移動RFID技術(shù)的智能超市是怎樣實現(xiàn)的

0 引言

我國的第二代身份證項目應(yīng)用了RFID，隨后，2008 年北京奧運(yùn)會的每一張門票內(nèi)置有一枚RFID電子芯片，有效識別持票人信息，不管是門禁還是手機(jī)移動支付，RFID 已經(jīng)與我們的生活息息相關(guān)。盡管如此，大部分的RFID也只是在閉環(huán)的產(chǎn)業(yè)鏈中應(yīng)用，隨著智能卡應(yīng)用的不斷拓展，RFID 開始走向開放式應(yīng)用。國外移動運(yùn)營商開始整合手機(jī)與RFID應(yīng)用，讓手機(jī)在支付、娛樂、識別、證件等多個領(lǐng)域“一機(jī)通”［1］。

RFID 有一個巨大的優(yōu)勢，個性化越強(qiáng)的應(yīng)用，就越需要RFID 技術(shù)，手機(jī)這種個性化的物品就勢必與RFID密不可分，成為我們生活中不可少的一部分。嵌入了RFID芯片的手機(jī)擁有了更多普通人想象不到的功能，它可以作為我們的工作證、電視遙控器、門鑰匙，甚至是信用卡等等。如今，RFID手機(jī)在日本已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用發(fā)展，凡是新上市的手機(jī)均嵌有RFID芯片，除了上述的電子票證和支付用途等外，還開發(fā)出了一些個性化的服務(wù)，諸如乘客可以通過手機(jī)及時獲取列車?？空炯奥肪€信息。在移動RFID技術(shù)的發(fā)展方面，韓國最為突出，韓國政府為了手機(jī)應(yīng)用RFID 技術(shù)，對手機(jī)分配了900MHz 附近的頻段，政府和企業(yè)攜手共同推動RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國雖然對移動RFID的期望很高，但是由于標(biāo)準(zhǔn)、成本和應(yīng)用缺乏等制約因素，目前仍處于“含而不露”的狀態(tài)，沒有大規(guī)模的普及移動RFID市場［44］。對于移動RFID這個殺手級的應(yīng)用，國家標(biāo)準(zhǔn)委聯(lián)合科技部、工信部等14 個部委形成了《中國RFID發(fā)展技術(shù)白皮書》。芯片設(shè)計和技術(shù)測試方面也已經(jīng)組織好了相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)，為行業(yè)應(yīng)用提供示范［2］。

1 應(yīng)用設(shè)計的意義與研究現(xiàn)狀

1.1 設(shè)計的意義

目前，食品安全是人們最為關(guān)心的大問題，食品安全信息一片空白，致力于提高食品供應(yīng)商的道德感固然重要，但是，提供給消費者一個完全透明可信的渠道全方位了解食品更加現(xiàn)實可行。在現(xiàn)在的超市中，消費者不能在第一時間了解自己購買的商品來源，購買時不明白所含添加劑究竟對人體有害還是無害，甚至不小心買回快過期的食品，回家食用之后也沒察覺。在越來越智能化生活的今天，消費者對于食品在整個供應(yīng)鏈中的信息，即從種植來源、生產(chǎn)加工、包裝運(yùn)輸、銷售各個環(huán)節(jié)的信息，要求透明并且有渠道可獲取。提供人性化地?zé)o憂購物環(huán)境，對于超市和商店來說是不可推卸的義務(wù)，況且，一個智能輕松的購物環(huán)境也會大大提高超市和商店的利潤和聲望。

因此，本文提出一個人性化的基于移動RFID的智能超市設(shè)計，不僅能讓消費者在購物時能輕松地明白所購物品“從農(nóng)田到餐桌”食品鏈中的所有方面，還能讓不懂得料理知識的顧客懂得“紅燒豬蹄”的具體做法和食材的挑選方法。

1.2 研究現(xiàn)狀

RFID 技術(shù)在二戰(zhàn)時期就應(yīng)用于美國軍方了，到現(xiàn)在也依然只是在倉儲、運(yùn)輸、身份識別、門禁等領(lǐng)域中大放異彩［3］。其實，早在2003年麥德龍公司就在德國開了世界第一家“未來商店”，商店里的每一臺購物車上都裝有一個微型電腦PSA，可以實時計算出購物車中的商品數(shù)量和總價，能夠提供商品查詢等。但是，關(guān)于“未來商店”的構(gòu)想并沒有得到推廣，很多感興趣的大企業(yè)都裹足不前。但是到了今天，電子標(biāo)簽的價格下降，移動RFID技術(shù)的成熟，尤其是智能手機(jī)終端的普及，并且移動運(yùn)營商也推廣了手機(jī)支付業(yè)務(wù)……這些都在昭示著，真正的智能超市時代即將來臨。

在我國，盡管IBM公司也將“未來商店”帶到了上海的復(fù)旦大學(xué)，但是也僅僅是一座示范性的概念商店，無法在全國超市中應(yīng)用。如果要求超市中每一臺購物車上都配備一個微型信息終端，是不可行的，投入太大，并且設(shè)備的維護(hù)丟失也將是一筆不菲的開支。然而，時下?lián)碛兄悄苁謾C(jī)的人越來越多，由于計算機(jī)的普及，中老年中能夠簡單操作PDA等信息終端的也大有人在。只需要在智能手機(jī)給有智能移動終端的消費者提供接入超市局域網(wǎng)查詢物品信息的功能，在超市貨架的兩側(cè)安放一定數(shù)量的信息終端提供給沒有智能移動終端的消費者食品安全問題得到了“兩會”的極度重視并成立了食品安全委員會，要求在食品供應(yīng)鏈上的所有生產(chǎn)經(jīng)營單位和個人完善食品安全信息，及時告知消費者，由政府擔(dān)任第三方物品信息數(shù)據(jù)庫的時機(jī)已然成熟。在此之前，國內(nèi)還沒有相關(guān)的研究報道，所以，本論文的研究具有創(chuàng)新性和前瞻性?；谝苿覴FID的智能超市設(shè)計是關(guān)乎民生的基礎(chǔ)建設(shè)，需要政府的大力支持和社會各個生產(chǎn)部門、企業(yè)個人的通力配合。當(dāng)然，一下子在全國范圍內(nèi)實施并不現(xiàn)實，可以在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的超市，如上海的沃爾瑪超市，進(jìn)行試點。而且，本次世博會中也成功應(yīng)用了很多RFID技術(shù)項目，因此本設(shè)計也具備經(jīng)濟(jì)條件和社會效益［4］。

2 智能超市系統(tǒng)設(shè)計

2.1 移動RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 智能超市移動RFID 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能超市的移動RFID 系統(tǒng)如圖1 所示，該系統(tǒng)包含的基本組件為：

1、電子標(biāo)簽：即射頻標(biāo)簽，存儲了EPC產(chǎn)品電子代碼等信息，獨一無二地標(biāo)識商品，如本文在第二章中介紹的一樣，標(biāo)簽包括了四個部分，即編碼類型（Header）、企業(yè)代碼（Manager number）、商品類別（Object class）和產(chǎn)品序列號（Serial number），見圖2。

圖2 EPC標(biāo)簽結(jié)構(gòu)

2、移動RFID 閱讀器終端：嵌有閱讀器芯片的移動終端，可以是智能手機(jī)、PDA 還有手持式閱讀器等。

3、特殊的信息終端：這種終端是固定式、觸摸屏的，超市設(shè)置于貨架兩側(cè)，為沒有智能移動終端的顧客提供商品和信息查詢等功能。

4、無線局域網(wǎng)：在超市內(nèi)部設(shè)置幾個無線接入點，為超市提供傳輸網(wǎng)絡(luò)，

5、本地ONS 服務(wù)器：是EPC地址翻譯的服務(wù)器，工作于超市局域網(wǎng)內(nèi)部，對超市貨物的EPC編碼進(jìn)行解析，將URL地址發(fā)送給本地數(shù)據(jù)庫查詢商品的基本屬性。

6、本地數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：是超市內(nèi)部局域網(wǎng)中的服務(wù)器，提供商品的基本屬性，如價格、保質(zhì)期、折扣信息等，并且可以將商品的URL 地址發(fā)送到外網(wǎng)（EPC網(wǎng)絡(luò)）查詢商品的供應(yīng)鏈信息，然后返回商品的綜合信息給用戶。

7、網(wǎng)關(guān)：連接超市內(nèi)部局域網(wǎng)與外部Internet 網(wǎng)絡(luò)，過濾信息和保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)的安全。

8、EPC-IS：EPC的信息服務(wù)器，提供商品在供應(yīng)鏈中的所有信息，位于EPC網(wǎng)絡(luò)，需要整個社會的各個生產(chǎn)部門共同維護(hù)商品的EPC 信息。

2.2 設(shè)計說明

在本設(shè)計中，我們以上海市的沃爾瑪超市為試點，基于Wap 技術(shù)建立沃爾瑪超市的用戶網(wǎng)站，提供用戶查詢商品的接口。WAP（Wireless Application Protocol，無線應(yīng)用通訊協(xié)議），定義可通用的平臺，將HTML語言轉(zhuǎn)換為WML（Wireless Makeup Language）語言，顯示在移動終端的顯示屏上，WAP 是新時代的寵兒，可廣泛應(yīng)用于GSM、CDMA、3G等多種網(wǎng)絡(luò)［5］。微型瀏覽器文件很小，能較好地解決移動終端內(nèi)存小和無線網(wǎng)絡(luò)帶寬不寬的限制，并且對CPU 的要求不高。開發(fā)基于WAP的界面，一旦用戶踏入超市主動連接局域網(wǎng)，首頁登錄后即可顯示查詢歷史記錄、積分記錄、查詢商品的模塊。

在上海的每一家沃爾瑪超市中建立無線局域網(wǎng)WLAN，放置無線接入點覆蓋整個超市。讓超市為每一個商品貼上電子標(biāo)簽，并且在貨架上擺放商品的LC電子屏幕顯示價格。粘貼在商品上的標(biāo)簽的頻率范圍為HF頻段13.56MHz，該頻段允許商品標(biāo)簽與閱讀器的最大距離不超過1.5m［48］。電子貨架標(biāo)簽可靠，不存在價格差異和標(biāo)簽錯誤，快捷地更新價格。電子貨架標(biāo)簽系統(tǒng)安裝四種不同尺寸的簡單易讀的數(shù)字LC顯示屏，使用高能電池供電，至少持續(xù)五年，裝有小型的無線接收裝置和微型天線。當(dāng)價格變動時，計算機(jī)無線通信系統(tǒng)自動同時更新電子貨架標(biāo)簽、本地數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和收銀終端，保證上架的價格信息連續(xù)并且是最新的。電子貨架標(biāo)簽使用通信基站以獨立的無線網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行通信，通信基站安裝在超市的天花板上。

出于方便超市管理會員信息的考慮，將會員卡、返券信息等和用戶的賬戶綁定，自動積分和參加優(yōu)惠活動，這樣一是消費者到超市購物時無需攜帶會員卡和折扣券，二是超市也能很方便的發(fā)展會員數(shù)量。在本設(shè)計中，超市商品的基本屬性（價格、折扣等）由超市負(fù)責(zé)完善存入本地數(shù)據(jù)庫，而商品的其他信息（供應(yīng)鏈信息、商家宣傳信息等）由政府作為第三方建立EPC信息服務(wù)器存放信息并進(jìn)行授權(quán)維護(hù)。最后，考慮到商品上的電子標(biāo)簽被顧客不知不覺帶回家會泄露一些隱私信息，我們在超市的出口處擺放幾臺標(biāo)簽去活化設(shè)備，讓標(biāo)簽失效。

3 系統(tǒng)功能分析

3.1 應(yīng)用實例流程說明

下面本文結(jié)合一個具體的應(yīng)用場景，對整個智能超市的移動RFID系統(tǒng)進(jìn)行描述，具體的購物流程如圖3 所示。

圖3 智能超市購物流程

1、某位顧客是超市的會員，在超市的網(wǎng)站上注冊了賬戶并進(jìn)行會員身份綁定。某一天當(dāng)該顧客手持智能手機(jī)終端進(jìn)入超市時，選擇了連接超市的局域網(wǎng)，在彈出的首頁可以自動登錄賬號或者手動登錄。用戶首頁顯示了當(dāng)天超市中實時的商品打折特賣信息和新品特賣信息，還有該顧客過去8周內(nèi)的歷史購物記錄，系統(tǒng)智能地提出購物建議（目前超市正有的特賣促銷，并且這種商品是該顧客經(jīng)常購買的），系統(tǒng)告知顧客，并顯示了該商品的導(dǎo)購圖，指示了對應(yīng)的貨架位置，實時引導(dǎo)路徑。顧客查看了自己當(dāng)前的積分信息和賬戶綁定的銀行卡存款信息。

2、顧客開始自由選擇商品，在挑選葡萄酒的時候，用手機(jī)掃描了罐頭上的電子標(biāo)簽，發(fā)出EPC number 信息請求并等待標(biāo)簽的回應(yīng)。

3、標(biāo)簽接收到詢問信息后，向移動閱讀器發(fā)送標(biāo)簽ID［6］。

4、移動閱讀器接收到標(biāo)簽ID 后，通過超市無線局域網(wǎng)發(fā)送標(biāo)簽ID 到本地ONS 服務(wù)器。

5、本地ONS 服務(wù)器解析出該葡萄酒的URL 地址發(fā)送給本地數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

6、本地數(shù)據(jù)庫服務(wù)器根據(jù)URL 地址匹配得到該罐頭的基本屬性信息，將URL 地址通過網(wǎng)關(guān)發(fā)往EPC-IS 服務(wù)器，請求該葡萄酒的供應(yīng)鏈信息。

7、EPC-IS 服務(wù)器接到請求并進(jìn)行合法性驗證，驗證成功后返回該罐頭的EPC 信息給超市數(shù)據(jù)庫。

8、本地數(shù)據(jù)庫將葡萄酒的EPC 信息和基本屬性信息重新整合為一個信息包返回給顧客的移動手機(jī)終端。

9、顧客在手機(jī)上查看了葡萄酒的產(chǎn)地、銷售公司的信息等。

10、為了做出一頓美味的料理，顧客下載了料理的烹飪方法，在貨架旁邊的自助信息終端上打印，刷手機(jī)自動扣費。

11、選購?fù)晁枋巢暮?，顧客到收銀機(jī)出結(jié)算，無需排隊等候，把所有商品放在全方位的RFID 閱讀器上，系統(tǒng)自動給出商品總數(shù)和總價，不會誤算。

12、收銀員啟動結(jié)算流程，支付手段可以是傳統(tǒng)的收取現(xiàn)金或者用POS 機(jī)刷卡收費，還可以是直接刷手機(jī)終端，自動扣費。

13、顧客在出口處將購買了的商品放在裝有集成RFID閱讀器的指定區(qū)域，閱讀器自動讀取標(biāo)簽信息，相應(yīng)的代碼出現(xiàn)在顯示屏上，按下某個鍵，顧客確認(rèn)讓這些標(biāo)簽永久失效，依據(jù)標(biāo)簽的不同，上面的代碼被刪除或者歸零。至此，整個購物流程完畢。當(dāng)然這只是一個簡單的例子，智能手機(jī)終端上還可以顯示以下信息：商品導(dǎo)購信息、商品定位信息、會員信息、歷史購物記錄信息、各種食品配料進(jìn)行烹飪的方法以及各種酒類信息等。消費者可以一邊查看信息一邊輕松購物。甚至，消費者也可以在智能終端上的客戶端上事先列出所需購買物品的消費清單，進(jìn)入超市后調(diào)出清單購買即可。

3.2 系統(tǒng)功能

消費者可以獲取肉類、酒類、蔬菜水果等不同物品的各類信息，有的信息還相當(dāng)詳盡，比如物品的產(chǎn)地、生產(chǎn)方式等，還有消費者最為關(guān)心的食品添加劑信息、價格、代用品以及菜肴的烹飪方法、葡萄酒的調(diào)配方法?？梢垣@取所有的商品特征、營養(yǎng)價值、零售價格、最新的家居提示和技巧、飲食建議。甚至能提供蛋的來源、品質(zhì)和保存時間，雞等家禽從飼養(yǎng)、成長到上架的詳細(xì)供應(yīng)鏈信息。在特定的信息終端，還能自助打印料理方法和原料配方的清單功能。在音像制品專區(qū)，由于傳統(tǒng)的銷售方式只能向消費者提供商品的外形和少數(shù)試聽服務(wù)，現(xiàn)在，可以在智能移動終端上面觀看或者收聽預(yù)先設(shè)置的一段視頻或者音頻介紹。

本設(shè)計不只是提供了一個人性化的購物環(huán)境，它同樣也使得超市員工的工作量大大的減少。首先工作人員可以攜帶嵌有閱讀器芯片的PDA在超市內(nèi)漫游，為沒有智能終端的顧客提供商品信息和存貨信息，并且在缺貨的時候推薦替代品;其次，員工可以在超市的任何角落訪問超市的商品管理系統(tǒng)，在任何時間任何地點調(diào)出每種商品的庫存情況，無需為了防止商品過期而檢查每一個貨架;再次，員工可以使用PDA或者智能移動終端來發(fā)送和接收電子郵件、管理聯(lián)系細(xì)節(jié)和日程表。最后，使用嵌有閱讀器芯片的PDA或者智能手機(jī)，員工在超市貨架之間通過時，能得到終端提供的實時商品清單，迅速發(fā)現(xiàn)擺放位置不合要求的商品。

不僅如此，一旦本該移動RFID系統(tǒng)部署成功，還能讓超市特賣信息便捷、生動地到達(dá)消費者的視野，這樣做，不再需要大量宣傳單，不需要賣場人員吆喝，有利于環(huán)保，提高超市營業(yè)額的同時，節(jié)約了大量的資源，符合我們當(dāng)今科學(xué)發(fā)展觀的政策。

4 系統(tǒng)分析

任何一個系統(tǒng)設(shè)計都不可能完美無缺的，肯定有需要改進(jìn)的地方，下面就一些大家關(guān)注的問題進(jìn)行分析。

1、該系統(tǒng)數(shù)據(jù)量非常龐大，一旦數(shù)據(jù)庫崩潰或者破壞，后果非常嚴(yán)重。數(shù)據(jù)流量大是超市的一大特點，比如員工巡查貨架時，處于閱讀器感應(yīng)區(qū)的商品標(biāo)簽數(shù)量很多，那么閱讀器發(fā)往服務(wù)器的查詢請求會不會也非常多，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰？本文在第四章討論過，在閱讀器級過濾查詢的方法，能很好的解決這一問題。對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份和定期維護(hù)，這對于系統(tǒng)安全而言必不可少。超市的中央數(shù)據(jù)庫需要超市員工完善信息，維護(hù)數(shù)據(jù)庫;EPC-IS數(shù)據(jù)庫則需要社會各個生產(chǎn)部門通力合作，提供商品的完整信息，并且該數(shù)據(jù)庫必須要公信力高的政府部門來維護(hù)和授權(quán)訪問，制定規(guī)則，要求所有生產(chǎn)商、銷售商還有其他單位個人各盡其責(zé)的提供商品各個階段的信息。

2、這個系統(tǒng)是不是足夠安全？會不會泄露消費者的個人信息？標(biāo)簽和閱讀器，閱讀器和認(rèn)證服務(wù)器之間是不是在安全的無線信道中傳輸，會不會被人竊聽、偽造和篡改信息，這是用戶非常關(guān)心的問題。在本設(shè)計中，WLAN采用IEEE802.11 協(xié)議認(rèn)證機(jī)制防止非法AP接入;使用IP 過濾器，防止非法使用資源;WEP加密技術(shù)，保證數(shù)據(jù)的完整性［7］。其實，消費者只是登錄了一個會員賬戶，雖然綁定了會員積分信息等，但是并不會泄露其他的實名信息和銀行卡信息。所以說，消費者無需擔(dān)心安全問題。超市也在出口處提供了標(biāo)簽去活化設(shè)備，顧客可以自助去活化標(biāo)簽，隱私問題也得到了保護(hù)。

3、大部分人雖然能夠操作智能移動終端，但是對RFID的功能不是非常了解，超市可以在網(wǎng)站上介紹本系統(tǒng)，在超市的入口處和出口處設(shè)立展板等宣傳，在服務(wù)臺提供移動RFID功能與實現(xiàn)等背景信息的小冊子。任何一個新的事物總要渡過一個磨合期，消費者們可能上手會很慢，但是一旦習(xí)慣之后會愛上這種購物方式。

4、僅僅在上海建立試點，僅僅盯住沃爾瑪這樣的巨頭超市，可能大家覺得還不是很方便，移動RFID智能超市系統(tǒng)的舞臺很大，如果能在全國的大中型超市，甚至是零售商店中推廣，會讓百姓受益無窮，當(dāng)然，這并非易事。

5 結(jié)論

本文首先分析了國內(nèi)外移動RFID系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)狀，提出了基于移動RFID的智能超市設(shè)計，該設(shè)計讓人們從會員卡和折扣券中解脫出來，只需要攜帶自己的手機(jī)，大家能方便地獲取商品的完整信息、食材的搭配方法、居家設(shè)計時該注意的問題，結(jié)算時無需排長長的隊伍，真正的做到人性化購物，輕松的生活。隨后，結(jié)合一個具有代表性的應(yīng)用場景對該系統(tǒng)的流程進(jìn)行描述，最后，給出了應(yīng)用設(shè)計的分析。

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