基于高性能EPC網(wǎng)絡(luò)的物流追溯信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

王渭 劉子建

摘要：物流行業(yè)數(shù)據(jù)具有訪問高并發(fā)、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)逆向追蹤等特征，為了實現(xiàn)物流企業(yè)物品智能化識別定位、跟蹤監(jiān)控與管理，本文建立了基于高性能EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的物流追溯信息系統(tǒng)。首先，根據(jù)EPC體系規(guī)范，分析了基于EPC體系結(jié)構(gòu)的物流數(shù)據(jù)流向。其次，給出了對物流信息系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)進行分層設(shè)計、采用分布式部署和集群化處理等設(shè)計方法，提出了基于EPC的物流信息系統(tǒng)架構(gòu)。最后，對以EPCIS為內(nèi)核的物流追溯信息系統(tǒng)進行詳細(xì)設(shè)計，運行效果表明了系統(tǒng)設(shè)計方法的有效性。

關(guān)鍵詞：EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；RFID；EPCIS；ONS；物流追溯信息系統(tǒng)

中圖分類號：TP391文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.3969/j.issn.10036199.2017.01.026

1引言

物流信息化是企業(yè)借助現(xiàn)代信息技術(shù)對物流過程中產(chǎn)生的全部或部分信息進行采集、分類、傳遞、匯總、識別、跟蹤、查詢等一系列處理活動，以實現(xiàn)對貨物流動過程的控制，進而達到降低成本、提高效益的目的 [1-2]。EPC（Electronic Product Code）網(wǎng)絡(luò)是以EPCglobal提出的 EPC系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)范為理論基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)平臺為支撐，通過射頻識別RFID（Radio Frequency Identification）電子標(biāo)簽識別物理對象的一種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[3-5]，其主要功能是實現(xiàn)對物品信息數(shù)據(jù)的非接觸式采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲和跟蹤查詢管理等。

EPC電子碼的使用，旨在讓每一個產(chǎn)品實現(xiàn)唯一標(biāo)識，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息傳遞和共享，達到對單件產(chǎn)品信息的跟蹤與追溯目的。隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互呈現(xiàn)出高并發(fā)、大數(shù)據(jù)、實時傳輸為特征的復(fù)雜性，建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的物流EPC網(wǎng)絡(luò)面臨著同樣的挑戰(zhàn)，這對物流EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的性能提出了較高要求[6，7]。

歐美一些國家在EPC信息服務(wù)查詢機制的研究方面做了大量的基礎(chǔ)工作，并將這項技術(shù)應(yīng)用于供應(yīng)鏈的物品追溯環(huán)節(jié)，主要提出了一些參考模型和應(yīng)用規(guī)范[8-10]。一些學(xué)者在此方面開展了深入研究，取得了一些有價值的研究成果[11-13]。

近年來，國內(nèi)一些學(xué)者和研究機構(gòu)對基于RFID的EPC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用做了相關(guān)研究。顏波等人設(shè)計開發(fā)了基于RFID和EPC物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)品供應(yīng)鏈可追溯平臺，實現(xiàn)了對水產(chǎn)品流通過程的全程追溯[14]。針對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，徐剛和孫彥景等人分別設(shè)計了基于傳感器物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)和基于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)智能化管理[15， 16]。趙文等人提出了供應(yīng)鏈環(huán)境下一種新的分布式RFID發(fā)現(xiàn)服務(wù)，在查詢時采用多個查詢流以提高查詢效率[17]。在解析物聯(lián)網(wǎng)兩層基本涵義的基礎(chǔ)上，錢志鴻等人提出了包括底層網(wǎng)絡(luò)分布、匯聚網(wǎng)關(guān)接入、互聯(lián)網(wǎng)融合、終端用戶應(yīng)用四部分的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計了面向物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系，并從硬件和軟件兩個層面討論了物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)[18]。

從上述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出，目前大多數(shù)關(guān)于RFID和EPC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用的研究，大都沒有考慮系統(tǒng)大規(guī)模運行時導(dǎo)致的系統(tǒng)服務(wù)性能瓶頸問題，這些瓶頸問題主要由高并發(fā)數(shù)據(jù)訪問、大數(shù)據(jù)處理等因素產(chǎn)生[19-22]，其中某些系統(tǒng)無法提供信息共享服務(wù)性能，沒有設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問接口，只在小范圍局域網(wǎng)內(nèi)使用了基于EPC的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[23-26]。

本文針對物流行業(yè)數(shù)據(jù)訪問高并發(fā)、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)逆向追蹤等特征，就物流企業(yè)內(nèi)部和跨企業(yè)間高性能EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計進行分析研究，并對EPC核心平臺：產(chǎn)品電子代碼信息服務(wù)EPCIS系統(tǒng)（EPC Information Services）進行詳細(xì)設(shè)計和開發(fā)實現(xiàn)。

2EPC體系結(jié)構(gòu)分析

2.1EPC體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)

EPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架標(biāo)準(zhǔn)是由一系列提供基于EPC核心服務(wù)的包括相關(guān)硬件、軟件和數(shù)據(jù)接口等基本協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)所組成的集合。根據(jù)其在EPC網(wǎng)絡(luò)活動中所處的位置，這些基本標(biāo)準(zhǔn)可分為三層：第一層為EPC物理對象交換層，第二層為EPC數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)設(shè)施層，第三層為EPC數(shù)據(jù)共享層，如圖1所示。

2.2EPC體系結(jié)構(gòu)組成

EPC體系結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：EPC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、識別系統(tǒng)部分和網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)部分。EPC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)部分即為EPC編碼體系，識別系統(tǒng)部分即為EPC射頻識別系統(tǒng)，而網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)部分則包括Savant組件、ONS（Object Name Service）系統(tǒng)和EPCIS系統(tǒng)。

EPC編碼與GTIN、SSCC、GLN等編碼體系兼容，是建立全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)的重要組成部分。EPC編碼分為四個組成部分：Header為版本號，不同版本的編碼位數(shù)不同；EPC Manager Number為產(chǎn)品的廠商識別代碼；Object Class為產(chǎn)品的分類代碼；Serial Number為產(chǎn)品序列號，用于唯一標(biāo)示一件物品?？紤]到物流行業(yè)需要標(biāo)識的物理對象數(shù)量龐大的特點，物流EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以采用EPC-96或者EPC-256進行編碼，因為編碼位數(shù)越多意味著可以標(biāo)識的產(chǎn)品數(shù)越多。

EPC射頻識別系統(tǒng)主要由RFID標(biāo)簽和RFID讀寫器組成，實現(xiàn)EPC數(shù)據(jù)識別和采集功能。在EPC網(wǎng)絡(luò)中，RFID標(biāo)簽是物品EPC數(shù)據(jù)的物理載體，可外附或內(nèi)嵌在物品上，主要由天線和芯片組成；RFID讀寫器與Savant組件相連，識別并讀取RFID標(biāo)簽信息并將其傳送給Savant組件；RFID標(biāo)簽和RFID讀寫器之間采用無線感應(yīng)的方式進行通信，它們之間的接口遵循相應(yīng)的EPC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到RFID標(biāo)簽的成本和性能問題，在物流EPC網(wǎng)絡(luò)中可采用高頻和超高頻RFID標(biāo)簽混用的方式，對列運車箱、集裝箱、貨運托盤、大型包裝箱等大型貨運包裝工具使用超高頻RFID標(biāo)簽進行EPC標(biāo)識，對小型包裝箱和貨物單品使用高頻RFID標(biāo)簽進行EPC標(biāo)識。

Savant組件在EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中起到承接作用，相當(dāng)于一組中間件服務(wù)系統(tǒng)，由用戶定制集成。Savant組件將EPC射頻識別系統(tǒng)傳送過來的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進行過濾、整理、收集并傳輸給EPCIS或第三方企業(yè)級應(yīng)用，主要是完成對錯誤數(shù)據(jù)進行校對、屏蔽重復(fù)讀取數(shù)據(jù)、實時存儲數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)壓縮傳輸、任務(wù)事件管理等操作?？紤]Savant組件分布在整個供應(yīng)鏈分多層次節(jié)點上的特點，物流Savant組件的設(shè)計在屏蔽內(nèi)部實現(xiàn)技術(shù)細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上，應(yīng)該保證與其它Savant節(jié)點的可互操作性，并且保持良好的可擴展性。

ONS系統(tǒng)是EPC網(wǎng)絡(luò)搜索服務(wù)的一個重要組成部分，主要用來為EPC查詢請求指明存儲了產(chǎn)品相關(guān)信息的服務(wù)器地址，它的設(shè)計與架構(gòu)都以因特網(wǎng)域名解析服務(wù)DNS為基礎(chǔ)。ONS系統(tǒng)將Savant組件傳送的EPC信息轉(zhuǎn)化為存儲產(chǎn)品相關(guān)信息的服務(wù)器的位置信息，該位置信息由一個或者一組互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一資源定位符URLs（Uniform Resource Locators）組成，Savant組件通過ONS系統(tǒng)返回的URLs即可訪問相關(guān)EPCIS服務(wù)器或相關(guān)Web站點獲取產(chǎn)品信息。

EPCIS系統(tǒng)是實現(xiàn)EPC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)部或者企業(yè)之間共享的數(shù)據(jù)源頭，它提供了一個模塊化、可擴展的數(shù)據(jù)和服務(wù)接口。EPCIS系統(tǒng)由捕獲應(yīng)用程序、存儲庫、訪問應(yīng)用程序和相應(yīng)上下行接口組成，在錄入和存儲產(chǎn)品信息的過程中，程序以產(chǎn)品類型為存儲單位進行存儲。在物流EPC網(wǎng)絡(luò)中，產(chǎn)品信息包括靜態(tài)信息和動態(tài)信息。例如：產(chǎn)品廠商介紹、產(chǎn)品特性介紹等描述性信息為靜態(tài)信息，可以為同類產(chǎn)品所共有，而產(chǎn)品位置、交易類型、交易時間等信息為動態(tài)信息，必須要以單品形式分開存儲。同時，存在某些特殊產(chǎn)品需要對產(chǎn)品信息進行擴展。因此，物流EPCIS系統(tǒng)應(yīng)該采用可擴展數(shù)據(jù)模型和多種存儲方式。

2.3物流EPC系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向解析

在整個供應(yīng)鏈中，物流過程由多個企業(yè)參與完成，因此物流EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)服務(wù)中數(shù)據(jù)流分別在企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)間產(chǎn)生，如圖2所示。

在物流企業(yè)內(nèi)部，數(shù)據(jù)流從RFID讀寫器對物品EPC標(biāo)簽進行識別開始產(chǎn)生，當(dāng)RFID讀寫器進行寫操作時，EPC寫入應(yīng)用程序通過讀寫器接口對EPC標(biāo)簽進行信息寫入，然后通過EPCIS捕獲應(yīng)用程序?qū)⑾嚓P(guān)物品信息保存到EPCIS存儲庫，并通過Savant中間件將EPCIS地址注冊到本地ONS和云端ONS。當(dāng)RFID讀寫器進行讀操作時，Savant中間件通過讀寫器接口對采集的EPC數(shù)據(jù)進行校驗和過濾，然后將EPC數(shù)據(jù)傳送給EPCIS捕獲應(yīng)用程序，EPCIS捕獲應(yīng)用程序再將其傳送給EPCIS訪問應(yīng)用程序或其它企業(yè)應(yīng)用，EPCIS訪問應(yīng)用程序或其他企業(yè)應(yīng)用根據(jù)得到的PEC數(shù)據(jù)在EPCIS存儲庫中查詢并得到相應(yīng)的物品信息結(jié)果。

在物流企業(yè)和合作企業(yè)之間，數(shù)據(jù)流主要存在于RFID讀寫器對物品EPC標(biāo)簽進行識別和讀取的過程中，Savant中間件通過讀寫器接口對采集的EPC數(shù)據(jù)進行校驗和過濾，并將其傳送至本地ONS系統(tǒng)映射查找相關(guān)的EPCIS服務(wù)地址。若未能在本地ONS實現(xiàn)映射尋址，則將ECP數(shù)據(jù)進一步通過Internet傳送至云端ONS系統(tǒng)映射查找相關(guān)的EPCIS服務(wù)地址。最終Savant中間件將返回的URLs傳送給EPCIS捕獲應(yīng)用程序，EPCIS捕獲應(yīng)用程序再將URLs傳送給EPCIS訪問應(yīng)用程序或其他企業(yè)應(yīng)用，EPCIS訪問應(yīng)用程序或其他企業(yè)應(yīng)用根據(jù)得到的URLs通過Internet對合作企業(yè)的EPCIS系統(tǒng)進行查詢訪問，最終查詢出相應(yīng)的物品信息結(jié)果。

3高性能物流EPC系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

為實現(xiàn)對物流行業(yè)數(shù)據(jù)訪問高并發(fā)、數(shù)據(jù)同步、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)逆向追蹤，物流EPC系統(tǒng)架構(gòu)服務(wù)性能設(shè)計可利用互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)方法，并結(jié)合自身特點加以改進。

3.1使用二分法對系統(tǒng)切分

二分法則即分層和分割。計算機世界中，分層結(jié)構(gòu)普遍使用，網(wǎng)絡(luò)7層通信協(xié)議是一種分層結(jié)構(gòu)，計算機硬件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件也可以看做是一種分層。物流EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)依然可以采用分層結(jié)構(gòu)，將其劃分為橫向維度上遞進的幾個部分，每個部分負(fù)責(zé)相對比較單一的職責(zé)。分割就是將系統(tǒng)從縱向方面進行切分，高內(nèi)聚低耦合的包裝成獨立模塊單元，分布式部署，提高并發(fā)處理能力和功能擴展能力，并有利于開發(fā)和維護。根據(jù)這兩個原則，物流EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

在物流EPC系統(tǒng)架構(gòu)中，最基本的層級為基礎(chǔ)服務(wù)層，主要提供數(shù)據(jù)庫、緩存、消息服務(wù)、數(shù)據(jù)過濾校驗和發(fā)現(xiàn)服務(wù)等基礎(chǔ)技術(shù)服務(wù)，這些服務(wù)可以支持整個物流EPC網(wǎng)絡(luò)的海量數(shù)據(jù)和高并發(fā)訪問，是整個系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。中間層是平臺服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)層，物流ECP網(wǎng)絡(luò)的核心是EPCIS信息服務(wù)，企業(yè)應(yīng)用是建立在信息服務(wù)平臺的基礎(chǔ)上的衍生服務(wù)，這些服務(wù)被分割為獨立的服務(wù)模塊，通過依賴調(diào)用和共享數(shù)據(jù)構(gòu)成EPC網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。最外層為API接口層，為其它系統(tǒng)和應(yīng)用提供接口服務(wù)，并為EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的擴展提供預(yù)留接口。

這些被分層和分割后的業(yè)務(wù)模塊與基礎(chǔ)技術(shù)模塊分布式部署，每個模塊部署在一組獨立的服務(wù)器集群上，通過遠(yuǎn)程調(diào)用的方式進行依賴訪問。

3.2分布式部署

對物流EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)進行分層分割，其主要目的就是為了便于將切分后的模塊進行分布式部署，將不同模塊部署在不同的服務(wù)器上，通過遠(yuǎn)程調(diào)用協(xié)同工作。常見分布式方案包括：分布式應(yīng)用和服務(wù)、分布式靜態(tài)資源、分布式數(shù)據(jù)和存儲、分布式緩存和分布式計算等。

在對物流EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各個模塊進行分布式設(shè)計時，為了應(yīng)對海量數(shù)據(jù)存儲，包括EPC地址映射數(shù)據(jù)和商品信息，ONS系統(tǒng)DB和EPCIS系統(tǒng)DB分別采用分布式存儲。為了實現(xiàn)物流EPC網(wǎng)絡(luò)對信息查詢的快速響應(yīng)，可遵循數(shù)據(jù)訪問的二八定律，設(shè)計ONS系統(tǒng)緩存和EPCIS系統(tǒng)緩存，將高頻次讀取操作的20%數(shù)據(jù)緩存起來并分布式部署。為了降低各個模塊之間的耦合和解決異構(gòu)系統(tǒng)的通信，物流EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用分布式消息隊列，利用這一發(fā)布-訂閱模式，實現(xiàn)事件驅(qū)動架構(gòu)，并對整個EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擴展新的模塊提供幫助。對于靜態(tài)商品信息，比如商品圖片、靜態(tài)頁面等資源，采用獨立服務(wù)器分布式部署，以減輕物流EPCIS系統(tǒng)的負(fù)載壓力。此外，Savant中間件服務(wù)也是一種采用分布式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，它被部署在商店、分銷中心、地區(qū)辦公室、工廠，甚至有可能在卡車或貨運飛機上。

3.3使用鏈路層負(fù)載均衡的集群

在使用分布式部署之后，雖然將物流EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各個模塊獨立部署，但是對于業(yè)務(wù)集中的模塊，比如ONS發(fā)現(xiàn)服務(wù)和EPCIS查詢系統(tǒng)，還需要將其獨立部署的服務(wù)器集群化，即使用多臺服務(wù)器部署同一應(yīng)用構(gòu)成集群，通過負(fù)載均衡設(shè)備共同對外提供服務(wù)，這將大大的提高物流EPC網(wǎng)絡(luò)并發(fā)訪問特性。

物流EPC網(wǎng)絡(luò)中集群的負(fù)載均衡設(shè)計，采用數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)載均衡，這種負(fù)載均衡方式通過在數(shù)據(jù)鏈路層修改Mac地址來進行負(fù)載均衡，如圖4所示。

在這一負(fù)載均衡數(shù)據(jù)分發(fā)過程中，只修改目的Mac地址，集群所有服務(wù)器通過虛擬IP與負(fù)載均衡器保持IP一致，負(fù)載均衡服務(wù)器根據(jù)負(fù)載均衡算法，將請求數(shù)據(jù)的目的Mac地址修改為真實物理服務(wù)器的Mac地址，待真實物理服務(wù)器將請求處理完畢，由于其IP地址與數(shù)據(jù)請求目的IP一致，響應(yīng)數(shù)據(jù)包可以不需要通過負(fù)載均衡服務(wù)器進行地址轉(zhuǎn)換直接返回給客戶端，這樣可以有效避免負(fù)載均衡服務(wù)器成為物流EPC網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集群性能的瓶頸。4EPCIS系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

在整個EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，EPCIS系統(tǒng)處于核心地位，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進行捕獲、存儲、查詢并返回，也可以根據(jù)具體業(yè)務(wù)邏輯對數(shù)據(jù)進行訂閱查詢。相對于RFID識讀模塊和數(shù)據(jù)處理模塊應(yīng)用層事件ALE，EPCIS系統(tǒng)更靠近EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上層位置，可以直接與其它企業(yè)級應(yīng)用進行信息交互。

4.1系統(tǒng)功能模塊劃分

依據(jù)EPCIS規(guī)范，EPCIS系統(tǒng)主要針對四種事件數(shù)據(jù)進行處理，分別是對象事件、聚合事件、數(shù)量事件和交易事件。在物流活動過程中，交易事件伴隨發(fā)生對象事件、聚合事件和數(shù)量事件，而這四種事件數(shù)據(jù)又是由ALE（Application Level Event）事件和EPCIS訪問應(yīng)用查詢事件產(chǎn)生。物流EPCIS系統(tǒng)功能模塊劃分如圖5所示。

圖5中物流EPCIS系統(tǒng)分為EPCIS捕獲模塊、EPCIS數(shù)據(jù)庫模塊和EPCIS查詢模塊，通過接口調(diào)用相應(yīng)模塊來處理ALE事件和合作方查詢事件。

當(dāng)有ALE事件進入EPCIS系統(tǒng)時，系統(tǒng)通過EPCIS捕獲接口調(diào)用EPCIS捕獲模塊，判斷ALE事件數(shù)據(jù)處理類型。若是EPC查詢操作，則通過EPCIS查詢接口調(diào)用EPCIS查詢模塊，查詢模塊再調(diào)用EPCIS數(shù)據(jù)庫模塊讀取數(shù)據(jù)；若是EPC寫入操作，則直接調(diào)用EPCIS數(shù)據(jù)庫模塊寫入產(chǎn)品相關(guān)信息。

當(dāng)有EPCIS訪問應(yīng)用查詢事件進入EPCIS系統(tǒng)時，系統(tǒng)通過EPCIS查詢接口調(diào)用EPCIS查詢模塊，查詢模塊再調(diào)用EPCIS數(shù)據(jù)庫模塊讀取數(shù)據(jù)返回給合作方查詢系統(tǒng)。

4.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計與實現(xiàn)

根據(jù)EPCIS系統(tǒng)功能模塊劃分，可以通過UML建模工具進行具體類和接口設(shè)計，本文采用Rational Rose工具進行統(tǒng)一建模。在功能模塊詳細(xì)設(shè)計階段主要給出靜態(tài)類圖、部分關(guān)鍵代碼和數(shù)據(jù)模型。

4.2.1EPCIS捕獲模塊

在EPCIS系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程中，ALE事件從底層通過ALE接口進入EPCIS捕獲模塊進行數(shù)據(jù)處理。本文采用JMS（Java Messaging Service）傳輸XML文件格式的ALE事件報告。在捕獲模塊類和接口設(shè)計上，根據(jù)EPCIS規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要設(shè)計有捕獲類、報告接收類、事件解析類和事件類等輔助類。具體類圖設(shè)計如圖6所示。

捕獲模塊核心類分別為EPCISCaputre、ALEReportReceive和ALEReportAnalyse三個類，BizTransaction、EPCISEvent及其派生類為輔助類。其中ALEReportReceive類繼承javax.jms.MessageListener類，監(jiān)聽并接收通過JMS傳輸過來的ALE事件報告（JMS采用Queue傳輸模式）。

ALEReportAnalyse類負(fù)責(zé)解析ALE事件報告，并將解析結(jié)果封裝成對應(yīng)的事件類對象，在這個過程中用到EPCISEvent及其派生類等輔助類。

最終，EPCISCaputre類通過epcisCapture方法調(diào)用ALEReportReceive類和ALEReportAnalyse類的相應(yīng)方法實現(xiàn)EPCISCaptureInterface接口，將解析結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫，完成EPCIS捕獲模塊功能。

4.2.2EPCIS查詢模塊

在EPCIS查詢模塊中，分別要處理即時請求模式和訂閱模式兩種查詢業(yè)務(wù)邏輯。即時請求模式由EPCIS查詢客戶端通過EPC碼等查詢條件發(fā)起查詢并返回查詢結(jié)果，訂閱模式則是服務(wù)端根據(jù)客戶訂閱計劃定時查詢并返回查詢報告。依據(jù)EPCIS規(guī)范，查詢模塊主要包括兩種接口，分別是EPCISQueryControlInterface查詢控制接口和EPCISQueryCallbackInterface查詢回調(diào)接口，這兩個接口統(tǒng)稱為EPCIS查詢接口。具體類圖設(shè)計如圖7所示。

查詢控制類EPCISQueryControl負(fù)責(zé)處理EPCIS應(yīng)用訪問程序發(fā)送的即時查詢請求并返回結(jié)果，以及對訂閱查詢的計劃進行管理。

查詢回調(diào)類EPCISQueryCallback負(fù)責(zé)將根據(jù)訂閱查詢計劃返回的查詢結(jié)果，分發(fā)給目標(biāo)地址的EPCIS訪問應(yīng)用程序。在EPCISQueryControl類中，subscribe方法實現(xiàn)根據(jù)用戶定義的查詢名稱注冊訂閱查詢，params參數(shù)用來傳遞查詢條件的值，dest參數(shù)用來傳遞通過查詢回調(diào)接口分發(fā)查詢結(jié)果的目標(biāo)地址，controls參數(shù)用來傳遞控制訂閱處理的值，比如訂閱計劃的周期等，subscriptionID參數(shù)是一個訂閱的標(biāo)識字符串。

unsubscribe方法實現(xiàn)訂閱查詢退訂操作，通過subscriptionID參數(shù)清除與之對應(yīng)的訂閱查詢計劃。poll方法根據(jù)用戶定義的params參數(shù)值，實現(xiàn)即時查詢并返回查詢結(jié)果。在EPCISQueryCallback類中，callbackResults方法負(fù)責(zé)將根據(jù)訂閱查詢計劃返回的查詢結(jié)果，分發(fā)給目標(biāo)地址的EPCIS訪問應(yīng)用程序。

4.2.3EPCIS數(shù)據(jù)庫模塊

EPCIS數(shù)據(jù)庫模塊負(fù)責(zé)實現(xiàn)EPCIS信息服務(wù)數(shù)據(jù)存儲功能，其存儲內(nèi)容包括整個供應(yīng)鏈流程產(chǎn)生的所有業(yè)務(wù)事件數(shù)據(jù)，以及描述這些事件的商業(yè)主數(shù)據(jù)。根據(jù)四種事件之間存在的內(nèi)在關(guān)系，可以將它們的公有屬性抽取出來建立一個protoEvent表，然后再對四種事件剩下的特有屬性分別建表，通過主外鍵約束與Event表關(guān)聯(lián)起來。事件數(shù)據(jù)表關(guān)系如圖8所示。

圖8中protoEvent表有8個屬性，eventId為主鍵屬性，用來標(biāo)識每一個EPCIS事件；eventTime、recordTime 分別記錄事件發(fā)生時間和記錄事件至數(shù)據(jù)庫的時間；timeZoneOffset字段記錄事件發(fā)生地所屬時區(qū)；bizStep表示事件所處的業(yè)務(wù)步驟；disposition表示一個業(yè)務(wù)對象的狀態(tài)，比如“召回”；readPoint表示讀取epc的具體地點；bizLocation表示事件發(fā)生時所處的地點。

在其他事件子表中，eventId為外鍵屬性；action表示事件的動作種類，有ADD、OBSERVE、DELETE三類取值可能；parentID表示在聚合事件和交易事件中，發(fā)生事件對象的父級對象的標(biāo)識符，一般為epc碼；epcClass描述標(biāo)識事件對象的類別屬性；quantity表示數(shù)量事件所包含的具體數(shù)量；epcList和childEPCs都表示一個事件相關(guān)對象的集合，集合的每一個對象元素的屬性分別保存在epcSet和epcChildset表中。根據(jù)EPCIS標(biāo)準(zhǔn)，商業(yè)主數(shù)據(jù)表如圖9所示，商業(yè)主數(shù)據(jù)表與事件數(shù)據(jù)表中的相關(guān)屬性一一對應(yīng)，是對事件數(shù)據(jù)屬性的詳細(xì)描述。

本文使用MySQL數(shù)據(jù)庫，并采用Hibernate框架技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫模塊持久化層。在com.logistics.epcis.database包中，HibernateUtils類通過Hibernate技術(shù)連接數(shù)據(jù)庫并提供getSession方法返回數(shù)據(jù)庫事務(wù)操作Session。數(shù)據(jù)庫中所有的表都在com.logistics.epcis.beans包中有一個實體類與之對應(yīng)，實體類的成員屬性即對應(yīng)表中的屬性。這些實體類實現(xiàn)了set和get方法，并通過Hibernate配置文件與對應(yīng)數(shù)據(jù)庫表進行綁定。

5系統(tǒng)運行效果

在完成EPCIS系統(tǒng)服務(wù)功能后，通過客戶端程序?qū)PCIS捕獲和查詢功能進行演示。本文采用運行在瀏覽器上的B/S客戶端模式，使用JSP技術(shù)和Struts框架完成開發(fā)。主要功能頁面有數(shù)據(jù)捕獲頁面、數(shù)據(jù)查詢頁面、詞匯表管理頁面等。

物流追溯信息系統(tǒng)Web客戶端首頁如圖10所示。用戶可通過http：//localhost：8080/EPCIS4Logistics/ 鏈接對系統(tǒng)進行訪問，首次使用需先注冊再登陸，登錄后即可使用EPCIS系統(tǒng)功能。

物流EPCIS客戶端系統(tǒng)數(shù)據(jù)捕獲頁面如圖11所示。系統(tǒng)用戶進入數(shù)據(jù)捕獲頁面，對ALE數(shù)據(jù)報告進行預(yù)覽、解析和加入儲存庫操作，這些操作可分步進行也可以一鍵完成。

物流EPCIS客戶端系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢頁面如圖12所示，系統(tǒng)用戶進入數(shù)據(jù)查詢頁面，可以選擇按條件查詢或者查看訂閱查詢結(jié)果，并可以對訂閱查詢進行設(shè)置。

物流EPCIS客戶端系統(tǒng)詞匯表管理頁面如圖13所示，系統(tǒng)用戶進入詞匯表管理頁面，對系統(tǒng)詞匯表進行管理，包括查詢、添加和刪除操作，詞匯表即對應(yīng)商業(yè)主數(shù)據(jù)內(nèi)容。

6結(jié)語

本文圍繞物流追溯信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)開展深入研究，建立了基于高性能EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的物流追溯信息系統(tǒng)，主要研究工作如下：

（1）在對基于EPC體系結(jié)構(gòu)的物流數(shù)據(jù)流向進行分析的基礎(chǔ)上，采用分層和分割模式，實現(xiàn)了對物流EPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效切分，降低了系統(tǒng)耦合，提高了系統(tǒng)性能。

（2）針對物流領(lǐng)域大數(shù)據(jù)處理、高并發(fā)數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)逆向追蹤等特征，采用數(shù)據(jù)緩存、分布式部署和集群處理的服務(wù)器設(shè)計方法，設(shè)計了高性能EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為解決物流EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)訪問吞吐量、響應(yīng)速度等性能瓶頸問題提供了可靠的設(shè)計方案。

（3）對以物流EPCIS系統(tǒng)為內(nèi)核的物流追溯信息系統(tǒng)進行詳細(xì)設(shè)計和開發(fā)，使用Java語言開發(fā)物流EPCIS系統(tǒng)功能模塊，使用物流EPCIS可擴展數(shù)據(jù)模型建立可擴展的物流追溯信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表，使用JSP技術(shù)和Struts框架開發(fā)物流追溯信息系統(tǒng)Web客戶端，并對系統(tǒng)運行效果進行了分析，系統(tǒng)界面簡便友好，系統(tǒng)運行順暢，響應(yīng)速度較快，系統(tǒng)功能有效。

隨著RFID電子標(biāo)簽成本的不斷下降和物流行業(yè)的信息化趨勢，基于EPC網(wǎng)絡(luò)的物流信息系統(tǒng)必將迎來蓬勃發(fā)展的重大機遇，而隨著EPC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，必將對物流行業(yè)的發(fā)展起到重要的促進作用。

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