應用電子技術基于物聯(lián)網(wǎng)技術的豬肉防偽追溯系統(tǒng)研究

應用電子技術論文基于物聯(lián)網(wǎng)技術的豬肉防偽追溯系統(tǒng)研究 簡要：這篇應用電子技術論文發(fā)表了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的豬肉防偽追溯系統(tǒng)研究，肉類制品平安關系到餐桌前的每個人，直接關系到我們的生命平安，利用物聯(lián)網(wǎng)技術追中肉類制品的防偽技術很 　　這篇應用電子技術論文發(fā)表了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的豬肉防偽追溯系統(tǒng)研究，肉類制品平安關系到餐桌前的每個人，直接關系到我們的生命平安，利用物聯(lián)網(wǎng)技術追中肉類制品的防偽技術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)架構設計是怎樣的呢? 　　摘 要： 為了實現(xiàn)豬肉食品的可追溯性，基于物聯(lián)網(wǎng)技術的豬肉防偽追溯系統(tǒng)采用NFC技術和RFID技術協(xié)同實現(xiàn)雙向模式的追溯功能，在豬肉供給鏈中還可以防止竄貨。在NFC電子標簽中參加數(shù)字簽名，實現(xiàn)防偽功能，消費者通過NFC智能 進行防偽驗證和向上溯源查詢。RFID電子標簽采用EPC編碼存儲豬肉的相關信息，根據(jù)EPC編碼，供給鏈中各個環(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。 　　關鍵詞：應用電子技術論文,數(shù)字簽名,防偽追溯 　　引 言 　　肉類食品平安是一項從產(chǎn)品源頭到餐桌的社會性系統(tǒng)工程，直接關系人類的生存與健康。豬肉在我國居民日常生活消費結構中占有重大比例，是人們生活的主要食用消費品，其食品平安狀況涉及百姓身體健康和根本消費平安。據(jù)介紹，2022年我國的肉類產(chǎn)量到達8 536萬噸，比2022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〞等豬肉食品平安事故的發(fā)生，引發(fā)了人們對豬肉食品平安的強烈關注，由此激發(fā)了巨大的網(wǎng)絡聲音。?中國食品平安網(wǎng)絡輿情開展報告(2022)?發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，豬肉在網(wǎng)民最關注的食品平安熱點問題排行榜中位居第二。2022年11月，復旦大學健康領域重大社會問題預測與治理協(xié)同創(chuàng)新中心發(fā)布的?我國食品平安領域問題靜態(tài)預測研究報告?中指出，食品平安追溯系統(tǒng)成為我國食品平安領域目前面臨的34個主要問題中最迫切需要解決的問題之一[2]。 　　1 RFID和NFC技術簡介 　　RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，作為條形碼的無線版本，RFID電子標簽具有不耗電、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。標簽能加密，無法造假，只有專用設備和軟件才能讀寫標簽，利用RFID讀寫器，遠距離識別，可批量快速采集或自動采集RFID標簽[3]。本文的防偽追溯系統(tǒng)在豬肉供給鏈物流領域采用RFID電子標簽。 　　NFC(Near Field munication，近距離通信)是一種短距高頻的無線電技術，是從RFID的根底上開展起來的，增加了點對點的通信功能，可以快速建立藍牙設備之間的P2P(點對點)無線通信，NFC設備彼此尋找對方并建立通信連接。P2P通信的雙方設備是對等的，而RFID通信的雙方設備是主從關系。NFC相較于RFID技術，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，所以具有很高的平安性)，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兼容。 　　隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術的開展，RFID技術已經(jīng)廣泛應用于生產(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技術進行防偽溯源。隨著智能 的開展，從RFID開展而來的NFC技術應用越來越廣泛，由于其通信距離短、平安性高的特點，廣泛應用于移動支付、門禁等領域。本文的防偽追溯系統(tǒng)中采用NFC電子標簽存儲生豬的ID，實現(xiàn)防偽功能。 　　2 防偽追溯系統(tǒng)架構設計 　　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。信息預處理層主要負責在對數(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，將不適宜的數(shù)據(jù)格式轉換為所要求的格式，消除多余的數(shù)據(jù)屬性，從而到達數(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)存儲標準化。信息傳輸層主要負責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)那么定義處理同一電子標簽的重復讀取、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 　　鑒于NFC和RFID的各自優(yōu)勢，本系統(tǒng)采用NFC和RFID相結合來實現(xiàn)豬肉的雙向追溯。NFC標簽用來存儲生豬的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標簽中。NFC標簽和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 或NFC讀寫器終端查詢豬肉信息。系統(tǒng)架構如圖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，當發(fā)現(xiàn)問題豬肉時可以協(xié)助政府部門處理，同時在供給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)的關鍵技術 　　3.1 電子標簽的選擇 　　NFC標簽主要有4種類型：類型1基于ISO14443A，目前由Innovision研究和技術公司獨家供給 (TopazTM)，具有96 B內(nèi)存，本錢低，應用廣泛。類型2同樣基于ISO14443A，目前由Philips獨家供給 (MIFARE UltraLight)，內(nèi)存是1類標簽的一半。類型3基于FeliCa，目前由Sony獨家供給，具有較大內(nèi)存(目前為2 KB)和較高傳輸速率(212 KB/s)，適用于更復雜的應用。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。本文設計的防偽追溯系統(tǒng)主要采用NFC智能 進行讀取數(shù)據(jù)，NFC電子標簽選擇類型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標簽主要有低頻RFID標簽、中高頻RFID標簽和超高頻與微波段RFID標簽。低頻標簽典型的工作頻率為125～134.2 kHz，中高頻標簽的典型工作頻率為13.56 MHz，超高頻與微波段RFID標簽通常簡稱為“微波標簽〞，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。微波標簽主要有無源標簽與有源標簽兩類。微波無源標簽的工作頻率主要在902～928 MHz;微波有源標簽工作頻率主要在2.45～5.8 GHz。微波標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電子標簽選擇超高頻RFID標簽。 　　3.2 EPC編碼設計 　　EPC(Electronic Product Code，電子產(chǎn)品編碼)技術是美國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、RFID技術等，旨在構建一個能實現(xiàn)實時共享物品信息的網(wǎng)絡平臺，能夠實現(xiàn)對物品信息的跟蹤及回溯[6]。EPC系統(tǒng)中應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)品分類局部四個字段組成。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，當實際編碼長度小于預留的長度時在后面補0。 　　3.3 電子標簽的防偽實現(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)殖場注冊并等候審核; 　　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電子標簽; 　　Step5：消費者或豬肉供給鏈上的各個環(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，那么說明NFC標簽不是偽造的，否那么說明NFC標簽是偽造的。如果驗證成功，那么返回相關豬肉的信息。 　　4 結 語 　　為解決肉類蔬菜的食品平安問題，我國自2022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的試點工作，截止2022年底，已經(jīng)有5批共58個城市參與了試點建設。本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術的豬肉防偽追溯系統(tǒng)結合RFID技術和NFC技術對豬肉從養(yǎng)殖、檢驗檢疫、屠宰、批發(fā)、分銷等供給鏈環(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用價值。 　　參考文獻 　　[1] 國家統(tǒng)計局.2022年國民經(jīng)濟和社會開展統(tǒng)計公報[EB/OL]. 　　[2] 周凱.六大問題威脅食品平安追溯體系不完善追責難[N].糧油市場報，2022，11(5)：A01. 　　[3] 徐勇軍，劉禹，王峰.物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2022：2?115. 　　[4] 白忠賀.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的肉品追溯系統(tǒng)研究[D].江蘇：南京郵電大學，2022. 　　[5] 朱燕妮，雷堅，龍陳鋒.基于雙向追溯模式的黑茶防偽溯源系統(tǒng)的構建[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2022，40(5)：552?555. 　　[6] 李文勇，孫傳恒，劉學馨，等.嵌入式農(nóng)產(chǎn)品追溯碼加密算法設計與實現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2022，28(17)：253?258. 　　[7] 黃幀.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的乳業(yè)食品平安追溯平臺分析與設計[D].北京：北京郵電大學，2022. 　　[8] 胡方.改良的 RSA 算法及其在數(shù)字簽名中的應用[D].沈陽：東北大學，2022. 　　[9] 黃葉玨.基于 NFC 的茶葉防偽驗證可追溯系統(tǒng)的設計與研究[J].農(nóng)村經(jīng)濟與科技，2022，24(3)：151?152. 　　推薦閱讀：應用電子技術無線射頻識別技術 　　超市內(nèi)使用條形碼作為商品識別的技術已經(jīng)非常成熟。然而條形碼因為存在必須使用人工接觸式讀取，信息只能讀取不能寫入，不能同時識別多個標簽等缺點， RFID技術的優(yōu)勢正好可以解決條形碼技術存在的問題。