CN103927633B - 一种具有关联性感知的物品信息追溯***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有关联性感知的物品信息追溯***及方法。信息服务器通过捕获接口接受中间件处理后的RFID原始数据；结合逻辑处理形成RFID标识数据存储在信息数据库中；通过注册接口将RFID映射数据发布到发现服务器；通过查询接口向应用开放RFID标识数据的共享查询。发现服务器通过注册接口接受信息服务器的RFID映射数据发布；经过关联性分析后将RFID映射数据存储在映射数据库内；通过通信接口提供不同发现服务器之间的RFID映射数据共享；通过查询接口向应用开放RFID映射数据的查询。本发明在充分考虑物品间组合或者拆分等包容关系改变导致RFID数据产生动态关联的基础上，保证了追溯查询结果的完整性。

Description

一种具有关联性感知的物品信息追溯***及方法

技术领域

本发明属于计算机网络技术领域，具体涉及一种具有关联性感知的物品信息追溯***及方法。

背景技术

国际标准化组织GS1对可追溯性(Traceability)给出了一个明确的定义，即能否通过标识记录来查询验证一个物品的历史、位置以及其它应用情况。由此可知，追溯服务最为关注的核心问题包括两点，即怎样标识一个物品以及如何查找相应的标识记录数据。

射频标识技术(Radio-frequency identification，RFID)正是这样一种无需直接接触的自动化标识与数据采集技术，可用来追踪和定位目标对象。其主要特点是：

1)针对唯一标识问题：采用RFID技术作为物品标识手段，与传统的一维条码、二维条码相比，最大的优点莫过于可通过无线射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，整个识别过程基本上无需人工干预。

2)针对标识记录查找问题：可以选择基于“data-on-tag”模式，将标识记录直接存储在RFID标签中；也可以选择基于“data-on-network”模式，将标识记录存储在网络中，再用RFID标识和网络存储地址之间的映射关系作为搜索的路由提示。

因此，RFID技术近年来受到了学术界和产业界的高度关注，已经被广泛运用于物流管理、食品溯源、防伪验证、产品召回等许多应用领域，从而形成了一个可以用于实现全球范围内物品追踪和定位的泛在网络。

目前，基于RFID技术提供追溯服务的***，主要包括EPCglobal组织提出的EPCglobal网络，DIALOG***，以及ePedigree体系等。但是现有方案普遍缺乏对RFID数据间关联性的考虑，导致追溯的服务质量(完整性)受到影响。已有方案的不足之处在于对RFID数据之间的包容关联性缺乏重视，仅将包容关联性作为一种RFID数据压缩的基础，而在进行追溯的过程中没有考虑加入对包容关联性的分析。这就导致如果查询功能涉及到数据间的关联性，现有方案就无法保证查询结果的完整性。

如附图1所示，以基于RFID技术的药品监管应用为例。药品的完整生命周期包括“生产-运输-销售-使用”四个阶段。假设供应链的每一个参与者，从生产商、大分销商、小分销商、零售商到购买者都独立维护自己的信息数据。RFID标签采用EPC编码，单品(item)本身以及承载单品的箱子(case)、集装箱托盘(pallet)将被分别贴上不同的RFID标签。单品(标识为SGTIN1)在<L1,T2>先被装入一个箱子(标识为SSCC1)，然后箱子在<L2,T4>被放置在集装箱托盘上(标识为SSCC2)。当物品被从大型的分销商转手给小型的分销商后，又经历了另一个集装箱托盘(标识为SSCC3)的封装。最终单品被销售给普通购买者。这样，RFID数据可能被分散到多个不同的服务器中存储，标签之间就会存在动态的包容关联性。对普通用户而言，并不知道物品在供应链上经过的组合以及拆分过程。

比如药品监管机构接到群众举报，发现单品标识为SGTIN1的药物虽然尚未超过有效期，但已经变质失去药效。经过分析，药品变质最可能的原因是在运输途中没有保证始终存放在2～10℃的低温环境。为了定位到变质情况发生的具***置和相关责任人，以求在今后的运输中避免再发生类似的问题，就需要追溯查询药品运输过程中在每一个物流仓库存储时的温度数据。如果药品都是装入大型货箱统一运输，各仓库都保留了货箱的历史记录。那么仅查询标识SGTIN1所关联的物品信息数据，就无法解决这一实际需求。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种具有关联性感知的物品信息追溯***以及相应的追溯查询方法，在充分考虑物品间组合或者拆分等包容关系改变导致RFID数据产生动态关联的基础上，保证追溯查询结果的完整性。在用户仅输入单品标识的情况下，不仅返回该标识的相关物品信息，还能够返回全部与该物品发生过具有时态特征的容器信息。

本发明采用的技术方案如下：

一种具有关联性感知的物品信息追溯***，其包括至少一个发现服务器和至少一个信息服务***；

所述发现服务器包括：

注册接口，与所述信息服务***中的信息服务器连接以接收RFID映射数据发布；

查询接口，向应用程序开放以进行RFID映射数据的查询；

查询处理模块，用于处理针对RFID标识的查询请求；

关联性分析模块，用于分析物品RFID标识的映射数据之间可能存在的包容关系，进行关联性分析；

映射数据库，用于存储经关联性分析得到的物品RFID身份标识与存储物品信息的信息服务器地址标识之间的映射关系；

所述信息服务***包括：

阅读器，用于通过无线射频通信方式获取RFID标签中承载的物品身份标识；

中间件，用于对阅读器获取的原始RFID数据进行预处理，并形成具有一定语义的RFID事件；

信息服务器，包括：注册接口，与所述发现服务器的注册接口连接以进行RFID映射数据的注册发布；捕获接口，与中间件连接以接收其上传的RFID标识；查询接口，向应用程序开放以进行RFID标识数据的共享查询；信息数据库，用于存储经中间件处理后的RFID标识数据。

进一步地，所述发现服务器还包括通信接口，向其他发现服务器开放，进行发现服务器之间的映射数据共享。

进一步地，所述发现服务器还包括过滤模块，用于利用时间属性信息对所述关联性分析进行过滤，避免信息冗余。

进一步地，所述阅读器对原始RFID数据进行的预处理包括过滤处理、去重处理。

一种采用上述***的具有关联性感知的物品信息追溯方法，其步骤包括：

1)信息拥有者向发现服务器注册所拥有的RFID事件记录，同时公布相应的安全策略；

2)查询请求者向所述发现服务器发起针对RFID标识的查询请求，同时提交身份权能凭证；

3)所述发现服务器检索以步骤2)所述RFID标识为关键字的映射记录，并进行关联性分析，查找该RFID标识关联的容器标识的映射记录；

4)所述发现服务器检验查询者是否对所述RFID标识对应的信息数据具有合法的访问权限；如果是授权的合法用户则向查询请求者返回可访问的相关地址列表，否则拒绝提供服务或者直接丢弃查询请求；

5)根据步骤4)获取的所述地址列表，查询请求者与地址对应的所有信息服务器并建立通信连接，同时向所述所有信息服务器分别提交身份权能凭证；

6)所有信息服务器认证通过后，将RFID标识所关联物品的信息数据返回给查询请求者。

本发明提出了一种新的追溯***架构，包括RFID标签、阅读器、中间件、信息服务、发现服务以及应用；建立了追溯信息的数据结构，包括阅读器的原始记录、信息服务器中存储的标识记录以及查询所需的映射记录等；提出了一种改进的发现服务模型(目录服务模型)，加入了RFID数据的关联性分析模块以及冗余数据过滤模块；以及相应的追溯查询算法：根据用户输入的单品标识，返回该标识的相关物品信息，以及全部与该物品发生过具有时态特征的容器物品的信息。与现有技术相比，本发明在用户仅输入单品标识的情况下，不仅返回该标识的相关物品信息，还能够返回全部与该物品发生过具有时态特征的容器信息；在保证查询结果完整性的同时，也确保其准确性，通过时间属性过滤，避免冗余。

附图说明

图1为基于RFID技术的药品监管应用示意图；

图2为具有关联性感知的追溯***架构图；

图3为追溯信息的数据结构示例图；

图4为具有关联性感知的追溯方法的示意图；

图5为加入关联性分析的追溯查询的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步说明。

1.追溯***的架构

图2所示为具有关联性感知的物品信息追溯***的架构图，包括发现服务器(或称发现服务模块)、两个独立的信息服务***(分别对应公司A和公司B)，发现服务器分别与两个独立的信息服务***通过注册接口相连。任一独立的信息服务***包括信息服务器、中间件、阅读器及标签，阅读器通过无线射频通信方式获取标签中承载的物品身份标识，阅读器与中间件相连，中间件与信息服务器及ERP***相连。

其中追溯***的核心是信息服务器(Information Service)和发现服务器(Discovery Service)，在此基础上辅助其它应用程序实现追溯查询、定位查询、防伪认证等功能。

如图2所示，发现服务器具体包括注册接口、查询接口、通信接口、查询处理模块、关联性分析模块、过滤模块和映射数据库。查询处理模块用于用于处理查询请求者发起的针对RFID标识的查询请求。映射数据库用于存储物品身份标识与存储详细物品信息的信息服务器地址标识之间的映射关系。关联性分析模块用于分析标识映射数据之间可能存在的包容关系。过滤模块用于借助时间属性信息对上述关联分析进行过滤，避免信息冗余。信息服务***包括阅读器、中间件和信息服务器。阅读器用于通过无线射频通信方式获取RFID标签中承载的物品身份标识。中间件用于对阅读器获取的原始RFID数据进行过滤、去重等预处理，并形成具有一定语义的RFID事件。信息服务器包括：注册接口、捕获接口、查询接口和信息数据库。

信息服务器通过捕获接口，接受中间件处理后的RFID原始数据上传；结合逻辑处理后，形成RFID标识数据，存储在信息服务器的信息数据库中；通过注册接口，将RFID映射数据发布到发现服务器；通过查询接口，向应用开放RFID标识数据的共享查询。发现服务器通过注册接口，接受信息服务器的RFID映射数据发布；经过关联性分析后，将RFID映射数据存储在发现服务器的映射数据库内；通过通信接口，提供不同发现服务器之间的RFID映射数据共享；通过查询接口，向应用开放RFID映射数据的查询。

具体来讲，当物品进入阅读器识读范围后，阅读器即可通过无线射频通信自动获取电子标签中承载的物品身份标识，从而生成原始的RFID标识数据。为了去除数据冗余，需要先经过中间件的去重、过滤等预处理操作，并结合企业信息***中其它的物品相关信息，形成具有一定语义的RFID事件，再最后存入信息服务器。但是不同于互联网中可借助网页间超链接关系抓取网页信息的搜索服务，RFID网络中的数据源是含有企业机密的信息服务器，追溯查询只面向经过授权的合作方开放。所以要想在全局范围内实现对RFID数据信息的灵活追溯，基本前提是信息拥有者需要将一定的索引信息，即RFID数据与所在数据源之间的映射关系，发布到索引服务器供其它节点查询。为了保证信息拥有者的隐私性，同时也需要发布相应的安全策略。从实现角度看，信息服务和发现服务的基础设施都可以由大型企业或者公司自行维护，发现服务作为一种纽带性的联通信息服务也可以由第三方进行托管。

2.追溯信息的数据结构

追溯中所涉及的数据可以划分为三类，分别是阅读器读取电子标签的原始记录，信息服务器中存储的RFID事件记录，以及发现服务器中存储的索引信息记录。发现服务器根据查询请求，利用返回的数据生成设有该RFID标签的商品的位置信息或运行轨迹。具体来说，所涉及的各种数据如图3所示，分别说明如下：

1)原始记录(Initial_record)：未经处理的原始观测数据包括三个维度的属性，即观测目标oid，观测事件发生时间eventTime和观测地点readPoint。

2)物品信息(Thing_information)：除了反映RFID标签是否在某一时间出现在某一位置的签到信息外，基于RFID网络的物联网应用通常还需要关注标签所附着对象的其它属性信息，例如物品类型、产地等，从而提供更复杂的查询响应。这些应用数据可以统一抽象为“键-值”对的形式<propertyID,propertyValue>。

3)事件记录(event_record)：经过中间件处理程序，整合原始记录和物品信息后可以形成有意义的RFID事件记录。根据是否发生包容关系转变，又可以分为普通的观测事件(Observation_event)和聚合事件(Aggregation_event)。后者的观测对象包括单品标识cid和容器标识pid，并增加了事件行为的概念，action选项可以取值为“add”(组合)或者“delete”(分解)。阅读器读取的RFID标签原始信息中含有专门的字段，来表示是观测事件还是聚合事件，以标识是否发生包容关系转变。

4)映射记录(map_record)：发现服务器的映射数据库中存储映射记录即索引信息，这些索引信息只是信息服务器中详细物品信息的一个简单摘要。这种映射关系的核心就是作为键值的对象标识oid和存储相关事件记录的信息源地址map。为了增加对数据间包容关联性的分析，还保存了可能的行为属性action和事件发生的时间eventTime。如果action取值为空，说明只是普通的观测事件，则容器标识pid也为空。注册者向发现服务器注册，注册者的地址就是这里的源地址。发现服务器在接受到注册信息后，即可生成对应的映射记录。

5)发布者信息(Publisher_profile)：为了保证发布者对索引信息的机密性，可以在发现服务上设置相应的安全策略。这往往就需要发布者公布一定的身份信息，例如发布者ID、姓名、地址、邮箱、affiliation(单位或者组织机构)，以及身份公钥等可用于加密解密的认证辅助信息。

3.具有关联性感知的追溯过程

图4所示为实现一次完整的追溯过程中信息发布者和信息查询者之间的交互流程示意图，具体说明如下：

1)信息拥有者(信息服务器A、B)向发现服务器(发现服务器)注册所拥有的RFID事件记录，同时公布相应的安全策略。

2)查询请求者向发现服务器发起针对特定RFID标识(或者标识区间)的查询请求，同时提交身份权能凭证。

3)发现服务器首先检索以用户请求的RFID标识为关键字的映射记录，再通过关联性分析模块进行关联系分析，查找该RFID标识关联的容器标识的映射记录。

映射记录反映了标识和地址之间的映射关系，即被标识物品的信息被存储在哪个地址的服务器内。此外，还会包括注册时间、注册人、关联关系以及其它的附属信息。

4)发现服务器检验查询者是否对上述RFID标识对应的信息数据具有合法的访问权，如果是授权的合法用户，则可以向查询请求者返回可访问的相关地址列表，即根据查询的标识，去检索DNS之类的目录服务器中的数据库，获得相关的标识映射记录(其中含有地址信息)。如果不是授权的合法用户，则拒绝提供服务或者直接丢弃查询请求。

5)根据步骤4)获取的地址列表，查询请求者与地址对应的所有信息服务器建立通信连接，同时向所以信息服务器提交身份权能凭证。

6)信息服务器认证通过则将返回RFID标识所关联的详细物品信息数据。

在加入关联性分析后，发现服务进行映射记录检索的主要思想是：首先根据用户请求的RFID标识为关键字查找映射记录；然后分析是否存在有聚合行为的映射记录；如果有，则将可能的容器标识加入待查队列，再递归地进行查询。加入关联性分析的算法执行的流程如图5所示，对其中的递归查询说明如下：

a)设定时间上限和时间下限，查询以id为关键字的映射记录；

b)如果存在以查询ID为关键字的映射记录，则提取其中的非聚合记录加入DS响应队列，进入步骤c)；否则返回空的DS响应队列；

c)判断是否还有聚合记录，如果没有则返回DS响应队列；如果有则进入步骤d)；

d)按照容器标识pid对聚合行为对应的映射记录进行分组；

e)对每一个分组，判断是否有组合事件，组合事件是指多个物品之间由于位置共存所发生的聚合事件，通常存在外层的容器物品；如果有组合事件，则将该pid标识的下限时间修改为最早的组合事件发生时间；如果没有，则判断是否有拆分事件，拆分事件是指上述组合关系的状态解除；如果有拆分事件则将该pid标识的上限时间修改为最晚的拆分事件发生时间，如果没有拆分事件则结束该递归查询。

考虑到追溯查询的基本形式主要有两种，即定位查询(track)和追踪查询(trace)，前者只关注物品当前的最新位置，而后者的查询目标则是物品的完整运动轨迹，所以在发现服务开始前，应该首先判断用户查询类型。如果是定位查询，需要在每次查询结束后，对映射记录按照时间属性进行排序，始终保留最新的一条映射记录。

此外，还有一点很重要的因素需要考虑，即容器的可重用性。由于RFID电子标签通常会在被标识物品的全生命周期中与之共存，而箱子、集装箱托盘等容器在物流运输的过程中往往会被长期使用，这就使得单品和容器之间的包容关系只是暂时的。如果仅以容器的RFID标识直接进行检索，很可能会获得大量无关信息。一方面，冗余信息降低了查询性能，造成网络通信负载加大。另一方面，物流公司可能和多家具有竞争性业务的企业展开合作。查询者通常根据业务逻辑，只对一段时间内的容器信息具有访问权限，如果不加控制的随意放大访问权限就可能造成信息拥有者的隐私泄露。因此，本发明中采用时间属性进行过滤，避免获取过多的冗余结果，即通过调整时间上限与下限，缩小查询的区间实现过滤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims (4)

1.一种具有关联性感知的物品信息追溯方法，该方法适用于一种物品信息追溯***，该物品信息追溯***包括至少一个发现服务器和至少一个信息服务***；

所述发现服务器包括：

注册接口，与所述信息服务***中的信息服务器连接以接收RFID映射数据发布；

查询接口，向应用程序开放以进行RFID映射数据的查询；

查询处理模块，用于处理针对RFID标识的查询请求；

关联性分析模块，用于分析物品RFID标识的映射数据之间可能存在的包容关系，进行关联性分析，根据用户输入的单品标识，返回该标识的相关物品信息，以及全部与该物品发生过具有时态特征的容器物品的信息；

映射数据库，用于存储经关联性分析得到的物品RFID身份标识与存储物品信息的信息服务器地址标识之间的映射关系；

所述信息服务***包括：

阅读器，用于通过无线射频通信方式获取RFID标签中承载的物品身份标识；

中间件，用于对阅读器获取的原始RFID数据进行预处理，并形成具有一定语义的RFID事件；

信息服务器，包括：注册接口，与所述发现服务器的注册接口连接以进行RFID映射数据的注册发布；捕获接口，与中间件连接以接收其上传的RFID标识；查询接口，向应用程序开放以进行RFID标识数据的共享查询；信息数据库，用于存储经中间件处理后的RFID标识数据；

所述具有关联性感知的物品信息追溯方法包括以下步骤：

1)信息拥有者向发现服务器注册所拥有的RFID事件记录，同时公布相应的安全策略；

2)查询请求者向所述发现服务器发起针对RFID标识的查询请求，同时提交身份权能凭证；

3)所述发现服务器检索以步骤2)所述RFID标识为关键字的映射记录，并进行关联性分析，查找该RFID标识关联的容器标识的映射记录；

4)所述发现服务器检验查询者是否对所述RFID标识对应的信息数据具有合法的访问权限；如果是授权的合法用户则向查询请求者返回可访问的相关地址列表，否则拒绝提供服务或者直接丢弃查询请求；

5)根据步骤4)获取的所述地址列表，查询请求者与地址对应的所有信息服务器建立通信连接，同时向所述所有信息服务器分别提交身份权能凭证；

6)所有信息服务器认证通过后，将RFID标识所关联物品的信息数据返回给查询请求者。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)所述针对RFID标识的查询请求是针对特定RFID标识的查询请求，或者是针对RFID标识区间的查询请求；在发现服务开始前首先判断用户查询类型：定位查询和追踪查询。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)所述关联性分析，首先根据用户请求的RFID标识为关键字查找映射记录；然后分析是否存在有聚合行为的映射记录；如果有，则将可能的容器标识加入待查队列，再递归地进行查询。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：采用时间属性对查询请求进行过滤以避免获取过多的冗余结果。