基于WSID 和NFC 的商品追蹤溯源防偽

韋慶兵，李軍祥，林詩悅 （上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海200093）

WEI Qing-bing, LI Jun-xiang, LIN Shi-yue (Management School, University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093, China)

隨著人們收入的提高，對生活質(zhì)量的追求也越來越高。近年來有不少食品都出現(xiàn)了問題，比如牛奶、奶粉等，有些商品中假冒偽劣商品泛濫，因此人們越來越關(guān)注商品的質(zhì)量和食品的安全。另外市場各領(lǐng)域的競爭日益激烈，已經(jīng)不再是過去的賣方市場，廠商只有提供物美價廉的商品才能俘獲消費者的心，這直接導(dǎo)致部分商家通過生產(chǎn)假冒偽劣的商品來欺騙消費者。為防止此類情況的發(fā)生，需要對商品供應(yīng)鏈的貨源進行跟蹤追溯。

1 國內(nèi)防偽與溯源現(xiàn)狀

我國關(guān)于商品溯源體系的研究始于2002 年，在研究和實施過程中，逐步制定了一些相關(guān)的標準和指南。如為了應(yīng)對歐盟在2005 年開始實施的水產(chǎn)品貿(mào)易溯源制度，加強水產(chǎn)品溯源制度的推廣力度，使我國水產(chǎn)品出口貿(mào)易盡快適應(yīng)國際規(guī)則，國家質(zhì)檢總局出臺了《出境水產(chǎn)品溯源規(guī)程（試行）》，要求出口水產(chǎn)品及其原料需按照《出境水產(chǎn)品溯源規(guī)程（試行）》的規(guī)定標識。中國物品編碼中心會同有關(guān)專家在借鑒了歐盟國家經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，編制了《牛肉制品溯源指南》。陜西標準化研究院編制了《牛肉質(zhì)量跟蹤與溯源系統(tǒng)實用方案》，這兩項《指南》為牛肉制品生產(chǎn)企業(yè)提供了質(zhì)量溯源的解決方案。

隨著社會的不斷進步與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，部分企業(yè)已經(jīng)開始意識到防偽溯源的重要性，開始使用基于防偽碼的防偽溯源技術(shù)。實踐證明，該技術(shù)的使用在一定程度上提高了鑒別的準確度和溯源查詢功能，但是在實踐過程中也出現(xiàn)了很多問題。比如，由于此類平臺是由各企業(yè)負責(zé)獨立運行，所以其平臺信息的可信度較低，而消費者需要針對不同的商品登錄不同的平臺進行驗證。另外，由于其鑒別操作比較繁瑣，所以很少有消費者進行真?zhèn)悟炞C，所以其真實的作用也就大大降低。

2 WSID 和NFC 技術(shù)

2.1 WSID

WSID 是WSN 和RFID 的組合縮寫[1-2]。WSN（Wireless Sensor Networks，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)） 就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個要素。其體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示：

圖1 WSN 的體系結(jié)構(gòu)

WSN 所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象。

WSN 的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為：軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。WSN 以其自身特有的優(yōu)點使得其在物流中的應(yīng)用有著得天獨厚的優(yōu)勢。WSN 在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用比較常見的有倉儲環(huán)境的檢測、在途貨物的檢測、運動物體的檢測等[3]。

RFID，全稱Radio Frequency Identifi-cation，即無線射頻識別，也常稱為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子條碼等[4-6]。一套完整的RFID 系統(tǒng)由閱讀器與電子標簽兩部分組成，其動作原理為由閱讀器發(fā)射特定頻率的無限電波能量給電子標簽，用以驅(qū)動電子標簽電路將內(nèi)ID Code 送出，此時閱讀器便接收此ID Code，如圖2 所示。

電子標簽的特殊性在于免用電池、免接觸、免刷卡，故不怕臟污，且晶片密碼為世界唯一，無法復(fù)制，安全性高、長壽命。但是RFID 防偽必須借助儀器才能鑒別真?zhèn)巍?/p>

隨著技術(shù)的進步，RFID 應(yīng)用領(lǐng)域在日益擴大。RFID 已成為在商品物流中進行溯源跟蹤的強有力的工具，必將成為未來信息社會建設(shè)的一項基礎(chǔ)技術(shù)。RFID 的典型應(yīng)用包括：在物流領(lǐng)域用于倉庫管理、生產(chǎn)線自動化、日用品銷售。相比條碼技術(shù)的優(yōu)勢，RFID 技術(shù)應(yīng)用于倉儲物流管理中，對于提高倉儲周轉(zhuǎn)率，減少運營資金的占用，提高生產(chǎn)效率有著重要作用。

圖2 RFID 讀寫器技術(shù)原理

2.2 NFC

NFC（Near Field Communication），即近場通信，是由非接觸式射頻識別（RFID） 及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來，在單一芯片上結(jié)合感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點對點的功能，能在短距離內(nèi)與兼容設(shè)備進行識別和數(shù)據(jù)交換[7]。NFC 是由飛利浦半導(dǎo)體（現(xiàn)恩智浦半導(dǎo)體公司）、諾基亞和索尼共同研制開發(fā)的，其基礎(chǔ)是RFID 和互連技術(shù)。NFC 是一種短距高頻的無線電技術(shù)，在13.56MHz 頻率運行于20 厘米距離內(nèi)。NFC 芯片具有相互通信功能，并具有計算能力，在Felica 標準中還含有加密邏輯電路。

支持NFC 的設(shè)備可以在主動或被動模式下交換數(shù)據(jù)。在被動模式下，啟動NFC 通信的設(shè)備，也稱為NFC 發(fā)起設(shè)備（主設(shè)備），在整個通信過程中提供射頻場（RF-field），如圖3 所示。

它可以選擇106kbps、212kbps 或424kbps 其中的一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺設(shè)備。另一臺設(shè)備稱為NFC 目標設(shè)備(從設(shè)備)，不必產(chǎn)生射頻場，而使用負載調(diào)制（load modulation） 技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。此通信機制與基于ISO14443A、MIFARE 和FeliCa 的非接觸式智能卡兼容，因此，NFC 發(fā)起設(shè)備在被動模式下，可以用相同的連接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC 目標設(shè)備，并與之建立聯(lián)系[8]。NFC 被動通信模式如圖4 所示。

與RFID 一樣，NFC 信息也是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應(yīng)耦合方式傳遞，但兩者之間還是存在很大的區(qū)別。首先，NFC 是一種提供輕松、安全、迅速的通信無線連接技術(shù)，其傳輸范圍比RFID 小，RFID 的傳輸范圍可以達到幾米、甚至幾十米，但由于NFC 采取了獨特的信號衰減技術(shù)，相對于RFID 來說，NFC 具有距離近、帶寬高、能耗低等特點。其次，NFC 與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，目前已經(jīng)成為得到越來越多主要廠商支持的正式標準。再次，NFC 還是一種近距離連接協(xié)議，提供各種設(shè)備間輕松、安全、迅速而自動的通信。與無線世界中的其他連接方式相比，NFC 是一種近距離的私密通信方式。作為RFID 技術(shù)的一種延伸近距離通信，NFC 技術(shù)讓消費者通過智能手機隨時隨地查詢商品的相關(guān)信息變成了可能[9-10]。NFC 技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，它不僅能完成移動支付、計時考勤、獲取海報信息等功能，而且NFC 通信可以為蜂窩設(shè)備、藍牙設(shè)備、WiFi設(shè)備快速自動地建立無線網(wǎng)絡(luò)，形成一種“虛擬連接”，使這些電子設(shè)備可以在近距離范圍內(nèi)通信。

圖3 NFC 主動通信模式

圖4 NFC 被動通信模式

3 WSN、RFID 與NFC 結(jié)合的可行性

3.1 結(jié)合RFID 技術(shù)與WSN 技術(shù)的可行性

RFID 技術(shù)、WSN 技術(shù)、納米技術(shù)以及智能技術(shù)被稱為現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的四個里程碑式的技術(shù)。其中，RFID 技術(shù)和WSN 技術(shù)的發(fā)展更是重中之重。雖然此兩項技術(shù)有不同的起源、應(yīng)用和側(cè)重點，但其融合的發(fā)展方向已經(jīng)成為越來越多學(xué)者研究的內(nèi)容、越來越多企業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)，共同連接起物理和信息世界。

利用RFID 技術(shù)進行商品溯源已經(jīng)有長時間的發(fā)展，技術(shù)也趨于成熟，在商品上附著RFID 電子標簽，記錄每一步商品流轉(zhuǎn)的信息，做到出現(xiàn)問題可以追溯到責(zé)任人的追溯體系。而WSN 網(wǎng)絡(luò)是一種沒有預(yù)定基礎(chǔ)設(shè)施支撐的自組織可重構(gòu)的多跳網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的拓撲、信道的環(huán)境、業(yè)務(wù)的模式隨節(jié)點的移動而動態(tài)改變。每一個RFID 電子標簽恰巧可以充當(dāng)WSN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，實現(xiàn)實時對商品的監(jiān)控。

WSID 體系采用四層結(jié)構(gòu)模式，主要由RFID 電子標簽、RFID 閱讀器即WSN 節(jié)點、WSN 下沉節(jié)點、WSID 數(shù)據(jù)平臺組成，如圖5 所示。

WSID 的商品跟蹤步驟如下：（1） 采用RFID 電子標簽，儲存商品生產(chǎn)、加工、流轉(zhuǎn)、銷售的各個環(huán)節(jié)的信息，同時記錄其上自帶的傳感器等采集的信息。（2） 使用RFID 閱讀器作為WSN 節(jié)點，讀取電子標簽發(fā)送的商品識別信息和數(shù)據(jù)環(huán)境。（3） 對WSN 節(jié)點的信息進行處理及儲存。（4） 建立WSID 數(shù)據(jù)平臺，對整個WSID 系統(tǒng)進行動態(tài)監(jiān)控，對出現(xiàn)的問題技術(shù)做出警報處理。

圖5 WSID 的體系結(jié)構(gòu)

3.2 結(jié)合RFID 與NFC 的可行性

在某種意義上，可以把NFC 看成是RFID 的升級，首先，RFID 應(yīng)用的普及，需要無處不在的讀寫器。例如在物流及防偽市場，RFID 是非常合適的技術(shù)解決方案，但因缺乏防偽驗證的環(huán)境而很難發(fā)展。NFC 是可與手機密切結(jié)合的技術(shù)，NFC 的普及將解決RFID 讀寫器缺乏的難題，為RFID 的進一步繁榮助力。同樣，RFID 市場的存在和擴大，也給NFC 技術(shù)的推廣普及提供了基礎(chǔ)環(huán)境。預(yù)計將來NFC 手機會取代部分高端RFID 市場，分流門禁、公交和銀行（小額電子錢包） 的部分客戶，但總體來說，該技術(shù)對RFID 的促進作用更加巨大。

3.3 WSID 和NFC 結(jié)合進行商品防偽追溯

給每件商品制作一枚NFC 防偽電子標簽，并分配一個WSID 物流標簽，從車間的生產(chǎn)包裝環(huán)節(jié)開始初始化WSID 標簽，并在每個監(jiān)控跟蹤環(huán)節(jié)利用RFID 讀卡器自動識別并上傳進入該環(huán)節(jié)的WSID 物流標簽數(shù)據(jù)到后臺數(shù)據(jù)庫。物流分銷過程采用手持RFID 讀卡器完成貨物的接收和發(fā)放，直到零售環(huán)節(jié)。在此過程中如果有貨物發(fā)生損壞，通過WSID 系統(tǒng)可以準確判斷損壞時間地點及原因，并追究相關(guān)責(zé)任。消費者可以用自己的NFC 手機查詢產(chǎn)品真?zhèn)危⒉樵兊健案櫵菰础毙畔?，讓消費者放心購買，商家也放心銷售，徹底杜絕假冒偽劣產(chǎn)品出現(xiàn)。

整個系統(tǒng)包括八個部分：（1） 發(fā)放標簽：給每件商品制作一個唯一的NFC 防偽標簽，并發(fā)放一張WSID 物流標簽，該WSID 物流標簽的身份信息可以與現(xiàn)有系統(tǒng)的產(chǎn)品條碼建立一一對應(yīng)關(guān)系，便于WSID 新舊系統(tǒng)的集成應(yīng)用，避免數(shù)據(jù)重復(fù)錄入增加人員工作量。（2） 收貨入庫：對于采用叉車托盤收貨的環(huán)節(jié)，可以在收貨通道部署WSID 讀寫器，自動批量識別和采集WSID 物流標簽信息并上傳到后臺數(shù)據(jù)庫。對于經(jīng)銷商小批量收貨，可用RFID 手持機完成收貨確認，并上傳信息到后臺數(shù)據(jù)庫。（3） 發(fā)貨出庫：對于采用叉車托盤發(fā)貨的環(huán)節(jié)，可以在發(fā)貨通道部署RFID 讀寫器，自動批量識別和采集WSID 物流標簽信息并上傳到后臺數(shù)據(jù)庫。對于經(jīng)銷商小批量發(fā)貨，可用RFID 手持機完成發(fā)貨確認，并上傳信息到后臺數(shù)據(jù)庫。（4） 零售出貨：終端零售環(huán)節(jié)，對于銷售出去的每一件商品，都要做一個銷售登記處理。（5） Web 查詢統(tǒng)計：廠家管理人員可以在Web 端查詢WSID 標簽的發(fā)放情況，查詢分銷進度，統(tǒng)計銷售報表等。（6） 消費者：消費者可以免費下載安（裝App 軟件，使用自己的NFC 手機掃描防偽標簽，查驗真?zhèn)?，并進一步查詢溯源信息?？梢园巡樵兘Y(jié)果推薦給自己的朋友圈，轉(zhuǎn)發(fā)到自己的微信微博等社交平臺上。這對廠家是一個拉近消費者的最好通道。未來消費行為活動中“先查后買”將是常態(tài)，查不到真實來源的產(chǎn)品將很難獲得消費者的信任和購買。（7） 自助查詢：在商場專賣柜等場所部署自助查詢機，對于沒有NFC 手機的消費者，可以把商品拿到自助機的NFC 讀卡器上查詢防偽信息和物流溯源信息。（8） 系統(tǒng)集成：WSID 系統(tǒng)可與企業(yè)的ERP 系統(tǒng)、物流倉儲系統(tǒng)、POS 系統(tǒng)等通過接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，避免數(shù)據(jù)重復(fù)維護，最大化共享數(shù)據(jù)，并保護原有的信息技術(shù)投資。

4 結(jié)束語

NFC 手機的普及，各種應(yīng)用應(yīng)運而生，NFC 防偽溯源有著巨大的前景。NFC 技術(shù)擁有出色的安全保密性能以及快速的接入能力，其與RFID 相輔相成，相互依托。NFC 彌補后者在安全性和保密性上的不足，而RFID 在傳輸范圍上比NFC 大得多。WSN 能夠?qū)χ車h(huán)境進行監(jiān)測，尤其在運輸過程中使相關(guān)人員能夠根據(jù)反饋的信息及時采取措施，避免由于環(huán)境因素造成的經(jīng)濟損失。這三種技術(shù)的綜合應(yīng)用在貨物運輸和防偽溯源上能夠發(fā)揮巨大的作用。

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