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基于EPC地址解析的食品安全电子追溯技术研究

发布时间:2018年03月02日 来源:中国自动识别网 作者:章学周 杨博 胡冶

自2015年新食品安全法颁布以来,党和国家食品安全主管部门出台了若干政策不断推动食品安全电子追溯体系建设。随后,我国食品安全电子追溯体系建设进入一个新的时期,各个部委牵头建立了多个食品安全电子追溯监管平台。但这些平台存在追溯编码不统一,数据互通困难,数据过于集中,体系的开放性不够等缺点,导致企业上报数据的质量不高。地址解析服务技术是基于GS1/EPC编码体系的ONS地址解析技术发展起来的一类分布式地址解析服务技术,基于该技术建立的食品安全电子追溯体系,结构开放,可包容多种编码码制,数据分散存储,数据可有效互通。
我国食品安全电子追溯体系建设面临的挑战
近年来,我国各地区和有关部门围绕食品安全电子追溯,广泛采用物联网、云计算、分布式解析等现代先进信息技术建设追溯体系,在推动食品安全电子追溯体系建设方面取得了积极成效。目前国内已经建成多个食品安全电子溯源系统,类似的电子溯源系统有质检总局的“国家食品(产品)安全追溯平台”,工信部的“食品质量安全信息追溯平台”,农业部的“农产品质量安全追溯系统”、商务部的“肉类、蔬菜食品安全溯源平台”、上海食用农副产品质量安全信息查询系统、北京市农业局食用食品(蔬菜)质量安全溯源系统、中国肉牛全程质量安全溯源管理系统、世纪三农“食品安全溯源管理系统”等。上述系统都是从各个主研单位的管辖角度出发建设的小范围或只覆盖食品生产或流通某个环节的食品安全溯源系统,这些溯源系统各自都制定了行业标准或规范,然而彼此独立。
这些平台存在的问题如下:
一是追溯编码不统一,数据互通困难,从我国追溯行业的发展情况来看,以GS1为标准的统一产品编码(GTIN)是当前应用最广发的编码标准,但是多码并存是当前追溯编码应用现状,因此应兼容多种码制,对不同编码系统也要能互联互通。互联互通的关键是找到一种能与编码无关的交换物体信息的方法,因此需要找到一种比较容易被各个编码体系所接受的,能兼容各种编码的寻址方案,由RFC3986规定的URI是在互联网上兼容多种编码体系的一种方法。在标识载体上,目前现有的追溯平台常用的标识载体有一维条码、二维码、RFID电子标签。在标识载体上的赋码技术包括喷墨打码、激光喷码等多种方式,印刷方法还有预印刷后关联,和边印刷边关联等多种方法。在编码和标识载体上,没有最好的只有最适合的,未来多种编码和标识载体仍将长期共存。
二是现有的追溯平台在体系架构上主要采用的是有中心的集中式数据存储和处理的体系架构,数据过于集中,给平台的运行维护带来了很大的压力,体系的开放性也不够强。这类集中式体系架构不利的一面是来自所有追溯数据都集中到政府部门的中心节点完成,这对中心节点的数据存储能力要求高,在物联网新时代,食品的追溯数据量呈爆炸式增长,因此政府部门在实际运行维护网络的时候,往往感到系统的性能不够。另外,由于数据集中到政府部门以后,相应的追溯服务也要由政府部门提供给社会,这就对数据质量提出了更高的要求,因为企业在上报数据时可能会上报一些虚假数据,政府部门的监管人员要从海量的追溯数据中寻找虚假数据的蛛丝马迹,变得异常困难,即使采用当前最先进的数据挖掘技术,应对此类假数据也往往显得力不从心。他山之石可以攻玉,反观如今的大多数计算机网络都采用了分布式和协作式网络计算模型,食品安全电子追溯系统是否也有可能采用这种体系架构?
地址解析服务技术是基于EPC的ONS地址解析技术发展起来的一类分布式地址解析服务技术,基于该技术建立的食品安全电子追溯体系,结构开放,可包容多种编码码制,数据分散存储,数据可有效互通。
国家食品药品监督管理总局于2015年主持申报了科技部“十二五”期间的国家科技支撑计划项目“食品安全电子溯源技术应用研究与示范”,该项目主要采用分布式物联网地址解析服务技术构建了开放式、分布式的食品安全追溯网络。通过该项目,我国还将统一建设食品安全溯源国家标准体系,该国家标准体系一方面能和国家的其它部委的现有系统对接,整合利用好现有的资源;另一方面要能覆盖食品生产、流通、销售全过程,形成一个完整的溯源信息链。统一的食品溯源标准体系也将减少企业负担,将消费者吸引到一个平台中去,进而深入发展,不断推进追溯体系建设工作长期有效的开展下去。
 
地址解析服务技术原理及特点
GS1/EPC针对采用一维条码、二维码和RFID技术实现产品追溯制定了完善的物联网架构,该物联网架构分为标识层(Identify)、捕获层(Capture)和共享层(Share)。标识层包括目前的各种物品编码规范,符合GS1架构的物品编码包括GTIN码(全球贸易项目代码)、GLN码(全球位置代码)、SSCC码(序列船运容器编码)、GRAI码(全球可回收资产标识符)、GIAI码(全球个人资产标识符)和GDTI码(全球文档类型标识符)。捕获层主要包括各种GS1的标识载体规范,如EAN/UPC条码规范,ITF-14外包装条码规范,GS1-128一维条码技术规范以及RFID读写器和标签的相应技术规范。共享层主要定义了采集到的物品信息如何进行交换,物品信息又分为主数据(Master Data),贸易数据(Transactional Data)和事件数据(Event Data),主数据主要通过GDSN全球数据同步网络进行数据传输和同步,贸易数据则通过GS1 XML和EAN COM进行电子商务数据交换,事件数据则通过EPCIS进行事件数据交换。EPC设计的追溯信息服务网络架构如图1所示:
图1  EPC电子追溯网络架构
 
追溯主要是对物品在不同企业之间流动的事件数据进行跟踪和记录,物品的追溯信息路径是由多个事件数据所组成的。在电子追溯系统的物联网技术实现上,EPC 提出了必须的四大技术组成,分别是EPC(电子产品码)实现物品的电子身份标识,ID System(信息识别系统)实现数据采集,EPC中间件实现信息的过滤和整合,Discovery Service(信息发现服务)根据物品标识找到物品信息归属的ECPIS服务器,EPCIS(EPC信息服务)负责数据的分享和传输。ONS在EPC的电子追溯网络中起到最顶层的信息发现和路由的核心功能的作用,不同企业通过ONS服务器进行互联互通。EPC信息发现服务(Discovery Service)包括对象命名服务ONS(Object Naming Service)以及配套服务。其作用就是通过电子产品码,获取EPC数据访问通道信息。做为EPC信息发现服务中的最重要组成部分,对象命名服务ONS,存储提供EPC信息服务的地址信息,主键是电子产品码;电子产品码的拥有者即该产品的生产企业可以对其电子产品标识进行增删改等操作。从图1还可以看出,每一个企业还部署了一个本地ONS服务器,该服务器包括两部分功能:一是实现与产品对应的EPC信息服务地址信息的存储;二是提供与外界交换信息的服务,并通过根ONS服务器进行级联,组成ONS网络体系。企业内部的本地ONS服务器实现其地址映射信息的存储,并向根ONS服务器报告该信息并获取网络查询结果。EPC 电子追溯网络可实现两种ONS服务:一是静态ONS服务,通过电子产品码查询供应商提供的该类商品的静态信息;二是动态ONS服务,通过电子产品码查询该类商品的更确切信息,譬如在供应链中经过的各个环节上的信息。
从以上地址解析服务的原理中可以看出,EPC 电子追溯网络是一种典型的具有分布式物联网架构的电子追溯网络,该网络具备以下特征:
去中心化  ONS地址解析服务的作用和传统的互联网架构中的DNS非常类似,ONS的强大之处在于,ONS地址解析服务除了可以实现类似DNS的静态查询,还可以实现对物品移动路径的动态查询,将追溯链上的各个企业的信息串联在一起,形成完整的追溯信息链。因此该网络架构具备去中心化的特征,数据不存储在一个中央服务器上,而是分散在各个企业存储。
可扩展性强  ONS地址解析服务网络的统一接口规范包括ONS解析接口和EPCIS服务接口,ONS解析接口是基于DNS NAPTR标准互联网数据接口,因此可扩展性强,容易开发,开源代码资源丰富。EPCIS服务接口标准于2014年被GS1审批通过,欧盟的ISO/IEC在2015年直接将GS1 EPCIS标准等效采用为ISO /IEC 19987号标准。由此预见,未来支持EPCIS标准的软件供应商将越来越多。
主体责任清晰  在EPC 电子追溯网络里,不同企业之间的地位完全平等,ONS地址解析服务器属于公共基础设施,不需为企业的数据负责。企业通过EPCIS分享出去的所有信息的主体责任都是企业自己。
网路结构健壮,易维护  在图1中ONS地址解析服务器看起来是网络的中心节点,实际上ONS服务基础架构是基于ONS服务器网络分层管理ONS记录。每一个ONS节点服务器可以有主备两个节点组成,该节点可以仅负责一定区域内的物联网地址解析服务。在整个网络中,即使一个节点完全瘫痪,也不会导致整个网络瘫痪。
基于ONS地址解析技术的EPC 电子追溯网络由于其出色的技术优越性,在GS1标准组织中起着领导的地位,而其部分标准与ISO组织推荐的相关标准的融合,更是进一步推动了该网络架构的全球化。目前,在欧美有众多的使用者,例如沃尔玛、美国国防部、麦德龙、思科等大型企业均使用该网络架构实现产品的跟踪和追溯。
 
地址解析服务技术在国家科技支撑计划项目中的应用
基于ONS地址解析技术的EPC电子追溯网络虽然有很多优点,但直接应用到我国的食品安全电子追溯体系中,还存在一定的问题:目前我国已经存在大量的电子追溯系统,为了更好地保护和利用之前的研究成果,减轻企业负担,新研究的电子追溯体应尽量兼容之前的各种电子追溯系统,而不是完全推翻这些电子追溯系统;EPC电子追溯网络是一种强开放式的电子追溯系统,我国目前在食品安全监管领域已经有现成的企业监管系统,新的电子追溯系统应与现有的监管鉴权系统尽量融合; EPC电子追溯网络是一种全分布式的网络体系,而政府监管部门往往希望利用电子追溯系统实现一些大数据分析和智能监管的功能,分布式网络很难支撑这种应用的开展。在这样的挑战下,国家科技支撑计划项目“食品安全电子溯源技术应用研究与示范”江苏省质量和标准化研究院课题组结合我国国情,研究设计了一种分布式和中心式融合的食品安全电子追溯体系网络,如图2所示:
图2  新型食品安全电子追溯网络架构
 
IRS网元即标识解析服务网元,其逻辑功能包含两部分:追溯标识注册和追溯标识解析。DCS网元即数据目录服务网元,该网元以追溯标识为单位提供追溯路径的建立和查询的服务。IQS网元即信息查询服务网元,该网元提供追溯信息捕获、查询服务和数据上报服务的功能。CU网元即捕获单元网元,该网元主要包括部署在企业的采集设备采集一维条码、二维码、RFID标签等信息。SP网元即监管平台网元,该网元接收IQS网元上报的追溯数据,支撑政府监管人员利用追溯数据开展对企业的监管。追溯代理网元则以用户发起的追溯请求为触发,代替用户完成追溯系统的内部业务处理。与EPC 电子追溯网络结构相比,新型食品安全电子追溯网络架构兼具分布式网络和集中网络两种网络的特点。查询平台主要是基于地址解析技术而构建的分布式食品安全电子追溯网络,该平台主要为消费者和公众提供追溯查询等服务。而监管平台则是基于原有的集中式食品安全电子追溯系统构建的,基本上完全继承了原有的电子追溯系统。
地址解析技术对整个物联网来说,它是实现全球产品信息定位和跨企业间信息流转的中心枢纽。采用物联网地址解析技术构建的分布式食品安全电子追溯网络具有去中心化、可扩展性强、主体责任清晰和网络架构健壮、易维护等特点,在全球食品安全电子追溯体系中占据主导地位。但目前我国已经存在大量的电子追溯系统,为了更好的保护和利用之前的研究成果,减轻企业负担,并更好的支撑政府监管部门利用食品安全电子追溯体系开展监管工作,有必要对EPC 的ONS地址解析技术进行适当改造,并应用于我国的食品安全电子追溯体系建设中。在这样的挑战下,国家科技支撑计划项目“食品安全电子溯源技术应用研究与示范”江苏省质量和标准化研究院课题组结合我国国情,研究设计了一种分布式和中心式融合的食品安全电子追溯体系网络,该网络兼具分布式网络和集中网络两种网络的特点,在吸纳EPC的物联网架构的优点的基础上,充分考虑政府监管部门的需求,有效满足了公众、政府和企业的三方需求。
展望未来,企业信息系统应用越来越广泛,企业之间使用EPCIS交换物流事件数据成为常态时,企业与政府监管部门的数据上报接口也将逐步统一到EPCIS接口上来,电子追溯系统与物流信息系统的结合也将越来越紧密,进而融为一体。
基金项目:本文受国家科技支撑计划项目-国家重点监管产品(乳制品、肉制品、白酒)电子溯源技术应用研究与示范(项目编号:2015BAK36B05)项目的资助。
 
章学周 杨博 胡冶
(作者单位:江苏省质量和标准化研究院)
 
 
参考文献:
1.Traceability in the Food Chain A preliminary study ,Food Chain Strategy Division, Food Standards Agency.
2.EPCIS and CBV Implementation Guideline, EPC Global.
3.EPC Information Services (EPCIS) Standard V1.2, EPC Global.
4.GS1 Global Traceability Compliance Criteria for Food Application Standard, EPC Global.
5.国外食品可追溯制度建设分析及对我国的启示 标准科学 2012年12期.
6.基于养殖流程的水产品质量追溯系统编码体系的构建 农业网络信息 2008年1期.
7.食品安全可追溯系统研究 郑火国 中国农业科学院 博士学位论文 2012年.
8.流通环节食品安全追溯管理体系建设研究 中国工商管理研究 2013年4月.
9.中国食品安全追溯信息监管现状、问题与政策建议 农业经济 2012年10月.
10.建立我国水产品追溯方法的相关研究  周善祥 中国海洋大学学位论文 2007年6月.
11.基于嵌入式 Linux 技术的农产品流通追溯系统设计与实现 农业工程学报 2010年 26卷 4期.
12.食品可追溯体系中消费者行为的研究 徐玲玲 江南大学博士学位论2010年.
13.GS1系统在建立食品安全跟踪与追溯体系中的作用 福建省标准化协会论文集 2007年.
《中国自动识别技术》2018年第1期总第70期

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