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| 基于RFID的集装箱及其货物的基础数据采集研究 |
| 文章来源：RFID世界 |
| 2005/9/12 1:14:23 |
状态信息可以通过识读器写入到标签中，除聚合和反聚合外的信息可以很方便地写入到标签中。聚合和反聚合过程由于其本身的过程和采用的技术不同而有所差异和复杂。聚合过程是指装载货物的过程；反聚合过程中就是货物从集装箱中卸载的过程。由于要保证集装箱标签中的信息、数据服务器中针对某个集箱装的货物信息以及集装箱中实际货物三者的一致性，就必须要采取一些措施来保证聚合和反聚合过程的一致性。目前主要有两种技术可以解决：RFID和条码技术。而一般采用的都是RFID和条码技术相结合的方法。
聚合过程如图2所示，利用条码技术对物品进行包装，然后，将包装箱上加上Tag或条码，再将加上Tag或条码的包装箱放入到集装箱，并在集装箱上加上有源Tag。在聚合过程中，利用条码和RFID Tag混用的方式。无论是聚合过程还是反聚合过程中，都必须要对聚合货物进行正确性(一致性)验证，以防止货物装卸错误。一旦发现错误，可以通过告警系统向操作人员进行告警。在具体实施时，可以通过条码识读器和RFID识读器将每个货物装载的信息通过有线或无线的方式送至Data Server，再由Data Server比较装入的货物信息和集装箱的基础信息(如到达站、出发站、到达时间等)，通过比较，确认无误后，再向标签写入本次操作的数据。为了确保信息的正确性，Data Server也可以向操作员的手持设备发送确认信息，在得到操作人员的确认后再向标签写入数据。
聚合和反聚合操作对于拼箱操作是十分重要的，拼箱是将多个客户货物拼装在一个箱内，很容易将一箱中的货物错装至另一箱，导致货物丢失或错误提交的情况。利用聚合和反聚合操作可以有效地解决这一问题。
因此，基于上述考虑，前端数据采集系统(也称前端区域数据中心)，采用中间件实现，其内部结构如图3所示。主要完成数据的采集、过滤、区域数据中心与现有管理信息系统之间的通信、区域数据中心与RFID Reader之间的通信、数据格式的转换、以及信息安全等主要功能，并可以兼容多种RFID Reader以及条码阅读器。通过这个中心可以向装箱运输管理信息系统提供有关集装箱及其货物等基础数据。
数据转换模块是专门用来对采集到的数据进行数据格式转换的，以保证与现有系统的兼容性。前端区域数据中心还可以兼容各种数据采集设备的数据格式，针对不同种类的数据设备，可以方便地进行数据采集。RFID的区域数据中心采用中间件的方法实现，可以容易地结合到现有集装箱运输管理系统中，根据应用系统的需要可靠、准确、安全的提供基础数据。
3.FDC实施中的关键问题及解决方案
基于RFID的FDC中数据的准确性和可靠性主要受以下三个因素的影响：数据碰撞[11]、数据冗余以及数据安全[12]等。
本系统主要从两个方面来解决问题：(1)通过RFID的硬件设备来解决数据碰撞和数据安全问题；(2)通过中间件来解决数据冗余和数据传输的安全问题。
数据碰撞是指在识读器识别区域内有多个射频信号同时到达，它将同时响应识读器的命令而向识读器发送信号，引起信道争用的问题，信号相互干扰，导致识读器不能正确识别电子标签中的数据，即发生了碰撞(Collision)。
数据碰撞主要有两种类型：标签(Tag)冲突和识读器(Reader)冲突[13]。
针对标签冲突，现有的解决方案主要采取时域法，通常有两大类：确定性算法和不确定性算法[14]。在不确定性算法中，标签随机产生应答时间。很多不确定性算法都是基于Aloha算法[13]的。确定性算法是读写器通过搜索标签的唯一的ID来选择不同标签来应答。二进制树搜索法[15]是最简单的确定性算法。
针对识读器碰撞，Colorwave协议[16]利用识读器和标签通信局部化的特点来提供一个实时、分布式、局部的MAC协议为识读器分配通信频率和时隙以减少识读器间的干扰，这种方法能大大提高系统的通信负载。
数据安全就是防止其他系统的读取设备读取或改动集装箱上RFID Tag中的信息。为了防止数据的泄露，人们提出了很多办法：如物理隔离[18]、停止标签服务[12]、读取访问控制[12][19]以及双标签联合验证(yoking-proof)法[20]。这些方法都是基于硬件实现的。
在具体实现过程中，采用如图3所示的中间件来实现集装箱及其货物的基础数据采集，RFID 硬件可以有效的解决数据碰撞和安全问题，因此，在中间件中主要解决：(1)中间件本身的安全以及与现有系统交互过程的数据安全问题；(2)基础数据的可靠问题，包括数据冗余和数据差错等。
数据冗余问题是由于某一标签(集装箱)在没有任何改变的情况多次通过阅读区域或者长时间停留在阅读区域，造成识读器多次获取重复数据。
采用两种机制的结合方法：即数据过滤和控制读取。数据过滤就是对同一时间段内的同一个标签的数据进行过滤操作，过滤处理操作在本地中间件中实现。数据过虑技术并没有减少对RFID Tag的识读次数，RFID Tag会因为多次识读而消耗能量，降低RFID Tag的使用寿命。为了有效地节约RFID Tag中的能源，当Tag进入阅读区域时，由于采用了地标技术，本地数据中心可以控制地标在一定的时间间隔内发送读取触发信号(如十分钟发一次)。这样可以有效地节约Tag的能量，提高Tag的使用寿命。
数据错误是指基础数据读取过程中获得了错误的数据(如不应该读取时，读取了数据，聚合和反聚合过程中的数据不一致等等)。中间件采用逻辑检查方法来有效地解决这个问题，在中间件中实现了逻辑检查规则，通过这些规则可以有效地排除错误数据。
中间件的数据安全主要是提供中间件内部的数据安全以及与现有系统之间交互过程中的数据安全，中间件采用了用户接入认证、数据传输认证，并采用安全的数据通道传送数据，从而保证数据交互过程的安全性。
4.结论
本文针对集装箱运输过程中的跟踪和管理问题，提出了采用远距离、快速RFID技术实现小范围内数据快速获取和定位的框架结构，并针对系统中的一些关键问题提出了相应的解决措施，提出了利用中间件作为数据采集的基本模型，通过中间件可以很好地与其他系统进行结合，通过对基础数据的准确、自动采集，可以实现对集装箱运输过程中集装箱及集装箱中货物的可视化管理，提高工作效率，减少差错率。
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