物聯(lián)網(wǎng)與物品標(biāo)識系統(tǒng)
物聯(lián)網(wǎng)最初由美國麻省理工大學(xué)1999年提出，即通過給 物品分配一個全球統(tǒng)一的物品編碼，并用RFID標(biāo)簽承載物 品的信息，將互聯(lián)網(wǎng)和RFID技術(shù)結(jié)合，通過“物品”與互聯(lián) 網(wǎng)的聯(lián)接，從而實現(xiàn)任何時間、任何地點對任何物品的識別 與管理。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架中，我們可以看到物聯(lián)網(wǎng)涉及的公 共技術(shù)，例如編碼技術(shù)、標(biāo)識技術(shù)、解析技術(shù)、信息服務(wù)技術(shù)、 安全技術(shù)以及中間件技術(shù)等。
我國在2010年的《政府工作報告》中將“加快物聯(lián)網(wǎng)的 研發(fā)應(yīng)用”明確納入重點產(chǎn)業(yè)振興后，人們關(guān)注到，物聯(lián)網(wǎng)的 快速發(fā)展帶來了對物品標(biāo)識系統(tǒng)建設(shè)的迫切需求。
在我國，物品標(biāo)識體系的研究尚存在很多不足。特別是 從標(biāo)準(zhǔn)制定的角度看，基礎(chǔ)術(shù)語、標(biāo)識體系及研究框架是缺 失的；在技術(shù)層面上，由于物品標(biāo)識體系標(biāo)準(zhǔn)化研究不夠，缺 乏對編碼技術(shù)、標(biāo)識技術(shù)、解析技術(shù)的系統(tǒng)研究，無法搭建 科學(xué)完善的物品標(biāo)識體系；在應(yīng)用層面上，物品標(biāo)識體系的 建設(shè)是發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)支撐，亟待出臺與國家物品標(biāo)識體 系相關(guān)的政策和標(biāo)準(zhǔn)。
2011年10月21日，國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)工作組第三次 全體會議在無錫召開。會上宣布，經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)委和發(fā)改委批準(zhǔn), 同意國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)工作組下設(shè)總體項目部、標(biāo)識項目 組和安全項目組三個小組，其主要任務(wù)是開展總體標(biāo)準(zhǔn)研究、 標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)研究和信息安全標(biāo)準(zhǔn)研究。
1物品標(biāo)識體系參考模型
在2011年12月21日召開的“國家物品標(biāo)識體系研究” 專家研討會上，筆者提出“物品標(biāo)識體系參考模型”，該模型 從物品標(biāo)識流程的角度進行構(gòu)建，詳細(xì)描述了在物品標(biāo)識體系 中，物品信息的生成、轉(zhuǎn)換、傳輸及處理的完整過程，如圖1 所示。
第一步編碼物品編碼即給物品賦予代碼的過程。代碼 則是表示特定事物(如某一物品)的一個或一組字符。這些字 符可以是阿拉伯?dāng)?shù)字、拉丁字母或便于人與機器識別與處理的 其他符號?？梢詫⑦@一步驟理解成將物品信息代碼化，這是可 實現(xiàn)計算機化的基礎(chǔ)。
第二步標(biāo)識標(biāo)識是將代碼轉(zhuǎn)換成符號、標(biāo)記、數(shù)據(jù)電 文的過程?？梢詫⒋a轉(zhuǎn)化成為條碼符號，并印制在載體上； 還可以將代碼轉(zhuǎn)化成二進制數(shù)據(jù)電文寫進RFID標(biāo)簽中的芯 片。數(shù)據(jù)電文是指以電子、光學(xué)、磁或者類似手段生成、發(fā)送、 接收或者存儲的信息。“標(biāo)識”的目的是將代碼化的信息轉(zhuǎn)換 成為載體可攜帶的信息(如：條碼符號)，當(dāng)該載體與物品合 為一體時，載體所攜帶的信息即為物品信息，可用于實現(xiàn)對物 品的跟蹤追溯管理。當(dāng)然，標(biāo)識的另一個作用是為了 “識別”。
第三步識別識別就是對標(biāo)識信息進行處理和分析，從 而實現(xiàn)對事物進行描述、辨認(rèn)、分類和解釋的過程。我們把 能夠自動獲取標(biāo)識信息并完成識別的過程稱為自動識別，涉及 的自動識別技術(shù)主要分為存儲識別和特征識別技術(shù)。條碼技 術(shù)和RFID射頻識別技術(shù)屬于存儲識別，指紋識別和語音識 別屬于特征識別。通過識別技術(shù)可對標(biāo)識信息進行采集分析 與處理，其處理結(jié)果就是代碼。
第四步解碼解碼是將代碼還原為物品自己屬性信息的 過程，是編碼的逆運算。通過解碼可還原物品的本來面目。 編碼與解碼在物品標(biāo)識體系中是基礎(chǔ)，沒有它們的存在，就不 會有物品標(biāo)識體系。實現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化的管理，不能沒有編 碼技術(shù)的應(yīng)用。
在上述對物品標(biāo)識流程的描述中，我們將第二步標(biāo)識和 第三步識別統(tǒng)稱為標(biāo)識。將構(gòu)成第一步至第四步的系統(tǒng)統(tǒng)稱 為編碼標(biāo)識系統(tǒng)，也就是圖1所示的標(biāo)識系統(tǒng)。
認(rèn)真討論標(biāo)識體系就會發(fā)現(xiàn)，“標(biāo)識”的概念需要重新 定義。當(dāng)我們在計算機上通過拼音法敲入“標(biāo)識”時會發(fā)現(xiàn), 提示欄里會明確地告訴你：“標(biāo)識”讀作“biao zhi”。也就 是說，標(biāo)識=標(biāo)志。在現(xiàn)代漢語新詞語詞典中，標(biāo)識是指經(jīng) 國家商標(biāo)局核準(zhǔn)注冊的產(chǎn)品商標(biāo)標(biāo)志。在中國工藝美術(shù)大辭 典中，標(biāo)志(LOGO或COGO SYMBOC)是代表某一事物和 事件的一種形象性記號。標(biāo)識=標(biāo)志=LOGO。
只有將標(biāo)識重新定義，才能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需要。我 們將標(biāo)識定義為將代碼標(biāo)識于載體并識別的過程。只有當(dāng)標(biāo) 識讀作“標(biāo)識(zhi)”時，其意才同“標(biāo)志”。這樣既保留了現(xiàn) 有各個版本對標(biāo)識與標(biāo)志的定義，又滿足了物品標(biāo)識體系建設(shè) 的需要，從而完成了對“標(biāo)識” 一詞新的詮釋。在物品標(biāo)識體 系中，不僅包括標(biāo)識本身的標(biāo)識與識別，也包括編碼與解碼, 還要考慮與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、解析系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)的對接和數(shù)據(jù)交換。
2物品編碼是物品標(biāo)識體系的基礎(chǔ)
編碼技術(shù)是一種描述數(shù)據(jù)特性的信息技術(shù)，編碼技術(shù)規(guī) 定了信息段的含義,可為物品標(biāo)識提供技術(shù)保障。編碼的目的 就是為了要識別物品的特性，也就是說，人們?yōu)榱四軌蚍智宀?同的物品及其特性，需要賦予物品唯一的編號，但是在編號 的同時，也要求各部門采用同樣的編碼規(guī)則，這樣做的目的就 是為了使大多數(shù)物品有統(tǒng)一的編碼規(guī)則，從而使物品的編碼有 唯一性。為了能夠識別，除物品外，編碼的唯一性是非常重 要的。
物品編碼是指按一定規(guī)則對物品賦予計算機和人能夠容 易地識別和處理的代碼。物品編碼是人類認(rèn)識事物、管理事 務(wù)的一種重要手段。特別是計算機的產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用，物品 編碼作為信息化的基礎(chǔ)，其重要性更加突出。
代碼是一組有序字符的組合。它必須便于計算機和人的 識別和處理。代碼的重要性表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1) 可以唯一地標(biāo)識一個分類對像(實體)；
(2) 加快輸入，減少出錯，便于存儲和檢索,節(jié)省存儲空間；
(3) 使數(shù)據(jù)的表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)化，簡化處理程序，提高處理效率;
(4) 能夠被計算機系統(tǒng)識別、接收和處理。
物品編碼系統(tǒng)是指由不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、不同應(yīng)用領(lǐng)域、不 同承載方式的物品編碼構(gòu)成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是國家物品識別 網(wǎng)絡(luò)的基石，用于為上層自動識別系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)采集內(nèi)容。
物品編碼又分為通用物品編碼系統(tǒng)和專用物品編碼系統(tǒng)。
通用物品編碼系統(tǒng)是指跨行業(yè)、跨部門、開放流通領(lǐng)域 應(yīng)用的物品編碼系統(tǒng)，是開放流通領(lǐng)域物品的唯一身份標(biāo)識 系統(tǒng)。它包括商品條碼編碼系統(tǒng)和采用射頻識別技術(shù)的產(chǎn)品 電子代碼系統(tǒng)等。通用物品編碼系統(tǒng)是全國各領(lǐng)域各種流通 物品都可適用的物品編碼系統(tǒng)，也是開放流通領(lǐng)域必須適用 的編碼標(biāo)準(zhǔn)。通用物品編碼是目前應(yīng)用最為廣泛的編碼系統(tǒng)。 與其他編碼不同，這些編碼在采用條碼、射頻等自動識別數(shù) 據(jù)載體進行承載時，一般采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)載體，或在數(shù) 據(jù)載體中采用特殊規(guī)定的、確定的數(shù)據(jù)標(biāo)識進行區(qū)分。因此, 在國家物品標(biāo)識體系中，通用物品編碼的確定可以在數(shù)據(jù)載體 層進行，不須在編碼層添加另外特殊的標(biāo)識(zhi)0
專用物品編碼系統(tǒng)是指在特定領(lǐng)域、特定行業(yè)或企業(yè)使 用的物品編碼系統(tǒng)。專用物品編碼一般由各個部門、行業(yè)、 企業(yè)自行編制，在本部門、本系統(tǒng)或本行業(yè)采用。專用物品編 碼系統(tǒng)都是針對特定的應(yīng)用需求而生產(chǎn)建立的，例如固定資 產(chǎn)分類與代碼、集裝箱編碼。
由于專用物品編碼受限于其適用范圍，一般采用的都是通用的數(shù)據(jù)載體，因此，在數(shù)據(jù)編碼層需要增加特殊的標(biāo)識 （zhl）進行區(qū)分。
建立物聯(lián)網(wǎng)的物品編碼體系需具備以下特性，才能滿足 物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的需求。
（1） 科學(xué)性。物品編碼體系的建立需遵循人類認(rèn)識事物 的基本方法和一般規(guī)律，首先應(yīng)對物品編碼體系的各構(gòu)成要 素及其關(guān)系進行透徹研究和分析。在此基礎(chǔ)上，歸納和分析 對象并且將二者結(jié)合起來，建立一個結(jié)構(gòu)明確、易于使用和 維護的體系框架，體系之間的各要素的聯(lián)系符合科學(xué)發(fā)展規(guī) 律。物品編碼體系客觀反應(yīng)了我國目前編碼發(fā)展現(xiàn)實狀況，可 滿足不同層次的信息化發(fā)展需求，是一個科學(xué)的編碼體系。
（2） 兼容性。物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)所有物與物之間信息交換的 途徑。這就必然要求物品編碼體系能實現(xiàn)內(nèi)容各子系統(tǒng)的兼 容。尤其是在開放流通領(lǐng)域中，各編碼系統(tǒng)的兼容是打破信 息孤島、實現(xiàn)信息共享的必然要求。
（3） 全面性。物品編碼體系需面向各行各業(yè)的所有物品, 如能源、化工、服裝等各行業(yè)。它是一個全面的編碼體系, 可以在物品的貿(mào)易運輸、商品結(jié)算、產(chǎn)品追溯等多個環(huán)節(jié)應(yīng)用。
（4） 可擴展性。按照實際發(fā)展情況和需求變化，物品編 碼體系需滿足擴展性要求，保留一定的擴展位，為新的物品編 碼的需求提供發(fā)展空間和方向。
（5） 國際性。全球化的發(fā)展必然要求各國之間對物聯(lián)網(wǎng) 的建設(shè)相互合作、相互支持。在物品編碼領(lǐng)域，由于需確保 物品編碼在全球的唯一性，要求各國協(xié)商一致，根據(jù)各國的 市場與需求合理分配代碼。這需要一個國際機構(gòu)統(tǒng)一組織管 理，推動物品編碼實現(xiàn)國際化，積極引導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。
（6） 無歧視性。不管采用全數(shù)字還是字母結(jié)合的形式, 物品編碼都不受地方色彩、語言、經(jīng)濟水平、政治觀點的限制, 是無歧視性的編碼。
3物品標(biāo)識是物品標(biāo)識體系的核心
標(biāo)識存在于人們生活的方方面面，通過物品標(biāo)識能夠使 人們了解物品的各種信息。這一點對于物聯(lián)網(wǎng)是非常重要的, 如果沒有物品標(biāo)識，物聯(lián)網(wǎng)就沒有辦法解決對物品信息進行 采集。
標(biāo)識是將代碼標(biāo)識于載體并識別的過程。目前，物聯(lián)網(wǎng) 中最常用的標(biāo)識技術(shù)是條碼技術(shù)和射頻識別（RFID）技術(shù)。
條碼可分為一維條碼和二維條碼。一維條碼通常是我們 所說的傳統(tǒng)條碼。一維條碼按照應(yīng)用可分為商品條碼和物流 條碼。商品條碼包括EAN碼和UPC碼,物流條碼包括128碼、 ITF碼、39碼、庫德巴碼等。
二維條碼根據(jù)構(gòu)成原理和結(jié)構(gòu)形狀的差異，可分為兩大 類型：一類是行排式二維條碼（2D stacked bar code）；另一類 是矩陣式二維條碼（2D matrix bar code））
條碼可表示數(shù)字及字符，條碼符號是按照編碼規(guī)則組合 排列的，不同碼制條碼的編碼規(guī)則一旦確定，我們就可將數(shù) 字碼轉(zhuǎn)換成條碼符號。
條碼是一種信息代碼，一維條碼通常是一種用黑白條紋 表示的信息。為使信息便于管理和使用，對信息要進行必要 的分類。為了描述分類結(jié)果,并易于為計算機和人識別與處理， 最簡便有效的莫過于用代碼對信息進行編碼。
條碼是利用條紋、間隔或?qū)捳瓧l紋（間隔）構(gòu)成二進制的 “0”和“1”，并以它們的組合來表示某個數(shù)字或字符，以反映 某種信息。但不同碼制的條碼在編碼方式上卻有所不同。
條碼是一種比較特殊的圖形，生成技術(shù)要靠印制來實現(xiàn)。 印制時必須嚴(yán)格按照其編碼規(guī)則達(dá)到印制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)指 標(biāo)的要求。此外，由于條碼是通過條碼識讀設(shè)備來識別的， 這就要求條碼符合光電掃描器的某些光學(xué)特性。條碼的印制 是條碼技術(shù)應(yīng)用中一個相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)，也是一項專業(yè)性很 強的綜合性技術(shù)。它與條碼符號載體、所用涂料的光學(xué)特性 以及條碼閱讀設(shè)備的光學(xué)特性和性能都有著密切的聯(lián)系。
條碼符號是圖形化的代碼。對條碼符號的識別，一般要 借助一定的專用設(shè)備，以判斷識讀到的圖形符號是否為某一 碼制的條碼符號，確定其中含有的編碼信息并轉(zhuǎn)換成計算機 可識別的數(shù)字信息（代碼）。
近年來，隨著數(shù)字成像技術(shù)的快速發(fā)展，條碼識讀設(shè)備 的掃描系統(tǒng)也逐漸由激光光源向CCD, CMOS轉(zhuǎn)換，特別是 直接使用數(shù)字成像技術(shù)，使得許多智能手機可以十分方便地 拍照條碼符號，并快捷地實現(xiàn)了條碼的自動識別。
隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，物品標(biāo)識系統(tǒng)發(fā)揮著越來越重 要的作用。一維條碼將通過復(fù)合條碼、應(yīng)用標(biāo)識符等技術(shù)， 不斷推廣條碼的應(yīng)用領(lǐng)域，實現(xiàn)物品的單品跟蹤追溯管理。
二維條碼的應(yīng)用將會出現(xiàn)重大的跨越式發(fā)展。二維條碼 技術(shù)是在一維條碼無法滿足實際應(yīng)用需求的前提下產(chǎn)生的。由 于受信息容量的限制，一維條碼符號僅僅是對物品信息代碼 的標(biāo)識，而不是對物品的描述。所謂對物品的標(biāo)識，就是給 某物品分配一個代碼，代碼以條碼符號的形式印制在物品上， 用來標(biāo)識該物品以便自動掃描設(shè)備的識讀。實際上，代碼或一 維條碼本身不表示該產(chǎn)品的描述性信息，更詳細(xì)的信息要通 過訪問數(shù)據(jù)庫才可以了解。
從符號學(xué)的角度講，二維條碼和一維條碼都是信息表示、 攜帶和識讀的手段。但從應(yīng)用角度講，盡管在一些特定場合 可以選擇其中的一種來滿足人們的需要，但它們的應(yīng)用側(cè)重點
是不同的：一維條碼用于對“物品”進行標(biāo)識，二維條碼用于 對“物品”進行描述。信息量容量大、安全性高、讀取率高、 錯誤糾正能力強等特性是二維條碼的主要特點。
在物品標(biāo)識系統(tǒng)中，二維條碼的編碼可以沿用一維條碼 的原則，也可以附加更多的信息，還可以增加一些新的內(nèi)容（如: 互聯(lián)網(wǎng)鏈接地址），從而實現(xiàn)更多的功能。
RFID技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁 場或電磁場）來實現(xiàn)無接觸資訊傳遞并通過所傳遞的資訊達(dá) 到識別目的的技術(shù)。
RFID系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽（射頻標(biāo)簽）和讀寫器組成。
RFID系統(tǒng)的工作流程為：讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一 定頻率的射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進入讀寫器天線工作區(qū)時，電 子標(biāo)簽天線產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被激活, 將自身信息通過內(nèi)置天線發(fā)送出去；讀寫器天線接收載波信 號，讀寫器調(diào)節(jié)、解碼，送至系統(tǒng)高層處理；系統(tǒng)高層根據(jù) 邏輯判斷標(biāo)簽的合法性，并針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)處理, 發(fā)出指令信號，控制執(zhí)行機構(gòu)動作。
電子標(biāo)簽可存儲一定格式的數(shù)據(jù)電文，并以此作為待識 別物品的標(biāo)識信息。因此，在應(yīng)用中，可將電子標(biāo)簽附著在 待識別的物品上，作為待識別物品的電子標(biāo)記。
在基于RFID技術(shù)的物品標(biāo)識體系中，典型的應(yīng)用是由 GSI提出的產(chǎn)品電子代碼EPC Global標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足對單個 產(chǎn)品的標(biāo)識和高效識別，美國麻省理工大學(xué)Auto ID中心在 美國統(tǒng)一代碼委員會（UCC）的支持下，提出了產(chǎn)品電子代碼 （EPC）的概念，隨后由國際物品編碼協(xié)會GSI主導(dǎo)，實現(xiàn)了 全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)中的GTIN編碼體系與EPC概念的完善結(jié) 合，并將EPC納入全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)，從而確立了 EPC在 全球統(tǒng)一標(biāo)識體系中的戰(zhàn)略地位，使EPC成為一項真正具有 革命性意義的新技術(shù)，受到了世界眾多發(fā)達(dá)國家的高度重視, 被譽為全球物品編碼工作的未來，將給人類社會生活帶來巨 大的變革。
EPC是為了提高物流供應(yīng)鏈管理水平、降低成本而發(fā) 展起來的一項現(xiàn)代物流信息管理新技術(shù)，可以實現(xiàn)對所有單 個實體對象（包括零售商品、物流單元、集裝箱、貨運包裝 等）的唯一、有效識標(biāo)，被譽為具有革命性意義的現(xiàn)代物流 信息管理新技術(shù)°EPC通過全球產(chǎn)品電子代碼管理中心（EPC Global）來推廣
人們根據(jù)這種設(shè)想，可為世界上的每一件物品都賦予一 個唯一的編號，EPC標(biāo)簽即是這一編號的載體。當(dāng)EPC標(biāo)簽 貼在物品上或內(nèi)嵌在物品中的時候，即將該物品與EPC標(biāo)簽 中的唯一編號（標(biāo)準(zhǔn)說法是“產(chǎn)品電子代碼”或“EPC代碼”） 建立起了一對一的對應(yīng)關(guān)系。
EPC標(biāo)簽從本質(zhì)上來說還是一個電子標(biāo)簽，通過射頻識 別系統(tǒng)的電子標(biāo)簽識讀器可以實現(xiàn)對EPC標(biāo)簽內(nèi)存信息的讀 取。識讀器獲取的EPC標(biāo)簽信息送入互聯(lián)網(wǎng)EPC體系中的 EPCIS后，即實現(xiàn)了對物品信息的采集和追蹤。進一步利用 EPC體系中的網(wǎng)絡(luò)中間件等，可實現(xiàn)對所采集的EPC標(biāo)簽信 息的利用。
在物品標(biāo)識體系中，當(dāng)編碼采用全球產(chǎn)品電子代碼EPC 編碼體系時，它滿足新一代的與GSI GTIN兼容的編碼標(biāo)準(zhǔn)； 標(biāo)識是將EPC代碼轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)據(jù)電文存儲于RFID標(biāo)簽 的芯片里面；識別是通過RFID讀寫裝置，將數(shù)據(jù)電文找到、 讀取、編譯、傳送計算機終端、還原成GTIN代碼，從而實 現(xiàn)了對物品的跟蹤追溯管理。
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