0 引言

我國的第二代身份證項目應用了RFID，隨后，2008 年北京奧運會的每一張門票內置有一枚RFID電子芯片，有效識別持票人信息，不管是門禁還是手機移動支付，RFID 已經與我們的生活息息相關。盡管如此，大部分的RFID也只是在閉環的產業鏈中應用，隨著智能卡應用的不斷拓展，RFID 開始走向開放式應用。國外移動運營商開始整合手機與RFID應用，讓手機在支付、娛樂、識別、證件等多個領域“一機通”［1］。

RFID 有一個巨大的優勢，個性化越強的應用，就越需要RFID 技術，手機這種個性化的物品就勢必與RFID密不可分，成為我們生活中不可少的一部分。嵌入了RFID芯片的手機擁有了更多普通人想象不到的功能，它可以作為我們的工作證、電視遙控器、門鑰匙，甚至是信用卡等等。如今，RFID手機在日本已經得到了廣泛的應用發展，凡是新上市的手機均嵌有RFID芯片，除了上述的電子票證和支付用途等外，還開發出了一些個性化的服務，諸如乘客可以通過手機及時獲取列車停靠站及路線信息。在移動RFID技術的發展方面，韓國最為突出，韓國政府為了手機應用RFID 技術，對手機分配了900MHz 附近的頻段，政府和企業攜手共同推動RFID產業的發展。我國雖然對移動RFID的期望很高，但是由于標準、成本和應用缺乏等制約因素，目前仍處于“含而不露”的狀態，沒有大規模的普及移動RFID市場［44］。對于移動RFID這個殺手級的應用，國家標準委聯合科技部、工信部等14 個部委形成了《中國RFID發展技術白皮書》。芯片設計和技術測試方面也已經組織好了相關企業和機構，為行業應用提供示范［2］。

1 應用設計的意義與研究現狀

1.1 設計的意義

目前，食品安全是人們最為關心的大問題，食品安全信息一片空白，致力于提高食品供應商的道德感固然重要，但是，提供給消費者一個完全透明可信的渠道全方位了解食品更加現實可行。在現在的超市中，消費者不能在第一時間了解自己購買的商品來源，購買時不明白所含添加劑究竟對人體有害還是無害，甚至不小心買回快過期的食品，回家食用之后也沒察覺。在越來越智能化生活的今天，消費者對于食品在整個供應鏈中的信息，即從種植來源、生產加工、包裝運輸、銷售各個環節的信息，要求透明并且有渠道可獲取。提供人性化地無憂購物環境，對于超市和商店來說是不可推卸的義務，況且，一個智能輕松的購物環境也會大大提高超市和商店的利潤和聲望。

因此，本文提出一個人性化的基于移動RFID的智能超市設計，不僅能讓消費者在購物時能輕松地明白所購物品“從農田到餐桌”食品鏈中的所有方面，還能讓不懂得料理知識的顧客懂得“紅燒豬蹄”的具體做法和食材的挑選方法。

1.2 研究現狀

RFID 技術在二戰時期就應用于美國軍方了，到現在也依然只是在倉儲、運輸、身份識別、門禁等領域中大放異彩［3］。其實，早在2003年麥德龍公司就在德國開了世界第一家“未來商店”，商店里的每一臺購物車上都裝有一個微型電腦PSA，可以實時計算出購物車中的商品數量和總價，能夠提供商品查詢等。但是，關于“未來商店”的構想并沒有得到推廣，很多感興趣的大企業都裹足不前。但是到了今天，電子標簽的價格下降，移動RFID技術的成熟，尤其是智能手機終端的普及，并且移動運營商也推廣了手機支付業務……這些都在昭示著，真正的智能超市時代即將來臨。

在我國，盡管IBM公司也將“未來商店”帶到了上海的復旦大學，但是也僅僅是一座示范性的概念商店，無法在全國超市中應用。如果要求超市中每一臺購物車上都配備一個微型信息終端，是不可行的，投入太大，并且設備的維護丟失也將是一筆不菲的開支。然而，時下擁有智能手機的人越來越多，由于計算機的普及，中老年中能夠簡單操作PDA等信息終端的也大有人在。只需要在智能手機給有智能移動終端的消費者提供接入超市局域網查詢物品信息的功能，在超市貨架的兩側安放一定數量的信息終端提供給沒有智能移動終端的消費者食品安全問題得到了“兩會”的極度重視并成立了食品安全委員會，要求在食品供應鏈上的所有生產經營單位和個人完善食品安全信息，及時告知消費者，由政府擔任第三方物品信息數據庫的時機已然成熟。在此之前，國內還沒有相關的研究報道，所以，本論文的研究具有創新性和前瞻性。基于移動RFID的智能超市設計是關乎民生的基礎建設，需要政府的大力支持和社會各個生產部門、企業個人的通力配合。當然，一下子在全國范圍內實施并不現實，可以在經濟發達地區的超市，如上海的沃爾瑪超市，進行試點。而且，本次世博會中也成功應用了很多RFID技術項目，因此本設計也具備經濟條件和社會效益［4］。

2 智能超市系統設計

2.1 移動RFID系統結構設計

圖1 智能超市移動RFID 系統結構

智能超市的移動RFID 系統如圖1 所示，該系統包含的基本組件為：

1、電子標簽：即射頻標簽，存儲了EPC產品電子代碼等信息，獨一無二地標識商品，如本文在第二章中介紹的一樣，標簽包括了四個部分，即編碼類型（Header）、企業代碼（Manager number）、商品類別（Object class）和產品序列號（Serial number），見圖2。

圖2 EPC標簽結構

2、移動RFID 閱讀器終端：嵌有閱讀器芯片的移動終端，可以是智能手機、PDA 還有手持式閱讀器等。

3、特殊的信息終端：這種終端是固定式、觸摸屏的，超市設置于貨架兩側，為沒有智能移動終端的顧客提供商品和信息查詢等功能。

4、無線局域網：在超市內部設置幾個無線接入點，為超市提供傳輸網絡，

5、本地ONS 服務器：是EPC地址翻譯的服務器，工作于超市局域網內部，對超市貨物的EPC編碼進行解析，將URL地址發送給本地數據庫查詢商品的基本屬性。

6、本地數據庫服務器：是超市內部局域網中的服務器，提供商品的基本屬性，如價格、保質期、折扣信息等，并且可以將商品的URL 地址發送到外網（EPC網絡）查詢商品的供應鏈信息，然后返回商品的綜合信息給用戶。

7、網關：連接超市內部局域網與外部Internet 網絡，過濾信息和保護內部網的安全。

8、EPC-IS：EPC的信息服務器，提供商品在供應鏈中的所有信息，位于EPC網絡，需要整個社會的各個生產部門共同維護商品的EPC 信息。

2.2 設計說明

在本設計中，我們以上海市的沃爾瑪超市為試點，基于Wap 技術建立沃爾瑪超市的用戶網站，提供用戶查詢商品的接口。WAP（Wireless Application Protocol，無線應用通訊協議），定義可通用的平臺，將HTML語言轉換為WML（Wireless Makeup Language）語言，顯示在移動終端的顯示屏上，WAP 是新時代的寵兒，可廣泛應用于GSM、CDMA、3G等多種網絡［5］。微型瀏覽器文件很小，能較好地解決移動終端內存小和無線網絡帶寬不寬的限制，并且對CPU 的要求不高。開發基于WAP的界面，一旦用戶踏入超市主動連接局域網，首頁登錄后即可顯示查詢歷史記錄、積分記錄、查詢商品的模塊。

在上海的每一家沃爾瑪超市中建立無線局域網WLAN，放置無線接入點覆蓋整個超市。讓超市為每一個商品貼上電子標簽，并且在貨架上擺放商品的LC電子屏幕顯示價格。粘貼在商品上的標簽的頻率范圍為HF頻段13.56MHz，該頻段允許商品標簽與閱讀器的最大距離不超過1.5m［48］。電子貨架標簽可靠，不存在價格差異和標簽錯誤，快捷地更新價格。電子貨架標簽系統安裝四種不同尺寸的簡單易讀的數字LC顯示屏，使用高能電池供電，至少持續五年，裝有小型的無線接收裝置和微型天線。當價格變動時，計算機無線通信系統自動同時更新電子貨架標簽、本地數據庫服務器和收銀終端，保證上架的價格信息連續并且是最新的。電子貨架標簽使用通信基站以獨立的無線網絡方式進行通信，通信基站安裝在超市的天花板上。

出于方便超市管理會員信息的考慮，將會員卡、返券信息等和用戶的賬戶綁定，自動積分和參加優惠活動，這樣一是消費者到超市購物時無需攜帶會員卡和折扣券，二是超市也能很方便的發展會員數量。在本設計中，超市商品的基本屬性（價格、折扣等）由超市負責完善存入本地數據庫，而商品的其他信息（供應鏈信息、商家宣傳信息等）由政府作為第三方建立EPC信息服務器存放信息并進行授權維護。最后，考慮到商品上的電子標簽被顧客不知不覺帶回家會泄露一些隱私信息，我們在超市的出口處擺放幾臺標簽去活化設備，讓標簽失效。

3 系統功能分析

3.1 應用實例流程說明

下面本文結合一個具體的應用場景，對整個智能超市的移動RFID系統進行描述，具體的購物流程如圖3 所示。

圖3 智能超市購物流程

1、某位顧客是超市的會員，在超市的網站上注冊了賬戶并進行會員身份綁定。某一天當該顧客手持智能手機終端進入超市時，選擇了連接超市的局域網，在彈出的首頁可以自動登錄賬號或者手動登錄。用戶首頁顯示了當天超市中實時的商品打折特賣信息和新品特賣信息，還有該顧客過去8周內的歷史購物記錄，系統智能地提出購物建議（目前超市正有的特賣促銷，并且這種商品是該顧客經常購買的），系統告知顧客，并顯示了該商品的導購圖，指示了對應的貨架位置，實時引導路徑。顧客查看了自己當前的積分信息和賬戶綁定的銀行卡存款信息。

2、顧客開始自由選擇商品，在挑選葡萄酒的時候，用手機掃描了罐頭上的電子標簽，發出EPC number 信息請求并等待標簽的回應。

3、標簽接收到詢問信息后，向移動閱讀器發送標簽ID［6］。

4、移動閱讀器接收到標簽ID 后，通過超市無線局域網發送標簽ID 到本地ONS 服務器。

5、本地ONS 服務器解析出該葡萄酒的URL 地址發送給本地數據庫服務器。

6、本地數據庫服務器根據URL 地址匹配得到該罐頭的基本屬性信息，將URL 地址通過網關發往EPC-IS 服務器，請求該葡萄酒的供應鏈信息。

7、EPC-IS 服務器接到請求并進行合法性驗證，驗證成功后返回該罐頭的EPC 信息給超市數據庫。

8、本地數據庫將葡萄酒的EPC 信息和基本屬性信息重新整合為一個信息包返回給顧客的移動手機終端。

9、顧客在手機上查看了葡萄酒的產地、銷售公司的信息等。

10、為了做出一頓美味的料理，顧客下載了料理的烹飪方法，在貨架旁邊的自助信息終端上打印，刷手機自動扣費。

11、選購完所需食材后，顧客到收銀機出結算，無需排隊等候，把所有商品放在全方位的RFID 閱讀器上，系統自動給出商品總數和總價，不會誤算。

12、收銀員啟動結算流程，支付手段可以是傳統的收取現金或者用POS 機刷卡收費，還可以是直接刷手機終端，自動扣費。

13、顧客在出口處將購買了的商品放在裝有集成RFID閱讀器的指定區域，閱讀器自動讀取標簽信息，相應的代碼出現在顯示屏上，按下某個鍵，顧客確認讓這些標簽永久失效，依據標簽的不同，上面的代碼被刪除或者歸零。至此，整個購物流程完畢。當然這只是一個簡單的例子，智能手機終端上還可以顯示以下信息：商品導購信息、商品定位信息、會員信息、歷史購物記錄信息、各種食品配料進行烹飪的方法以及各種酒類信息等。消費者可以一邊查看信息一邊輕松購物。甚至，消費者也可以在智能終端上的客戶端上事先列出所需購買物品的消費清單，進入超市后調出清單購買即可。

3.2 系統功能

消費者可以獲取肉類、酒類、蔬菜水果等不同物品的各類信息，有的信息還相當詳盡，比如物品的產地、生產方式等，還有消費者最為關心的食品添加劑信息、價格、代用品以及菜肴的烹飪方法、葡萄酒的調配方法。可以獲取所有的商品特征、營養價值、零售價格、最新的家居提示和技巧、飲食建議。甚至能提供蛋的來源、品質和保存時間，雞等家禽從飼養、成長到上架的詳細供應鏈信息。在特定的信息終端，還能自助打印料理方法和原料配方的清單功能。在音像制品專區，由于傳統的銷售方式只能向消費者提供商品的外形和少數試聽服務，現在，可以在智能移動終端上面觀看或者收聽預先設置的一段視頻或者音頻介紹。

本設計不只是提供了一個人性化的購物環境，它同樣也使得超市員工的工作量大大的減少。首先工作人員可以攜帶嵌有閱讀器芯片的PDA在超市內漫游，為沒有智能終端的顧客提供商品信息和存貨信息，并且在缺貨的時候推薦替代品;其次，員工可以在超市的任何角落訪問超市的商品管理系統，在任何時間任何地點調出每種商品的庫存情況，無需為了防止商品過期而檢查每一個貨架;再次，員工可以使用PDA或者智能移動終端來發送和接收電子郵件、管理聯系細節和日程表。最后，使用嵌有閱讀器芯片的PDA或者智能手機，員工在超市貨架之間通過時，能得到終端提供的實時商品清單，迅速發現擺放位置不合要求的商品。

不僅如此，一旦本該移動RFID系統部署成功，還能讓超市特賣信息便捷、生動地到達消費者的視野，這樣做，不再需要大量宣傳單，不需要賣場人員吆喝，有利于環保，提高超市營業額的同時，節約了大量的資源，符合我們當今科學發展觀的政策。

4 系統分析

任何一個系統設計都不可能完美無缺的，肯定有需要改進的地方，下面就一些大家關注的問題進行分析。

1、該系統數據量非常龐大，一旦數據庫崩潰或者破壞，后果非常嚴重。數據流量大是超市的一大特點，比如員工巡查貨架時，處于閱讀器感應區的商品標簽數量很多，那么閱讀器發往服務器的查詢請求會不會也非常多，導致系統崩潰？本文在第四章討論過，在閱讀器級過濾查詢的方法，能很好的解決這一問題。對數據庫進行備份和定期維護，這對于系統安全而言必不可少。超市的中央數據庫需要超市員工完善信息，維護數據庫;EPC-IS數據庫則需要社會各個生產部門通力合作，提供商品的完整信息，并且該數據庫必須要公信力高的政府部門來維護和授權訪問，制定規則，要求所有生產商、銷售商還有其他單位個人各盡其責的提供商品各個階段的信息。

2、這個系統是不是足夠安全？會不會泄露消費者的個人信息？標簽和閱讀器，閱讀器和認證服務器之間是不是在安全的無線信道中傳輸，會不會被人竊聽、偽造和篡改信息，這是用戶非常關心的問題。在本設計中，WLAN采用IEEE802.11 協議認證機制防止非法AP接入;使用IP 過濾器，防止非法使用資源;WEP加密技術，保證數據的完整性［7］。其實，消費者只是登錄了一個會員賬戶，雖然綁定了會員積分信息等，但是并不會泄露其他的實名信息和銀行卡信息。所以說，消費者無需擔心安全問題。超市也在出口處提供了標簽去活化設備，顧客可以自助去活化標簽，隱私問題也得到了保護。

3、大部分人雖然能夠操作智能移動終端，但是對RFID的功能不是非常了解，超市可以在網站上介紹本系統，在超市的入口處和出口處設立展板等宣傳，在服務臺提供移動RFID功能與實現等背景信息的小冊子。任何一個新的事物總要渡過一個磨合期，消費者們可能上手會很慢，但是一旦習慣之后會愛上這種購物方式。

4、僅僅在上海建立試點，僅僅盯住沃爾瑪這樣的巨頭超市，可能大家覺得還不是很方便，移動RFID智能超市系統的舞臺很大，如果能在全國的大中型超市，甚至是零售商店中推廣，會讓百姓受益無窮，當然，這并非易事。

5 結論

本文首先分析了國內外移動RFID系統應用的現狀，提出了基于移動RFID的智能超市設計，該設計讓人們從會員卡和折扣券中解脫出來，只需要攜帶自己的手機，大家能方便地獲取商品的完整信息、食材的搭配方法、居家設計時該注意的問題，結算時無需排長長的隊伍，真正的做到人性化購物，輕松的生活。隨后，結合一個具有代表性的應用場景對該系統的流程進行描述，最后，給出了應用設計的分析。

責任編輯：ct