CN102938114A - 基于rfid的冷链物流食品安全跟踪系统及其数据验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及食品运输存储安全技术领域，提供一种基于RFID的冷链物流食品安全跟踪系统,包括一个恒定空间，一个有源RFID标签，所述有源RFID标签设置在保冷空间内，所述恒定空间内储有若干个物件，每个物件上设有一个无源RFID标签，当所述恒定空间的关注参数出现高于设定的上限值或低于设定的下限值的异常时，所述有源RFID标签发射关注参数信息给每一个无源RFID标签，所述无源RFID标签储存所述关注参数信息。通过多个无源RFID标签进行控制，节省了成本。还提供本系统数据安全的验证方法，使数据更安全。

Description

基于RFID的冷链物流食品安全跟踪系统及其数据验证方法

技术领域

本发明涉及食品运输存储安全技术领域，特别是基于RFID的冷链物流食品安全跟踪系统及其数据验证方法。

背景技术

随着生活品质的提高，人们越来越关注食品的安全。特别是近来一系列的食品质量事故对食品的监测提出了更加严格的要求。食品安全与冷链物流有着很大的关系。随着连锁经销体系的兴起和食品流通形态的变革，社会专业分工逐步细化，低温食品越来越普及，所有这些因素使冷链物流急剧升温，成为人们关注的焦点。冷链物流要求综合考虑生产、运输、销售、经济和技术性等各要素，协调相互间的关系，以确保易腐、生鲜食品在加工、运输和销售过程中保值增值。

从整体冷链体系而言，我国的冷链还未形成体系，无论是从我国经济发展的消费内需来看，还是与发达国家相比，差距都十分明显，冷链发展的滞后在相当程度上影响着食品产业的发展。目前，我国还未建立起一套能监控保障食品从生产、包装、储存、运输和销售的全过程质量状况的完整体系，缺乏相关的温度立法，食品卫生法规执行不力，致使食品在整个物流过程中的质量状况无法得到有效控制和保障。我国食品物流供应链具有昂贵、薄利、低安全性的特点，这给我国食品业在国际市场上的竞争造成了不利因素．也使我国消费者对食品行业缺乏信心和忠诚度。尤其是在冷链运输的过程中，由于其特殊性，国内少有与此相适应的跟踪监控体系。比较典型的是采用GPS加有源RFID的形式，但是这种方法成本比较高，涉及到无线通信GPS，大量的数据对数据库提出了非常高的要求。

发明内容

本发明的第一目的是为了解决上述技术问题，提供一种基于RFID的冷链物流食品安全跟踪系统，以期通过RFID技术来在冷链物流过程中动态的监控食品的安全。

为实现第一目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于RFID的物流食品安全跟踪系统，包括一个恒定空间，其特征是，还包括一个有源RFID标签，所述有源RFID标签设置在保冷空间内，所述恒定空间内储有若干个物件，每个物件上设有一个无源RFID标签，当所述恒定空间的关注参数出现高于设定的上限值或低于设定的下限值的异常时，所述有源RFID标签发射关注参数信息给每一个无源RFID标签，所述无源RFID标签储存所述关注参数信息。

进一步，所述有源RFID标签包括电源、存储器、CPU、控制单元、温度传感器、发射器和天线，当所述温度传感器感应到所述恒定空间的关注参数异常时，所述发射器发送关注参数信息给每一个无源RFID标签。

进一步，所述无源RFID标签包括接收器和存储器，所述接收器能将接收到的关注参数信息存储在所述存储器中。

进一步，所述有源RFID标签还包括接收器，所述有源RFID标签的存储器存储无线编码程序、随机数发生程序、有源RFID标签ID号和温度传感器数据；所述无源RFID标签还包括发射器，所述无源RFID标签的存储器存储无线识别程序、随机数发生程序、无源RFID标签ID号和参数传感器数据；当所述参数传感器感应到所述恒定空间的关注参数异常时，所述有源RFID标签与所述无源RFID标签互相通过各自的随机数发生程序产生的随机数和各自的ID号进行验证，验证通过后，将所述关注参数信息存储到所述无源RFID标签的存储器中。

进一步，所述有源RFID标签的发射器和接收器为一体化收发器；所述无源RFID标签的发射器和接收器为一体化收发器。

进一步，所述恒定空间为保冷空间，所述关注参数为温度，所述参数传感器为温度传感器。

进一步，所述恒定空间为恒湿度空间，所述关注参数为湿度，所述参数传感器为湿度传感器。

进一步，所述恒定空间为防振空间，所述关注参数为振动度，所述参数传感器为振动度传感器。

本发明的第二目的是提高RFID技术中的数据安全性，防止数据出错造成经济损失。

为实现第二目的，本发明采取的技术方案是：

如上所述的系统的数据验证方法，包括如下步骤：

（1）所述有源RFID标签的无线编码程序将温度信息传递给所述有源RFID标签的发射器发射至所述每个无源RFID标签并请求访问所述无源RFID标签；

（2）所述无源RFID标签接收到所述有源RFID标签发射的能量，所述无源RFID标签通过其发射器将其随机数发生程序产生的随机数和其ID号发送至所述有源RFID标签；

（3）所述有源RFID标签通过其接收器接收到所述无源RFID标签的随机数和标签号信号后，将自身的标签号附加上去并通过其发射器将信号发射到所述无源RFID标签；

（4）所述无源RFID标签通过其接收器接收到所述第（3）步中的信号后，与第（2）步中自身产生的随机数和自身的ID号相验证；

（5）所述第（4）步验证通过后，所述无源RFID标签通过发射器向所述有源RFID标签发送访问请求；

（6）所述有源RFID标签通过其发射器将其随机数发生程序产生的随机数和其ID号发送至所述无源RFID标签；

（7）所述无源RFID标签通过其接收器接收到所述有源RFID标签的随机数和标签号信号后，将自身的标签号附加上去并通过其发射器将信号发射到所述有源RFID标签；

（8）所述有源RFID标签通过其接收器接收到所述第（7）步中的信号后，与第（6）步中自身产生的随机数和自身的ID号相验证；

（9）所述第（8）步验证通过后，所述无源RFID标签将所述有源RFID标签发送来的温度信号存储在其存储器中。

进一步，所述第（2）、（3）、（6）、（7）步中的随机数和ID号是通过相同的加密算法加密后再发射的；所述第（4）、（8）步中接收到的信号是经过减密后再进行验证的。

进一步，所述加密算法是DES加密算法。

本发明的有益效果是：

（1）有源RFID标签和无源RFID标签相结合的方式只采用很少部分的有源RFID标签和大量的无源RFID标签，比目前采用的无线GPS通信的方案也要具有更低的成本；

（2）RFID标签数据传递采用了DES加密算法，有效的提高了数据的安全性和处理的速度。该发明中特定的集装箱内的有源RFID标签只能将温度等参数传递给该集装箱内的无源RFID标签，对于有源标签的加密数据和无源标签的加密数据不相等的情况，无源RFID标签将不会处理海量的其他有源RFID标签的数据，因此，这个系统能有效减少处理数据次数，对存储器提出了比较低的要求，从而间接节省了成本；

（3）该发明监测的变量可以更改，但系统设计的部分却可以通用，只需要修改一些参数整个环节就可以流畅的正常工作。一般食品为了保证安全要控制温度范围，但是对于一些要求更加严格的食品则需要进行一些其他参数的控制，例如湿度、振动等。

附图说明

附图1为本发明中两种标签的关系示意图；

附图2为有源FRID标签的内部结构示意图；

附图3为无源FRID标签的内部结构示意图；

附图4为标签验证数据的流程框图前段；

附图5为标签验证数据的流程框图后段。

附图中的标记分别为：

1．集装箱；                                        2．有源RFID标签；

3．包裹；                                            4．无源RFID标签；

5．食品；                                            6．温度传感器；

7．信号；                                            8．存储器；

9．存储器；                                       10．CPU；

11．控制电路；                                 12．存储器；

13．无线编码程序；                          14．收发器；

16．天线；                                          17．存储器；

18．CPU；                                          19．存储器；

20．无线识别程序；                          21．收发器；

22．天线；                                          23．电池；

51-66．框图步骤或判断条件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明基于RFID的冷链物流食品安全跟踪系统及其数据验证方法的具体实施方式作详细说明。

在具体的实施方式中，以冷链物流的例子进行说明，冷链物流中的关注参数为温度，在其它系统中以湿度、振动等为关注参数的情况也可套用本发明的实施方式。

参见附图1，系统包含一个带有温度传感器6的有源RFID标签2。系统同时还包括多个不附带传感器的无源RFID标签4，有源RFID标签2是贴在一个盒子上或集装箱1的内壁上，用来监测该集装箱内的温度变化。多个无源RFID标签4贴在多个包裹5的外壁上，集装箱1容纳这些包裹3。包裹3内装有对温度敏感的食品5。有源RFID标签2发送无线信号7给无源RFID标签4。无线信号7提供温度、验证和其他信息给无源RFID标签4，也提供了驱动无源RFID标签4的能量。在验证了无线来源后，每一个无源RFID标签4存储温度信息，标明产品是否暴露在太高的（太低的）温度。因此，顾客就可以从无源RFID标签4中读取温度，以此温度来判断是否食品已经变质。

参见附图2，有源RFID标签2包含温度传感器6，电池23，收发器14，天线16，集成电路CPU10，存储器12，存储器8，存储器9。有源RFID标签2也包括控制电路11和一个存储在存储器12内的无线编码程序13。收发器14包含一个接收和发送耦合的天线16。控制电路11与温度传感器6相连接，为CPU10提供温度信息，又将该温度与先前监测的温度样本相比较，分析两温度之间的偏离上下限，将结果返回CPU10，如果监测到温度高于最大上限或低于最低下限时，无线编码程序13将命令CPU10把集装箱1的温度信号发送给无源RFID标签4。例如，当传感器监测到温度高于上限或者低于下限时，有源RFID标签2就会发送信号，存储器9也保存该有源RFID标签2的ID号。

参见附图3，每个无源RFID标签4的内部都包含CPU18、信号收发器21、用于接收发送信号的天线22、存储器17、包含无线识别程序20的存储器19；其中无线频率识别程序20可以控制CPU18，验证所接收的无线频率信号7。如果这个信号是可信的，则包含在无线频率信号内的温度和其他信息被存储起来。存储器17存储着无源RFID标签4的ID号和有源RFID标签2发送的温度信号。在工厂或者其他已被初始化的无源RFID标签4地方，无线频率接收器可以将唯一无源RFID标签ID号写入无源RFID标签4的存储器17中。

参见附图4、5，有源RFID标签2的无线射频编码程序以及每个无源RFID标签4里的无线识别程序20的工作流程是，当进入步骤51时，贴在集装箱1内壁的有源RFID标签2实时监测温度，而无源RFID标签4独自贴附在集装箱1内的各个包裹3的表面。

在装载货物时，有源RFID标签2上的温度传感器6就开始对集装箱1内部的温度进行监测，如果超出预期的上限值，控制电路11就会通知无线编码程序13（图示第52步）。此刻，无线编码程序13就会启动如下进程：发送“超过温度”的信号给所有无源RFID标签4。首先，无线射频编码程序13会计算出温度信息也就是“超过温度”的信号。然后，无线编码程序13会把温度信息传递给有源RFID标签2的信号发送器并发送出去（图示第53步）,同时向无源RFID标签4发出请求访问的信号。接着无源RFID标签4会被发送出的信号波中的能量所激励，向有源RFID标签2发送随机数Ri。每一个无源RFID标签4会独自利用储存在存储器17中的ID号与通过随机数发生程序产生的随机数通过DES算法进行加密，得到加密后的数据Si（图示第54步）。有源RFID标签2接收到无源RFID标签4产生的随机数Ri后，将随机数与自身的标签ID进行相同的DES加密计算，得到加密后的数据Si’，并发送到无源RFID标签4（图示第55步）。无源RFID标签4接收到Si’后于其自身产生的加密数据Si比较（图示第56步）。如果验证匹配，则发送的信号是可信的（图示第58步），也就是说，有源RFID标签2有权将温度信号发送给与之相关联的无源RFID标签4。读写器验证通过后，无源RFID标签4向有源RFID标签2发送请求（图示第59步）。有源RFID标签2接收到请求信号后返回一个随机数Ri给无源RFID标签4（图示第60步）。无源RFID标签4将接收到的随机数与自身ID，进行加密计算，并将加密数据Si’传输给有源RFID标签2。有源RFID标签2将该加密数据用Ri解密得到。在存储器9中查找是否存在该标签的ID，如果存在则证明该标签为合法标签，否则是非法的无源标签。有源RFID标签2确认该无源标签为合法标签后，开始对无源RFID标签4进行访问或读写，整个验证过程完成。随之，无源RFID标签4会将发送的温度信息存储在存储器17（图示66步）。之后，包裹被用户所接收。客户可以利用外部的信号收发器来读取存储在存储器17中的温度信息，以此来判断包裹内的产品是否曾暴露在临界温度之外。

现对条件判断框56解释一下，当两个值都不匹配，则进入否分支。这个情况就是当其他集装箱内的有源RFID标签或者外部的无线射频信号收发器发送出温度信息时，无源RFID标签4将会对该信号忽略，就是说不会将此温度信号进行存储（图示第57步）。这种情况大多可能是周围集装箱内有源RFID标签发送出来温度信息。因为周围的集装箱与集装箱1是处在不同的位置，所以周围集装箱内的温度与集装箱1不同的，也有可能是黑客发送一些散列值和温度信息，避免这些搞怪的黑客利用食品已经造成变质的假象来造成经济价值的损失。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种基于RFID的物流食品安全跟踪系统，包括一个恒定空间，其特征在于：还包括一个有源RFID标签，所述有源RFID标签设置在保冷空间内，所述恒定空间内储有若干个物件，每个物件上设有一个无源RFID标签，当所述恒定空间的关注参数出现高于设定的上限值或低于设定的下限值的异常时，所述有源RFID标签发射关注参数信息给每一个无源RFID标签，所述无源RFID标签储存所述关注参数信息。

2.根据权利要求1所述的基于RFID的物流食品安全跟踪系统，其特征在于：所述有源RFID标签包括电源、存储器、CPU、控制单元、温度传感器、发射器和天线，当所述温度传感器感应到所述恒定空间的关注参数异常时，所述发射器发送关注参数信息给每一个无源RFID标签。

3.根据权利要求2所述的基于RFID的物流食品安全跟踪系统，其特征在于：所述无源RFID标签包括接收器和存储器，所述接收器能将接收到的关注参数信息存储在所述存储器中。

4.根据权利要求3所述的基于RFID的物流食品安全跟踪系统，其特征在于：所述有源RFID标签还包括接收器，所述有源RFID标签的存储器存储无线编码程序、随机数发生程序、有源RFID标签ID号和温度传感器数据；所述无源RFID标签还包括发射器，所述无源RFID标签的存储器存储无线识别程序、随机数发生程序、无源RFID标签ID号和参数传感器数据；当所述参数传感器感应到所述恒定空间的关注参数异常时，所述有源RFID标签与所述无源RFID标签互相通过各自的随机数发生程序产生的随机数和各自的ID号进行验证，验证通过后，将所述关注参数信息存储到所述无源RFID标签的存储器中。

5.根据权利要求4所述的基于RFID的物流食品安全跟踪系统，其特征在于：所述有源RFID标签的发射器和接收器为一体化收发器；所述无源RFID标签的发射器和接收器为一体化收发器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于RFID的物流食品安全跟踪系统，其特征在于：所述恒定空间为保冷空间，所述关注参数为温度，所述参数传感器为温度传感器。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的基于RFID的物流食品安全跟踪系统，其特征在于：所述恒定空间为恒湿度空间，所述关注参数为湿度，所述参数传感器为湿度传感器。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的基于RFID的物流食品安全跟踪系统，其特征在于：所述恒定空间为防振空间，所述关注参数为振动度，所述参数传感器为振动度传感器。

9.用于如权利要求4或5所述的系统的数据验证方法，包括如下步骤：

（1）所述有源RFID标签的无线编码程序将温度信息传递给所述有源RFID标签的发射器发射至所述每个无源RFID标签并请求访问所述无源RFID标签；

（2）所述无源RFID标签接收到所述有源RFID标签发射的能量，所述无源RFID标签通过其发射器将其随机数发生程序产生的随机数和其ID号发送至所述有源RFID标签；

（3）所述有源RFID标签通过其接收器接收到所述无源RFID标签的随机数和标签号信号后，将自身的标签号附加上去并通过其发射器将信号发射到所述无源RFID标签；

（4）所述无源RFID标签通过其接收器接收到所述第（3）步中的信号后，与第（2）步中自身产生的随机数和自身的ID号相验证；

（5）所述第（4）步验证通过后，所述无源RFID标签通过发射器向所述有源RFID标签发送访问请求；

（6）所述有源RFID标签通过其发射器将其随机数发生程序产生的随机数和其ID号发送至所述无源RFID标签；

（7）所述无源RFID标签通过其接收器接收到所述有源RFID标签的随机数和标签号信号后，将自身的标签号附加上去并通过其发射器将信号发射到所述有源RFID标签；

（8）所述有源RFID标签通过其接收器接收到所述第（7）步中的信号后，与第（6）步中自身产生的随机数和自身的ID号相验证；

（9）所述第（8）步验证通过后，所述无源RFID标签将所述有源RFID标签发送来的温度信号存储在其存储器中。

10.根据权利要求9所述的数据验证方法，其特征在于：所述第（2）、（3）、（6）、（7）步中的随机数和ID号是通过相同的加密算法加密后再发射的；所述第（4）、（8）步中接收到的信号是经过减密后再进行验证的。

11.根据权利要求10所述的数据验证方法，其特征在于：所述加密算法是DES加密算法。

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