1.引言

我國有近13億人口，食品安全是近幾年來具有持續挑戰性的問題和社會熱點，并且隨著中國經濟的高速發展，消費者對食品的質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、營養物質、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、銷售等環節中，都會受外界溫度、濕度、光照及環境中微生物群與包裝氣體組成等的影響，而不斷地發生物理、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。

2.傳統貨架期指示器存在的問題

傳統的簡單設定食品保質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。目前傳統的食品保存與管理方法存在如下問題：

(1)傳統保質期是通過在實驗室內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不僅與每個食品個體初始狀態有關，同時也與所處流通的環境密切相關。評價食品的實際品質不僅需要了解食品個體的初始狀態，還需要對食品個體進行實時監測、跟蹤其在運輸、儲藏和分銷環節中的溫度、濕度、光照、氧氣含量等及諸多不可預見的影響因素。因此，食品安全狀態評估比傳統質保期的確定更加復雜、需要在更大的時間與空間范圍內由具有數據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)使用傳統的時間-溫度指示器評價食品個體品質方法雖然應用范圍廣泛(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、易于觀察等優點，但此類產品是一次性使用，不能記錄食品流通過程中環境參數的歷史變化情況，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進行匹配，且成本與可靠性也限制了其使用。

(3)現在食品的信息標識主要是利用條形碼技術。從當今企業和食品流通的現狀來看，采用條形碼技術進行信息標識是具有成本低、易于操作、易于制作等優點，但是條形碼技術自身存在一些缺陷，不能夠滿足發展的需要，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，經常會有貨物粘貼條形碼位置的不同和貨物包裝的不規則等問題，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;有時還會發生漏掃描情況。條形碼技術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測，這些都制約著食品企業的發展。

3.RFID貨架期指示器的優點

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

(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技術解決了條形碼技術識別速度慢、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，通過讀取微粒的數據來掌握食品的質量。

(3)可遠距離識別運動物體，提高了傳統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境與質量信息，通過射頻技術，可以遠距離完成通信，提高了登記食品質量信息的速度。

(4)能夠對食品進行實時監測、評估與預測。傳統技術不能根據當前環境的變化而實時地監測、評估與預測食品的質量，這使得食品在冷鏈物流過程中的質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量信息，能夠實時地監測食品的質量。

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環境下：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，主要表現在：

(1)應具有低功耗特性。在冷鏈物流過程中，RFID貨架期指示器需要長時間、實時監測食品的質量，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)應具有抗干擾能力，數據通信的保密性。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據通信的保密性。

(3)要求系統具有較高的穩定性和可靠性。RFID貨架期指示器需要具有較強的穩定性與可靠性，才能實現對食品實時監測的目標。

(4)能識別多個移動RFID微粒。在食品源、中轉站、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，會產生RFID微粒被漏讀的問題及功耗問題。

5.展望

為了實現RFID貨架期指示器能夠被較好地應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特殊性，RFID貨架期指示器需要在這一過程中實時監測食品的存儲環境與質量信息，并需要對數據進行計算和存儲，其能量消耗較大。現有的電源管理技術一般都是將以前的狀態綜合來預測將來的工作狀態，不能有效應用在冷鏈物流中。本文提出了時間序列電源管理算法，該算法根據劃分的運行模式對智能RFID微粒進行管理，優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幀時隙ALOHA防碰撞算法

傳統的防碰撞算法一般都是針對于靜止的應答器與讀寫器而設計，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，并總結了這三種情況共同存在的問題：一些微粒將離開穩定通信范圍;而一些新的微粒將進入穩定通信范圍。針對這一問題存在三個技術難點需要解決，論文通過對智能RFID微粒數量的估計，提出了智能自適應幀時隙ALOHA防碰撞算法，算法的設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)需要設計低功耗的RFID貨架期指示器

在上述兩項技術的研究基礎上，設計低功耗的RFID貨架期指示器。