1.引言
我國(guó)有近13億人口，食品安全是近幾年來(lái)具有持續(xù)挑戰(zhàn)性的問(wèn)題和社會(huì)熱點(diǎn)[1-3]，并且隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)食品的質(zhì)量提出了更高的要求。人們不僅要求食品能夠安全食用， 還要求食品的感官特性基本不變[4]，但無(wú)論是植物性食品、動(dòng)物性食品還是人造食品，其水分活度、總酸度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、自然微生物群、酶和生化底物及防腐劑等因素，在從原材料的摘取、加工、物流、倉(cāng)儲(chǔ)、銷(xiāo)售等環(huán)節(jié)中，都會(huì)受外界溫度、濕度、光照及環(huán)境中微生物群與包裝氣體組成等的影響，而不斷地發(fā)生物理、化學(xué)、微生物上的變化，以一定的速度和方式喪失其原有品質(zhì)。
2.傳統(tǒng)貨架期指示器存在的問(wèn)題
傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單設(shè)定食品保質(zhì)期及基于條碼的食品安全管理模式無(wú)法滿足更深入細(xì)致與高效食品安全管理的目的。目前傳統(tǒng)的食品保存與管理方法存在如下問(wèn)題：
(1)傳統(tǒng)保質(zhì)期是通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)少量食品樣品進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)、常溫保存實(shí)驗(yàn)或通路實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證手段來(lái)確定，而事實(shí)上，在流通過(guò)程中食品品質(zhì)不僅與每個(gè)食品個(gè)體初始狀態(tài)有關(guān)，同時(shí)也與所處流通的環(huán)境密切相關(guān)。評(píng)價(jià)食品的實(shí)際品質(zhì)不僅需要了解食品個(gè)體的初始狀態(tài)，還需要對(duì)食品個(gè)體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、跟蹤其在運(yùn)輸、儲(chǔ)藏和分銷(xiāo)環(huán)節(jié)中的溫度、濕度、光照、氧氣含量等及諸多不可預(yù)見(jiàn)的影響因素。因此，食品安全狀態(tài)評(píng)估比傳統(tǒng)質(zhì)保期的確定更加復(fù)雜、需要在更大的時(shí)間與空間范圍內(nèi)由具有數(shù)據(jù)采集與智能性標(biāo)簽的參與，帶來(lái)諸如信息交互、運(yùn)營(yíng)成本等問(wèn)題。
(2)使用傳統(tǒng)的時(shí)間-溫度指示器評(píng)價(jià)食品個(gè)體品質(zhì)方法雖然應(yīng)用范圍廣泛(如常用于乳制品、冷凍肉和冷凍水果等冷藏、冷凍食品)，具有使用方便、易于觀察等優(yōu)點(diǎn)，但此類(lèi)產(chǎn)品是一次性使用，不能記錄食品流通過(guò)程中環(huán)境參數(shù)的歷史變化情況，信息的獲取依賴于人工觀察，不利于信息管理自動(dòng)化與效率的提高。生化式時(shí)間-溫度指示器必須使用在有溫度-時(shí)間歷史影響的食品上，使用前還必須知道食品的活化能，以選擇合適的指示器與其動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行匹配，且成本與可靠性也限制了其使用。
(3)現(xiàn)在食品的信息標(biāo)識(shí)主要是利用條形碼技術(shù)[5-6]。從當(dāng)今企業(yè)和食品流通的現(xiàn)狀來(lái)看，采用條形碼技術(shù)進(jìn)行信息標(biāo)識(shí)是具有成本低、易于操作、易于制作等優(yōu)點(diǎn)，但是條形碼技術(shù)自身存在一些缺陷，不能夠滿足發(fā)展的需要，例如條形碼存儲(chǔ)信息少;在實(shí)際的操作過(guò)程中掃描儀只能在近距離下才能對(duì)其讀取;在讀取條形碼時(shí)，經(jīng)常會(huì)有貨物粘貼條形碼位置的不同和貨物包裝的不規(guī)則等問(wèn)題，使得操作員在對(duì)貨物進(jìn)行掃描時(shí)需要花大量時(shí)間來(lái)尋找掃描條形碼的精確位置;有時(shí)還會(huì)發(fā)生漏掃描情況。條形碼技術(shù)不能夠滿足高精度快速識(shí)別的要求，并且其存儲(chǔ)的信息一旦寫(xiě)入就不可以對(duì)其存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改，也不能夠重復(fù)使用，降低了條形碼的使用率，最主要的缺點(diǎn)是不能對(duì)食品進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，這些都制約著食品企業(yè)的發(fā)展。
3.RFID貨架期指示器的優(yōu)點(diǎn)
RFID貨架期指示器由RFID讀寫(xiě)器和RFID微粒構(gòu)成。RFID技術(shù)作為一種快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集與處理信息的高新技術(shù)，通過(guò)對(duì)實(shí)體對(duì)象的唯一有效標(biāo)志，其可廣泛用于生產(chǎn)、零售、物流、交通等各個(gè)行業(yè)[7]。RFID貨架期指示器優(yōu)點(diǎn)有：
(1)不需要光學(xué)可視、非接觸完成識(shí)別工作。在冷鏈物流中，需要對(duì)大量食品進(jìn)行識(shí)別，利用RFID技術(shù)解決了條形碼技術(shù)識(shí)別速度慢、識(shí)別操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，提高了效率。
(2)工作時(shí)無(wú)須人工干預(yù)、不易損壞，減少了由于人為原因產(chǎn)生的出錯(cuò)概率。由于條形碼識(shí)別操作過(guò)程中容易磨損，使得食品質(zhì)量不能得到有效的標(biāo)識(shí)，而RFID貨架期指示器不需要人工對(duì)食品進(jìn)行干預(yù)，通過(guò)讀取微粒的數(shù)據(jù)來(lái)掌握食品的質(zhì)量。
(3)可遠(yuǎn)距離識(shí)別運(yùn)動(dòng)物體，提高了傳統(tǒng)貨物在分揀登記信息時(shí)候的處理速度。RFID貨架期指示器不需要人工操作近距離地讀取食品環(huán)境與質(zhì)量信息，通過(guò)射頻技術(shù)，可以遠(yuǎn)距離完成通信，提高了登記食品質(zhì)量信息的速度。
(4)能夠?qū)κ称愤M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)估與預(yù)測(cè)。傳統(tǒng)技術(shù)不能根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的變化而實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)、評(píng)估與預(yù)測(cè)食品的質(zhì)量，這使得食品在冷鏈物流過(guò)程中的質(zhì)量不能被實(shí)時(shí)的反映，而RFID貨架期指示器通過(guò)采集食品的一些質(zhì)量信息，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)食品的質(zhì)量。
4.RFID貨架期指示器亟需解決的問(wèn)題
在冷藏運(yùn)輸過(guò)程中，射頻裝置運(yùn)行與典型的行業(yè)環(huán)境下：首先裝置工作于低溫、潮濕、機(jī)械振動(dòng)、沖擊和大范圍金屬干擾、電磁干擾等惡劣環(huán)境下;其次射頻裝置要求的識(shí)別距離遠(yuǎn)，能夠達(dá)到多目標(biāo)快速識(shí)別;最后要具有低功耗、存儲(chǔ)容量大、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此，對(duì)RFID貨架期指示器的性能提出更高的要求，主要表現(xiàn)在：
(1)應(yīng)具有低功耗特性。在冷鏈物流過(guò)程中，RFID貨架期指示器需要長(zhǎng)時(shí)間、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)食品的質(zhì)量，能量消耗較大，其主要是采用電池供電的方式，而電池的容量是有一定限度的，不能無(wú)限制供電，因此，這就對(duì)微粒的功耗提出了較高的要求。
(2)應(yīng)具有抗干擾能力，數(shù)據(jù)通信的保密性。食品在運(yùn)輸過(guò)程中，由于外界信號(hào)會(huì)干擾RFID讀寫(xiě)器與RFID微粒的通信，這就要求RFID貨架期指示器能夠具有較強(qiáng)的抗干擾能量和數(shù)據(jù)通信的保密性。
(3)要求系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。RFID貨架期指示器需要具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性與可靠性，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)食品實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。
(4)能識(shí)別多個(gè)移動(dòng)RFID微粒。在食品源、中轉(zhuǎn)站、目的地，RFID讀寫(xiě)器需要讀取多個(gè)移動(dòng)的RFID微粒，讀取的過(guò)程中由于信息的不斷碰撞和智能RFID微粒的移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生RFID微粒被漏讀的問(wèn)題及功耗問(wèn)題。
5.展望
為了實(shí)現(xiàn)RFID貨架期指示器能夠被較好地應(yīng)用于食品冷鏈物流中，需要通過(guò)對(duì)RFID貨架期指示器的功耗和多個(gè)移動(dòng)RFID微粒的防碰撞問(wèn)題進(jìn)行了研究。論文需要在以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究：
(1)需要提出時(shí)間序列電源管理算法
冷鏈物流具有較強(qiáng)的行業(yè)特殊性，RFID貨架期指示器需要在這一過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)食品的存儲(chǔ)環(huán)境與質(zhì)量信息，并需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)，其能量消耗較大。現(xiàn)有的電源管理技術(shù)一般都是將以前的狀態(tài)綜合來(lái)預(yù)測(cè)將來(lái)的工作狀態(tài)，不能有效應(yīng)用在冷鏈物流中。本文提出了時(shí)間序列電源管理算法，該算法根據(jù)劃分的運(yùn)行模式對(duì)智能RFID微粒進(jìn)行管理，優(yōu)化了微粒的功耗與性能之間的平衡。
(2)需要提出智能自適應(yīng)幀時(shí)隙ALOHA防碰撞算法
傳統(tǒng)的防碰撞算法一般都是針對(duì)于靜止的應(yīng)答器與讀寫(xiě)器而設(shè)計(jì)，而在冷鏈物流過(guò)程中，智能RFID讀寫(xiě)器需要讀取多個(gè)移動(dòng)的智能RFID微粒。針對(duì)這一情況，論文分析了冷鏈物流環(huán)境下RFID貨架期指示器在射頻通信時(shí)存在的三種情況，并總結(jié)了這三種情況共同存在的問(wèn)題：一些微粒將離開(kāi)穩(wěn)定通信范圍;而一些新的微粒將進(jìn)入穩(wěn)定通信范圍。針對(duì)這一問(wèn)題存在三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)需要解決，論文通過(guò)對(duì)智能RFID微粒數(shù)量的估計(jì)，提出了智能自適應(yīng)幀時(shí)隙ALOHA防碰撞算法，算法的設(shè)計(jì)思路主要是減少多個(gè)移動(dòng)微粒之間的信息碰撞，并減少微粒的射頻通信時(shí)間，以此達(dá)到降低功耗的目標(biāo)。
(3)需要設(shè)計(jì)低功耗的RFID貨架期指示器
在上述兩項(xiàng)技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)低功耗的RFID貨架期指示器。
