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生产服务体系中的RFID：技术，应用和问题
摘要:射频识别技术（RFID）是一种用于对象和信息的识别的远距离无线电波传输技术，不同类型的RFID被用于不同的应用。 应用领域包括材料处理，供应链管理，制造，产品生命周期管理，以及大范围的从医疗到体育的不同系统。目的识别标准使得对象可以在全球范围内被追踪。虽然采用RFID技术的企业数量不断增加，仍有一些与RFID系统有关的问题未得到解决，比如数据可靠性问题，安全性，隐私性，以及投资回报的原则。本文回顾了RFID技术的最新文献，生产领域的应用和问题，并阐明了未来的研究方向。
关键字 RFID应用，RFID问题，RFID技术
1 介绍
射频识别技术（RFID）是一种传达通过无线电波的对象的有关信息的技术。信息被记录在附着在物体上的电子标签（RFID标签）上，需要的时候转移至读取器。RFID经常用作类似于条形码的识别器具。它有超过条码几个优点。条形码的尺寸较大，并且条形码的宽高比对其可读性来说十分重要重要。RFID标识有较长的寿命，是可重复使用的，即使在恶劣的环境下也很强大，可以硬存储更多的数据，难以伪造，可以动态更新，可以在看不见的情况被扫描，并且多个RFID标签可以同时被读取（Clampitt2010）。
RFID和传感器可以作为一个普及的系统的主要部件一起工作。RFID标签记录该传感器获得有关对象和它的环境，并将其传输到读取器的信息。随着无线传感器的传播，诸如产品，零部件，车辆，机器的物体变得智能起来。他们预警事件可能导致产品损坏，如掉落，异常高温易变质，或经淬火封条受损等问题。随着智能对象的发展，所有从设备级到企业级的系统都将被重新设计。以使得系统能够对问题更快作出响应和解决。
EPCglobal那样的标准使全球贴有RFID标签的对象的供应链可视化（Schuster, Allen, and Brock 2007）。沃尔玛，乐购，以及美国国防部部只是几个已经采用RFID技术的组织的例子（Want 2006)）。然而，正如我们的预期，我们还没有看到尽可能多的实际实现。本次调查论文的目的是审查国家的最先进的RFID技术以及在生产领域的应用。第2节介绍了关于RFID系统的技术背景。第3节介绍RFID技术在不同行业的应用领域。第4节列举出了RFID系统当前存在的问题。在最后一节，我们总结了本文并介绍未来的研究方向。
2 RFID系统
我们可以将RFID系统分为三层：设备层——RFID硬件，中间件——用于数据处理，数据集成层——应用程序级（Sheng, Li, and Zeadally 2008）。数据集成层经常与中间件层合并。本节介绍了RFID系统层和全球识别标准。
2.1 设备层
设备层包括一个RFID标签，天线，和一个读取器。标签依附在对象上存储信息用以识别，有许多形状和尺寸。它们一般由三个主要部分组成：集成电路，天线和标签外壳。集成电路存储和处理对象的信息。标签天线能够与读取器进行通信，其功能取决于该工作频带频率，尺寸和天线的位置。标签外壳为其他组件提供了空间以及用于附连。 RFID读取器是询问器和根据设计，它有可读或可读/写能力（Finkenzeller2010）。读取器可连接一个或多个天线。
RFID标签根据其电源可分为无源标签，有源标签和半有源标签。无源标签不包含电源但通过天线从读取器获得所需要的所有功率。当读取器激活（唤醒）无源标签，标签开始发送对于需要间歇性关注的应用程序的信息。无源标签设计简单，体积小，成本低，阅读范围有限。通常情况下，无源标签在大多数政府和商业RFID中被授权使用。有源标签具有为标签的内部电路和天线提供功率的电源。它有较长的工作范围，并可以持续独立地作出报告。有时它能清除环境（光，振动等）中的功率。有源标签在设计上更为复杂，它们具有较大的尺寸，更大的成本。半有源标签具有无源和有源标签的功能。他使用的功率源用于操作内部电路，但从与读取器进行通信获得更多的功率（Finkenzeller2010）。
标签根据其数据重写能力也可以归类。类型包括：只读（工厂编程），一次写入多次读取，多次写入多次读取（由用户设定）（Khan, Sharma, and Prabhu 2009）。另一个分类类别是在操作频带的标记。类别包括：低频带，高频带，超高频和微波。不同的应用需要的标记在不同的频率处运行。例如，低频带RFID标识在短范围内工作，具有低的数据传输速率，可穿透水，但不能穿透金属，汽车防盗器就是这样一个应用实例。高频和超高频具有更大的范围（分别高达1.5至10mu;m）以及应用范围的智能标签跟踪（Want 2006; Chawla and Ha 2007）。
普及的系统中，无线传感器网络（WSN）起着关键的作用，越来越多地使用RFID作为一种工具。WSN是大量其部署在地面上，空气中，车辆里，建筑物内，或甚至对人体无线传感器的的一个网络（Liu et al. 2008）。WSN收集有关其用途，如环境监测，生物医学观察，监视，或安全性数据。在无线传感器网络，传感器可以与各种设备进行通信而不是读取器，但RFID标签读取器通信提供了一种廉价的方式，以无线功能添加到传感器。 有四种不同的方式整合传感器与RFID系统器件层：
- 传感器可附连到RFID标签，与读取器进行通信。
- 无线通信装置与传感器和RFID标签集成与其他设备进行通信。使用无线通信协议和RFID协议。
- 一种移动设备包括用于读取传感器数据的RFID读取器。
- RFID电子标签，无线传感器节点和控制器不是物理集成，但通过软件集成。
2.2 中间件和数据集成层
中间件控制RFID读取器，管理RFID事件和数据，并传送数据给最终用户业务应用（Mitton, Schmidt, and Simplot-Ryl 2010）。控制RFID读取器包括控制并使用的协议，它定义设备之间的通信规则，标签和读取器之间的通信监控。管理数据收集和处理RFID数据，其中涉及的清洗和过滤标签发送的海量数据，它在数据库中以“是什么，何时何地”事件的形式存储(Mitton, Schmidt, and Simplot-Ryl 2010)。最后，中间件与数据集成层的业务应用程序连接并共享数据。
事实上，RFID中间件没有标准。RFID读写标签协议旨在保证其私密性，安全性，可扩展性和效率（(Song and Mitchell 2011;Wu and Stinson 2009)）。对于数据管理，可用一些不同的框架。Auto-ID中心和EPCglobal的推出EPCglobal的架构框架，其中包括标签协议和独特的识别标准。西门子提出了一种动态关系ER（DRER）来表示动态RFID数据，考虑到有RFID标签的物体移动，它们的位置和状态在不断变化。加州大学伯克利分校的研究人员提出对平滑不可靠的RFID数据（SMURF）进行统计以清洁RFID数据。 Oracle的EPC-位图和UIUC的RFID仓储提出的模型，以减少数据大小，因此节省数据存储区域（Sheng, Li, and Zeadally 2008）。
数据整合层能够与业务应用程序共享数据。这一层能够与使用来自本地和外部业务实体的RFID数据的应用程序通信（Sheng, Li, and Zeadally 2008）。软件供应商和研究人员已经提出模型来整合RFID数据。加州大学洛杉矶分校的WinRFID（Prabhu et al. 2006），SAP的Auto-ID 基础架构，以及IBM的Web领域RFID，都是数据集成平台的例子（Sheng, Li, and Zeadally 2008）。
2.3目标识别标准
为了不同的本地和外部业务应用识别，跟踪和追溯相同的对象，我们需要有项目级的信息管理标准。存在几种全球识别的方法（Uckelmann, Harrison, and Michahelles 2011）：
- 对话框 - ID@ URI的方式：产品ID的一部分是在该产品代理存储在URL的地址（由Helsinki University提出）。
- 环球条信息的方法：它使用现有的ID存放单位，产品类型和物品等级序列号信息。关键是搜索相关基于P2P网络的信息。每家公司拥有其产品的信息的控制，并决定哪一部分会被公开（由Track way Company建议）。
- 承诺：基于产品的嵌入式信息设备（PIEDs）的概念。PIEDs作为使用的传感器和RFID收集有关周围环境的信息智能设备。在PEIDs数据访问上通过PROMISE数据服务。
- EPC全球网络的方法：EPCglobal网络提供用于分配电子产品代码（EPC）给对象，RFID标签信息结构，意义和传递方法的标准。这些信息是通过对象命名服务（ONS）和发现服务共享。因此，EPCglobal网络分发和管理的EPC信息，提高通信的效率。一个企业可以单独管理每个企业和组织的防火墙内EPCglobal网络上发生的所有信息。 EPCglobal网络架构包括EPC记录标签，读取器，用于扫描信息上的标签，应用级事件（ALE）提炼，整合，筛选，和分组读取信息。企业之间的数据共享是通过EPC信息服务（EPCIS）来完成的。 EPCIS存储和提供EPC信息，而对象名称服务（ONS）在全球搜索服务提供EPCglobal网络（Thiesse et al. 2009）。 EPCglobal网络还可以扩展以支持智能对象，可以感觉到，开动并作出决定（Loacute;pez et al. 2011）。
3 RFID应用
3.1材料搬运/ 供应链管理
供应链管理（SCM）的参与者希望确保其产品的知名度和可追溯性，并获取有关产品在整个供应链中的实时信息。RFID技术可支持在商店，配送业务供应链执行，并支持从原材料供应商到销售区使用使总库存的供应链协作管理，跟踪和追踪（KIDL2006）。
一些广为所知的供应链管理问题是库存多，时间久和易失窃。 RFID技术在供应链上的应用可以保证产品的实时跟踪和通过自动化交易流程提高效率。随着RFID技术的应用，我们可以通过了解实时库存而减少库存，通过同时检查多产品来降低前置时间，并通过实时跟踪、追回次品以提高客户满意度。在RFID嵌入过程中，标签贴在单个项目，案例，托盘和容器上，并且读取器的安装在产品通过的关键位置。每当产品通过读取器时，该位置信息就会被更新，并且发行公司、托运人和递送者可以通过网络知道产品的实时位置。有关产品的实时信息使参与者做出一个有效的分配计划，并知道在容器中的产品没有拆封。因此，过渡时间可以减少，可以防止产品的丢失或失窃，客户服务也可以改进。图1展示了在SCM使用RFID标签的一个场景（Thiesse et al. 2009）。
图1
Sarac，Absi和Dauzegrave;re-Peacute;regrave;s 2010年审议近年在分析和仿真模型，案例研究和衡量SCM RFID优点的实验的工作。表1列出了对供应链管理RFID的预期收益。在所有的优点中，被列为最重要的是更高的可视性和快速 —准确 —更好的质量信息（Attaran 2012）。
表1
公司通常实行托盘和货箱级标签。然而，单品级标签能够给供应链系统带来更大的利益。
在标记物品等级时，RFID标签的成本需要足够小以把项目运行在比较小的利润空间内（Gaukler and Seifert, 2005）且供应链合作伙伴可共享成本，以优化供应链的利润（Gaukler, Seifert, and Hausman 2007; Ustundag 2010）。
韩国第一毛织工业公司（CII）已采用基于服装产品管理系统的无源RFID技术，自2005年以来使用基于互联网的EPCglobal网络共享有关的制造商，分销中心，库存和实时销售。RFID系统能够自动接受和运送、库存管理、存储管理，并且实时访问产品信息。
在美国洛杉矶，APL的集装箱码头自2006年以来已使用2.45 GHz有源RFID系统。公司建基于RFID定位系统的国际港口。有源RFID标签连接在自动终端上，并且容器被识别在车辆上，而不是在终端楼层。由于RFID标签和读取器安装在移动设备和车辆上，它可以监视实时的总库存。该RFID为基础的系统的主要优点是提高了速度和方法的准确性，减少了等待的时间出货，增加了负载能力。
自2005年以来，在营多哈，科威特，433 MHz有源RFID系统已经在交通工具和项目级别上使用。美国武装力量要求43000供应商通过在每个托盘上并且每个外壳部件上附加RFID标签来构建最大的基于供应链的RFID。RFID系统解决了在营地附近的多哈剧院配送中心的瓶颈问题，该中心负责给超过10万驻扎在伊拉克的美国武装力量管理弹药。Oh, Choi, and Chouta 2012建议整合地理信息系统，基于RFID的供应链管理系统，和时间信息，以提高军事总资产可视性。由包括在系统中的时间戳，应用程序不仅能够显示资产的准确位置，而且还显示了资产是否正在朝正确的方向移动。
世界上最大的零售企业德国麦德龙集团，在供应链上使用RFID技术。截至2004年底，该公司的100家供应商，10个配送中心和250家商店使用托盘和货箱级RFID基础系统，用来库存接收和传送文件。在2008年该公司开始在叉车高货架配送中心使用RFID技术，让员工自动识别并存储托盘 (Metro 2013)。
一些研究调查六西格玛和精益集中的RFID供应链(Brintrup, Ranasinghe, and McFarlane 2010; Chen, Cheng, and Huang 2012)。RFID也可以在商品与再利用，再循环，再制造和处置返回逆向供应链价值(Karaer and Lee 2007)。在仓库运作，使RFID创新工艺，提高了实时控制(Wamba
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