结合RFID Smart Phone和EPC网络的智能移动采购系统

　　1 问题的提出

　　RFID的系统架构大致上可以分成3个部分，主要由卡片阅读机(Reader)与电子卷标(Tag)及软件系统设计整合(Middleware & System Integration)所组成。Tag包含RFID射频与一个超薄天线环路的RFID芯片，天线与一个塑料薄片一起嵌入到标签内。当Reader接收到Tag所送出的ID Code后，再送给后端Middhware的Apphcation，作为后续相关应用。

　　EPC编码是EPC系统里最重要的设计，因为每个EPC码都是独一无二的，是对象唯一在信息系统中的代号，藉此跟对象相关的信息得以在散布全球的EPC网络中存取，以获得相关应用，进而建立信息交换标准。在目前的应用方面，EPC码最有机会成为下一代条形码，编码结构延伸自现行的传统条形码，在对象信息描述上，更为丰富、详细，并更具时效优势。但是Barcode与EPC存在各自的优缺点：使用Barcode成本较低，EPC较昂贵;条形码需人工操作，容易产生人为错误，而EPC属于自动识别科技，不需人工操作。EPC码的标示对象除了使用传统条形码的物品外，小至单一对象、盒子，大至货柜、货车等，甚至扩及服务项目的物品都合适使用EPC码，提供这些实体或虚拟对象的全球唯一编号。

　　EPCglobal网络(EPCglobal Network)结合EPC码、RFID与信息网络等科技设施，建立了RFID的全球标准架构。为适应自动化供应、货品追踪与仓储管理的要求：增进商品信息的透明度，提供了高效与信息准确的对象信息交换。同时，这些技术的应用，使得交易伙伴间达到了能够加速处理订单，快速且直接的反映顾客需求，增进物品的收送、计算、分类以及运送过程中的效率，在同业的竞争中增加竞争力。图1显示由Local EPC网络所串联成为Global EPC网络的架构图。

图1 Global EPC网络应用示意图

　　EPC系统的信息网络系统是在因特网互联的基础上，透过Savant管理软件系统。以对象名称解析的服务系统(Object Name Service，ONS)，实体标记语言(Physical Markup Language，PML)实现全球的“实物互联网络”。EPC标签对于一个开放式且全球性可追踪物品相关信息的网络，需要特殊的网络结构来查询EPC卷标机制。因为卷标中只储存了产品电子代码(EPC Code)，计算机还需要一些可将产品电子代码符合相对应商品相关信息的机制，此角色由对象名称服务(ONS)来担当。它是一个自动化的网络服务系统，类似区域名称解析系统(DNS)，而DNS主要目的是将一台计算机定位到因特网上的某一具体地点。ONS运作过程分几个步骤，以图2说明。

图2 ONS及PML运作架构图

　　1)从卷标上读入一个符合EPC电子货品代码规定数据的字符串。

　　2)读码器将此字符串EPC电子货品代码发送到本地端服务器进行处理。

　　3)本地端服务器对EPC电子货品代码数据进行适当排序且过滤掉不必要信息，将EPC电子货品代码发送到本地端ONS进行下一步处理。

　　4)本地ONS利用格式化转换字符串将EPC位编码转变成EPC网域名称前置编码，再将EPC网域名称前置编码与EPC网域名称后置编码结合成一组完整的EPC网络区域名称，经由ONS再进行一次ONS查询，将EPC区域名称发送到指定的ONS服务器基础架构，以获得所需要的信息。

　　5)ONS基础架构机制给本地ONS运算器传回EPC网域名称对应一个或多个PML服务器对应的IP地址。

　　6)本地ONS再将IP地址传回本地端服务器。

　　7)本地端服务器再根据IP地址，联系正确的PML服务器，以获取所需的EPC相关信息。

　　如何将RFID与EPC网络应用推广至智能型居家生活应用之中将是本论文主要目标。本文作者针对RFID技术的EPC网络架构实作一套综合智能手机、RFID和EPC网络的智能移动采购系统。

　　2 Mobile RFID

　　Mobile RFID网络架构于2004年提出，Nokia发表的RFID手机终端设备Nokia Mobile RFID Kit在EPC系统网络中支持移动式RFID读取器，并兼容EPC Class-1 Generation 2 UHF(860-960M Hz)标准，提供使用者使用手机终端设备存取Mobile EPC网络架构的Information Server，见图3。

图3 Mobile RFID网络架构

　　1)RFID手机终端设备向Local ONS提出EPC Information Server Query。

　　2)Local ONS转向Remote ONS查询EPC Information Server地址。

　　3)Local ONS将EPC Information Server地址回传给RFID手机终端设备。

　　4)RFID手机终端与EPC Information Server交换EPC相关信息。

　　5)由Location Based Service Provider提供RFID手机终端与EPC Information Server所需AAA信息。

　　由韩国Mobile RFID Forum所提出的Mobile RFID网络架构如图4所示。使用者持mRFID-MS手机(内嵌RFID Reader)透过Mobile Network向远程ODS(Object Directory Service)取得EPC Code信息，转向WAP Server取得URL数据，进而取得URL内容的信息。

图4 韩国MobileRID

　　图5显示韩国Mobile RFID网络架构中Mobile RFID网络与EPC网络互联时所产生的4种情形。

图5 Mobile RFID存取方式

　　Case A：EPC使用者存取EPC网络架构的EPC-IS(Information Server)。

　　Case B：Mobile RFID使用者存取Mobile RFID网络mRFID-IS。

　　Case C：EPC使用者存取EPC Mobile RFID网络mRFID-IS。

　　Case B：Mobile RFID使用者存取EPC网络架构的EPC-IS。

　　3 智能移动采购情境

　　智能移动采购系统的Scenario说明如下：

　　Scenario 1：使用者于商场中以具有RFID Reader的智能手机进行采购，Content Web Server与ODS Server负责记录EPC Code的商品数据，透过EPC网络的Object Tracing功能将商品直接运送到使用者家中。

　　Scenario 2：当使用者于卖场中购买商品时，运用Smart Phone查询家中冰箱或储存室中是否已有相关商品的数量与保存期限数据。由家中的RFID冰箱或储存室主动通知使用者所需采购信息，传送至智能手机进行采购，完成电子交易。

　　图6显示本文作者实作的智能行动采购系统的架构，实验中共有3部机器，分别扮演Root ONS(1台)及Local ONS & EPCIS(2台)，运用Web Service达成ONS与EPCIS间的联机实作。客户端使用Mobile RFID Smart Phone操作订购流程，以下简介客户端如何由商场订购商品，并藉由EPC Network提供相关订购数据由厂商将订单配送的流程。

图6 EPC/Mobile RFID网络架构

　　1)使用者以Mobile RFID Smart Phone的RFIO Reade，读入商场的EPC Code。

　　2)由EPC Network查看本地Local ONS，以EPC Code中产品代码查询是否有EPCIS主机符合所需的相关数据，若存在，传回拥有数据的EPCIS主机的IP(商场有足够的产品库存)。

　　3)若无(商场无足够的产品库存)，联机至Root ONS以EPC Code中厂商代码查询所属的Local ONS主机(查询产品存货地区与存货量)。

　　4)在至新查询的Local ONS中，再以EPC Code中产品代码查询拥有所需商品数据的EPCIS主机。

　　最后，联机至EPCIS主机，取得商品相关数据(生产日期、生产地、配送商、配送日期等信息)，同时将商品配送至使用者家中。

　　4 系统实作

　　本文作者制作了智能行动采购系统的EPC网络架构与采购流程，结合RFID与EPC网络应用推广至智能型居家生活应用之中。图7与图8为系统实作所使用的Smart Phone与CF Card based RFID Reader。Smart Phone从CF Card based RFID Reader读取到商品的EPC Code，然后将EPC Code传送至EPC Network进行后续处理。

图7 智能移动电话规格

图8 RFID CE 卡 readers

　　图9为使用RFID Smart Phone与EPC Network采购的流程：厂商首先将Tag放入商品中，运用自行开发的厂商端程序注册Tag所对应的商品数据，注册完成后将商品上架/出货;使用者运用Smart Phone所开发的使用者端程序读取商品Tag数据，使用者端程序联机自数据库并显示商品数据后，由使用者确认是否购买，如要购买，即由使用者端程序联机系统数据库购买，完成电子交易。

图9 采购流程

　　图10至图14显示系统操作接口，厂商使用厂商端程序并搭配RFID Reader新增商品管理货物，使用者以具有RFID Reader的智能手机进行采购，Content Web Server与ODS Server负责记录EPC Code的商品数据，透过EPC网络的Object Tracing功能将商品直接运送到使用者家中;或由家中的RFID冰箱主动通知使用者所需采购信息，传送至智能手机进行采购，完成电子交易。基于考虑系统安全性，本研究改良韩国所提出的Mobile RFID网络架构，以Mobile RFID使用者存取EPC网隔架构的EPC IS作为基础，结合AAA网络架构，其步骤如下：

　　Step1.使用者以Smart Phone读取其EPC Tag，经由Wireless Network传送Query至Local ONS进行EPC Code解析与查询。

　　Step2.Local ONS回复EPC Code解析资料回传给Mobile RFID使用者。

　　Step3.Mobile RFID使用者传送Query至EPC PAS Server进行使用者身份与EPC Code认证。

　　Step4.EPC PAS根据Query内容得知此Query为Mobile RFID使用者欲连接EPC IS Server，因此将此Query传送给EPC/Mobde RFID Gateway。

　　Step5.EPC/Mobile RFID Gateway调整Query格式转送给EPC IS Server。

　　Step6.EPC IS Server回传Query资料给EPC/Mobile RFID Gateway。

　　Step7.EPC/Mobih RFID Gamway透过WirdessNetwork回传Query资料给Mobile RFID使用者。

图10 Smart phone的使用者接口

　　图11 新增/删除数据的厂商端接口

图12 透过EPC Network交易清单

图13 单笔交易查询

图14 系统信息窗口

　　此外，在上述步骤中运用RADIUS(Remote Access Dial In User Service)，此Protocol提供Authentication机制，辨认使用者的身份与密码，提升智能采购系统的安全性(如图15、图16)。确认通过之后，经由Authorization授权使用者登入网域使用相关资源，并提供Accounting机制，保存使用者的网络使用记录，以完成系统服务业者完整认证收费机制的基础。

图15 AAA机制下的EPC网络架构

图16 安全渠构图

　　图17透过802.11b的无线网络环境中进行读取实验，CF Card based RFID Reader取得EPC Code并且将EPC Code传至EPC Network中查询商品信息。本实验针对同一个Tag进行读取，因此每一笔资料量皆相同，在图17中可以发现每次读取所需要的时间大约在400 ms左右，可确定Mobile RFID Reader可稳定且成功读取EPC编码。

　　5 结论与未来工作

　　本论文于RFID与EPC Network中实作智能移动购买系统，结合RFID与EPC Network至智能型居家生活应用与采购流程之中。使用者透过具有RFID Reader的智能型手机进行采购，利用本研究开发的使用者接口，藉由Content Web Server与ODS Server记录EPC Code的商品数据，并透过EPC网络的Object Tracing功能将商品直接运送到使用者家中，或由家中的RFID智能型冰箱主动通知使用者所需采购信息，并传送至智能手机进行采购，以完成电子交易。本研究未来将设计Mobile EPCIS与Mobile RFID之间的购买情境，结合EPC Network的安全性研究，制作Mobile RFID网络安全架构。