1.引言

我國有近13億人口，食品安全是近幾年來具有持續(xù)挑戰(zhàn)性的問題和社會熱點，并且隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，消費者對食品的質(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]，但無論是植物性食品、動物性食品還是人造食品，其水分活度、總酸度、營養(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、倉儲、銷售等環(huán)節(jié)中，都會受外界溫度、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、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題

傳統(tǒng)的簡單設(shè)定食品保質(zhì)期及基于條碼的食品安全管理模式無法滿足更深入細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題：

(1)傳統(tǒng)保質(zhì)期是通過在實驗室內(nèi)對少量食品樣品進行加速實驗、常溫保存實驗或通路實驗等驗證手段來確定，而事實上，在流通過程中食品品質(zhì)不僅與每個食品個體初始狀態(tài)有關(guān)，同時也與所處流通的環(huán)境密切相關(guān)。評價食品的實際品質(zhì)不僅需要了解食品個體的初始狀態(tài)，還需要對食品個體進行實時監(jiān)測、跟蹤其在運輸、儲藏和分銷環(huán)節(jié)中的溫度、濕度、光照、氧氣含量等及諸多不可預見的影響因素。因此，食品安全狀態(tài)評估比傳統(tǒng)質(zhì)保期的確定更加復雜、需要在更大的時間與空間范圍內(nèi)由具有數(shù)據(jù)采集與智能性標簽的參與，帶來諸如信息交互、運營成本等問題。

(2)使用傳統(tǒng)的時間-溫度指示器評價食品個體品質(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，但此類產(chǎn)品是一次性使用，不能記錄食品流通過程中環(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化與效率的提高。生化式時間-溫度指示器必須使用在有溫度-時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力學參數(shù)進行匹配，且成本與可靠性也限制了其使用。

(3)現(xiàn)在食品的信息標識主要是利用條形碼技術(shù)。從當今企業(yè)和食品流通的現(xiàn)狀來看，采用條形碼技術(shù)進行信息標識是具有成本低、易于操作、易于制作等優(yōu)點，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，例如條形碼存儲信息少;在實際的操作過程中掃描儀只能在近距離下才能對其讀取;在讀取條形碼時，經(jīng)常會有貨物粘貼條形碼位置的不同和貨物包裝的不規(guī)則等問題，使得操作員在對貨物進行掃描時需要花大量時間來尋找掃描條形碼的精確位置;有時還會發(fā)生漏掃描情況。條形碼技術(shù)不能夠滿足高精度快速識別的要求，并且其存儲的信息一旦寫入就不可以對其存儲的內(nèi)容進行修改，也不能夠重復使用，降低了條形碼的使用率，最主要的缺點是不能對食品進行實時的監(jiān)測，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

RFID貨架期指示器由RFID讀寫器和RFID微粒構(gòu)成。RFID技術(shù)作為一種快速、實時、準確采集與處理信息的高新技術(shù)，通過對實體對象的唯一有效標志，其可廣泛用于生產(chǎn)、零售、物流、交通等各個行業(yè)。RFID貨架期指示器優(yōu)點有：

(1)不需要光學可視、非接觸完成識別工作。在冷鏈物流中，需要對大量食品進行識別，利用RFID技術(shù)解決了條形碼技術(shù)識別速度慢、識別操作復雜等缺點，提高了效率。

(2)工作時無須人工干預、不易損壞，減少了由于人為原因產(chǎn)生的出錯概率。由于條形碼識別操作過程中容易磨損，使得食品質(zhì)量不能得到有效的標識，而RFID貨架期指示器不需要人工對食品進行干預，通過讀取微粒的數(shù)據(jù)來掌握食品的質(zhì)量。

(3)可遠距離識別運動物體，提高了傳統(tǒng)貨物在分揀登記信息時候的處理速度。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，通過射頻技術(shù)，可以遠距離完成通信，提高了登記食品質(zhì)量信息的速度。

(4)能夠?qū)κ称愤M行實時監(jiān)測、評估與預測。傳統(tǒng)技術(shù)不能根據(jù)當前環(huán)境的變化而實時地監(jiān)測、評估與預測食品的質(zhì)量，這使得食品在冷鏈物流過程中的質(zhì)量不能被實時的反映，而RFID貨架期指示器通過采集食品的一些質(zhì)量信息，能夠?qū)崟r地監(jiān)測食品的質(zhì)量。

4.RFID貨架期指示器亟需解決的問題

在冷藏運輸過程中，射頻裝置運行與典型的行業(yè)環(huán)境下：首先裝置工作于低溫、潮濕、機械振動、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別距離遠，能夠達到多目標快速識別;最后要具有低功耗、存儲容量大、使用壽命長等特點。因此，對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。在冷鏈物流過程中，RFID貨架期指示器需要長時間、實時監(jiān)測食品的質(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，不能無限制供電，因此，這就對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。食品在運輸過程中，由于外界信號會干擾RFID讀寫器與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的穩(wěn)定性與可靠性，才能實現(xiàn)對食品實時監(jiān)測的目標。

(4)能識別多個移動RFID微粒。在食品源、中轉(zhuǎn)站、目的地，RFID讀寫器需要讀取多個移動的RFID微粒，讀取的過程中由于信息的不斷碰撞和智能RFID微粒的移動，會產(chǎn)生RFID微粒被漏讀的問題及功耗問題。

5.展望

為了實現(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，需要通過對RFID貨架期指示器的功耗和多個移動RFID微粒的防碰撞問題進行了研究。論文需要在以下幾個方面展開研究：

(1)需要提出時間序列電源管理算法

冷鏈物流具有較強的行業(yè)特殊性，RFID貨架期指示器需要在這一過程中實時監(jiān)測食品的存儲環(huán)境與質(zhì)量信息，并需要對數(shù)據(jù)進行計算和存儲，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)綜合來預測將來的工作狀態(tài)，不能有效應(yīng)用在冷鏈物流中。本文提出了時間序列電源管理算法，該算法根據(jù)劃分的運行模式對智能RFID微粒進行管理，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)幀時隙ALOHA防碰撞算法

傳統(tǒng)的防碰撞算法一般都是針對于靜止的應(yīng)答器與讀寫器而設(shè)計，而在冷鏈物流過程中，智能RFID讀寫器需要讀取多個移動的智能RFID微粒。針對這一情況，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存在的三種情況，并總結(jié)了這三種情況共同存在的問題：一些微粒將離開穩(wěn)定通信范圍;而一些新的微粒將進入穩(wěn)定通信范圍。針對這一問題存在三個技術(shù)難點需要解決，論文通過對智能RFID微粒數(shù)量的估計，提出了智能自適應(yīng)幀時隙ALOHA防碰撞算法，算法的設(shè)計思路主要是減少多個移動微粒之間的信息碰撞，并減少微粒的射頻通信時間，以此達到降低功耗的目標。

(3)需要設(shè)計低功耗的RFID貨架期指示器

在上述兩項技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計低功耗的RFID貨架期指示器。