物聯網工程：物聯網標準化體系中的RFID標準（下）
3.EPC編碼體系
EPC編碼是EPC系統的重要組成部分，是對實體及實體的相關資訊進行程式碼化，透過統一、規範化的編碼建立全球通用的資訊交換語言。EPC編碼是EAN/UCC在原有全球統一編碼體系基礎上提出的，是新一代全球統一標識的編碼體系，是對現行編碼體系的拓展和延伸。EPC的目標是為物理世界的物件提供唯一的標識，達到透過計算機網路來標識和訪問單個物體的目標，如同在網際網路中使用IP地址來標識和通訊。
1）EPC編碼規則
EPC編碼是與EAN/UCC編碼相容的編碼標準，EPC並不是取代現行的條碼標準，而是由現行的條碼標準逐步過渡到EPC標準，EPC碼段的分配由EAN/UCC來規範。
EPC編碼的主要特點如下。
（1）唯一性：與當前廣泛使用的EAN/UCC條碼不同的是，EPC提供對物理物件的唯一標識。為確保實現物理物件的唯一標識，EPC Global採取瞭如下措施：
①足夠的編碼容量。EPC編碼冗餘度如表2所示，從世界人口總數到大米總粒數，EPC有足夠大的空間來標識所有這些物件。
②組織保證。為保證EPC編碼的唯一性，EPC Global透過全球各國編碼組織來分配本國的EPC程式碼，並建立相應的管理制度。
③使用週期。對一般的實體物件，使用週期和實體物件的生命週期一致。對特殊的產品，EPC程式碼的使用週期是永久的。
（2）永久性：產品程式碼一經分配，就不再更改，並且是終身的。當此產品不再生產時，其對應的產品程式碼只能擱置起來，不得重複使用或分配給其他的商品。
（3）簡單性：EPC編碼既簡單同時又提供實體物件唯一標識。以往的編碼方案，很少能被全球各國和各行業廣泛採用，原因之一是編碼複雜導致不適用。
（4）可擴充套件性：EPC編碼固有備用的空間，具有可擴充套件性，從而確保了EPC系統的升級和可持續發展。
（5）保密性和安全性：由於採用了安全和加密相結合的技術，EPC編碼具有高度的保密性和安全性。保密性和安全性是配置高效網路的首要問題，傳輸和儲存的安全是EPC能被廣泛採用的基礎。
（6）無含義：為保證程式碼有足夠的容量以適應產品頻繁更新換代的需要，最好採用無含義的順序碼。
2）EPC編碼結構
EPC程式碼是由一個版本號加上另外三段資料（依次為域名管理者、物件分類碼、序列號）組成的一組數字，如表3所示。
其中，版本號用於標識EPC編碼的版本次序，使得EPC隨後的碼段可以有不同的長度；域名管理是描述與此EPC相關的生產廠商的資訊；物件分類記錄產品精確型別的資訊；序列號唯一標識貨品，會明確EPC程式碼標識的是哪一個產品。
EPC程式碼具有以下特點。
（1）科學性。結構明確，易於使用、維護。
（2）相容性。相容了其他貿易流透過程的標識程式碼。
（3）全面性。可在貿易結算、單品跟蹤等各個環節全面應用。
（4）合理性。EPC編碼由各國EPC管理機構分段管理、共同維護、統一應用，具有合理性。
（5）國際性。不以具體國家、企業為核心，編碼標準由全球協商一致，具有國際性。
（6）無歧視性。編碼採用全數字形式，不受地方色彩、語言、經濟水平和政治觀點的限制，是無歧視性的編碼。
3）EPC編碼型別
目前，EPC程式碼有64位、96位和256位三種。為了保證所有物品都有一個EPC程式碼並使其載體一一標籤成本儘可能降低，建議採用96位，選樣數目可以為2。68億個公司提供唯一標識，每個生產廠商可以有1600萬個物件種類，並且每個物件種類可以有680億個序
列號，這對未來一段時間世界所有產品已經非常夠用了。
鑑於當前不用那麼多序列號，因而可採用64位EPC，這樣會進一步降低標籤成本。隨著EPC-64和EPC-96版本的不斷髮展，EPC程式碼作為一種世界通用的標識方案已經不足以長期使用，因而出現了256位編碼。迄今已經推出EPC-96 Ⅰ型，EPC-64 Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，EPC-256 Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型等編碼方案。
（1）EPC-64碼。目前制定了三種64位EPC程式碼。
①EPC-64 Ⅰ型：編碼提供2位的版本號編碼、21位的管理者編碼、17位的庫存單元和24位序列號。物件種類分割槽可容納131072個庫存單元，可滿足全球絕大多數公司的需求，24位序列號可以為1678萬件產品提供空間。
②EPC-64 Ⅱ型：適合眾多產品以及對價格反應敏感的消費品生產者。34位序列號與13位物件分類區，可以為超過140萬億不同的單品編號，這遠遠超過了世界上最大消費品生產商的生產能力。
③EPC-64 Ⅲ型：為了推動EPC的應用過程，除了透過擴充套件單品編碼的數量外，也可以透過增加應用公司的數量來滿足要求，透過把管理者分割槽增加到26位，可以使多達67108864個公司採用64位EPC編碼，67108864個號碼已超出了世界公司的總數。採用13位物件分類分割槽，可以為8192種不同種類的物品提供空間。序列號分割槽採用23位編碼，可以為超過800萬商品提供空間。對於6700萬個公司，每個公司允許680億的不同產品採用此方案進行編碼。
（2）EPC-96碼。
EPC-96型設計目的是使EPC編碼成為全球物品唯一的標識程式碼。域名管理負責維護物件分類程式碼和序列號。域名管理必須保證對ONS可靠地操作，並負責維護和公佈相關的資訊。
域名管理的區域佔28個數據位，能夠容納大約2。68億家制造商。
物件分類區域在EPC-96程式碼中佔24位。這個區域能容納當前所有的UPC庫存單元的編碼。EPC-96序列號對所有的同類物件提供36位的唯一標識號，其容量越過680億，超出了已有標識產品的總數量。
（3）EPC-256碼。
EPC-96和EPC-64是作為物理實體識別符號的短期使用而設計的，隨後產生了容量更大的EPC-256程式碼。
EPC-256是為滿足未來使用EPC程式碼的應用需求而設計的。由於未來應用的具體要求目前無法準確獲知，因而EPC-256版本具備可擴充套件性，多個版本的EPC-256編碼提供了可擴充套件性。
4.EPC標籤分類
EPC標籤是產品電子資訊程式碼載體，主要由天線和晶片組成。為了降低成本，EPC標籤通常是無源射頻標籤，根據其功能和級別的不同，EPC標籤可以分為5類。
1）Class0 EPC標籤
該標籤能滿足物流、供應鏈管理需要。例如，超市結賬付款、超市貨架掃描、集裝箱貨物識別、貨物運輸通道以及倉庫管理等可以採用Class0 EPC標籤。Class0 EPC標籤包括EPC程式碼、24位自毀程式碼以及CRC程式碼，具有可以被讀寫器讀取，可以被重疊讀取，可以自毀等功能。但儲存器資料不可以由讀寫器直接寫入。
2）Class1 EPC標籤
該標籤具有自毀功能，能夠使標籤永久失效。此外，該標籤具有可選的使用者記憶體，在訪問控制中具有可選的密碼保護。
3）Class2 EPC標籤
該標籤是一種無源的、向後散射式標籤，它除了具有Class1 EPC標籤的所有特性外，還具有擴充套件的標籤識別符、擴充套件的使用者記憶體和選擇性識讀功能。Class2 EPC標籤在訪問控制中加入了身份認證機制，並可以定義其他附加功能。
4）Class3 EPC標籤
該標籤是一種半有源、反向散射式標籤，它除了具備Class2 EPC標籤的所有功能外，還具有完整的電源系統和綜合的感測電路，其中晶片上的電源使標籤晶片具有部分邏輯功能。
5）Class4 EPC標籤
該標籤是一種有源的、主動式標籤，它除了具備Class3 EPC標籤的所有特徵外，還具有標籤到標籤的通訊功能、主動式通訊功能和特別組網功能。
5.EPC系統
EPC系統是一個先進的綜合性、複雜的系統，最終目標是為每一單品建立全球的、開放的標識體系。它由全球電子產品程式碼（EPC）編碼體系、射頻識別系統及資訊網路系統三部分組成，如表4所示。
EPC編碼提供對物理世界物件的唯一標識，透過計算機網路來標識和訪問單個物體，就如在網際網路中使用IP地址來標識、組織和通訊一樣。透過EPC系統的發展，能夠推動自動識別技術的快速發展；透過整個供應鏈對貨品進行實時跟蹤；透過最佳化供應鏈給使用者提供支援，大大提高供應鏈的效率。
如圖5所示，資訊網路系統由本地網路和全球網際網路組成，是實現資訊管理和資訊流通的功能模組。EPC資訊網路系統是在全球網際網路的基礎上，透過Savant管理軟體以及物件命名解析系統（Object Numbering System，ONS）和物理標識語言（Physical Markup Language PML），實現全球“實物互聯”。
圖5 EPC資訊網路系統
1）EPC編碼標準
EPC編碼標準與現行的GTIN（全球貿易專案標識程式碼）相結合，可以在EPC網路中相容EAN/UCC系統。如表5所示，EPC編碼是由4個部分組成的一串數字，依次為版本號、域名管理者、物件分類碼和序列號，可以為物理世界的每個物件提供唯一標識。其編碼的分配由EPC Global和各國的EPC管理機構分段管理，共同維護。
2）射頻識別系統
EPC射頻識別系統是實現EPC程式碼自動採集的功能模組，主要是由射頻標籤和射頻讀寫器組成。射頻標籤是EPC程式碼的物理載體，附著於可跟蹤的物品上，可在全球流通，並可對其進行識別和讀寫。射頻讀寫器與資訊系統相連，它可以讀取標籤中的EPC程式碼，並將其輸入網路資訊系統。射頻標籤和射頻讀寫器之間利用無線傳輸方式進行資訊交換，可以進行非接觸識別，可以識別快速移動的物體，可以同時識別多個物體，EPC射頻識別系統使資料採集最大限度地降低了人工干預，實現了完全自動化，是“物聯網”形成的重要環節。
（1）EPC標籤：儲存的資訊是96位、64位或者256位產品電子程式碼。
（2）讀寫器：用來識別EPC標籤的電子裝置，透過通訊網路與資訊系統相連實現資料交換。讀寫器使用多種方式與EPC標籤交換資訊，讀寫器首先啟用標籤，然後與標籤建立通訊並和標籤傳送資料。EPC讀寫器和網路連線通訊，所有讀寫器之間的資料交換直接可以透過一個網路伺服器進行。
讀寫器軟體提供了網路連線能力，包括Web設定、動態更新、TCP/IP讀寫器介面，讀寫器內部建有相容的資料庫引擎。
3）EPC資訊網路系統
資訊網路系統由本地網路和全球網際網路組成，是實現資訊管理、資訊流通的功能模組。EPC系統的資訊網路系統是在全球網際網路的基礎上，透過EPC中介軟體、物件名解析服務（ONS）和EPC資訊服務（EPCIS）來實現全球“實物互聯”。
（1）EPC中介軟體：具有一系列特定屬性的“程式模組”，被使用者整合，EPC中介軟體Savant是連線閱讀器和應用程式的軟體，是物聯網中的核心技術，可認為是該網路的神經系統，如圖6所示。
圖6 Savant與其他程式的通訊
其核心功能是遮蔽不同廠家的RFID閱讀器等硬體裝置、應用軟體系統以及資料傳輸格式之間的異構性，從而可以實現不同的硬體（閱讀器等）與不同應用軟體系統間的無縫連線與實時動態整合。
（2）物件名解析服務：是一個自動的網路服務系統，類似於域名解析服務，ONS為Savant系統指明瞭儲存產品相關資訊的伺服器。ONS服務是聯絡Savant管理軟體和EPC資訊服務的網路樞紐，並且ONS設計與架構都以網際網路域名解析服務為基礎。
（3）EPC資訊服務：作為網路資料庫來實現的，EPC被用作資料庫的查詢指標，EPCIS提供資訊查詢的介面，可與已有的資料庫、應用程式及資訊系統相連線。EPCIS有兩種資料流方式：一是閱讀器傳送原始資料至EPCIS以供儲存；二是應用程式傳送查詢至EPCIS以獲取資訊。
4）EPC系統工作流程
在有EPC標籤、EPC讀寫器、EPC中介軟體、網際網路、ONS伺服器、EPC資訊伺服器（EPCIS）以及眾多資料庫組成的實物網際網路中，讀寫器讀出的EPC只是一個資訊參考，由這個資訊參考從網際網路找到IP地址，並獲取該地址存放的相關物品資訊，並採用分散式的EPC中介軟體處理由讀寫器讀取的一連串EPC資訊。由於標籤上只有一個EPC程式碼，計算機需要知道該EPC匹配的其他資訊，這就需要物件名稱解析伺服器來提供一種自動化的網路資料庫服務，EPC中介軟體將EPC程式碼傳給ONS，ONS指示EPC中介軟體到一個儲存著產品檔案的伺服器（EPCIS）查詢，該檔案可由EPC中介軟體複製，因而產品的檔案資訊就能傳到供應鏈上。EPC系統的工作流程如圖7所示。
圖7 EPC系統的工作流程
