Expert Systems with Applications 37 (2010) 7937–7946

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Expert Systems with Applications

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Knowledge-based RFID enabled Web Service architecture for supply chain management

David Sundaram ^a, Wei Zhou ^b, Selwyn Piramuthu ^c,*, Schalk Pienaar ^a

a Information Systems and Operations Management, The University of Auckland, Private Bag 92019, Auckland, New Zealand

b Information Systems and Technologies, ESCP Europe, Paris 75543, France

c Information Systems and Operations Management, University of Florida Gainesville, FL 32611-7169, USA

a r t i c l e i n f o

Keywords:

RFID

Web Services

Knowledge-based system

a b s t r a c t

RFID tags are increasingly being incorporated throughout the supply chain in many industries. In the meantime, its potential benefits for business adopters have been debated extensively over the past sev- eral years. We consider the challenges associated with developing an integrated system tailored for RFID- enabled supply chain management including inaccuracies in reading rate, sampling problem and security issue. We then develop enhanced coordination mechanisms through fine-grained RFID item-level infor- mation both inter- and intra-organizations to appropriately address some of these challenges. We pro- pose and illustrate a knowledge-based Web Service architecture by developing a working prototype based on the idiosyncrasies of RFID applications. Through simulation and analysis, we find that a knowl- edge-based Web service system for RFID applications is able to sustain a more coherent and productive service than traditional integrated systems for supply chain management.

copy; 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

1. Introduction

Radio Frequency Identification (RFID) tags are primarily used to track and trace objects to which they are attached. RFID tags can be broadly classified as active, semi-passive and passive. Active tags are characterized by their internal power source, whereas passive tags do not have their own internal power and operate by harvest- ing power from signals transmitted by RFID reader(s). The semi- passive tags are in-between with sufficient internal power for critical purposes such as recording sensor data on ambient (e.g., temperature, humidity) conditions. RFID tags also have limited memory and minimal processing power. They can, therefore, be used to store information about the objects to which they are at- tached and also for basic computations. RFID tags are primarily used to supplant barcodes and also in other applications where barcodes have traditionally not been used. Although RFID tags are generally associated with many beneficial properties compared to barcodes, several constraints preclude their widespread use. The more common among these constraints are high unit cost of RFID tags, privacy/security issues associated with their use, the general lack of infrastructure to handle their presence, and need for appro- priate decision support tools for extracting useable knowledge from huge amounts of data generated in RFID-tagged systems.

* Corresponding author. Tel.: 352 392 8882; fax: 352 392 5438.

E-mail address: selwyn@ufl.edu (S. Piramuthu).

Unit cost of these tags is bound to come down as production volume increases and improvement in technology occurs over time. Security/privacy issues are tricky since there is a general mis- trust among the population with regard to technology (e.g., http:// www.boycottbenetton.com) that can be used to track objects. There is a vast amount of literature on security/privacy issues asso- ciated with RFID tags and related systems (e.g., Piramuthu, 2007, 2008 and the references therein). We consider the infrastructure used to communicate with RFID tags as they move through a ser- vice chain in order to locate and also to process the enormous amounts of data generated by these tags. Specifically, we propose a Web Services based component architecture using peer to peer service chains incorporating RFID tags and associated systems.

Due to the disparate characteristics of an RFID system vis-agrave;-vis

a bar code system, developing a Web Service application that uti- lizes RFID-generated information demonstrates its own challenges and advantages. We consider application-specific information to develop a knowledge-based Web service for an RFID system in both inter- and intra-organizational contexts including informa- tion at a finer level of granularity, read error, information sharing and security issue, among others. According to W3C, Web Services are software systems identified by URI (Uniform Resource Identi- fier) whose public interfaces and bindings are defined and de- scribed using XML. Web Services can be simple or complex, static or dynamic, flat or composite, free or negotiated. They can work within or across organization and/or system boundaries. They are as varied as they are versatile. Web Services have been

0957-4174/$ - see front matter copy; 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved. doi:10.1016/j.eswa.2010.04.041

7938 D. Sundaram et al. / Expert Systems with Applications 37 (2010) 7937–7946

of particular interest to proponents of component architectures be-

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基于知识的RFID支持供应链管理的Web服务架构

大卫Sundaram^a，周伟^b，Selwyn Piramuthu^c,*，Schalk Pienaar^a

a信息系统和运营管理，奥克兰大学，私人包92019，新西兰奥克兰

b信息系统与技术ESCP Europe，法国巴黎75543

c信息系统和运营管理，佛罗里达大学盖恩斯维尔，佛罗里达州32611-7169，美国

a r t i c l e i n f o

关键词：

RFID

网页服务

基于知识的系统

抽象

RFID标签越来越多地被整合到许多行业的供应链中。 与此同时，过去几年来，它为企业采用者带来的潜在利益也受到了广泛的争论。 我们认为，开发适合RFID供应链管理的集成系统面临的挑战包括读取率，采样问题和安全问题的不准确性。 然后，我们通过组织内部和组织之间的细粒度的RFID项目级信息来开发增强的协调机制，以适当地解决这些挑战中的一些。 我们通过开发基于RFID应用特性的工作原型来提出并说明基于知识的Web服务体系结构。 通过仿真和分析，我们发现基于知识的RFID应用的Web服务系统能够比传统的集成供应链管理系统保持更加连贯和高效的服务。

copy;2010 Elsevier有限公司保留所有权利。

介绍

射频识别（RFID）标签主要用于跟踪和追踪它们所连接的物体。 RFID标签可以大致分为主动，半被动和被动。 有源标签的特点是其内部电源，而无源标签没有自己的内部电源，并通过从RFID阅读器传输的信号中获取功率来操作。 半透明标签介于足够的内部电源之间，用于关键目的，如在环境（例如温度，湿度）条件下记录传感器数据。 RFID标签还具有有限的内存和最小的处理能力。 因此，它们可以用来存储关于它们所连接的对象的信息，也可以用于基本的计算。 RFID标签主要用于代替条形码，也用于传统上不使用条形码的其他应用。 尽管与条形码相比，RFID标签通常具有许多有益的特性，但是一些约束条件妨碍了它们的广泛使用。 在这些限制中更常见的是RFID标签的高单位成本，与其使用相关的隐私/安全问题，普遍缺乏处理其存在的基础设施，以及需要适当的决策支持工具来从大量的RFID标签系统中生成的数据。

*通讯作者。 电话： 352 392 8882; 传真： 352 392 5438。

电子邮件地址：selwyn@ufl.edu （S. Piramuthu）。

这些标签的单位成本必然会随着产量的增加而下降，而技术的改善则会随着时间而发生。 安全/隐私问题是棘手的，因为人们普遍对技术不信任（例如，HTTP：// www.boycottbenetton.com）可以用来跟踪对象。 关于与RFID标签和相关系统相关的安全/隐私问题有大量的文献（例如，Piramuthu，2007， 2008 和其中的参考文献）。 我们考虑使用基础设施与RFID标签通过服务链进行通信，以便定位和处理由这些标签生成的大量数据。 具体而言，我们提出了一个基于Web服务的组件架构，使用包含RFID标签和相关系统的对等服务链。

由于RFID系统相对于不同的特点

一个条形码系统，开发利用RFID生成信息的Web服务应用程序，显示出自身的挑战和优势。 我们考虑特定于应用的信息，在组织内部和组织内的情况下为RFID系统开发基于知识的Web服务，其中包括更细粒度的信息，读取错误，信息共享和安全问题等等。 根据W3C的说法，Web服务是由URI（统一资源标识符）标识的软件系统，其公共接口和绑定是使用XML定义和描述的。 Web服务可以是简单的或复杂的，静态的或动态的，平坦的或复合的，免费的或协商的。 他们可以在组织和/或系统边界之内或之间工作。 他们是多种多样的，因为他们是多才多艺的。 Web服务已经

0957-4174 / $ - 见前面的问题copy;2010 Elsevier有限公司保留所有权利。 DOI：10.1016/j.eswa.2010.04.041

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特别感兴趣的是组件架构的支持者，因为它们是技术尚未提供的最纯粹的组件之一。 完全基于XML（可扩展标记语言）的体系结构支持独立性和模块性。 虽然他们是一个年轻的技术，但Web服务已经进入企业和其他应用程序。 它们被证明是具有成本效益的，有价值的使能工具。 但是目前它们的有用性可能正在受到缺乏可管理性的阻碍。 使Web服务功能强大的功能通常比必要的更难以使用。 能够编排Web服务是开展业务的强大的新型服务模式的关键。

通过在对等上下文中使用基于Web Service体系结构的组件，我们提出了一个框架，将RFID标签及其相关系统（包括RFID标签读取器，数据库和分析工具等）无缝集成到系统的其他部分在RFID相关系统组件实施之前就存在。

本文的其余部分组织如下：我们在下一节中概述了包含RFID标签的系统的一些相关特征。 接下来是对Web服务的简要介绍。 我们在第一节中简要讨论一下srvice链的总体思路和它们的编排3，然后从项目级RFID信息共享和协调的角度对拟议系统进行总体高层次的观点。 然后我们提出所提出的系统架构。 所提出的使用工作原型的系统架构的插图在第一节中提出4。 我们提供了一个简短的讨论，并在第一节结束的文件5.

1. RFID集成企业系统

RFID标签可用于收集有关其周围环境的数据以及在任何时间点附着的物体的数据。 这里，轮询频率明显基于应用需求，其中关于某些特征（例如，对象的当前温度，对象的身份）的数据被收集以分析，并且要求所使用的系统具有收集，清理并处理由此产生的数据。 根据这些时间段的粒度，给定标签生成的数据量可以跨越很大的范围。 从某种意义上说，大量这些标签产生的更频繁的数据可能会轻易地压倒大多数现有的数据处理系统。 当每次轮询标签不仅仅是其标识信息时，这进一步恶化，在大多数应用中更可能不是这种情况。

除了在适当的时期生成数据外，RFID-

被标记的对象可能不会在相同的位置上保持物理位置。 这部分是因为它们本身附着在一个比其他人更可能移动的物体上。 除此之外，这些标签很有可能通过供应/服务链中的多个不同系统。 这些系统可能属于不同的组织，对生成的数据有不同的需求。 这种情况下，这些标签需要通过不同的系统进行无缝集成。 尽管从供应链管理的角度来看，这似乎是一个微不足道的工作，所有权转移（卡普尔和Piramuthu，2008年）和不同的数据需求可能会快速压倒任何系统。 考虑到这些特性，任何包含RFID标签和相关基础设施的系统都需要解决这些问题，以获得相关的好处。

因此，在开发这样一个系统的体系结构时，

需要记住，这些标签（1）产生大量的数据，这些数据以不同的时间间隔周期性地（2）周期性地发生，这些时间间隔可能不一定随时间均匀分布，

（3）通过不同的系统，可能（4）属于不同的组织。 Web服务是以无缝方式解决这些问题的自然选择。 当RFID标签通过供应/服务链时，RFID标签可以被跟踪，RFID阅读器收集的信息可以通过网络（例如互联网）自动传送到相应的系统。 当然，通信也可能是另一种方式，因为这些标签需要定期验证，特别是当它们通过不同的系统边界时卡普尔和Piramuthu， 2008）。 系统边界的无缝切换可以通过适当的Web服务架构来实现。

2.1。 服务链及其编排

Fremantle，Weerawarana和Khalaf（2002）提出了面向服务的企业架构愿景的思想，其中在WSDL（Web服务描述语言）中描述的组件被注册，并在需要时由其他组件调用。 在面向服务的愿景中，组件被编排成一个组件链，执行各种企业任务。 面向服务的愿景主要由两个主题驱动。 首先是电子商务，其中组织越来越多地揭露和整合他们的流程。 二是业务流程自动化，即通过集成核心系统系统整合日常业务流程。

这样做有许多好处，包括通过WSDL公开现有功能，调节异构性，提供互操作性和支持业务流程的能力。 电子商务的一个常见应用是组织间价值链构建，其中业务流程跨越多个组织的系统，在每个节点增加价值。 虽然像CORBA和COM 这样的体系结构能很好地执行这些任务，但是它们紧密耦合并且很昂贵。 Web服务虽然不如这些技术复杂，但由于它们所提供的简单性和模块性，它们是替代它们的自然选择。

概述服务链如何支持网络基础设施和面向服务的viion的构造是服务链复杂性网格（图。1）。 网格侧重于Web服务链的复杂性和覆盖范围。 我们挑出了这些尺寸，因为我们相信它们是协同合作的关键促成因素。 在我们的分类和复杂性中，Web服务的大多数其他维度之间有关系。 例如，如果Web服务是动态的而不是静态的，嵌套的或者复合的而不是平坦的，或者是多功能的而不是特定的，那么它更可能是复杂而不是简单的。

供应/价值链整合

复杂的服务链跨组织

使用

有限的协作业务流程

简单的服务链跨组织

简单的业务流程

组织内简单的服务链

企业应用程序集成

一个组织内部复杂的服务链

服务链

复杂

复杂

简单

组织内 组织间

达到

图1.服务链复杂性网格。

D. Sundaram等人 /专家系统与应用程序37（2010）7937-7946 7939

Web服务的范围是电子商务活动有用性的另一个重要指标。 达到是指Web服务跨越组织边界沟通的倾向。 在组织内部和组织之间进行的所有活动都属于这个网格的一个象限。 从左下角的网格的运营活动和流程，到右上角的更具战略性的流程。 第一象限（左下方网格）描述了简单的业务流程。 这些流程是用于执行简单操作任务的企业构建模块。 第二象限（在右下角）代表了简单化的业务流程，但是跨越组织边界开始显示一个合作主题。 企业活动通常涉及跨部门流程或通过内部系统边界进行沟通。 企业应用程序集成是这种类型的活动的一个例子，可以在第三象限（左上角）中找到。 网格中的第四象限是最复杂的活动领域，采用复杂的组织间流程来提供业务合作伙伴之间的战略协作。

当RFID标签的对象跨组织

在标签和合作RFID​​系统的其余部分之间保持持续的联系是至关重要的。 组织之间的动态协作需要其业务流程之间的交互。 在这个交互过程中，这两个组织通常在作为服务提供者和服务请求者的角色之间切换。 互动业务程序据说有一个点对点的结构（莱曼，滚筒， 施密特，2002年）。 如果没有某种形式的图形表示，能够编排各种Web服务来构建服务链将是困难的。 允许用户将图标拖放到屏幕上以动态地构建流程，与尝试在没有视觉帮助的情况下编码这样的流程相比具有许多优点。 更多的理解，更好的架构，更好的可管理性和更高的生产力仅仅是一些例子。

Web服务承诺价格便宜，可靠，灵活且可扩展

计算以及简单的部署和维护。 Mst从业人员同意，他们可能是迄今为止利用互联网权力迈出的最重要的一步。 此外，微软，Sun Microsystems和IBM等业界巨头的支持无疑也帮助Web服务获得了广泛的支持。 这些组织，包括W3C，在为Web服务及相关技术开发制定标准和规范方面处于领先地位。 这种热情的另一个可能的原因总结得很好约翰斯顿 (2002)他对Web服务的状态提供了一个有趣的见解。 他建议，尽管Java和XML等技术已经存在，但是从一开始就存在着困扰他们的局限性。 Web服务通过在Java的复杂性和XML的冗长之间引导中间道路来克服这些困难。

Web服务作为技术和标准的集合而存在

而不是任何单独的技术或标准。 同样，Web服务存在执行各种任务，而不是任何单一的任务，模型或计算范式。 鉴于广泛的技术和标准的融合，它们呈现出许多形式和形式。 它们也可以在几个方面有所不同：

绑定（从Ad Hoc到协商） - Web服

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