專利名稱：基于rfid的冷鏈物流食品安全跟蹤系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)驗證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及食品運輸存儲安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是基于RFID的冷鏈物流食品安全跟蹤系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)驗證方法。
背景技術(shù)：
隨著生活品質(zhì)的提高，人們越來越關(guān)注食品的安全。特別是近來一系列的食品質(zhì)量事故對食品的監(jiān)測提出了更加嚴格的要求。食品安全與冷鏈物流有著很大的關(guān)系。隨著連鎖經(jīng)銷體系的興起和食品流通形態(tài)的變革，社會專業(yè)分工逐步細化，低溫食品越來越普及，所有這些因素使冷鏈物流急劇升溫，成為人們關(guān)注的焦點。冷鏈物流要求綜合考慮生產(chǎn)、運輸、銷售、經(jīng)濟和技術(shù)性等各要素，協(xié)調(diào)相互間的關(guān)系，以確保易腐、生鮮食品在加工、運輸和銷售過程中保值增值。從整體冷鏈體系而言，我國的冷鏈還未形成體系，無論是從我國經(jīng)濟發(fā)展的消費內(nèi)需來看，還是與發(fā)達國家相比，差距都十分明顯，冷鏈發(fā)展的滯后在相當程度上影響著食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，我國還未建立起一套能監(jiān)控保障食品從生產(chǎn)、包裝、儲存、運輸和銷售的全過程質(zhì)量狀況的完整體系，缺乏相關(guān)的溫度立法，食品衛(wèi)生法規(guī)執(zhí)行不力，致使食品在整個物流過程中的質(zhì)量狀況無法得到有效控制和保障。我國食品物流供應(yīng)鏈具有昂貴、薄利、低安全性的特點，這給我國食品業(yè)在國際市場上的競爭造成了不利因素.也使我國消費者對食品行業(yè)缺乏信心和忠誠度。尤其是在冷鏈運輸?shù)倪^程中，由于其特殊性，國內(nèi)少有與此相適應(yīng)的跟蹤監(jiān)控體系。比較典型的是采用GPS加有源RFID的形式，但是這種方法成本比較高，涉及到無線通信GPS，大量的數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)庫提出了非常高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種基于RFID的冷鏈物流食品安全跟蹤系統(tǒng)，以期通過RFID技術(shù)來在冷鏈物流過程中動態(tài)的監(jiān)控食品的安全。為實現(xiàn)第一目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種基于RFID的物流食品安全跟蹤系統(tǒng)，包括一個恒定空間，其特征是，還包括一個有源RFID標簽，所述有源RFID標簽設(shè)置在保冷空間內(nèi)，所述恒定空間內(nèi)儲有若干個物件，每個物件上設(shè)有一個無源RFID標簽，當所述恒定空間的關(guān)注參數(shù)出現(xiàn)高于設(shè)定的上限值或低于設(shè)定的下限值的異常時，所述有源RFID標簽發(fā)射關(guān)注參數(shù)信息給每一個無源RFID標簽，所述無源RFID標簽儲存所述關(guān)注參數(shù)信息。進一步，所述有源RFID標簽包括電源、存儲器、CPU、控制單元、溫度傳感器、發(fā)射器和天線，當所述溫度傳感器感應(yīng)到所述恒定空間的關(guān)注參數(shù)異常時，所述發(fā)射器發(fā)送關(guān)注參數(shù)信息給每一個無源RFID標簽。進一步，所述無源RFID標簽包括接收器和存儲器，所述接收器能將接收到的關(guān)注參數(shù)信息存儲在所述存儲器中。
進一步，所述有源RFID標簽還包括接收器，所述有源RFID標簽的存儲器存儲無線編碼程序、隨機數(shù)發(fā)生程序、有源RFID標簽ID號和溫度傳感器數(shù)據(jù)；所述無源RFID標簽還包括發(fā)射器，所述無源RFID標簽的存儲器存儲無線識別程序、隨機數(shù)發(fā)生程序、無源RFID標簽ID號和參數(shù)傳感器數(shù)據(jù)；當所述參數(shù)傳感器感應(yīng)到所述恒定空間的關(guān)注參數(shù)異常時，所述有源RFID標簽與所述無源RFID標簽互相通過各自的隨機數(shù)發(fā)生程序產(chǎn)生的隨機數(shù)和各自的ID號進行驗證，驗證通過后，將所述關(guān)注參數(shù)信息存儲到所述無源RFID標簽的存儲器中。進一步，所述有源RFID標簽的發(fā)射器和接收器為一體化收發(fā)器；所述無源RFID標簽的發(fā)射器和接收器為一體化收發(fā)器。進一步，所述恒定空間為保冷空間，所述關(guān)注參數(shù)為溫度，所述參數(shù)傳感器為溫度傳感器。進一步，所述恒定空間為恒濕度空間，所述關(guān)注參數(shù)為濕度，所述參數(shù)傳感器為濕度傳感器。進一步，所述恒定空間為防振空間，所述關(guān)注參數(shù)為振動度，所述參數(shù)傳感器為振動度傳感器。本發(fā)明的第二目的是提高RFID技術(shù)中的數(shù)據(jù)安全性，防止數(shù)據(jù)出錯造成經(jīng)濟損失。為實現(xiàn)第二目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
如上所述的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驗證方法，包括如下步驟
(1)所述有源RFID標簽的無線編碼程序?qū)囟刃畔鬟f給所述有源RFID標簽的發(fā)射器發(fā)射至所述每個無源RFID標簽并請求訪問所述無源RFID標簽；
(2)所述無源RFID標簽接收到所述有源RFID標簽發(fā)射的能量，所述無源RFID標簽通過其發(fā)射器將其隨機數(shù)發(fā)生程序產(chǎn)生的隨機數(shù)和其ID號發(fā)送至所述有源RFID標簽；
(3)所述有源RFID標簽通過其接收器接收到所述無源RFID標簽的隨機數(shù)和標簽號信號后，將自身的標簽號附加上去并通過其發(fā)射器將信號發(fā)射到所述無源RFID標簽；
(4)所述無源RFID標簽通過其接收器接收到所述第(3)步中的信號后，與第(2)步中自身產(chǎn)生的隨機數(shù)和自身的ID號相驗證；
(5)所述第(4)步驗證通過后，所述無源RFID標簽通過發(fā)射器向所述有源RFID標簽發(fā)送訪問請求；
(6)所述有源RFID標簽通過其發(fā)射器將其隨機數(shù)發(fā)生程序產(chǎn)生的隨機數(shù)和其ID號發(fā)送至所述無源RFID標簽；
(7)所述無源RFID標簽通過其接收器接收到所述有源RFID標簽的隨機數(shù)和標簽號信號后，將自身的標簽號附加上去并通過其發(fā)射器將信號發(fā)射到所述有源RFID標簽；
(8)所述有源RFID標簽通過其接收器接收到所述第(7)步中的信號后，與第(6)步中自身產(chǎn)生的隨機數(shù)和自身的ID號相驗證；
(9)所述第(8)步驗證通過后，所述無源RFID標簽將所述有源RFID標簽發(fā)送來的溫度信號存儲在其存儲器中。進一步，所述第(2)、(3)、(6)、(7)步中的隨機數(shù)和ID號是通過相同的加密算法加密后再發(fā)射的；所述第(4)、(8)步中接收到的信號是經(jīng)過減密后再進行驗證的。CN 102938114 A
書
明
說
3/5頁進一步，所述加密算法是DES加密算法。本發(fā)明的有益效果是
(1)有源RFID標簽和無源RFID標簽相結(jié)合的方式只采用很少部分的有源RFID標簽和大量的無源RFID標簽，比目前采用的無線GPS通信的方案也要具有更低的成本；
(2)RFID標簽數(shù)據(jù)傳遞采用了 DES加密算法，有效的提高了數(shù)據(jù)的安全性和處理的速度。該發(fā)明中特定的集裝箱內(nèi)的有源RFID標簽只能將溫度等參數(shù)傳遞給該集裝箱內(nèi)的無源RFID標簽，對于有源標簽的加密數(shù)據(jù)和無源標簽的加密數(shù)據(jù)不相等的情況，無源RFID標簽將不會處理海量的其他有源RFID標簽的數(shù)據(jù)，因此，這個系統(tǒng)能有效減少處理數(shù)據(jù)次數(shù)，對存儲器提出了比較低的要求，從而間接節(jié)省了成本；
(3)該發(fā)明監(jiān)測的變量可以更改，但系統(tǒng)設(shè)計的部分卻可以通用，只需要修改一些參數(shù)整個環(huán)節(jié)就可以流暢的正常工作。一般食品為了保證安全要控制溫度范圍，但是對于一些要求更加嚴格的食品則需要進行一些其他參數(shù)的控制，例如濕度、振動等。


附圖I為本發(fā)明中兩種標簽的關(guān)系不意附圖2為有源FRID標簽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意附圖3為無源FRID標簽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意附圖4為標簽驗證數(shù)據(jù)的流程框圖前段；
附圖5為標簽驗證數(shù)據(jù)的流程框圖后段。附圖中的標記分別為
I.集裝箱；
3.包裹；
5.食品；
7.信號；
9.存儲器；
II.控制電路；
13.無線編碼程序；
16.天線；
18. CPU ；
20.無線識別程序；
22.天線；
51-66.框圖步驟或判斷條件。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明基于RFID的冷鏈物流食品安全跟蹤系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)驗證方法的具體實施方式
作詳細說明。在具體的實施方式中，以冷鏈物流的例子進行說明，冷鏈物流中的關(guān)注參數(shù)為溫度，在其它系統(tǒng)中以濕度、振動等為關(guān)注參數(shù)的情況也可套用本發(fā)明的實施方式。參見附圖I，系統(tǒng)包含一個帶有溫度傳感器6的有源RFID標簽2。系統(tǒng)同時還包括
2.有源RFID標簽；
4.無源RFID標簽；6.溫度傳感器；
8.存儲器；
10. CPU ；
12.存儲器；
14.收發(fā)器；
17.存儲器；
19.存儲器；
21.收發(fā)器；
23.電池；多個不附帶傳感器的無源RFID標簽4，有源RFID標簽2是貼在一個盒子上或集裝箱I的內(nèi)壁上，用來監(jiān)測該集裝箱內(nèi)的溫度變化。多個無源RFID標簽4貼在多個包裹5的外壁上，集裝箱I容納這些包裹3。包裹3內(nèi)裝有對溫度敏感的食品5。有源RFID標簽2發(fā)送無線信號7給無源RFID標簽4。無線信號7提供溫度、驗證和其他信息給無源RFID標簽4，也提供了驅(qū)動無源RFID標簽4的能量。在驗證了無線來源后，每一個無源RFID標簽4存儲溫度信息，標明產(chǎn)品是否暴露在太高的(太低的)溫度。因此，顧客就可以從無源RFID標簽4中讀取溫度，以此溫度來判斷是否食品已經(jīng)變質(zhì)。參見附圖2，有源RFID標簽2包含溫度傳感器6，電池23，收發(fā)器14，天線16，集成電路CPUlO，存儲器12，存儲器8，存儲器9。有源RFID標簽2也包括控制電路11和一個存儲在存儲器12內(nèi)的無線編碼程序13。收發(fā)器14包含一個接收和發(fā)送耦合的天線16?？刂齐娐?1與溫度傳感器6相連接，為CPUlO提供溫度信息，又將該溫度與先前監(jiān)測的溫度樣本相比較，分析兩溫度之間的偏離上下限，將結(jié)果返回CPU10，如果監(jiān)測到溫度高于最大上限或低于最低下限時，無線編碼程序13將命令CPUlO把集裝箱I的溫度信號發(fā)送給無源RFID標簽4。例如，當傳感器監(jiān)測到溫度高于上限或者低于下限時，有源RFID標簽2就會發(fā)送信號，存儲器9也保存該有源RFID標簽2的ID號。參見附圖3，每個無源RFID標簽4的內(nèi)部都包含CPU18、信號收發(fā)器21、用于接收發(fā)送信號的天線22、存儲器17、包含無線識別程序20的存儲器19 ;其中無線頻率識別程序20可以控制CPU18，驗證所接收的無線頻率信號7。如果這個信號是可信的，則包含在無線頻率信號內(nèi)的溫度和其他信息被存儲起來。存儲器17存儲著無源RFID標簽4的ID號和有源RFID標簽2發(fā)送的溫度信號。在工廠或者其他已被初始化的無源RFID標簽4地方，無線頻率接收器可以將唯一無源RFID標簽ID號寫入無源RFID標簽4的存儲器17中。參見附圖4、5，有源RFID標簽2的無線射頻編碼程序以及每個無源RFID標簽4里的無線識別程序20的工作流程是，當進入步驟51時，貼在集裝箱I內(nèi)壁的有源RFID標簽2實時監(jiān)測溫度，而無源RFID標簽4獨自貼附在集裝箱I內(nèi)的各個包裹3的表面。在裝載貨物時，有源RFID標簽2上的溫度傳感器6就開始對集裝箱I內(nèi)部的溫度進行監(jiān)測，如果超出預期的上限值，控制電路11就會通知無線編碼程序13(圖示第52步)。此刻，無線編碼程序13就會啟動如下進程發(fā)送“超過溫度”的信號給所有無源RFID標簽
4。首先，無線射頻編碼程序13會計算出溫度信息也就是“超過溫度”的信號。然后，無線編碼程序13會把溫度信息傳遞給有源RFID標簽2的信號發(fā)送器并發(fā)送出去(圖示第53步)，同時向無源RFID標簽4發(fā)出請求訪問的信號。接著無源RFID標簽4會被發(fā)送出的信號波中的能量所激勵，向有源RFID標簽2發(fā)送隨機數(shù)Ri。每一個無源RFID標簽4會獨自利用儲存在存儲器17中的ID號與通過隨機數(shù)發(fā)生程序產(chǎn)生的隨機數(shù)通過DES算法進行加密，得到加密后的數(shù)據(jù)Si (圖示第54步)。有源RFID標簽2接收到無源RFID標簽4產(chǎn)生的隨機數(shù)Ri后，將隨機數(shù)與自身的標簽ID進行相同的DES加密計算，得到加密后的數(shù)據(jù)Si ’，并發(fā)送到無源RFID標簽4 (圖示第55步)。無源RFID標簽4接收到Si’后于其自身產(chǎn)生的加密數(shù)據(jù)Si比較(圖示第56步)。如果驗證匹配，則發(fā)送的信號是可信的(圖示第58步)，也就是說，有源RFID標簽2有權(quán)將溫度信號發(fā)送給與之相關(guān)聯(lián)的無源RFID標簽4。讀寫器驗證通過后，無源RFID標簽4向有源RFID標簽2發(fā)送請求(圖示第59步)。有源RFID標簽2接收到請求信號后返回一個隨機數(shù)Ri給無源RFID標簽4 (圖示第60步)。無源RFID標簽4將接收到的隨機數(shù)與自身ID，進行加密計算，并將加密數(shù)據(jù)Si’傳輸給有源RFID標簽
2。有源RFID標簽2將該加密數(shù)據(jù)用Ri解密得到。在存儲器9中查找是否存在該標簽的ID,如果存在則證明該標簽為合法標簽，否則是非法的無源標簽。有源RFID標簽2確認該無源標簽為合法標簽后，開始對無源RFID標簽4進行訪問或讀寫，整個驗證過程完成。隨之，無源RFID標簽4會將發(fā)送的溫度信息存儲在存儲器17 (圖示66步)。之后，包裹被用戶所接收?？蛻艨梢岳猛獠康男盘柺瞻l(fā)器來讀取存儲在存儲器17中的溫度信息，以此來判斷包裹內(nèi)的產(chǎn)品是否曾暴露在臨界溫度之外?，F(xiàn)對條件判斷框56解釋一下，當兩個值都不匹配，則進入否分支。這個情況就是當其他集裝箱內(nèi)的有源RFID標簽或者外部的無線射頻信號收發(fā)器發(fā)送出溫度信息時，無源RFID標簽4將會對該信號忽略，就是說不會將此溫度信號進行存儲(圖示第57步)。這種情況大多可能是周圍集裝箱內(nèi)有源RFID標簽發(fā)送出來溫度信息。因為周圍的集裝箱與集裝箱I是處在不同的位置，所以周圍集裝箱內(nèi)的溫度與集裝箱I不同的，也有可能是黑客發(fā)送一些散列值和溫度信息，避免這些搞怪的黑客利用食品已經(jīng)造成變質(zhì)的假象來造成經(jīng)濟價值的損失。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于RFID的物流食品安全跟蹤系統(tǒng)，包括一個恒定空間，其特征在于還包括一個有源RFID標簽，所述有源RFID標簽設(shè)置在保冷空間內(nèi)，所述恒定空間內(nèi)儲有若干個物件，每個物件上設(shè)有一個無源RFID標簽，當所述恒定空間的關(guān)注參數(shù)出現(xiàn)高于設(shè)定的上限值或低于設(shè)定的下限值的異常時，所述有源RFID標簽發(fā)射關(guān)注參數(shù)信息給每一個無源RFID標簽，所述無源RFID標簽儲存所述關(guān)注參數(shù)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于RFID的物流食品安全跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述有源RFID標簽包括電源、存儲器、CPU、控制單元、溫度傳感器、發(fā)射器和天線，當所述溫度傳感器感應(yīng)到所述恒定空間的關(guān)注參數(shù)異常時，所述發(fā)射器發(fā)送關(guān)注參數(shù)信息給每一個無源RFID標簽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于RFID的物流食品安全跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述無源RFID標簽包括接收器和存儲器，所述接收器能將接收到的關(guān)注參數(shù)信息存儲在所述存儲器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于RFID的物流食品安全跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述有源RFID標簽還包括接收器，所述有源RFID標簽的存儲器存儲無線編碼程序、隨機數(shù)發(fā)生程序、有源RFID標簽ID號和溫度傳感器數(shù)據(jù)；所述無源RFID標簽還包括發(fā)射器，所述無源RFID標簽的存儲器存儲無線識別程序、隨機數(shù)發(fā)生程序、無源RFID標簽ID號和參數(shù)傳感器數(shù)據(jù)；當所述參數(shù)傳感器感應(yīng)到所述恒定空間的關(guān)注參數(shù)異常時，所述有源RFID標簽與所述無源RFID標簽互相通過各自的隨機數(shù)發(fā)生程序產(chǎn)生的隨機數(shù)和各自的ID號進行驗證，驗證通過后，將所述關(guān)注參數(shù)信息存儲到所述無源RFID標簽的存儲器中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于RFID的物流食品安全跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述有源RFID標簽的發(fā)射器和接收器為一體化收發(fā)器；所述無源RFID標簽的發(fā)射器和接收器為一體化收發(fā)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的基于RFID的物流食品安全跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述恒定空間為保冷空間，所述關(guān)注參數(shù)為溫度，所述參數(shù)傳感器為溫度傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的基于RFID的物流食品安全跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述恒定空間為恒濕度空間，所述關(guān)注參數(shù)為濕度，所述參數(shù)傳感器為濕度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的基于RFID的物流食品安全跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述恒定空間為防振空間，所述關(guān)注參數(shù)為振動度，所述參數(shù)傳感器為振動度傳感器。
9.用于如權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驗證方法，包括如下步驟(1)所述有源RFID標簽的無線編碼程序?qū)囟刃畔鬟f給所述有源RFID標簽的發(fā)射器發(fā)射至所述每個無源RFID標簽并請求訪問所述無源RFID標簽；(2)所述無源RFID標簽接收到所述有源RFID標簽發(fā)射的能量，所述無源RFID標簽通過其發(fā)射器將其隨機數(shù)發(fā)生程序產(chǎn)生的隨機數(shù)和其ID號發(fā)送至所述有源RFID標簽；(3)所述有源RFID標簽通過其接收器接收到所述無源RFID標簽的隨機數(shù)和標簽號信號后，將自身的標簽號附加上去并通過其發(fā)射器將信號發(fā)射到所述無源RFID標簽；(4)所述無源RFID標簽通過其接收器接收到所述第(3)步中的信號后，與第(2)步中自身產(chǎn)生的隨機數(shù)和自身的ID號相驗證；(5)所述第(4)步驗證通過后，所述無源RFID標簽通過發(fā)射器向所述有源RFID標簽發(fā)送訪問請求；(6)所述有源RFID標簽通過其發(fā)射器將其隨機數(shù)發(fā)生程序產(chǎn)生的隨機數(shù)和其ID號發(fā)送至所述無源RFID標簽；(7)所述無源RFID標簽通過其接收器接收到所述有源RFID標簽的隨機數(shù)和標簽號信號后，將自身的標簽號附加上去并通過其發(fā)射器將信號發(fā)射到所述有源RFID標簽；(8)所述有源RFID標簽通過其接收器接收到所述第(7)步中的信號后，與第(6)步中自身產(chǎn)生的隨機數(shù)和自身的ID號相驗證；(9)所述第(8)步驗證通過后，所述無源RFID標簽將所述有源RFID標簽發(fā)送來的溫度信號存儲在其存儲器中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)驗證方法，其特征在于所述第(2)、(3)、(6)、(7)步中的隨機數(shù)和ID號是通過相同的加密算法加密后再發(fā)射的；所述第(4)、(8)步中接收到的信號是經(jīng)過減密后再進行驗證的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的數(shù)據(jù)驗證方法，其特征在于所述加密算法是DES加密算法。
全文摘要
本發(fā)明涉及食品運輸存儲安全技術(shù)領(lǐng)域，提供一種基于RFID的冷鏈物流食品安全跟蹤系統(tǒng),包括一個恒定空間，一個有源RFID標簽，所述有源RFID標簽設(shè)置在保冷空間內(nèi)，所述恒定空間內(nèi)儲有若干個物件，每個物件上設(shè)有一個無源RFID標簽，當所述恒定空間的關(guān)注參數(shù)出現(xiàn)高于設(shè)定的上限值或低于設(shè)定的下限值的異常時，所述有源RFID標簽發(fā)射關(guān)注參數(shù)信息給每一個無源RFID標簽，所述無源RFID標簽儲存所述關(guān)注參數(shù)信息。通過多個無源RFID標簽進行控制，節(jié)省了成本。還提供本系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全的驗證方法，使數(shù)據(jù)更安全。
文檔編號G06Q50/28GK102938114SQ201210350940
公開日2013年2月20日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者易建軍, 羅飛, 閻海旭, 李濤, 李瑞杰, 朱勇, 肖千成, 丘文桂 申請人:華東理工大學, 寶德科技集團股份有限公司