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RFID中間件研究與設計

作者:鄧海生 李軍懷
來源:RFID世界網(wǎng)
日期:2009-01-13 15:04:06
摘要:針對RFID中間件研究進展,介紹了目前相對成熟的RFID中間件解決方案,分析了它們的特點和不足。提出了一種新的RFID中間件模型,并介紹了RFID中間件各功能層,即EdgeServer、消息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口的功能與結(jié)構(gòu)。最后指出了今后的研究方向。

  0 引 言

  無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification,RFID)是利用射頻信號自動識別目標對象并獲取目標對象相關(guān)信息的,是自動識別領(lǐng)域的一個重要分支。與目前應用廣泛的基于光學技術(shù)的自動識別方法(如條形碼和攝像)相比,RFID具有一次處理多個標簽、可將處理狀態(tài)寫入標簽、不受大小及形狀限制、耐環(huán)境性強、穿透性強、數(shù)據(jù)的記憶容量大、可重復利用等優(yōu)點,因此,RFID在很多領(lǐng)域均具有廣闊的應用前景。目前RFID技術(shù)已被廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域。

  而RFID中間件將企業(yè)級中間件技術(shù)延伸到RFID領(lǐng)域,是RFID產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術(shù)。由于RFID中間件屏蔽了RFID設備的多樣性和復雜性,能夠為后臺業(yè)務系統(tǒng)提供強大的支稱,從而可以驅(qū)動更為廣泛的、更為豐富的RFID應用。具體地講,RFID中間件是一種面向消息的中間件(Message—Oriented Middleware,MOM),RFID相關(guān)數(shù)據(jù)(Information)是以消息(Message)的形式,從一個程序以異步(Asynchronous)的方式傳送到另一個或多個程序。RFID中間件包含的功能不僅是傳遞(Passing)信息,還包括安全性、錯誤恢復、解譯數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)廣播、定位網(wǎng)絡資源等高級服務。

  1 RFID中間件研究現(xiàn)狀分析

  EPC NetWork技術(shù)構(gòu)架包括Savant(數(shù)據(jù)庫操作軟件)、實體標記語言(PML)、物名服務(ONS)。其中,Savant系統(tǒng)是連接標簽識讀器和企業(yè)應用程序的紐帶,在將數(shù)據(jù)送往企業(yè)應用程序之前,它要對標簽數(shù)據(jù)進行過濾、匯總和計數(shù),壓縮數(shù)據(jù)容量,因此,Savant系統(tǒng)相當于EPC NetWork神經(jīng)系統(tǒng);ONS是聯(lián)系前臺Savant軟件和后臺PMI服務器的網(wǎng)絡樞紐,并且ONS設計與架構(gòu)都以因特網(wǎng)域名解析服務DNS為基礎,因此,可以使整個EPC網(wǎng)絡以因特網(wǎng)為依托,迅速架構(gòu)并順利延伸到世界各地;PML將提供一種動態(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)可以互相交換。

  在Sun的RFID架構(gòu)中定義了表示層、業(yè)務流程層、服務層和集成層。其中,表示層中所有組件起的都是系統(tǒng)接口的作用,這些接口使用戶得以向系統(tǒng)發(fā)出請求;業(yè)務流程層囊括了應用對工作流的所有需要,它提供了使業(yè)務流程自動化和減少為完成業(yè)務流程所需要的人工干預的能力;服務層是執(zhí)行業(yè)務邏輯和進行數(shù)據(jù)處理的地方,并提供了用于支持企業(yè)應用的重要基礎架構(gòu);集成層提供訪問RF1D應用以外其他企業(yè)信息系統(tǒng)(EIS)的功能。

  IBM RFID中間件主要包括邊緣控制器Edge controller、前提服務器Premises Server兩部分。Edge controller主要負責與RFID硬件設備之間的通信,對RFID讀寫器所提供的數(shù)據(jù)進行過濾、整合,將其提供給Premises Server;Premises Server充當了所有RFID設備信息采集的匯合中心,存儲數(shù)據(jù)并與企業(yè)后臺管理系統(tǒng)整合;Edge controller與Premises Server之間采用發(fā)布主題訂閱主題(Published Topic/Subscribed Topic)的方式通信。

  另外,UCLAWINMEC RFID實驗室所設計的RFID中間件是在分布式架構(gòu)上構(gòu)建的web服務,基于XML和SOAP,包含了簡單的捕獲、平滑、過濾、路由、聚合等功能;Bob WEB Violino構(gòu)想性地給出了在企業(yè)內(nèi)部將web Services技術(shù)應用于RFID系統(tǒng)的例子,這個例子中指出零售部門可以在所到物品的信息與供應部門使用RFID技術(shù)所核算的內(nèi)容不一致的情況下,通過Web Services接口詢問供應部門并進行核對;臺灣資策會研究所提出了基于SOA思想的RFID中間件分層架構(gòu),并將其基礎架構(gòu)層分為Edge Server和數(shù)據(jù)操作軟件兩層。

  上述RFID經(jīng)典解決方案有著鮮明的特點,例如基于Savant的RFID中間件確定了EPC NetWork基礎架構(gòu),有力地推動了基于架構(gòu)的RIFD中間件的發(fā)展;BEA WEB LOGIC的RFID中間件以業(yè)界領(lǐng)先的BEA Web Logic Platform為基礎,按照面向服務架構(gòu)(SOA)的類型劃分層次,能夠經(jīng)濟有效地滿足RFID支柱技術(shù)的一系列核心要求,同時具有適應不斷變化的業(yè)務需要的技術(shù)靈活性;IBM RFID中間件通過一條信息總線(RFID Bus)來代替復雜的層次結(jié)構(gòu),從而提出了一種輕型RFID中間件架構(gòu);另外幾種RFID中間件解決方案,將中間件技術(shù)和web服務相結(jié)合,為面向解決方案RFID中間件提供了一種開發(fā)思路。

  但是,這些解決方案也存在著這樣或那樣的缺點。實施EPC系統(tǒng)存在著如下幾個方面的問題:頻段分配問題、基礎設施的建設和完善、與現(xiàn)有應用系統(tǒng)的兼容性等問題,以及安全和隱私方面的問題;Bea RFID中間件功能單?。哼^濾規(guī)則簡單,缺少復雜事件的定義和處理能力;IBM RFID中間件的設計大多是基于自己目前所研發(fā)的核心產(chǎn)品或技術(shù)的應用,有太大的依賴性和較小的擴展性;其他幾種基于web服務的RFID中間件解決方案,功能較為簡單,而且所涉及到的數(shù)據(jù)量較小,難以將其方法應用于如物流供應鏈之類的大型系統(tǒng)中。因此,可以看出雖然目前國外已經(jīng)有不少的大學和研究團體在做RFID中間件方面的設計和研究,但是,RFID中間件的研究很不成熟;在國內(nèi)有關(guān)RFID中間件的研究也只能說是剛剛起步。

  2 一種新的RFID中間件模型

  文中設計的RFID中間件,分為3個層次,自底向上依次為Edge Server層、消息系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)接口層。Edge Server位于RFID中間件的底層,負責采集粘貼在物品上的標簽信息;再往上是消息系統(tǒng)層,負責處理來自Edge Server層的事件和數(shù)據(jù);最上層是數(shù)據(jù)接口層,負責為企業(yè)應用層提供所需的RFID信息。整個RFID架構(gòu)圖如圖1所示。



圖1 RFID中間件架構(gòu)

  2.1 Edge Server層

  Edge Server結(jié)構(gòu)描述如圖2所示。其中,讀寫器接El完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)適配處理工作;數(shù)據(jù)校驗工作單元完成對來自讀寫器接El的數(shù)據(jù)的校驗;數(shù)據(jù)封包工作單元對來自校驗工作單元的RFID數(shù)據(jù),依據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容將這些RFID數(shù)據(jù)打包成不同的消息,傳遞到RFID中間件的下一個功能單元------消息系統(tǒng)中。

  2.2 消息系統(tǒng)層

  消息系統(tǒng)位于RFID中間件的中心層,如圖3所示。Edge Server產(chǎn)生事件,并將事件傳遞到消息系統(tǒng)中,由消息系統(tǒng)決定如何將事件數(shù)據(jù)傳遞到相應的應用系統(tǒng),處理過程描述如下:消息系統(tǒng)首先在f消息服務器上緩存來自Edge Server上的各種消息,然后依據(jù)消息內(nèi)容將這些消息分類整合,使得同類消息位于相同的消息隊列中,最后將分好類的消息分別存儲成相應的xml臨時文件,這些臨時xml文件最終會被送往數(shù)據(jù)接口做進一步的處理。


圖2 邊緣服務器



圖3 消息系統(tǒng)

  2.3 數(shù)據(jù)接口層

  數(shù)據(jù)接口的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。數(shù)據(jù)入庫模塊首先通過調(diào)用數(shù)據(jù)過濾模塊,將重復的RFID相關(guān)數(shù)據(jù)過濾掉,然后將過濾后的RFID相關(guān)數(shù)據(jù)移植到中心數(shù)據(jù)庫中。同時,數(shù)據(jù)接口中的數(shù)據(jù)訪問模塊提供了訪問中心數(shù)據(jù)庫的接口:數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)更新接口,為企業(yè)應用乃至遠程應用程序提供服務。



圖4 數(shù)據(jù)接口


  2.4 功能層間的通信機制

  Edge Server和消息系統(tǒng)之問數(shù)據(jù)傳遞采用的是消息隊列MSMQ,消息格式是對象數(shù)據(jù)類型一ClaSS類型。首先,按照用戶需要將Edge Server采集的RFID數(shù)據(jù)分類,然后依據(jù)分類結(jié)果將RFID數(shù)據(jù)打包成不同的消息并傳遞給消息系統(tǒng),消息系統(tǒng)再對這些消息進一步處理。消息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口之間數(shù)據(jù)傳遞的載體是xml磁盤文件。來自消息系統(tǒng)的消息叮以以msmq xml的形式直接提供給應用程序,也可以通過接收消息線程將接收的消息以xml文件的形式存放成磁盤文件,供數(shù)據(jù)接口使用。這里采用了第二種方法,目的是一方面將數(shù)據(jù)進行緩存,同時可以針對對緩存后的xml文件進行數(shù)據(jù)過濾操作;另一方面是將數(shù)據(jù)進行批量入庫處理,而不是針對每條RFID數(shù)據(jù)都對數(shù)據(jù)庫進行相關(guān)的入庫操作。盡量減小因數(shù)據(jù)庫連接和斷開而浪費的昂貴資源。

  3 結(jié)束語

  介紹了RFID中間件,針對RFID中間件研究現(xiàn)狀,詳細分析研究了相關(guān)典型的RFID中間件解決方案,包括目前國際上對此領(lǐng)域投入了精力的企業(yè)的研究機構(gòu)和一些大學的研究團體,指出了這些解決方案的特點和不足。RFID中間件研究在國際上仍是一個較新的研究內(nèi)容。文中所提出的基于SOA分層思想的RFID中間件模型,其實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和方法還需要經(jīng)過更多的分析和實例檢驗。進一步挖掘RFID中間件深層次的功能,特別是完善RFID事件處理的聚合和挖掘機制,也是下一步的研究工作。

      (西京學院 鄧海生 西安理工大學計算機科學與工程學院 李軍懷 )