0 引言

我國的第二代身份證項(xiàng)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(shí)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(jì)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(jì)的意義與研究現(xiàn)狀

1.1 設(shè)計(jì)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(fèi)者一個完全透明可信的渠道全方位了解食品更加現(xiàn)實(shí)可行。在現(xiàn)在的超市中，消費(fèi)者不能在第一時(shí)間了解自己購買的商品來源，購買時(shí)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(fèi)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(jì)，不僅能讓消費(fèi)者在購物時(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)時(shí)計(jì)算出購物車中的商品數(shù)量和總價(jià)，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(jià)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(shí)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(shí)下?lián)碛兄悄苁謾C(jī)的人越來越多，由于計(jì)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(fèi)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(fèi)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(shí)告知消費(fèi)者，由政府擔(dān)任第三方物品信息數(shù)據(jù)庫的時(shí)機(jī)已然成熟。在此之前，國內(nèi)還沒有相關(guān)的研究報(bào)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(jì)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(shí)施并不現(xiàn)實(shí)，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(diǎn)。而且，本次世博會中也成功應(yīng)用了很多RFID技術(shù)項(xiàng)目，因此本設(shè)計(jì)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(jì)

2.1 移動RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(dú)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(diǎn)，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?cái)?shù)據(jù)庫查詢商品的基本屬性。

6、本地?cái)?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(jià)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(jì)說明

在本設(shè)計(jì)中，我們以上海市的沃爾瑪超市為試點(diǎn)，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(shí)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(diǎn)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(jià)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(jià)格差異和標(biāo)簽錯誤，快捷地更新價(jià)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(jià)格變動時(shí)，計(jì)算機(jī)無線通信系統(tǒng)自動同時(shí)更新電子貨架標(biāo)簽、本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器和收銀終端，保證上架的價(jià)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(dú)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(fèi)者到超市購物時(shí)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(jì)中，超市商品的基本屬性（價(jià)格、折扣等）由超市負(fù)責(zé)完善存入本地?cái)?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(shí)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(shí)，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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)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?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器。

6、本地?cái)?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(yàn)證，驗(yàn)證成功后返回該罐頭的EPC 信息給超市數(shù)據(jù)庫。

8、本地?cái)?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(fèi)。

11、選購?fù)晁枋巢暮?，顧客到收銀機(jī)出結(jié)算，無需排隊(duì)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(jià)，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(fèi)，還可以是直接刷手機(jī)終端，自動扣費(fèi)。

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(fèi)者可以一邊查看信息一邊輕松購物。甚至，消費(fèi)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(fèi)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(fèi)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(fèi)者最為關(guān)心的食品添加劑信息、價(jià)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(jià)值、零售價(jià)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(shí)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(fèi)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(jì)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(shí)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(shí)間任何地點(diǎn)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(shí)，能得到終端提供的實(shí)時(shí)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(fèi)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(shí)，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(jì)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(diǎn)，比如員工巡查貨架時(shí)，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(fèi)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(jì)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(shí)，消費(fèi)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(shí)名信息和銀行卡信息。所以說，消費(fèi)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(shí)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(fèi)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(diǎn)，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(jì)，該設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)該注意的問題，結(jié)算時(shí)無需排長長的隊(duì)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(jì)的分析。

責(zé)任編輯：ct