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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)與應用
日期：2008-01-25 08:49:33
摘要：隨著RFID的大規(guī)模應用，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。本文詳細地講述了PML語言的概念、組成、設(shè)計，并給出了其應用實例。
0 引言
RFID是近年來的一項熱門技術(shù)，現(xiàn)在它廣泛應用于物流、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、適時地對物體進行識別、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應事件。正如互聯(lián)網(wǎng)中HTML語言已成為WWW的描述語言標準一樣，物聯(lián)網(wǎng)中所有的產(chǎn)品信息也都是在以XML（eXtensible Markup Language，可擴展標示語言）基礎(chǔ)上發(fā)展的PML（Physical Markup Language，物體標記語言）來描述。PML被設(shè)計成用于人及機器都可使用的自然物體的描述標準，是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息存儲、交換的標準格式。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，并給出其應用，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)移動的標簽組成的簡單的RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并結(jié)合已有的計算機互聯(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，全球的計算機可以進行互聯(lián)，實現(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)把每個含有標簽的自然物體（汽車、手機、相機等）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編碼標準：標簽的編碼現(xiàn)在應用較多的主要有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)點在于它的號碼數(shù)量達2n冪次級，足以分配到全球任一物品。
（2）EPC標簽：物體貼上EPC標簽后，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。標簽分為有源、無源及半無源型，其應用距離有較大差別。
（3）閱讀器：讀取或?qū)慐PC標簽中的數(shù)據(jù)信息，并負責將數(shù)據(jù)傳送給Savant。
（4）Savant：負責過濾、整合閱讀器送來的標簽或傳感器的數(shù)據(jù)流。其最大的好處在于極大的減少了傳送到企業(yè)應用軟件的數(shù)據(jù)量。
（5）ONS（對象名解析服務系統(tǒng)）：類似于互聯(lián)網(wǎng)中的DNS，它可提供EPC查找服務。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的URL地址，以獲取EPCIS服務器上更多的信息。
（6）EPC信息服務器（EPCIS，舊稱PML服務器）：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。閱讀器掃描到標簽后，將讀取的標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信息服務器。企業(yè)應用軟件可通過ONS訪問EPC信息服務器獲取到此產(chǎn)品的相應信息，也可通過Savant經(jīng)過安全認證后訪問企業(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標簽里面也只是存儲了EPC代碼一串數(shù)字字符而已。如何利用EPC代碼在物聯(lián)網(wǎng)中實時傳輸這些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)有的可擴展標示語言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，任何應用程序都可對其進行讀寫，這使得它很快成為了計算機網(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)的標準，對數(shù)據(jù)賦予上下文相關(guān)功能。它的這些特點非常適合于物聯(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，它是一個標準詞匯集，主要包含了兩個不同的詞匯，PML核及Savant擴充。如果需要的話，PML還能擴展更多的其它詞匯。
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”（標簽，不同于RFID標簽）來格式化數(shù)據(jù)，它是編程語言中的標簽概念，如<pmlcore:Sensor>。同時，PML核應該被所有的EPC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（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擴充則被用于Savant與企業(yè)應用程序間的商業(yè)通信。
3 PML設(shè)計
現(xiàn)實生活中的產(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)計有著獨特的要求。
（1）開發(fā)技術(shù)
PML首先使用現(xiàn)有的標準（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)計編制PML應用程序。PML需提供一種簡單的規(guī)范，通過通用默認的方案，使方案無需進行轉(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，實際內(nèi)容可以任意格式存放在服務器（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)應用程序?qū)⒁袁F(xiàn)有的格式和程序來維護數(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，因為物理環(huán)境所固有的分布式特點，使得PML“文件”可以在實際中從不同位置整合多個PML片斷。
（3）設(shè)計策略
現(xiàn)將PML分為PML Core（PML核）與PML Extension（PML擴展）兩個主要部分進行研究，
PML核用統(tǒng)一的標準詞匯將從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行整合。第一種實施的PML擴展包括多樣的編排和流程標準，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例和獨立于行業(yè)的信息。特定實例是條件與事實相關(guān)聯(lián)，事實(如一個位置)只對一個單獨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)務流程。
對于PML商業(yè)擴展，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)表都遠比其他行業(yè)要通用。這個擴展在很大程度上是針對用戶特定類別并與它所需的應用相適應，目前PML擴展框架的焦點集中在整合現(xiàn)有電子商務標準上，擴展部分可覆蓋到不同領(lǐng)域。
至此，PML設(shè)計便提供了一個描述自然物體、過程和環(huán)境的統(tǒng)一標準，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)計加工過的數(shù)據(jù)實現(xiàn)互相交換。
4 PML應用
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、第三方應用程序（如ERP、MES）、存儲商品相關(guān)數(shù)據(jù)的PML服務器之間的共同通信語言?，F(xiàn)考察具體實際應用情況。
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PML文檔中的主要內(nèi)容作一扼要說明。
① 在文檔中，PML元素在一個開始標簽（注意，這里的標簽不是RFID標簽）和一個結(jié)束標簽之間。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EPC編碼的二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的十進制數(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，注意相應信息標示所屬的層次。
文檔中所有的標簽都含有前綴“<”及后綴“>”。PML核簡潔明了，所有的PML核標簽都能夠很容易的理解。同時PML獨立于傳輸協(xié)議及數(shù)據(jù)存儲格式，且不需其所有者的認證或處理工具。
在Savant將PML文件傳送給EPCIS或企業(yè)應用軟件后，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號倉庫冰箱進出的情況，實際情況如表1所示，表中的EPC_IDn表示貼在冰箱上的EPC標簽的ID號。
表1 冰箱流動表
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地點 | |||||
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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)。但是實際的情況遠遠要比這個復雜的多，可能需要跨地區(qū)、時間，綜合多個EPCIS才能得到所需的信息。
可以預見，PML的應用隨著EPC的發(fā)展將會非常廣泛，進入所有行業(yè)領(lǐng)域。
5 結(jié)語
信息化是本世紀各行業(yè)的重要發(fā)展趨勢，電子商務、電子政務、遠程醫(yī)療、遠程教育等基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應用發(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)一標識的物品信息系統(tǒng)，它將在超市、倉儲、貨運、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不是一個單一的標準語言，它應隨著時代的變化而發(fā)展。
參考文獻
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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