隨著工業自動化和企業信息化進程的發展，企業對產品生產周期要求越來越短。因此，供應鏈管理SCM(Supply Chain Management)越來越重要[1]。從其本質看，與環境的交互能力越強，交互數據越實時，越能更好地對供應鏈實施監管，則更能發揮供應鏈管理的作用。隨著目前企業活動規模的擴大，產業鏈的加長，有必要建立全球性的基于物聯網的供應鏈監管體系，為物品流通創建一條可追溯、可查驗物品實時狀態的信息鏈，有助于改善供應鏈上節點企業間的合作模式，增進企業生產和管理效率，增強政府的監管力度。
　通過無線傳感器網絡WSN(Wireless Sensor Network)獲取物理世界的數據，無線射頻識別技術RFID(Radio Frequency Identification)搭建起物理世界與信息世界的橋梁，將兩者進行有機結合，可以將物理世界與現有的信息世界進行良好的融合,再通過Internet與EPCglobal系統連接，在一個統一的供應鏈物聯網的平臺運作。依托EPC作索引，獲取標識物品的狀態，將此狀態信息融入物品的信息鏈中，實現基于物聯網的供應鏈監管的功能。
1 技術基礎
1.1 WSN和RFID
　WSN由部署在監測區域內大量的傳感器節點組成，是一種能夠根據環境自主完成指定任務的“智能”自治測控網絡系統,是一種與實際環境交互的網絡，能夠通過安裝在微小節點上的各種傳感器從真實環境中獲取相關數據，然后通過自組織的無線網絡將數據傳送到計算能力更強的通用計算機上進行處理[2]。
　RFID是一種非接觸的自動識別技術，其RFID標簽附著在被識別的物體上，當標簽通過可識別范圍時，閱讀器自動以無接觸的方式將電子標簽中的約定識別信息取出來，從而實現自動識別物品或者自動收集物品標志信息的功能[3]。
    WSN和RFID的集成，從技術層面上看是兩種異質的網絡集成，實現的備選協議很多。本文選擇以IEEE 802.15.4、ZigBee協議為紐帶，把 WSN和RFID有機地集成網絡，結合EPCglobal系統配置軟件平臺架構，形成基于物聯網的供應鏈監管平臺。
1.2 IEEE 802.15.4
　IEEE 802.15.4網絡協議棧基于開放系統互連模型(OSI),其標準只定義了PHY層和數據鏈路層的MAC子層。PHY層由射頻批發器以及底層的控制模塊構成。MAC子層為高層訪問物理信道提供點到點通信的服務接口。IEEE802.15.4協議的網絡拓撲結構有三種類型：星型結構、網格狀結構和簇狀結構。IEEE 802.15.4定義了兩個物理層標準,分別是2.4 GHz物理層和868/915 MHz物理層。兩個物理層都基于直接序列擴頻(DSSS)，使用相同的物理層數據包格式，區別在于工作頻率、調制技術、擴頻碼片長度和傳輸速率。
1.3 ZigBee
　    ZigBee技術是WSN的主要支撐技術之一，其協議棧的結構如圖1所示。ZigBee協議套件由高層應用規范、應用會聚層、網絡層、數據鏈路層和物理層組成。ZigBee的基礎是IEEE 802.15.4，IEEE為低能耗簡單設備提供有效覆蓋范圍在10～100 m的低速連接無線互聯標準。該標準定義了ZigBee協議套件中的物理層(PHY)和數據鏈路層的MAC子層。IEEE僅處理低級MAC層和PHY協議，網絡層以上協議由ZigBee聯盟制定并對其網絡層協議和API進行了標準化。

1.4 EPC和EPCglobal架構與標準
    EPC(Electric Product Code)和EPCglobal架構與標準是目前全球規模的供應鏈管理體系的一項重要研究成果，構建出一套由統一標識編碼(EPC)和信息網絡系統組成的全球信息網絡EPCglobal。實現和推廣EPCglobal有望在全球范圍內對各個行業建立和維護EPC網絡，保證供應鏈各環節信息采用全球統一標準進行自動、實時識別。通過發展和管理EPC網絡標準來提高供應鏈上貿易單元信息的透明度與可視性，以此提高全球供應鏈的運作效率。傳統的Internet是與實際環境無關的純信息網絡,而EPCglobal本質上是通過某種技術手段將真實環境中的物流，映射為虛擬的信息鏈，其數據來源于真實環境，并服務于真實環境。因此，可以作為基于物聯網供應鏈管理系統的基礎條件。
　以RFID為基礎，以EPC標識系統為核心的EPCglobal可較好地實現對企業產品的信息追溯，但難以實現對產品在制造、運輸、倉儲等環節中的狀態保持監控。而企業的供應鏈管理已經涉及到上下游的管理， 但EPCglobal網絡不能完全地支撐供應鏈管理的概念，難以對生成環節產生作用。其關鍵在于EPCglobal要獲知物品的狀態信息，進一步增強EPCglobal對真實環境的交互能力。要做到這一點，WSN網絡系統是最佳選擇。
2 RFSN網絡的層次和體系結構
    把WSN和RFID的技術優勢互補，形成一個功能更強的RFSN網絡，應設計一個合適的網絡體系結構,其層次模型由物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層組成[4]。各層功能如下：
　(1)物理層的功能包括信道的選擇、信號的監測、發送與接收等，設計目標是以盡可能少的能量損耗獲得較大的鏈路容量。可以根據可用性、擁擠狀況和數據速率,在2.4 GHz頻段的16個速率為250 kb/s的信道中選擇一個工作信道。
　(2)數據鏈路層是保證物理層傳輸的數據盡量正確，同時提高系統頻譜效率,提供設備之間單跳通信、可靠傳輸和通信安全。IEEE802系列標準把數據鏈路層分成LLC和MAC兩個子層。其中,LLC子層的主要功能是傳輸可靠性的保障和控制;MAC子層為高層訪問物理信道提供點到點通信的服務接口，IEEE 802.15.4的MAC層基于802.11無線LAN標準，采用CSMA/CA接入，為降低功耗其標準采用了緩存機制。
　(3)網絡層的功能包括分組路由、擁塞控制等。
　(4)傳輸層的功能主要是提供可靠的傳輸服務、流量控制、差錯控制、服務質量等管理服務。為設計簡便，可以采用ZigBee協議的網絡層。其基于Ad hoc技術的路由協議，除了包含通用的網絡層功能外，還具有與底層IEEE802.15.4標準同樣的低能耗特性，同時實現了網絡的自組織和自維護。整個協議的設計具有數據傳輸速率低、功耗低、成本低等特點，使得具體的實現要求很低。
　(5)應用層主要功能是保障數據傳輸安全和提供高層應用規范。本設計采用ZigBee定義了一個抽象接口，平臺提供了應用編程接口(API)，API定義了應如何被集成到ZigBee協議棧的規則。
　RFSN網絡的體系結構如圖2所示,包括傳感器節點Node、匯聚節點Sink (閱讀器)[4]、網關和服務器。無論是傳感器標簽節點還是RFID閱讀器，都是IEEE 802.15.4網絡中的全功能設備，它們隨機組成點對點網絡，相互之間進行通信。閱讀器和節點的通信部分都是基于支持IEEE802.15.4的無線收發芯片組成，閱讀器由于其位置相對固定，其能量可以獲得較為充分的保證，數據融合和數據管理可以在上面進行，閱讀器將其收集并經過初步融合的信息傳遞給中間件服務器，最后交由應用服務器進行具體應用。

3 系統體系結構
　在將WSN與RFID進行了有機融合以后，便能夠對客觀世界的信息有確切的了解，數據通過服務總線傳送到業務邏輯層進行處理，將處理后的數據存入數據庫中或傳送給相關的應用系統[5]。
3.1 中間件設計
　中間件的基礎架構層分為設備管理層、事件處理層和服務接口層，這三個層次有著明確的功能劃分和層間的交互接口。中間件結構示意圖如圖3所示。該結構的思想是將軟件從底層的硬件分離開來，并將軟件劃分成相應的功能模塊。在較高抽象層上提出了節點的軟件層次體系結構以及整個軟件層次體系結構。采用該結構可以簡化軟件開發，提高軟件在實際應用中的可重用性、可靠性和可伸縮性。

3.1.1 設備管理層
　設備管理層位于架構的最底層，直接與閱讀器交互。設備管理組件是分布式的代理，它負責第一級的事件過濾。設備管理包含設備詢問器，對每一個閱讀器和傳感器設備，代理必須互相作用。過程管理組件通過對事件下一級的過濾，把事件放置到交易環境中，然后發布應用層事件ALE(Application Layer Event)。
　閱讀器模塊是根據硬件供應商提供的規范進行編碼實現的。閱讀器接口的主要功能是將來自協議格式數據轉化為系統所需要的EPC碼的問題。
　服務代理依靠一種輕量的消息傳遞信息。該消息類似于SOAP在Web Service中起到的作用。鑒于通常的WSN節點計算與存儲能力有限,不適合使用XML作載體，因此必須基于位級制定包格式[6],如下所示：
    struct L_SOAP    //定義L_SOAP結構
    {
    uint8 msg_type;
    uint64 requester;
    uint64 provider;
    string service_name;
    uint8 paramlenth;
    void* param;
    }
　事件信息空間類似一個公共的容錯事件信息經紀人,支持異步接收來自設備管理器的事件、ALE事件以及其他來自事件過程管理的配置需求。
　數據融合組件將WSN和RFID標簽中的數據建立聯系以便于用戶進行級聯查詢。
3.1.2 事件處理層
　設備管理層產生事件，并將事件傳遞到消息系統中，由事件管理過程進行處理，然后把數據傳遞到相關的應用系統。在這種模式下，閱讀器不必關心哪個應用系統需要什么數據。同時，應用程序也不需要維護與各個閱讀器之間的網絡通道，僅需要將需求發送到消息系統中即可。
3.1.3 服務接口層
　對于ALE，中間件是一個數據源，底層實際的RFSN網絡設備的工作對用戶透明。由于供應鏈監控的的實時性，在生產和倉儲中對環境的監控，需要傳感器即時地傳送采集數據，可用發布/訂閱模式實現消息通信[6]。
　來自事件處理層的數據最終是XML文件,數據以XML文件的形式保存，提供給相應的應用程序使用。服務接口層主要是對上述數據進行過濾入庫操作及提供訪問數據庫的服務接口。下面是中間件服務程序[7]的接口函數部分代碼：
    uint8_ t LLCInit(void (*reMsgCallBack) ( const uint8 _ t *bu, f uint8_t len, uint16_t SrcPANId, uint16_t SrcAddr, uint16_tLQI)，
　　void (*SendMsgCallBack)(SendResult_t));                ∥初始化邏輯鏈路
　　uint8_t LLCStart(void);                                ∥啟動邏輯鏈路
　　uint8_t LLCSendMsg(constuint8_t*bu, f uint8_t len);        ∥發送數據
3.2平臺體系結構
　系統主要由數據采集子系統、EPC信息服務、在線數據處理、用戶接口等部分組成。其中數據采集子系統由RFSN網絡組成，其他部分是軟件環境。系統體系結構如圖4所示。

　系統除了有機聯系物理世界與信息世界外，還將網絡上的硬件、中間件與企業系統連接起來，使得由分布物理事件所形成的數據能夠傳遞到物聯網監控系統平臺中，從而實現系統業務流程的整合和改進，為系統業務的重構提供穩定、高效、靈活的解決方案。整個平臺使其底層WSN和RFID設備對用戶透明，并提供對外抽象的設備接口和數據接口，具有良好的開放性[4]。由于提高了系統的利用率、可維護性和可移植性，使對系統的投資可以在應用中獲得最佳收益。
4 工作流分析
　　以倉儲管理為例，用戶需要確認貨物是否保存在合適的溫度、濕度或電磁等環境條件下。其工作流程[6]如下：

 (1)用戶通過連接企業信息系統的EPC信息服務系統（EPCIS）輸入貨物的EPC編碼，向EPCglobal網絡提交查詢此貨物的位置和環境參數。EPCglobal通過對象名解析系統（ONS）定位至倉庫所屬的EPCIS。EPCIS根據請求向ALE中間件發送請求數據的請求。ALE向中間件發出基于Web Service的數據請求(如SOAP消息)。
　(2)通過對SOAP消息的解析，中間件對EPC索引的信息進行查詢;從RFID標簽獲取位置信息，從RFSN即時獲取環境信息;查詢貨物的位置信息(包括PAN ID信息獲取);激活PAN ID對應的RFSN區域，將請求轉換為L_SOAP包，向服務代理提交服務請求。
　(3)駐留于中間件上的Agent將L_SOAP包發送至與其直接相連的匯聚節點Sink。Sink將請求在RFSN內廣播。接收到廣播包的節點首先判斷自己是否提供L_SOAP中的服務，如果提供，則由Agent執行此服務。
　(4)傳感器檢測得到環境信息返回RFSN的Sink點，作為服務結果返回中間件。中間件經過數據綁定，將最終結果反饋給ALE,再通過EPCglobal機制將結果返回用戶。
    把WSN與RFID有機集成，作為系統底層網絡，與EPCglobal結合,在Internet上構建一個可溯源的供應鏈網絡，可連接物理世界和信息世界，拓寬和深化物聯網的信息管理，實現在供應鏈監管平臺上的應用。
參考文獻
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[2] 孫利民, 李建中, 陳渝,等. 無線傳感器網絡[M]. 北京:清華大學出版社, 2005.
[3] FINKENZELLER K. 射頻識別技術[M](第三版).吳曉峰, 陳大才,譯.北京: 電子工業出版社,2001.
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[5] 李斌, 李文鋒. WSN與RFID技術的融合研究[J]. 計算機工程, 2008,34(9):127-129.
[6] 彭磊, 袁海, 吳磊,等. WSN集成EPCglobal: 環境感知的供應鏈監管[J]. 計算機應用, 2008,28(6):1616-1619.
[7] 石為人.中間件在無線傳感器網絡節點設計中的應用[J].傳感器與微系統, 2008,27(7):111-113.