EPC网络架构

（作者：Kin Seong Leong，阿德莱德大学电气与电子工程学院，自动识别实验室；
        Mun Leng Ng，阿德莱德大学电气与电子工程学院，自动识别实验室；
        Daniel W. Engels，麻省理工学院，自动识别实验室）

摘要

    EPCglobal是由自动识别中心发展而来的一个标准管理和发展组织，以实现供应链自动化为己任。供应链的自动化可以籍由连接全球的物理对象来实现，而将这数以百亿计的对象连接到一起不能不说是一个浩大的工程。EPCglobal则要为这所有对象之间的相互连接、作用制定免费、通用的标准，包括：对象识别、数据传输，以及数据储存。每一个对象都被赋予一个唯一的电子产品代码（EPC），这些代码彼此联系，由采用无线射频识别技术的信息系统管理。而数据传输和数据储存则由电子产品代码（EPC）网络来处理。本文重点介绍了EPC网络的概念，并就EPC网络内的数据流和单品跟踪应用程序作了一些探究。文章同时还对EPC网络对于供应链的影响做了调查，并着力阐述了一些与EPC网络相关的事件和考量。

1、背景概述

    EPC网络最初由自动识别中心开发，现在则连同其标准一同交由EPCglobal管理。其设计和应用是为了使世界上所有的物体都能够通过互联网连接起来。EPC网络是基于一系列基础技术和标准建立的。我们将在第一部分对其中最为重要的技术和标准进行阐述，以帮助读者对于软件系统（EPC网络的组成部分，在后面会提到）的功能、角色，以及相互之间的关系进行理解。同时，我们还将探讨网络内部数据流和单品跟踪应用程序，并根据对EPC网络对于供应链的影响所做的调查进行总结。

A.无线射频识别技术

    图一（见我的博客http://www.rfidclub.cn/rfid/user1/fflaq/index.html）是无线射频识别系统的概念图。一个RFID系统由三个主要部分组成：与需要被识别的对象连接的标签、从标签内提取该对象的唯一识别号的阅读器，以及一套如EPC网络之类的应用系统。标签和阅读器可以实现对贴标对象的自动识别，而通过应用系统则可以利用所采集的信息完成重要的任务。本文将重点讨论EPC网络。

B.电子产品代码

    每一个电子产品代码（EPC）是唯一的对象识别代码。EPC的二进制表示法一般采用如下形式：
 
   EPC目前有64位、96位和256位三种格式，版本号则表明这张标签所采用的具体是哪一种格式。而制造商区域内是该产品制造商所拥有的唯一的代码。这家企业所生产的所有产品都将使用这个制造商代码。产品代码是这家厂商生产的某一个品种产品的代码。该厂商的同一品种的产品都将使用相同的产品代码。而最后的序列号则是由厂商单独赋予每一件产品的唯一号码。该厂商生产的同种产品当中不会出现相同的序列号。但是，不同品种的产品就有可能会出现相同的序列号，而之前的产品代码不同依然能够确保每一个产品都有唯一的识别号。简而言之，就是用制造商代码、产品代码和序列号三者组合，为每一个对象提供唯一的识别号。

C.统一资源标识符

    统一资源标识符（URI）是一个通用术语，指互联网上任一对象的所有名称和地址。统一资源定位符（URL）和统一资源命名（URN）都属于统一资源标识符（URI）的概念。一张网页的URL通常是以“www.”开头，这里的URL表示的是该网页的地址。而URN则是一个特定的名字，用来标识某一个特定的对象。但是它无法表示出所指对象的地址。举个例子：urn: Auto-ID: Adelaide 是一个URN，而http://www.auto-id.org/adelaide则是一个URL。

D.可扩展标记语言

  万维网联盟是一个负责互联网的开发和发展的国际组织，为网页开发、网络通信和数据传输制定标准和提供指导。超文本标记语言（HTML）是一种通用的网页创建语言，大多数常见的网页都是用HTML来编写的。可扩展标记语言（XML）是一种更为基础的标记语言。通过XML，用户可以自行编写其标记，将电脑中较为直观的信息添加到文档中。XML主要用作数据描述，用户也可根据需要描述来定义标记的语法。

2．EPC网络
2．EPC网络
   图二是一个典型的EPC网络结构图。EPC网络由三个主要部分组成：Savant、EPC信息服务（EPCIS），和对象命名服务（ONS）。从严格的意义上讲，阅读器也应该算作EPC网络中的一个组成部分。然而，我们一般都将阅读器当成由Savant控制的一个单纯的RFID标签读取设备。因此，除开谈到一些阅读器在使用中至少会集成Savant的基本功能以外，本文对阅读器未作过多讨论。

   图二 EPC网络
 
   在后面我们会详细探讨EPC网络的各个组成部分的功能。然后，值得注意的是，图二所显示的EPC网络是一个本地EPC网络，只适用于在一家企业或个人网络内部操作。不过本地EPC网络香火之间可以通过互联网连接起来，以实现信息和数据的全球化交流（见图三）。全球公共的ONS系统亦可通过类似于域名系统（DNS）连接入网电脑的方式来连接EPC网络的公共部分。

   EPC网络的用途和功能总体来说分为以下几点：
? 为所有贴有EPC标签的物理对象进行连接
? 对阅读器采集的海量标签信息进行管理
? 为信息传输提供一个通用的数据格式
 
  图三 利用互联网连接所有的EPC网络

3. SAVANT

   Savant是介于阅读器和RFID系统中的应用程序之间的一个中间件系统（见图7）。应用程序在Savant操作环境以上或以内进行运作。Savant将应用程序的请求发送到阅读器，同时接受标签识别码和由传感器采集的一些其他信息，并将这些信息发送到应用程序中。Savant的设计包含了一些基本的功能，比如数据过滤、聚合、计算等等。RFID系统不断的读取标签，采集数据，要处理这些所采集来的海量数据，就要依靠Savant的这些基本功能。

   Savant有两个接口与外界连接：阅读器接口和应用程序接口。Savant通过前者连接阅读器，通过后者连接外部的程序。一个Savant由多个Savant Service组成，每一个都有其自己的功能。我们可以把这些Savant Services看成是Savant里面的一个个模块。针对具体的应用，这些模块互相配合发挥相应的功能。Savant Services除了能够相互配合完成指定任务之外，还能够与外部的程序，如EPC信息服务（EPCIS）、对象命名服务（ONS）进行协同工作。
  
   图四显示了Savant的基本架构。
 
   图四 Savant的结构

   通常，事件管理也是Savant的一个主要功能。一个常见的操作就是过滤。这对于数据量很大的环境非常有用。打个比方，阅读器可能会对大量RFID标签进行多次阅读，但并不是所有标签的所有数据都是程序所需要的。对数据进行过滤能够阻止多余的数据（相同数据的多次读取）和不需要的数据（不在该程序处理范围内的数据）进入相关的应用程序。

4. 对象命名服务
4. 对象命名服务

       对象命名服务（ONS）在EPC网络中所起的功能是对接收程序所需数据的服务器的地址进行识别。换言之，ONS就如同一个“逆向电话簿”一样，通过一个号码（EPC代码）找到数据在数据库中的地址。为了实现用户对ONS进行快速开发，ONS采用的是现有的互联网技术和基础架构。第一代ONS系统是基于现有的DNS系统，结合一些自定义配置设计而成。  

    图五（所有图片见我的博客http://www.rfidclub.cn/rfid/user1/fflaq/index.html）表现的是ONS系统的整体图。每一个阶段的说明如下：

1  阅读器读取EPC标签，以二进制格式获取EPC
   (01 0000000000000000000 10
   00000000000011000
   000000000000000110010000)

2  所采集到的EPC将被传送到服务器
   (01 0000000000000000000 10
   00000000000011000
   000000000000000110010000)

3  随后EPC杯转化成URI格式（将二进制转化为整数）
   urn:epc:1.2.24.400

4  URI被转化为域名格式
   清除urn:epc            1.2.24.400
   清除EPC序列号       1.2.24
   颠倒数列                  24.2.1
   添加“.onsroot.org”   24.2.1.onsroot.org

5 ONS将会生成一组相应的URL
  http://www.example.com/request.php
  http://www.example.com/service/info_request.asp

6 选择并提取正确的URL 
  http://www.example.com/request.php

7 服务器向URL发送请求
  http://www.example.com/request.php

       在ONS最早由自动识别中心构建之初，其概念经历了一个重要的变化。最初的想法是利用ONS将EPC代码转化为一个IP地址，如127.0.0.1，以找到服务器（当时的设想是一个数据库，或信息服务器）的地址。然而，一个IP地址仅仅只能找到服务器的地址，却无法指定某一个特定的服务。EPCglobal软件行动组的成员为此展开了深入的讨论。一些人建议说，在一个特定的IP地址里只设置一种服务，当通过IP地址访问到服务器的时候，也就可以获取到其所需的服务。或者，采取万维网的模式，给绝大多数的IP地址配上一个根目录内的网页。其他的服务则放在同一个根目录内，或此根目录下的子目录内。基于这种设想（多服务），ONS就必须生成有着精确路径和服务名称的唯一URL。

       由于ONS服务器会返还一系列与某特定EPC代码相关的URL，如何提取正确的URL成为ONS所面临的一个极大挑战。ONS选取的URL以命名权限指针（NAPTR）的格式返还。简单的说，NAPTR是一个采用规范表达方式的DNS记录类型，它包含有关其他命名空间内部的授权点资讯。格式如下所示：

             [Order][Pref][Flags][Service][Regexp][Replacement]

        URL放置在[Regexp]，而[Order]、[Pref]（Preference）和[Flags]用来表述用户所倾向的URL排列顺序。[Service]则是表明提供的服务类型，如HTML或PML，而[Replacement]则是留作以后备用。

5、物理标记语言
5. 物理标记语言

 物理标记语言（PML）是信息在EPC网络系统中传输的方式。目前来说，PML有两套不同的词汇，根据需要，还能扩充其他词汇。PML现有的两套词汇是PML Core和Savant Extension（如图六所示——所有图片见我的博客http://www.rfidclub.cn/rfid/user1/fflaq/index.html）。

 Savant Extension在Savant和企业程序之间起通讯作用，本文不作详述。PML Core则为数据传输提供标准和格式。EPC网络中的各个组件——ONS、Savant和EPCIS都必须能够理解PML Core，以保证流畅的数据传输和便捷的系统搭建。

 PML Core是基于现有的标准XML Schema Language开发的。它通过“tag”在数据传输之前对其进行格式处理。需要注意的是，这里的“tag”不是指RFID标签（tag），而是编程语言里的一种标记的概念，如。文档里所有的“tag”都会有””的前缀。

 PML Core形式固定、简单。所有的PML Core“tag”都很易于理解。PML通常采用较长的“tag”来处理数据。尽管对数据传输带宽的需求不断增加，但相比起使用短“tag”，较长的描述性标记更利于人们的理解，同时也可以避免数据转化和理解过程中出现的错误。

 PML Core只能处理被观察者（Observable），即对象的物理实体或属性。虽然这当中也包括该对象的一些相关数据，如保质期和生产日期，但PML并不转译这些数据。

6. EPC信息服务

 在前文中我们提到，PML用于EPC网络中各个组件的通讯。其中一个组件就是充当信息请求者和数据库之间入口的EPC信息服务（EPCIS）。它以PML的格式接收信息请求者的请求，并返还信息。

 目前的数据库基于各种各样的平台开发，使用不同的程序，运用不同的语言。用于访问和储存数据的指令也不尽相同。要求所有的数据库都用同一种语言（比方说PML）进行通讯是不现实的。因此，在EPC网络中，EPCIS就担当起了数据库和应用程序之间交流的“翻译”。

 EPCIS生成PML语言以使本地应用程序可以通过简单对象访问协议（SOAP）接口与非本地（外界）系统进行通讯。SOAP是一个单纯基于XML开发的简单协议，允许应用程序之间通过超文本传输协议（HTTP）进行数据交换。而HTTP可用来访问互联网网页。因而，任何一台能够通过HTTP上网的电脑都能够通过SOAP连接起来。当程序需要与另一台装有放火墙的电脑建立数据传输连接的时候，这一点就显得尤为有用。

7. 企业系统架构概览
7. 企业系统架构概览

 一个企业系统架构的主要组件包括阅读器、Savants、EPCIS、ONS，以及企业应用软件（如图七所示——所有图片见我的博客http://www.rfidclub.cn/rfid/user1/fflaq/index.html）。阅读器对其阅读范围内的标签进行读取，然后将读取到的EPC代码传送到Savant。Savant随即对该事件进行处理。如果Savant确定该信息是企业应用程序所需要的，则将此信息传送到相应程序。用户可以对Savant进行配置，选择让其将数据直接传输到数据库，或先将标签数据传送到EPCIS，再由EPCIS连接数据库，并按指令储存数据。

 在EPC网络未标明某一EPC代码的情况下，如果程序需要了解更多有关此EPC代码的相关信息，则需通过ONS得到该EPC代码信息的位置。如果本地ONS无法取得该EPC代码的URL，即会连接其他高层ONS系统，从而通过互联网在根ONS全球目录内生成请求，直到获取正确的URL。随后URL被传送到EPCIS，生成一个PML格式的请求，并将该请求连同URL通过互联网反馈回去。

         我们目前所谈及的EPC网络对于企业应用软件都是没有任何***的。因此，任何一个有意在其现有的企业应用系统顶层集成EPC网络的用户都不必更改现有的应用程序。他们所需要的只是一款连接现有企业应用程序和EPC网络的桥接程序。

         同样的，我们也毋须担心EPC网络与已有的数据库的兼容性问题。如介绍EPCIS时所提到的，EPCIS会承担起数据库与EPC网络其他部分的桥梁作用。而且，调整EPCIS去适应某一个特定的数据库系统肯定要比更改整个本地数据库要容易得多。