1.引言

中國人口近13億，食品安全是近年來(lái)不斷挑戰的問(wèn)題和社會(huì )熱點(diǎn)。隨著(zhù)中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，消費者對食品質(zhì)量提出了更高的要求。人們不僅要求食品安全食用， 還要求食品的感官特征基本不變[4]，但無(wú)論是植物性食品、動(dòng)物性食品還是人工食品，其水分活性、總酸度、營(yíng)養物質(zhì)、天然微生物群、酶、生化底物、防腐劑等因素都會(huì )受到外界溫度、濕度、光照、環(huán)境中微生物群和包裝氣體的影響。而物理、化學(xué)、微生物的不斷變化，以一定的速度和方式失去了原有的品質(zhì)。

2.傳統貨架期指示器的問(wèn)題

傳統的簡(jiǎn)單設置食品保質(zhì)期和基于條形碼的食品安全管理模式不能滿(mǎn)足更深入、更詳細、更有效的食品安全管理的目的。傳統的食品儲存和管理方法存在以下問(wèn)題：

（1）傳統的保質(zhì)期是通過(guò)加速實(shí)驗、常溫保存實(shí)驗或實(shí)驗室內少量食品樣品的通道實(shí)驗來(lái)確定的。事實(shí)上，在流通過(guò)程中，食品質(zhì)量不僅與每個(gè)食品個(gè)體的初始狀態(tài)有關(guān)，而且與流通環(huán)境密切相關(guān)。評價(jià)食品的實(shí)際質(zhì)量不僅需要了解食品個(gè)體的初始狀態(tài)，還需要實(shí)時(shí)監測和跟蹤食品個(gè)體在運輸、儲存和分銷(xiāo)過(guò)程中的溫度、濕度、光照和氧氣含量以及許多不可預測的影響因素。因此，食品安全狀態(tài)評估比傳統保修期的確定更為復雜，數據采集和智能標簽的參與需要在更大的時(shí)間和空間范圍內進(jìn)行，帶來(lái)信息交互、運營(yíng)成本等問(wèn)題。

（2）雖然傳統的時(shí)間溫度指示器評價(jià)食品個(gè)人質(zhì)量方法應用廣泛（如乳制品、冷凍肉、冷凍水果），使用方便，易于觀(guān)察，但該產(chǎn)品一次性使用，不能記錄食品流通過(guò)程中環(huán)境參數的歷史變化，信息獲取依賴(lài)于人工觀(guān)察，不利于信息管理自動(dòng)化和效率的提高。生化時(shí)間-溫度指示器必須用于受溫度-時(shí)間歷史影響的食物。在使用之前，您還必須了解食物的活化能量，以選擇合適的指示器來(lái)匹配其動(dòng)力學(xué)參數，其成本和可靠性也受到限制。

(3)目前食品信息標識主要采用條形碼技術(shù)。從當今企業(yè)和食品流通的現狀來(lái)看，條形碼技術(shù)的信息識別具有成本低、操作方便、生產(chǎn)方便等優(yōu)點(diǎn)，但條形碼技術(shù)本身存在一些缺陷，不能滿(mǎn)足條形碼存儲信息少的發(fā)展需要；掃描儀只能在實(shí)際操作過(guò)程中近距離閱讀；在閱讀條形碼時(shí)，往往存在不同位置和不規則包裝的問(wèn)題，操作員在掃描貨物時(shí)需要花費大量時(shí)間來(lái)找到掃描條形碼的準確位置；有時(shí)會(huì )發(fā)生泄漏掃描。條形碼技術(shù)不能滿(mǎn)足高精度快速識別的要求，一旦存儲信息不能修改存儲內容，也不能重復使用，降低條形碼的利用率，主要缺點(diǎn)是不能實(shí)時(shí)監控食品，限制了食品企業(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顆粒組成。RFID技術(shù)作為一種快速、實(shí)時(shí)、準確地收集和處理信息的高科技技術(shù)，可廣泛應用于生產(chǎn)、零售、物流、交通等行業(yè)。RFID貨架期指示器的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）識別工作不需要光學(xué)視覺(jué)和非接觸。在冷鏈物流中，需要識別大量食品，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(diǎn)，提高了效率。

(2)工作時(shí)無(wú)需人工干預，不易損壞，降低了人為原因造成的錯誤概率。由于條形碼識別操作過(guò)程中容易磨損，食品質(zhì)量無(wú)法有效識別，RFID貨架期指示器無(wú)需人工干預食品，食品質(zhì)量可以通過(guò)閱讀顆粒數據來(lái)掌握。

（3）運動(dòng)對象的遠程識別可以提高傳統貨物在分類(lèi)和注冊信息時(shí)的處理速度。RFID貨架期指示器不需要手動(dòng)讀取食品環(huán)境和質(zhì)量信息。通過(guò)射頻技術(shù)，可以遠程完成通信，提高食品質(zhì)量信息的注冊速度。

（4）可以實(shí)時(shí)監測、評估和預測食品。傳統技術(shù)不能根據當前環(huán)境的變化實(shí)時(shí)監測、評價(jià)和預測食品質(zhì)量，使冷鏈物流過(guò)程中的食品質(zhì)量不能實(shí)時(shí)反映，RFID貨架期指示器可以通過(guò)收集一些食品質(zhì)量信息實(shí)時(shí)監測食品質(zhì)量。

4.RFID貨架期指示器需要解決的問(wèn)題

在冷藏運輸過(guò)程中，射頻裝置在低溫、濕度、機械振動(dòng)、沖擊、大規模金屬干擾、電磁干擾等惡劣環(huán)境下運行，其次，射頻裝置要求識別距離長(cháng)，能實(shí)現多目標快速識別，功耗低、存儲容量大、使用壽命長(cháng)。因此，對RFID貨架期指示器的性能提出了更高的要求，主要體現在：

(1)應具有低功耗特性。在冷鏈物流過(guò)程中，RFID貨架期指示器需要長(cháng)時(shí)間實(shí)時(shí)監控食品質(zhì)量，能耗大。主要采用電池供電，電池容量有一定限制，不能無(wú)限制供電。因此，這對顆粒的功耗提出了更高的要求。

（2）應具有抗干擾能力和數據通信的保密性。在食品運輸過(guò)程中，由于外部信號會(huì )干擾RFID讀寫(xiě)器和RFID顆粒的通信，因此RFID貨架期指示器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和可靠性，才能實(shí)現食品實(shí)時(shí)監控的目標。

(4)可識別多個(gè)移動(dòng)RFID顆粒。在食品源、中轉站和目的地，RFID讀寫(xiě)器需要讀取多個(gè)移動(dòng)RFID顆粒。在讀取過(guò)程中，由于信息的不斷碰撞和智能RFID顆粒的移動(dòng)，RFID顆粒會(huì )被遺漏和耗電。

5.展望

為了實(shí)現RFID貨架期指示器在食品冷鏈物流中的良好應用，需要研究RFID貨架期指示器的功耗和多個(gè)移動(dòng)RFID顆粒的防碰撞問(wèn)題。本文需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：

(1)需要提出時(shí)間序列電源管理算法

冷鏈物流具有較強的行業(yè)特殊性。RFID貨架期指示器需要在此過(guò)程中實(shí)時(shí)監控食品的存儲環(huán)境和質(zhì)量信息，并計算和存儲數據，其能耗較大?，F有的電源管理技術(shù)一般是將以前的狀態(tài)綜合起來(lái)預測未來(lái)的工作狀態(tài)，不能有效地應用于冷鏈物流。本文提出了時(shí)間序列電源管理算法，根據分割運行模式管理智能RFID顆粒，優(yōu)化了功耗與性能的平衡。

(2)ALOHA防碰撞算法需要提出智能自適應幀間隙

傳統的防碰撞算法通常是為靜態(tài)應答器和讀寫(xiě)器設計的，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)智能RFID顆粒。針對這種情況，論文分析了RFID貨架期指示器在冷鏈物流環(huán)境下的三種情況，總結了這三種情況的共同問(wèn)題：部分顆粒將離開(kāi)穩定的通信范圍；部分新顆粒將進(jìn)入穩定的通信范圍。針對這一問(wèn)題，有三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)需要解決。通過(guò)對智能RFID顆粒數量的估計，提出了智能自適應幀間隙ALOHA防碰撞算法。該算法的設計理念主要是減少多個(gè)移動(dòng)顆粒之間的信息碰撞，減少顆粒的射頻通信時(shí)間，從而達到降低功耗的目的。

(3)需要設計低功耗RFID貨架期指示器

在研究上述兩種技術(shù)的基礎上，設計了低功耗RFID貨架期指示器。