應(yīng)用電子技術(shù)論文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬肉防偽追溯系統(tǒng)研究

　　這篇應(yīng)用電子技術(shù)論文發(fā)表了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬肉防偽追溯系統(tǒng)研究，肉類制品安全關(guān)系到餐桌前的每個人，直接關(guān)系到我們的生命安全，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)追中肉類制品的防偽技術(shù)很大的方便了對食品衛(wèi)生的監(jiān)管，那么這種防偽追溯系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計是怎樣的呢?

　　摘 要： 為了實現(xiàn)豬肉食品的可追溯性，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬肉防偽追溯系統(tǒng)采用NFC技術(shù)和RFID技術(shù)協(xié)同實現(xiàn)雙向模式的追溯功能，在豬肉供應(yīng)鏈中還可以防止竄貨。在NFC電子標(biāo)簽中加入數(shù)字簽名，實現(xiàn)防偽功能，消費者通過NFC智能手機進行防偽驗證和向上溯源查詢。RFID電子標(biāo)簽采用EPC編碼存儲豬肉的相關(guān)信息，根據(jù)EPC編碼，供應(yīng)鏈中各個環(huán)節(jié)都可以通過防偽追溯系統(tǒng)平臺實現(xiàn)向下決策追溯。

　　關(guān)鍵詞：應(yīng)用電子技術(shù)論文,數(shù)字簽名,防偽追溯

　　引 言

　　肉類食品安全是一項從產(chǎn)品源頭到餐桌的社會性系統(tǒng)工程，直接關(guān)系人類的生存與健康。豬肉在我國居民日常生活消費結(jié)構(gòu)中占有重大比例，是人們生活的主要食用消費品，其食品安全狀況涉及百姓身體健康和基本消費安全。據(jù)介紹，2013年我國的肉類產(chǎn)量達到8 536萬噸，比2012年增長1.8%，其中豬肉產(chǎn)量5 493萬噸，增長[1]2.8%。然而近年來，“瘦肉精”豬肉、“黃浦江死豬”、“死豬病豬流向餐桌”等豬肉食品安全事故的發(fā)生，引發(fā)了人們對豬肉食品安全的強烈關(guān)注，由此激發(fā)了巨大的網(wǎng)絡(luò)聲音?！吨袊称钒踩W(wǎng)絡(luò)輿情發(fā)展報告(2013)》發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，豬肉在網(wǎng)民最關(guān)注的食品安全熱點問題排行榜中位居第二。2013年11月，復(fù)旦大學(xué)健康領(lǐng)域重大社會問題預(yù)測與治理協(xié)同創(chuàng)新中心發(fā)布的《我國食品安全領(lǐng)域問題靜態(tài)預(yù)測研究報告》中指出，食品安全追溯系統(tǒng)成為我國食品安全領(lǐng)域目前面臨的34個主要問題中最迫切需要解決的問題之一[2]。

　　1 RFID和NFC技術(shù)簡介

　　RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，作為條形碼的無線版本，RFID電子標(biāo)簽具有不耗電、ID號全球惟一，比條碼、二維碼壽命長達10年，可寫10萬次，防磨損、防水、防磁、防腐蝕。標(biāo)簽?zāi)芗用?，無法造假，只有專用設(shè)備和軟件才能讀寫標(biāo)簽，利用RFID讀寫器，遠距離識別，可批量快速采集或自動采集RFID標(biāo)簽[3]。本文的防偽追溯系統(tǒng)在豬肉供應(yīng)鏈物流領(lǐng)域采用RFID電子標(biāo)簽。

　　NFC(Near Field Communication，近距離通信)是一種短距高頻的無線電技術(shù)，是從RFID的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，增加了點對點的通信功能，可以快速建立藍牙設(shè)備之間的P2P(點對點)無線通信，NFC設(shè)備彼此尋找對方并建立通信連接。P2P通信的雙方設(shè)備是對等的，而RFID通信的雙方設(shè)備是主從關(guān)系。NFC相較于RFID技術(shù)，具有距離近、帶寬高、能耗低等特點，具體如下：

　　(1) NFC只限于13.56 MHz的頻段，而RFID的頻段有低頻(125～135 kHz)，高頻(13.56 MHz)和超高頻(860～960) MHz之間;

　　(2) 工作有效距離：NFC(小于10 cm，所以具有很高的安全性)，RFID距離從幾米到幾十米都有;

　　(3) 同樣工作于13.56 MHz，NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容。

　　隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，RFID技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理，我國著名的茅臺酒已經(jīng)開始使用RFID技術(shù)進行防偽溯源。隨著智能手機的發(fā)展，從RFID發(fā)展而來的NFC技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，由于其通信距離短、安全性高的特點，廣泛應(yīng)用于移動支付、門禁等領(lǐng)域。本文的防偽追溯系統(tǒng)中采用NFC電子標(biāo)簽存儲生豬的ID，實現(xiàn)防偽功能。

　　2 防偽追溯系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

　　2.1 防偽溯源系統(tǒng)中的信息模型

　　如圖1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的防偽溯源系統(tǒng)中豬肉的信息經(jīng)過信息采集層、信息預(yù)處理層、信息傳輸層和信息智能處理和存儲層，最后存入Web應(yīng)用系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫中[4]。信息采集層主要采集養(yǎng)殖場和屠宰場生豬的有關(guān)信息(出生信息、飼養(yǎng)信息、病歷信息、疫苗注射信息)、檢驗檢疫信息、豬肉生產(chǎn)時間、豬肉運輸信息(貨品編號、運輸車輛、運輸時間等)、銷售信息等。信息預(yù)處理層主要負責(zé)在對數(shù)據(jù)進行處理前，先對原始數(shù)據(jù)進行必要的審查、集成、轉(zhuǎn)換、離散和規(guī)約等一系列處理工作，使殘缺的數(shù)據(jù)完整，將錯誤的數(shù)據(jù)糾正，將多余的數(shù)據(jù)去除，將所需的數(shù)據(jù)挑選出來并進行數(shù)據(jù)集成，將不合適的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為所要求的格式，消除多余的數(shù)據(jù)屬性，從而達到數(shù)據(jù)類型去異化、數(shù)據(jù)格式一致化、數(shù)據(jù)信息精確化和數(shù)據(jù)存儲規(guī)范化。信息傳輸層主要負責(zé)將采集到的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中存儲起來。信息智能處理通過規(guī)則定義處理同一電子標(biāo)簽的重復(fù)讀取、讀取失敗、錯誤讀取、數(shù)據(jù)驗證等問題，并通過智能信息處理技術(shù)對海量信息進行實時的高速處理，對數(shù)據(jù)進行智能化的挖掘、管理、控制與存儲。信息存儲層將從實體環(huán)節(jié)中采集的信息經(jīng)預(yù)處理后存儲到后臺數(shù)據(jù)庫中。

　　2.2 防偽溯源系統(tǒng)架構(gòu)

　　鑒于NFC和RFID的各自優(yōu)勢，本系統(tǒng)采用NFC和RFID相結(jié)合來實現(xiàn)豬肉的雙向追溯。NFC標(biāo)簽用來存儲生豬的ID，每頭豬具有惟一的ID，由養(yǎng)殖場生成并在其后附上數(shù)字簽名后保存到NFC標(biāo)簽，其他的飼養(yǎng)信息、疫苗注射信息、屠宰信息、檢驗檢疫信息、物流配送等信息通過EPC編碼存儲到RFID標(biāo)簽中。NFC標(biāo)簽和RFID的信息通過中間件或手持讀寫器寫入并上傳到系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫。消費者通過NFC智能手機或NFC讀寫器終端查詢豬肉信息。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

　　2.3 防偽溯源系統(tǒng)的雙向追溯模式

　　文獻[4]中提出的追溯系統(tǒng)是單向模式，一旦豬肉出現(xiàn)問題，對于企業(yè)和總銷售點難以確定問題豬肉的去向。本文設(shè)計的系統(tǒng)對于消費者可以向上防偽溯源，追溯到豬肉的物流信息、檢驗檢疫信息、養(yǎng)殖信息等信息流，對于企業(yè)和批發(fā)市場可以向下決策統(tǒng)計追溯，追溯豬肉的分銷點信息和消費群體，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題豬肉時可以協(xié)助政府部門處理，同時在供應(yīng)鏈上可以防止串貨的現(xiàn)象[5]。雙向追溯模式如圖3所示。

　　3 防偽溯源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1 電子標(biāo)簽的選擇

　　NFC標(biāo)簽主要有4種類型：類型1基于ISO14443A，目前由Innovision研究和技術(shù)公司獨家供應(yīng) (TopazTM)，具有96 B內(nèi)存，成本低，應(yīng)用廣泛。類型2同樣基于ISO14443A，目前由Philips獨家供應(yīng) (MIFARE UltraLight)，內(nèi)存是1類標(biāo)簽的一半。類型3基于FeliCa，目前由Sony獨家供應(yīng)，具有較大內(nèi)存(目前為2 KB)和較高傳輸速率(212 KB/s)，適用于更復(fù)雜的應(yīng)用。類型4完全兼容ISO14443A/B，很多制造商都有生產(chǎn)，包括Philips(典型產(chǎn)品如MIFAREDESFire)。內(nèi)存更大，讀取速率在106～424 KB/s之間。本文設(shè)計的防偽追溯系統(tǒng)主要采用NFC智能手機進行讀取數(shù)據(jù)，NFC電子標(biāo)簽選擇類型1，傳輸速度為106 KB/s，識別距離約為10 cm。

　　按照工作頻率來劃分，RFID標(biāo)簽主要有低頻RFID標(biāo)簽、中高頻RFID標(biāo)簽和超高頻與微波段RFID標(biāo)簽。低頻標(biāo)簽典型的工作頻率為125～134.2 kHz，中高頻標(biāo)簽的典型工作頻率為13.56 MHz，超高頻與微波段RFID標(biāo)簽通常簡稱為“微波標(biāo)簽”，典型的超高頻工作頻率為860～928 MHz，微波段工作頻率為2.45～5.8 GHz。微波標(biāo)簽主要有無源標(biāo)簽與有源標(biāo)簽兩類。微波無源標(biāo)簽的工作頻率主要在902～928 MHz;微波有源標(biāo)簽工作頻率主要在2.45～5.8 GHz。微波標(biāo)簽工作在讀寫器天線輻射的遠場區(qū)域。本文中的防偽追溯系統(tǒng)中RFID主要用來存儲養(yǎng)殖信息、檢驗檢疫信息、物流信息等，RFID電子標(biāo)簽選擇超高頻RFID標(biāo)簽。

　　3.2 EPC編碼設(shè)計

　　EPC(Electronic Product Code，電子產(chǎn)品編碼)技術(shù)是美國Auto?ID開發(fā)的，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺、利用無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)、RFID技術(shù)等，旨在構(gòu)建一個能實現(xiàn)實時共享物品信息的網(wǎng)絡(luò)平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)對物品信息的跟蹤及回溯[6]。EPC系統(tǒng)中應(yīng)用的編碼類型主要有64位，96位和256位三種。EPC編碼由版本號、序列號、產(chǎn)品域名管理和產(chǎn)品分類部分四個字段組成。本系統(tǒng)采用96位的EPC編碼，如圖4所示。8位用來存儲EPC版本號，28位用來存儲豬肉品牌和養(yǎng)殖場信息，24位用來存儲豬肉分類代碼，36位用來存儲豬肉的檢驗檢疫、物流配送信息、屠宰日期、批發(fā)市場、分銷點等信息，當(dāng)實際編碼長度小于預(yù)留的長度時在后面補0。

　　3.3 電子標(biāo)簽的防偽實現(xiàn)

　　本文的系統(tǒng)采用RSA數(shù)字簽名方式來實現(xiàn)防偽[7?8]。養(yǎng)殖場通過在防偽追溯系統(tǒng)平臺注冊并審核后獲取私鑰[d，]養(yǎng)殖場利用私鑰[d]和模數(shù)[n]將生豬ID加上數(shù)字簽名后寫入NFC標(biāo)簽，消費通過平臺獲取公鑰[e]和模數(shù)[n]對數(shù)字簽名進行驗證。具體步驟如下：

　　Step1：養(yǎng)殖場注冊并等候?qū)徍?

　　Step2：平臺通過審核后，選擇大素數(shù)[p，q，]生成[n，d， fn。]其中[n=q×q，][fn=(q-1)?(p-1)，]選一整數(shù)[e(1　　Step3：養(yǎng)殖場對生豬ID(M)進行數(shù)字簽名，S=Md(mod n);

　　Step4：養(yǎng)殖場在生豬ID(M)后附上數(shù)字簽名S，并寫入NFC電子標(biāo)簽;

　　Step5：消費者或豬肉供應(yīng)鏈上的各個環(huán)節(jié)通過平臺獲取公鑰e和模數(shù)n，對簽名進行驗證。如果Se(mod n)=M，則說明NFC標(biāo)簽不是偽造的，否則說明NFC標(biāo)簽是偽造的。如果驗證成功，則返回相關(guān)豬肉的信息。

　　4 結(jié) 語

　　為解決肉類蔬菜的食品安全問題，我國自2010年開始分批在全國范圍開始進行肉類蔬菜流通追溯體系建設(shè)的試點工作，截止2014年底，已經(jīng)有5批共58個城市參與了試點建設(shè)。本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬肉防偽追溯系統(tǒng)結(jié)合RFID技術(shù)和NFC技術(shù)對豬肉從養(yǎng)殖、檢驗檢疫、屠宰、批發(fā)、分銷等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)上實現(xiàn)對上可以防偽溯源、對下可以決策追溯的雙向追溯模式，對我國肉類蔬菜實現(xiàn)可追溯具有一定的應(yīng)用價值。

　　參考文獻

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