2.4 RFID与EPC
在物联网中实现万物互联的前提条件之一是物品具有唯一的编码，基于RFID技术的EPC编码及编码系统，实现了该需求。
2.4.1 EPC技术
EPC是一种编码系统，它赋予物品唯一的电子编码。EPC编码以RFID标签为载体，其位长通常为64位或96位，也可扩展为256位。对不同的应用，规定有不同的编码格式，主要存放企业代码、商品代码和序列号等。最新的GEN2标准的EPC编码可兼容多种编码。
它建立在EAN/UCC（全球统一标识系统）条型编码的基础之上，并对该条形编码系统做了一些扩充，用以实现对单品进行标志。
EPC编码系统是新一代的、与GTIN兼容的编码标准，它是全球统一标识系统的延伸和拓展，是全球统一标识系统的重要组成部分，是EPC系统的核心与关键。
2.4.1.1 EPC的起源
在过去的30年里，EAN/UCC编码已大大提高了供应链内的生产效率，并且已成为全球最通用的标准之一。
随着因特网的飞速发展，信息数字化和全球商业化促进了更现代化的产品标识和跟踪方案的研发，条码已经成为识别产品的主要手段。但条码也存在如下缺点：
（1）条码是可视传播技术。扫描仪必须“看见”条码才能读取它，这表明人们通常必须将条码对准扫描仪才有效。相反，无线电频率识别并不需要可视传输技术，RFID标签只要在读写器的读取范围内即可。
（2）受外界的影响大。如果印有条码的横条被撕裂、污损或脱落，就无法扫描这些商品。
（3）唯一产品的识别对于某些商品非常必要。条码只能识别产品的制造商和名称，却不能识别产品的唯一性。牛奶纸盒上的条码到处都一样，辨别哪盒牛奶先超过有效期将是不可能的。
1999年，麻省理工学院（MIT）成立了自动识别技术中心（Auto -ID Center），提出EPC概念，其后世界四个著名研究性大学——剑桥大学、阿德雷德大学、Keio大学、复旦大学相继加入参与研发EPC，并得到了100多个国际大公司的支持，其研究成果已在一些公司中试用，如宝洁公司、Tesco公共股份有限公司等。
关于编码方案，目前已有EPC-96Ⅰ型，EPC-64Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，EPC-256型等，并得到了UCC和国际EAN的支持。
2.4.1.2 EPC的结构
EPC是下一代产品标识代码，它可以对供应链中的对象（包括物品、货箱、货盘、位置等）进行全球唯一的标识。
EPC是由标头、厂商识别代码、对象分类代码、序列号等数据字段组成的一组数字，其编码结构及特性如表2.12和表2.13所示。
表2.12 EPC编码结构
表2.13 EPC特性
当前，出于成本等因素的考虑，参与EPC测试所使用的编码标准采用的是64位数据结构。
2.4.2 EPC系统构成
EPC系统是一个非常先进的、综合性的复杂系统，其最终目标是为每一单品建立全球的、开放的标识标准。EPC系统的应用与发展具有如下的现实意义：
（1）能够推动自动识别技术的快速发展。
（2）通过整个供应链对货品进行实时跟踪。
（3）通过优化供应链来给用户提供支持。
（4）提高全球消费者的生活质量。
EPC系统由EPC编码系统、射频识别系统及信息网络系统等三部分组成，如表2.14所示。
表2.14 EPC系统的构成及功能
EPC由分别代表版本号、制造商、物品种类以及序列号的编码组成。EPC是唯一存储在RFID标签中的信息。这使得RFID标签能够维持低廉的成本并具有灵活性，这是因为在数据库中无数的动态数据能够与EPC相链接。
EPC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EPC的物理载体，附着于可跟踪的物品上，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。EPC系统射频标签与射频读写器之间利用无线感应方式进行信息交换，具有以下特点：
（1）非接触识别。
（2）可以识别快速移动物品。
（3）可同时识别多个物品等。
EPC射频识别系统为数据采集最大限度地降低了人工干预，实现了自动化，是“物联网”形成的重要环节。EPC系统结构如图2.22所示。EPC系统中具有编码标准，此外还包括应答器、读写器、中间件、对象名称服务、实体标记语言等。
图2.22 EPC系统结构
各部分的功能如下：
（1）应答器（载体）
即EPC标签，是信息的载体，装有EPC编码，它应附着在物品上。
（2）读写器（获取EPC）
也称EPC码读写器，用于读或读写EPC标签，并能连接于本地网络之中。
（3）中间件（神经系统）
Savant是连接读写器和应用程序的软件，亦称为中间件，它是物联网中的核心技术，可认为是该网络的神经系统，故称为Savant。
（4）对象名称服务（信使）
ONS（Object Naming Service）的作用类似于Internet中的域名解析服务（DNS），它给Savant指明了存储产品有关信息的服务器（EPCIS灵魂）。
（5）实体标记语言（Physical Markup Language，PML）
系统中，EPC信息描述采用实体标记语言（PML），PML是在可扩展标记语言（XML）基础上发展而来的，是用于描述有关物品信息的一种计算机语言。
2.4.2.1 EPC标签
EPC标签是产品代码的信息载体，主要由天线和芯片组成。EPC标签中存储的唯一信息是96位或者64位产品电子代码。为了降低成本，EPC标签通常是被动式射频标签。根据其功能级别的不同，EPC标签可分为5类，目前所开展的EPC测试使用的是Class l/Gen 2标签，如表2.15所示。Gen是generation的缩写，它包括Class0协议和Class1协议。其中，Class0协议下的标签是只读的，不可以写入；而Class1协议下的标签虽然是可读写的，但是只能写一次，写完后就成为只读标签，这两种协议下的标签都不具有保密性。Class1协议和Class2协议都是EPC的标准协议。
表2.15 EPC标签分类
【知识链接2.2】 关于EPC标签的Class与Gen（代）的概念
Class描述的是标签的基本功能，比如它里面存储器的情况或有无电池。
Gen是指标签规范的主要版本号。通常所说的第二代EPC，实际上是第二代EPC Class 1，这表明它是规范的第二个主要版本，针对拥有一次写入内存的标签。
EPC Class的目的是为了提供一种模块化结构，涵盖一系列众多的可能类型的标签功能。
2.4.2.2 读写器
读写器是用来识别EPC标签的电子装置，与信息系统相连实现数据的交换。EPC读写器应该具有下述功能和特征：
（1）空中接口功能。
（2）防碰撞功能。
（3）与计算机网络的连接。
EPC读写器结构如图2.23所示。
图2.23 EPC读写器结构
1. 空中接口电路
空中接口电路包括收/发两个通道，具有编码、调制、解调、解码等功能，射频功率由天线辐射，并经天线接收从标签返回的信息。空中接口电路是读写器和标签之间交换信息的纽带。
2. 控制器
控制器可以采用微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）。
3. 网络接口
网络接口应具有支持以太网、无线局域网（IEEE 802.11）等网络连接方式，这也是EPC读写器的重要特点。
EPC读写器使用多种方式与EPC标签交换信息，近距离读取被动标签最常用的方法是电感耦合方式。只要靠近，盘绕读写器的天线与盘绕标签的天线之间就形成了一个磁场，标签利用这个磁场发送电磁波给读写器，返回的电磁波被转换为数据信息，也就是标签中包含的EPC代码。
读写器的基本任务就是激活标签，与标签建立通信并且在应用软件和标签之间传送数据。EPC读写器和网络之间不需要PC作为过渡，所有的读写器之间的数据交换可以直接通过一个对等的网络服务器进行。读写器的软件提供了网络连接能力，包括Web设置、动态更新、TCP/IP读写器界面、内建兼容SQL的数据库引擎。
当前，EPC系统和EPC读写器技术已基本完善。Auto-ID Labs提出的EPC读写器工作频率为860～960MHz。
2.4.2.3 EPC信息网络系统
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、信息流通的功能模块。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、对象名称服务（ONS）和EPC信息服务（EPC IS）来实现全球“实物互联”。
1. EPC中间件
EPC中间件是具有一系列特定属性的“程序模块”或“服务”，并被用户集成以满足他们的特定需求。EPC中间件以前被称为“Savant”。
EPC中间件是加工和处理来自读写器的所有信息和事件流的软件，是连接读写器和企业应用程序的纽带，主要任务是在将数据送往企业应用程序之前进行标签数据校对、读写器协调、数据传送、数据存储和任务管理。
EPC中间件与其他应用程序通信如图2.24所示。
图2.24 EPC中间件与其他应用程序通信
2. ONS
ONS是一个自动的网络服务系统，类似于域名解析服务（DNS），ONS给EPC中间件指明了存储产品相关信息的服务器。
ONS是联系EPC中间件和EPC信息服务的网络枢纽，并且ONS设计与架构都以因特网DNS为基础，因此可以使整个EPC网络以因特网为依托，迅速架构并顺利延伸到世界各地。
3. EPC IS
EPC IS提供了一个模块化、可扩展的数据和服务的接口，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相关的信息，例如：
EPC的观测值：What、When、Where、Why，通俗地说，就是观测对象、时间、地点以及原因，这里的原因是一个比较宽泛的说法，它应该是EPC IS步骤与商业流程步骤之间的一个关联，如订单号、制造商编号等商业交易信息。
EPC IS有两种运行模式：一种是EPC IS信息被已经激活的EPC IS应用程序直接应用；另一种是将EPC IS信息存储在资料档案库中，以备今后查询时进行检索。
独立的EPC IS事件通常代表独立步骤，比如EPC标记对象A装入标记对象B，并与一个交易码结合。对于EPC IS资料档案库的EPC IS查询，不仅可以返回独立事件，而且还有连续事件的累积效应，比如对象C包含对象B，对象B包含对象A。
2.4.2.4 EPC系统的特点及应用
EPC系统的主要特点如下：
（1）采用了EPC编码方法，可以识别物品到单件。
（2）信息系统的网络基础是Internet，将企业的Intranet、RFID与Internet有机地结合起来。
（3）着眼于全球的系统。
（4）目前仍需要较多的投入，对于低价值的识别对象，必须考虑由此引进的成本。
EPC射频标签的典型应用如下：
（1）供应链管理。
（2）自动化生产线的管理。
（3）航空包裹的管理。
（4）集装箱的管理。
（5）停车场的管理。
（6）不停车收费的管理。
（7）图书馆的管理。
（8）仓储管理。