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物聯(lián)網(wǎng)中的通信語言PML
作者：陳寶震 焦宗東
來源：RFID技術(shù)與應(yīng)用
日期：2008-01-25 09:03:23
摘要：隨著RFID的大規(guī)模應(yīng)用，EPC物聯(lián)網(wǎng)也得到了很大的發(fā)展。在此物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，相互通信的公共語言是PML。PML是在XML的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來，用于描述自然物體、處理過程及環(huán)境情況。本文詳細(xì)地講述了PML語言的概念、組成、設(shè)計(jì)，并給出了其應(yīng)用實(shí)例。
0 引言
RFID是近年來的一項(xiàng)熱門技術(shù)，現(xiàn)在它廣泛應(yīng)用于物流、交通、商業(yè)、管理等各個領(lǐng)域。同時人們將RFID中的各個閱讀器（Reader）與Savant、ONS、EPCIS連接起來，借助于互聯(lián)網(wǎng)，便組成了所謂的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，亦稱物聯(lián)網(wǎng)）。
經(jīng)過近40年的發(fā)展，Internet互聯(lián)網(wǎng)取得了巨大的成功，人們對于其WWW萬維網(wǎng)的語言HTML（Hypertext Markup Language，超文本鏈接標(biāo)示語言）了解頗多，最為常見的現(xiàn)象是電腦瀏覽器所顯示的網(wǎng)頁地址是以.htm（或.html）為結(jié)尾的。以現(xiàn)有的成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，人們又新建立了另外一種不同于互聯(lián)網(wǎng)功能且比互聯(lián)網(wǎng)更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)，該系統(tǒng)可以自動的、適時地對物體進(jìn)行識別、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件。正如互聯(lián)網(wǎng)中HTML語言已成為WWW的描述語言標(biāo)準(zhǔn)一樣，物聯(lián)網(wǎng)中所有的產(chǎn)品信息也都是在以XML（eXtensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)示語言）基礎(chǔ)上發(fā)展的PML（Physical Markup Language，物體標(biāo)記語言）來描述。PML被設(shè)計(jì)成用于人及機(jī)器都可使用的自然物體的描述標(biāo)準(zhǔn)，是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息存儲、交換的標(biāo)準(zhǔn)格式。所惜的是人們對此關(guān)注不夠，了解并不太多。
本文將從EPC系統(tǒng)開始講起，并全面闡述PML的概念、組成、設(shè)計(jì)，并給出其應(yīng)用，以便讀者全面了解PML語言。
1 EPC系統(tǒng)概述
EPC系統(tǒng)是以由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無數(shù)移動的標(biāo)簽組成的簡單的RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并結(jié)合已有的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)建出一個可以覆蓋全球萬事萬物的網(wǎng)絡(luò)。通過Internet，全球的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，協(xié)同工作，而在RFID和Internet的基礎(chǔ)上，物聯(lián)網(wǎng)可以將數(shù)量更為龐大的物品建立起信息聯(lián)接，可以為商業(yè)、物流、倉儲、生產(chǎn)、家庭等提供更為先進(jìn)的信息化管理手段。
如圖1所示，通過互聯(lián)網(wǎng)，EPC系統(tǒng)把每個含有標(biāo)簽的自然物體（汽車、手機(jī)、相機(jī)等）自動無縫的連接起來。
EPC系統(tǒng)主要由以下6個部分構(gòu)成。
（1）EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)簽的編碼現(xiàn)在應(yīng)用較多的主要有64位、96位及256位三種。編碼分為4部分：使用協(xié)議的版本號、物品生產(chǎn)廠商的編號、產(chǎn)品的類型編號及單個物品的SN號。每個EPC編碼具有全球唯一性，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于它的號碼數(shù)量達(dá)2n冪次級，足以分配到全球任一物品。
（2）EPC標(biāo)簽：物體貼上EPC標(biāo)簽后，通過天線，可以將芯片內(nèi)部儲存的數(shù)據(jù)信息非接觸傳送出去。標(biāo)簽分為有源、無源及半無源型，其應(yīng)用距離有較大差別。
（3）閱讀器：讀取或?qū)慐PC標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息，并負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳送給Savant。
（4）Savant：負(fù)責(zé)過濾、整合閱讀器送來的標(biāo)簽或傳感器的數(shù)據(jù)流。其最大的好處在于極大的減少了傳送到企業(yè)應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)量。
（5）ONS（對象名解析服務(wù)系統(tǒng)）：類似于互聯(lián)網(wǎng)中的DNS，它可提供EPC查找服務(wù)。將給定的EPC代碼轉(zhuǎn)化為一個或多個含有物品信息的主機(jī)的URL地址，以獲取EPCIS服務(wù)器上更多的信息。
（6）EPC信息服務(wù)器（EPCIS，舊稱PML服務(wù)器）：內(nèi)部存放了制造商生產(chǎn)的所有物品相關(guān)數(shù)據(jù)信息的PML文件。
從圖1還可以看到，在整個EPC物聯(lián)網(wǎng)上，物品信息流動過程是這樣的。閱讀器掃描到標(biāo)簽后，將讀取的標(biāo)簽信息及傳感器信息傳遞給Savant，經(jīng)Savant過濾冗余信息后通過ONS送到EPC信息服務(wù)器。企業(yè)應(yīng)用軟件可通過ONS訪問EPC信息服務(wù)器獲取到此產(chǎn)品的相應(yīng)信息，也可通過Savant經(jīng)過安全認(rèn)證后訪問企業(yè)伙伴的產(chǎn)品信息。物聯(lián)網(wǎng)上所有信息皆以PML文件格式來傳送，其中PML文件可能還包括了一些實(shí)時的時間信息、傳感器信息。
2 PML概念及組成
世界上的事物千千萬萬，未來的EPC物聯(lián)網(wǎng)也將會龐大無比；自然物體會發(fā)生一系列事件，而附著的EPC標(biāo)簽里面也只是存儲了EPC代碼一串?dāng)?shù)字字符而已。如何利用EPC代碼在物聯(lián)網(wǎng)中實(shí)時傳輸這些EPC代碼所代表的自然物體所發(fā)生的事件信息，EPC物聯(lián)網(wǎng)通信語言的問題值得我們?nèi)ニ伎肌?/DIV>
我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的可擴(kuò)展標(biāo)示語言XML是一種簡單的數(shù)據(jù)存儲語言，它僅僅展示數(shù)據(jù)且及其簡單，任何應(yīng)用程序都可對其進(jìn)行讀寫，這使得它很快成為了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)交換的唯一公共語言。XML描述網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)內(nèi)容及結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)據(jù)賦予上下文相關(guān)功能。它的這些特點(diǎn)非常適合于物聯(lián)網(wǎng)中的信息傳輸。為此，在XML語言的基礎(chǔ)上發(fā)展了更好的適合于物聯(lián)網(wǎng)的PML語言。
從圖1中我們還可以發(fā)現(xiàn)PML是Savant、EPCIS、應(yīng)用程序、ONS之間相互表述和傳遞EPC相關(guān)信息的共同語言，它定義了在EPC物聯(lián)網(wǎng)中所有的信息傳輸方式。圖2所示為PML語言的組成結(jié)構(gòu)圖，它是一個標(biāo)準(zhǔn)詞匯集，主要包含了兩個不同的詞匯，PML核及Savant擴(kuò)充。如果需要的話，PML還能擴(kuò)展更多的其它詞匯。
PML核是以現(xiàn)有的XML Schema語言為基礎(chǔ)的。在數(shù)據(jù)傳送之前，使用“tags”（標(biāo)簽，不同于RFID標(biāo)簽）來格式化數(shù)據(jù)，它是編程語言中的標(biāo)簽概念，如<pmlcore:Sensor>。同時，PML核應(yīng)該被所有的EPC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（如ONS、Savant及EPCIS）理解，使得數(shù)據(jù)傳送更流暢、建立系統(tǒng)更容易。Savant擴(kuò)充則被用于Savant與企業(yè)應(yīng)用程序間的商業(yè)通信。
3 PML設(shè)計(jì)
現(xiàn)實(shí)生活中的產(chǎn)品豐富多樣，很難以用一個統(tǒng)一的語言來客觀的描述每一個物體。然而，自然物體都有著共同的特性，如體積、重量；企業(yè)、個人交易時又有著時間、空間上的共性。例如，蘋果、橙子、統(tǒng)一鮮橙多，它們?nèi)叨紝儆谑称凤嬃?，而蘋果、橙子同屬于農(nóng)作物，鮮橙多又是橙子加工后的商品；人們交易一箱蘋果的時間、地點(diǎn)又是相同的。但是，自然物體的一些相關(guān)信息（如生產(chǎn)地、保質(zhì)期）不會變化。同時，EPC物聯(lián)網(wǎng)是建立在現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)上的。為此，作為描述物體信息載體的PML語言，其設(shè)計(jì)有著獨(dú)特的要求。
（1）開發(fā)技術(shù)
PML首先使用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)（如XML、TCP/IP）來規(guī)范語法和數(shù)據(jù)傳輸，并利用現(xiàn)有工具來設(shè)計(jì)編制PML應(yīng)用程序。PML需提供一種簡單的規(guī)范，通過通用默認(rèn)的方案，使方案無需進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即能可靠傳輸和翻譯。PML對所有的數(shù)據(jù)元素提供單一的表示方法，如有多個對數(shù)據(jù)類型編碼的方法，PML僅選擇其中一種，如日期編碼。
（2）數(shù)據(jù)存儲和管理
PML只是用在信息發(fā)送時對信息區(qū)分的方法，實(shí)際內(nèi)容可以任意格式存放在服務(wù)器（SQL數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)表）中，即不必一定以PML格式存儲信息。企業(yè)應(yīng)用程序?qū)⒁袁F(xiàn)有的格式和程序來維護(hù)數(shù)據(jù)，如Aaplet可以從互聯(lián)網(wǎng)上通過ONS來選取必需的數(shù)據(jù)，為便于傳輸，數(shù)據(jù)將按照PML規(guī)范重新進(jìn)行格式化。這個過程與DHTML相似，也是按照用戶的輸入將一個HTML頁面重新格式。此外，一個PML“文件”可能是多個不同來源的文件和傳送過程的集合，因?yàn)槲锢憝h(huán)境所固有的分布式特點(diǎn)，使得PML“文件”可以在實(shí)際中從不同位置整合多個PML片斷。
（3）設(shè)計(jì)策略
現(xiàn)將PML分為PML Core（PML核）與PML Extension（PML擴(kuò)展）兩個主要部分進(jìn)行研究，
PML核用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)詞匯將從Auto-ID底層設(shè)備獲取的信息分發(fā)出去，比如：位置信息、成分信息和其他感應(yīng)信息。由于此層面的數(shù)據(jù)在自動識別前不可用，所以必須通過研發(fā)PML核來表示這些數(shù)據(jù)。PML擴(kuò)展用于將Auto-ID底層設(shè)備所不能產(chǎn)生的信息和其他來源的信息進(jìn)行整合。第一種實(shí)施的PML擴(kuò)展包括多樣的編排和流程標(biāo)準(zhǔn)，使數(shù)據(jù)交換在組織內(nèi)部和組織間發(fā)生。
PML核專注于直接由Auto-ID底層設(shè)備所生成的數(shù)據(jù)，其主要描述包含特定實(shí)例和獨(dú)立于行業(yè)的信息。特定實(shí)例是條件與事實(shí)相關(guān)聯(lián)，事實(shí)(如一個位置)只對一個單獨(dú)的可自動識別對象有效，而不是對一個分類下的所有物體均有效。獨(dú)立于行業(yè)的條件指出數(shù)據(jù)建模的方式：即它不依賴于指定對象所參與的行業(yè)或業(yè)務(wù)流程。
對于PML商業(yè)擴(kuò)展，提供的大部分信息對于一個分類下的所有物體均可用，大多數(shù)信息內(nèi)容高度依賴于實(shí)際行業(yè)，例如高科技行業(yè)組成部分的技術(shù)數(shù)據(jù)表都遠(yuǎn)比其他行業(yè)要通用。這個擴(kuò)展在很大程度上是針對用戶特定類別并與它所需的應(yīng)用相適應(yīng)，目前PML擴(kuò)展框架的焦點(diǎn)集中在整合現(xiàn)有電子商務(wù)標(biāo)準(zhǔn)上，擴(kuò)展部分可覆蓋到不同領(lǐng)域。
至此，PML設(shè)計(jì)便提供了一個描述自然物體、過程和環(huán)境的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可供工業(yè)和商業(yè)中的軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)存儲和分析工具之用，同時還提供一種動態(tài)的環(huán)境，使與物體相關(guān)的靜態(tài)的、暫時的、動態(tài)的和統(tǒng)計(jì)加工過的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)互相交換。
4 PML應(yīng)用
EPC物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的一個最大好處在于自動跟蹤物體的流動情況，這對于企業(yè)的生產(chǎn)及管理有著很大的幫助。圖4所示為PML信息在EPC系統(tǒng)中的流通情況，可以看出PML最主要的作用是作為EPC系統(tǒng)中各個不同部分的一個的公共接口，即Savant、第三方應(yīng)用程序（如ERP、MES）、存儲商品相關(guān)數(shù)據(jù)的PML服務(wù)器之間的共同通信語言?，F(xiàn)考察具體實(shí)際應(yīng)用情況。
一輛裝有冰箱的卡車從倉庫中開出，在其倉庫門口處的閱讀器讀到了貼在冰箱上的EPC標(biāo)簽，此時閱讀器將讀取到的EPC代碼傳送給上一級Savant系統(tǒng)。Savant系統(tǒng)收到的EPC代碼后，生產(chǎn)一PML文件，發(fā)送至EPCIS服務(wù)器或者企業(yè)的管理軟件，通知這一批貨物已經(jīng)出倉了。
PML文件簡單、靈活、多樣，并且是人眼也可閱讀、易理解的。這里對該P(yáng)ML文檔中的主要內(nèi)容作一扼要說明。
① 在文檔中，PML元素在一個開始標(biāo)簽（注意，這里的標(biāo)簽不是RFID標(biāo)簽）和一個結(jié)束標(biāo)簽之間。例如：<pmlcore:observation>和</pmlcore:observation>等。
② <pmlcore:Tag> <pmluid:ID>urn:epc:1:2.24.400</pmluid:ID>指RFID標(biāo)簽中的EPC編碼，其版本號為1，域名管理.對象分類.序列號為2.24.400，由相應(yīng)EPC編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的十進(jìn)制數(shù)。URN為統(tǒng)一資源名稱（Uniform Resource Name），指資源名稱為EPC。
③ 文檔中有層次關(guān)系，注意相應(yīng)信息標(biāo)示所屬的層次。
文檔中所有的標(biāo)簽都含有前綴“<”及后綴“>”。PML核簡潔明了，所有的PML核標(biāo)簽都能夠很容易的理解。同時PML獨(dú)立于傳輸協(xié)議及數(shù)據(jù)存儲格式，且不需其所有者的認(rèn)證或處理工具。
在Savant將PML文件傳送給EPCIS或企業(yè)應(yīng)用軟件后，這時候企業(yè)管理人員可能要查詢某些信息，例如2007年7月12日這一天1號倉庫冰箱進(jìn)出的情況，實(shí)際情況如表1所示，表中的EPC_IDn表示貼在冰箱上的EPC標(biāo)簽的ID號。
表1 冰箱流動表
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地點(diǎn) | |||||
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1號工廠 |
2號工廠 |
1號倉庫 |
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時間 |
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20070711 |
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EPC_ID1 |
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EPC_ID2 |
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20070712 |
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EPC_ID1、2 |
EPC_ID1 |
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20070713 |
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EPC_ID2 |
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這里我們?yōu)楸阌诶斫?，將其PML信息形象地繪制成一副三維空間圖象，如圖8所示，坐標(biāo)軸名稱分別為時間（戳）、物體EPC代碼、地理位置。由于閱讀器一般都事先固定好，地理位置便可用閱讀器的ID號來表示，Rd_ID2代表1號倉庫。
下面就是對PML文件信息進(jìn)行查詢了。采用下列查詢語句：
SELECT COUNT(EPCno) from EPC_DB where Timestamp=”200707012” and ReaderNo=”Rd_ID2”
這里只是簡單的采用SQL中的COUNT函數(shù)。但是實(shí)際的情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比這個復(fù)雜的多，可能需要跨地區(qū)、時間，綜合多個EPCIS才能得到所需的信息。
可以預(yù)見，PML的應(yīng)用隨著EPC的發(fā)展將會非常廣泛，進(jìn)入所有行業(yè)領(lǐng)域。
5 結(jié)語
信息化是本世紀(jì)各行業(yè)的重要發(fā)展趨勢，電子商務(wù)、電子政務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育等基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展迅速。高度網(wǎng)絡(luò)化的EPC物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，意在構(gòu)造一個全球統(tǒng)一標(biāo)識的物品信息系統(tǒng)，它將在超市、倉儲、貨運(yùn)、交通、溯源跟蹤、防偽防盜等眾多領(lǐng)域和行業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用和推廣。物聯(lián)網(wǎng)中的信息載體采用PML語言，同其它任何語言一樣，PML不是一個單一的標(biāo)準(zhǔn)語言，它應(yīng)隨著時代的變化而發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
1. AUTO-ID CENTER，EPC Network Architecture，Sep，2005
2. AUTO-ID CENTER，Physical Markup Language Version 1.0
3. AUTO-ID CENTER，PML Core Specification 1.0，Oct 1，2003
4. The Physical Markup Language，David L.Brock，F(xiàn)eb，2001
5. AUTO-ID CENTER，PML Core Specification 1.0
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