集过程中的数据过滤，数据合并等问题。（3）如何解决在RFID数据采集点和其他硬件设备（譬如条形码扫描工具，传感器，显示屏等工业设备）进行交互以及如何满足众多业务系统的集成要求。（4）如何管理和维护RFID数据，如何提供标准化接口用于第三方系统的集成和信息安全共享，如何纳入到现有或灵活扩展的IT框架中去，如何提供企业级中间件的相关软件素质（譬如可靠性、扩展性、适应性、性能要求、安全性等）等。

针对上述问题，本文在利用RFID技术实现食品安全监控的过程中，采用了BEA的RFID中间件集成解决方案。通过RFID中间件，实现对下屏蔽RFID设备的硬件差异，对上屏蔽应用系统功能的开发复杂性与差异，在中能同时支撑食品安全业务服务和业务流程，从而使利用RFID技术构建食品安全监控系统时无需刻意考虑RFID设备的具体开发要求，实现食品从生产源头到最终消费者的全程监控。

2 RFID中间件
BEA的RFID中间件包括RFID数据采集中间件和RFID数据管理中间件两大部分。RFID数据采集中间件的主要功能包括：（1）操纵控制RFID读写设备按照预定的方式工作，保证不同读写设备之间很好地配合协调；（2）按照一定的规则过滤数据，筛除绝大部分冗余数据，将真正有效的数据传送给后台的信息系统。RFID数据管理中间件完成RFID数据的存储，维护，访问和聚合。其主要功能包括：第一，通过RFID数据采集中间件的桥梁作用，能兼容各种符合EPC标准的RFID硬件设备；第二，用户可以围绕RFID进行业务流程的创新，开发新的应用；第三，与各种现有应用系统进行集成。

在RFID中间件应用的层次架构，由下列4层组成：阅读器、RFID数据采集中间件、RFID数据管理中间件和应用层。

（1）在最底层，阅读器经常由触发器控制，每秒读取标签120-400次。无论何时，可设定IP地址的阅读器都由一个且只能由一个RFID数据采集中间件控制，以避免出现与网络分区相关的问题。

（2）RFID数据采集中间件定期轮询阅读器(例如，每秒两次)，以消除重复操作，并执行过滤和设备管理。RFID数据采集中间件还产生ALE事件并将事件发送到RFID数据管理中间件。在发送消息时，通常需要“一次成功”的消息语义。

（3）RFID数据管理中间件接收多个ALE事件，并将它们合并到工作流中，工作流会作为更大业务流程的一部分与多个不同系统和人员接触。RFID数据管理中间件使用基于标准的JCA适配器与打包应用（如仓库或产品信息管理系统）交互。该中间件还通过控件与系统协作。控件是一种开放源框架，它提供抽象层，将后端组件表示为可重用组件。

（4）RFID数据管理中间件也可能通过Web服务接口与ONS (对象命名服务)通信。与DNS服务器相似，ONS也可用于查找惟一的RFID标记ID，并识别其他产品信息。RFID数据管理中间件必须不断从EPC-IS（电子产品码信息服务）储存库查询数据，EPC-IS为ALE事件提供业务背景。例如，通过供应链跟踪和追踪产品。EPC-IS的标准目前正在制定。RFID数据管理中间件还可以用B2B消息（如查询EPC-IS储存库的EDI或Web服务请求），通过防火墙中的网关与外部系统通信。

（5）将RFID数据采集中间件和RFID数据管理中间件分开可以提高伸缩性，并为客户降低成本。应用服务器和数据库连接池在互联网数据库连接中的使用越来越广，这个行业正由互联网通信变为RFID通信，这就需要一个RFID中间件来过滤信息，一个RFID中间件来完成连接。

（6）控制消息通过管理门户流入系统，RFID数据管理中间件，然后流入RFID数据采集中间件，最后流入阅读器。供应和配置都顺着这个链向下进行，而阅读器的数据则在过滤后顺着这个链上向传送。

3 RFID中间件在食品安全监控中的应用
利用RFID中间件来构建RFID应用系统简单而快速。因此本文借助上述RFID中间件，通过在食品的生产、加工、加工、运输、检疫、销售等环节进行信息跟踪，研发一套基于RFID中间件的食品安全监控系统。

3.1系统的逻辑架构
通过建设基于RFID中间件的食品安全监控系统，实现供应链上的各个企业和监管部门之间的信息交互，加速供应链效率，降低整体的物流成本。在食品安全监控系统选择RFID数据管理中间件，支持海量数据的存储和维护，提供一致、高效的数据查询机制，实现对历史监控数据的查询和分析。在生产、加工、批发、零售等环节部署RFID数据采集中间件和RFID数据管理中间件，可以很好的支持RFID数据的快速、及时、高效的采集，并通过结合简单明了的用户反馈设施（譬如声光设备，液晶屏等），快速的反馈给业务操作人员，同时，支持企业对其业务环节的全程监控，便于优化其业务流程，改进业务操作环节，提高企业业务竞争力。在食品运输环节，RFID数据采集中间件，支持RFID数据的快速、及时、高效的采集，简化人工操作流程或自动化业务流程，加快业务运作效率。其具体的层次架构如图1所示。

图 1 基于RFID中间件的食品安全监控系统层次架构

Fig 1 Hiberarchy of Food Security Supervising System Based on the RFID Middleware

3.2食品生产、加工企业
食品RFID标签由标签供应厂家定制，标签数据格式由食品生产企业自定义或遵循国家有关食品生产的相关标准。在生产部门部署RFID打印机，实现标签初始写入功能。如果采用标签厂家惟一号或让厂家在生产标签过程中遵循企业要求的数据格式，则RFID打印机可以不用部署。

在食品的出入口部署固定式RFID阅读器，采集食品相关的标签信息。把简单标签信息转化成有价值的业务信息（譬如食品何时、何地完成生产），把相关业务信息通过RFID数据采集中间件发生给RFID数据管理中间件进行业务数据存储和管理。

提供多个手持式RFID阅读器，以便在业务操作异常环节或特定业务环节（卫生检疫检验环节或其他需要单体识别的环节），手工的完成业务操作。

通过RFID数据管理中间件集成现有生产管理系统，实现和行业主管部门的卫生检疫检验系统的信息交互，实现业务系统间数据集成和业务集成。

3.3食品批发、零售市场
在批发市场和零售市场的出入口部署固定式RFID阅读器。在食品入场环节，通过采集托盘标签信息，透过食品监管平台获取食品相关信息，核实后放行；食品批发市场出场环节，通过采集托盘标签，获取托盘上的完整食品条码信息，将其状态更新。

提供多个手持式RFID阅读器，以便在业务操作异常环节或特定业务环节（在批发环节，需要进行托盘的拆卸和重新拼装操作，需要重新进行食品条码和托盘标签关联操作等），手工的完成业务操作。

托盘RFID标签由标签供应厂家定制，标签数据格式由批发和零售企业自定义或遵循国家有关畜牧生产的相关标准。在批发和零售企业部署RFID打印机，实现标签初始写入功能。如果采用标签厂家惟一号或让厂家在生产标签过程中遵循企业要求的数据格式，则RFID打印机可以不用部署。也可以使用手持式RFID读写器进行标签写入操作。零售企业部署RFID打印机主要是为了方便企业客户的运输和简化这类食品的管理。

通过RFID 数据管理中间件集成现有的生产管理系统，实现和行业主管部门的卫生检疫检验系统的信息交互，并通过RFID 数据管理中间件存在的事件汇总功能定期把食品出入厂信息发送给食品管理平台。

3.4食品监管数据中心和道口监控，检验检疫环节
食品监管平台，部署RFID数据管理中间件，实现海量数据的维护、查询和管理。基于RFID 数据管理中间件进行业务逻辑开发，集成供应链上各个环节的业务系统（企业业务系统和行业主管部门监管系统），实现这些业务系统间的数据集成和业务集成。

在道口部署固定式RFID阅读器。在食品放行环节，通过采集食品标签信息，透过食品监管平台获取食品相关信息，核实后放行；食品放行环节，通过采集托盘标签，获取托盘上的完整食品条码信息，透过食品监管平台获取食品相关信息，核实后放行。

在检疫环节（例行检查或抽查操作），在场区出入口部署固定式RFID阅读器。通过采集食品标签信息或食品托盘标签信息，获取并核实相关食品或食品信息，如有问题，直接退回企业；进行卫生检疫，如有问题，退回企业，通过手持式RFID阅读器设置其在检疫检验系统的状态为特定问题事项，同时该数据透过卫生检疫检验系统更新到肉类食品监管平台；如合格产品，通过手持式RFID阅读器更新其在检疫检验系统的状态，同时该数据透过卫生检疫检验系统更新到肉类食品监管平台。

提供多个手持式RFID阅读器，以便在业务操作异常环节或特定业务环节（检疫后更新业务系统状态等），手工的完成业务操作。

4 结论
本文作者的创新点是：充分利用射频识别技术（RFID），结合信息化的智能网络体系，实现对食品生产、包装、运输、库存、配送、消费等各环节的监控、管理和评估，同时对食品生产企业、进口企业、加工企业、物流公司、运输车辆、消费点进行监控、管理和评估，以达到保障食品安全最重要的两个目标：彻底实现“源头”食品追踪解决方案和在食品供应链中提供完全透明度的能力。

在该系统中，RFID中间件主要扮演着RFID技术和应用程序之间的中介角色，它可实现快速部署、标准化、实现对下屏蔽RFID设备的硬件差异，对上屏蔽应用功能的开发复杂度和差异，在中能同时支撑信息化服务和业务流程，从而使用户和开发商在构建RFID应用系统时无需刻意考虑RFID设备的具体开发要求，只需要在RFID中间件上按照常规的开发方式完成业务流程的开发，然后在该平台上进行部署和配置，就可以实现基于企业需求的RFID应用系统。

参考文献

[1]刘禹,曾隽芳,田利梅. RFID 在食品安全中的应用方案. 计算机工程与应用, 2006,24:201-205.

[2]刘媛,郝铭. 基于RFID和WSNs的仓储监管系统的设计. 微计算机信息,2006, 10-2:283-285.

[3]Stanford V．Pervasive Computing Goes the Last Hundred Feet with RFID Systems[J]. IEEE Pervasive Computing, 2003, 2(2).

[4]Finkenzeller K. 陈大才译. 射频识别(RFID)技术(第 2 版)[M]. 北京:电子工业出版社, 2001.