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[1-3]，并且隨著中國經(jīng)濟(jì)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(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(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(jìn)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(jìn)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(yù)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(fù)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(biāo)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(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)狀來看，采用條形碼技術(shù)進(jìn)行信息標(biāo)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(jìn)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(jìn)行修改，也不能夠重復(fù)使用，降低了條形碼的使用率，最主要的缺點是不能對食品進(jìn)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(zhǔn)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(biāo)志，其可廣泛用于生產(chǎn)、零售、物流、交通等各個行業(yè)[7]。RFID貨架期指示器優(yōu)點有：

　　(1)不需要光學(xué)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(jìn)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(fù)雜等缺點，提高了效率。

　　(2)工作時無須人工干預(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(biāo)識，而RFID貨架期指示器不需要人工對食品進(jìn)行干預(yù)，通過讀取微粒的數(shù)據(jù)來掌握食品的質(zhì)量。

　　(3)可遠(yuǎn)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(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)行實時監(jiān)測、評估與預(yù)測。傳統(tǒng)技術(shù)不能根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的變化而實時地監(jiān)測、評估與預(yù)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(jī)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(yuǎn)，能夠達(dá)到多目標(biāo)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(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，才能實現(xiàn)對食品實時監(jiān)測的目標(biāo)。

　　(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(jìn)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(qiáng)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(jìn)行計算和存儲，其能量消耗較大?，F(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(yù)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(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(jìn)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(dá)到降低功耗的目標(biāo)。

　　(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。