無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）是一種通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信對(duì)目標(biāo)加以識(shí)別的技術(shù)，具有快速、準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的識(shí)別方式相比，RFID技術(shù)無(wú)需直接接觸、無(wú)需光學(xué)可視、無(wú)需人工干預(yù)即可完成信息的輸入和處理，操作十分方便快捷，因而能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、運(yùn)輸、醫(yī)療、防偽、跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等需要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域。自從RFID問(wèn)世以來(lái)，其技術(shù)和產(chǎn)業(yè)都得到了迅速的發(fā)展，并已開(kāi)始在工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用，成為IT產(chǎn)業(yè)一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，具有十分廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。從RFID 的技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，RFID 應(yīng)用具有標(biāo)識(shí)、定位與事件驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。通過(guò)標(biāo)識(shí)與定位，使人類在虛擬的網(wǎng)絡(luò)世界中識(shí)別、鎖定和控制被標(biāo)記物體成為一種可能。通過(guò)RFID實(shí)時(shí)產(chǎn)生的事件，可以驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的智能化與自動(dòng)化。

　　RFID中間件扮演RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，應(yīng)用程序端使用中間件所提供的一組通用應(yīng)用程序接口（API），可以連接到RFID讀寫(xiě)器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)，即使存儲(chǔ)RFID標(biāo)簽信息的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件或后端發(fā)生變化，如應(yīng)用程序增加、替換或者RFID讀寫(xiě)器數(shù)量、種類變化等情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)用端不需修改也能處理，避免多對(duì)多連接的維護(hù)復(fù)雜性。

　　1 RFID網(wǎng)絡(luò)框架及中間件系統(tǒng)功能

　　在全球產(chǎn)品電子代碼管理中心（EPCglobal）定義的RFID網(wǎng)絡(luò)框架中，包含了RFID標(biāo)簽、RFID讀寫(xiě)器、RFID中間件、RFID讀寫(xiě)器管理、電子產(chǎn)品碼信息服務(wù)（EPCIS）捕獲應(yīng)用、EPCIS存儲(chǔ)、EPCIS訪問(wèn)應(yīng)用、本地對(duì)象命名服務(wù)（ONS）等角色以及ONS根節(jié)點(diǎn)、EPC發(fā)放、標(biāo)簽信息轉(zhuǎn)換模型、標(biāo)簽信息發(fā)現(xiàn)等公共服務(wù)[1-3].

　　如圖1所示，RFID中間件系統(tǒng)位于EPCIS捕獲應(yīng)用（例如企業(yè)資源計(jì)劃（EPR）系統(tǒng)等）和RFID讀寫(xiě)器之間，根據(jù)EPCIS捕獲應(yīng)用設(shè)置的規(guī)則將從讀寫(xiě)器獲取的標(biāo)簽信息進(jìn)行過(guò)濾和聚集，并按照其指定的格式和方式上報(bào)。

　　RFID中間件3個(gè)主要的功能：

　?。?）屏蔽讀寫(xiě)器的接口差異：傳統(tǒng)的讀寫(xiě)器廠商都通過(guò)提供一套驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層軟件對(duì)設(shè)備的控制，這些驅(qū)動(dòng)程序提供了相同的設(shè)備訪問(wèn)功能，但各廠商之間卻擁有互不相容的控制模塊、命令參數(shù)甚至是支持不同空口協(xié)議。而且當(dāng)廠商的驅(qū)動(dòng)程序更新時(shí)，相對(duì)上層的應(yīng)用軟件也不得不隨著相應(yīng)API的改變而改變，尤其是當(dāng)使用者同時(shí)使用了大量不同廠商的設(shè)備時(shí)，整體的維護(hù)成本也隨之增加。RFID中間件屏蔽了讀寫(xiě)器接口和驅(qū)動(dòng)的細(xì)節(jié)，向應(yīng)用系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)的ALE報(bào)告接口，使應(yīng)用系統(tǒng)不必關(guān)心各個(gè)物理設(shè)備的具體接口和驅(qū)動(dòng)，而是集中精力關(guān)注應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)。

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　?。?）標(biāo)簽的過(guò)濾：在RFID網(wǎng)絡(luò)中，存在大量的讀寫(xiě)器和標(biāo)簽。對(duì)于一個(gè)特定的應(yīng)用系統(tǒng)，它只會(huì)關(guān)注與其業(yè)務(wù)相關(guān)的讀寫(xiě)器清點(diǎn)的標(biāo)簽。RFID中間件可以根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)置的ALE規(guī)則，過(guò)濾掉應(yīng)用系統(tǒng)不關(guān)注的標(biāo)簽信息，大大減輕應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)標(biāo)簽信息的處理量，提高應(yīng)用系統(tǒng)的處理效率。

　?。?）標(biāo)簽的聚集：提到標(biāo)簽的聚集，首先要說(shuō)明邏輯讀寫(xiě)器的概念。邏輯讀寫(xiě)器可以包含一個(gè)或多個(gè)物理讀寫(xiě)器，或者一個(gè)或者多個(gè)物理讀寫(xiě)器的天線。應(yīng)用系統(tǒng)可以通過(guò)定義邏輯讀寫(xiě)器，使RFID中間件按其需要的方式，對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行聚集和分組。例如某個(gè)門(mén)禁系統(tǒng)，在大門(mén)入口包含兩個(gè)物理閱讀器的天線，應(yīng)用系統(tǒng)可以將這兩個(gè)天線定義為一個(gè)名叫“大門(mén)入口”的邏輯讀寫(xiě)器。RFID中間件在上報(bào)標(biāo)簽信息的時(shí)候，可以將兩個(gè)天線清點(diǎn)的標(biāo)簽聚集在“大門(mén)入口”邏輯閱讀器的分組中，方便應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)標(biāo)簽信息進(jìn)行處理。

　　2 LLRP協(xié)議與ALE協(xié)議

　　在EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)體系中，與中間件最相關(guān)的兩個(gè)協(xié)議是LLRP與ALE協(xié)議，LLRP之所以被稱為低級(jí)別，是由于其提供了對(duì)空口操作和空口協(xié)議命令參數(shù)的控制能力，提供更底層讀寫(xiě)器操作的訪問(wèn)能力。ALE是EPCglobal定義的RFID應(yīng)用系統(tǒng)和RFID中間件之間的接口規(guī)范，通過(guò)ALE接口，從應(yīng)用程序端使用中間件有了一組API，通常RFID中間件接口定義了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的高層應(yīng)用環(huán)境，不管底層的計(jì)算機(jī)硬件和系統(tǒng)軟件怎樣更新?lián)Q代，只要將中間件升級(jí)更新，并保持中間件RFID采集系統(tǒng)的接口定義不變，應(yīng)用軟件幾乎不需任何修改，從而保護(hù)企業(yè)在應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)中的重大投資。同時(shí)，使用RFID中間件有助于減輕企業(yè)二次開(kāi)發(fā)時(shí)的負(fù)擔(dān)，使他們升級(jí)現(xiàn)有軟件系統(tǒng)時(shí)顯得得心應(yīng)手，同時(shí)能保證軟件系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定，及對(duì)軟件系統(tǒng)的功能擴(kuò)展等，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性等。

　　LLRP是EPCglobal公布的第二代讀寫(xiě)器協(xié)議，定義了RFID讀寫(xiě)器和客戶端之間的接口。與上一代讀寫(xiě)器協(xié)議相比，LLRP更接近讀寫(xiě)器運(yùn)行時(shí)所需的空口協(xié)議的細(xì)節(jié)，或者更明確的說(shuō)是對(duì)EPCglobal Class1 Gen2協(xié)議中讀寫(xiě)器參數(shù)和控制參數(shù)的支持。LLRP除了目前對(duì)EPCglobal C1G2的支持外，其架構(gòu)也提供相應(yīng)的擴(kuò)展能力，可以方便的支持未來(lái)其他空口協(xié)議。

　　從LLRP接口的具體職責(zé)上來(lái)看，主要包括如下職責(zé)：

　?。?）提供方法，用來(lái)操作RFID讀寫(xiě)器進(jìn)行清點(diǎn)、讀、寫(xiě)等動(dòng)作，以及執(zhí)行其它相關(guān)協(xié)議中的命令，如殺、鎖等

　?。?）提供方法，在對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行操作時(shí)，獲得健壯性報(bào)告和進(jìn)行錯(cuò)誤處理

　?。?）提供方法，用來(lái)在操作命令需要時(shí)傳輸標(biāo)簽密碼

　?。?）提供方法，用來(lái)控制前向反向的無(wú)線射頻（RF）鏈路操作，包括管理RF功率和反向靈敏度，在多讀寫(xiě)器環(huán)境中評(píng)估沖突

　　（5）提供方法，用來(lái)控制標(biāo)簽協(xié)議操作，包括協(xié)議參數(shù)和防碰撞算法的參數(shù)

　　（6）提供方法，使之更易于支持新的空口協(xié)議

　?。?） 提供方法，用來(lái)恢復(fù)讀寫(xiě)器出廠設(shè)置

　?。?）提供方法，用于讀寫(xiě)器生產(chǎn)廠商在一定范圍內(nèi)擴(kuò)展協(xié)議

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　　ALE是EPCglobal定義的RFID應(yīng)用系統(tǒng)和RFID中間件間的接口規(guī)范，包含標(biāo)簽內(nèi)存區(qū)管理API、ALE讀API、ALE寫(xiě)API、ALE邏輯讀寫(xiě)器API和訪問(wèn)控制API共5組接口及業(yè)務(wù)功能。

　?。?）標(biāo)簽內(nèi)存區(qū)管理API：包括defineTMSpec，undefineTMSpec，getTMSpec，getTMSpecNames等API，給應(yīng)用系統(tǒng)提供了定義邏輯上的標(biāo)簽內(nèi)存區(qū)的能力，使其可以定義其關(guān)心的RFID標(biāo)簽區(qū)域。

　?。?）ALE讀API：包括define，undefine，getECSpec，getECSpecNames，subscribe，unsubscribe，poll，immediate，getSubscribers等API，給應(yīng)用系統(tǒng)提供了定義讀標(biāo)簽事件規(guī)則，訂閱事件報(bào)告的能力，使其可根據(jù)自身業(yè)務(wù)邏輯需要，定義相應(yīng)的事件規(guī)則，獲取包含標(biāo)簽信息的事件報(bào)告。

　?。?）ALE寫(xiě)API：包括define，undefine，getECSpec，getECSpecNames，subscribe，unsubscribe，poll，immediate，getSubscribers等API，作用和ALE讀API相似，不同的是這組API提供的是寫(xiě)標(biāo)簽的能力。

　?。?）ALE 邏輯讀寫(xiě)器API：包括define，update，undefine，getLogicalReaderNames，getLRSpec，addReaders，setReaders，removeReaders，setProperties，getPropertyValue等API，給應(yīng)用系統(tǒng)提供了定義邏輯讀寫(xiě)器，修改邏輯讀寫(xiě)器屬性的能力。

　　（5）訪問(wèn)控制API：包括definePermission，updatePermission，undefinePermission，defineRole，updateRole，undefineRole，addPermissions，setPermissions，removePermissions，defineClientIdentity，updateClientIdentity，undefineClientIdentity， addRoles， removeRoles， setRoles等API，提供了設(shè)置角色，權(quán)限相關(guān)的安全方面的功能。

　　通過(guò)實(shí)現(xiàn)ALE規(guī)定的這5類API，中間件不但可以屏蔽閱讀器的物理位置信息，還可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽信息的過(guò)濾和聚集，使應(yīng)用系統(tǒng)可以把主要的精力放在業(yè)務(wù)邏輯的處理上。

　　3 RFID中間件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

　　RFID中間件系統(tǒng)根據(jù)EPCIS捕獲應(yīng)用設(shè)置的規(guī)則將從讀寫(xiě)器獲取的標(biāo)簽信息進(jìn)行過(guò)濾和聚集，并按照其指定的格式和方式上報(bào)，其架構(gòu)如圖2所示，主要由設(shè)備驅(qū)動(dòng)適配，規(guī)則引擎，事件處理引擎，規(guī)則庫(kù)組成。

　　RFID中間件系統(tǒng)各個(gè)模塊功能如下：

　?。?）設(shè)備驅(qū)動(dòng)適配：設(shè)備驅(qū)動(dòng)適配的主要功能是將各個(gè)讀寫(xiě)器廠商不同型號(hào)、版本的讀寫(xiě)器接口適配成對(duì)事件處理引擎統(tǒng)一的接口。各種標(biāo)簽數(shù)據(jù)和讀寫(xiě)器事件經(jīng)過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)適配模塊處理后，對(duì)事件處理引擎表現(xiàn)出統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，使事件處理引擎可以不關(guān)心各個(gè)廠商讀寫(xiě)器的具體接口。

　?。?）事件處理引擎：對(duì)讀寫(xiě)器上報(bào)的標(biāo)簽數(shù)據(jù)和讀寫(xiě)器事件進(jìn)行過(guò)濾、分組、合成等操作，以便滿足EPCIS捕獲應(yīng)用的需要。

　?。?）規(guī)則引擎：處理來(lái)自EPCIS捕獲應(yīng)用的規(guī)則，并將事件處理引擎處理后的信息，以標(biāo)準(zhǔn)的ALE接口上報(bào)給EPCIS捕獲應(yīng)用。

　?。?）規(guī)則庫(kù)：用于對(duì)EPCIS捕獲應(yīng)用設(shè)置的規(guī)則進(jìn)行持久化，以便在RFID系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，即時(shí)加載已經(jīng)設(shè)置成功的事件規(guī)則。

　　這種RFID中間件系統(tǒng)的架構(gòu)，通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)適配模塊，很好地實(shí)現(xiàn)了屏蔽讀寫(xiě)器接口差異的功能。但是同時(shí)也存在一個(gè)很大的弊端，就是針對(duì)不同廠商的不同讀寫(xiě)器型號(hào)，甚至是同一讀寫(xiě)器型號(hào)的不同版本，都要開(kāi)發(fā)其對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)適配模塊。由于定制開(kāi)發(fā)需要的周期較長(zhǎng)，所以這種架構(gòu)的RFID中間件系統(tǒng)，不利于快速集成。

　　4 LLRP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)及其優(yōu)勢(shì)

　　在RFID網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，LLRP處于中間件和讀寫(xiě)器之間。在架構(gòu)上，中間件以下的部分可分為3個(gè)功能組：

　?。?）數(shù)據(jù)分支：標(biāo)簽數(shù)據(jù)處理

　　（2）管理分支：讀寫(xiě)器設(shè)備管理

　?。?）控制分支：讀寫(xiě)器控制和協(xié)作

　　LLRP涉及這3個(gè)分支的處理。

　　從圖3可以看到，基于LLRP的RFID中間件系統(tǒng)，不再有針對(duì)各個(gè)廠商不同接口讀寫(xiě)器的適配模塊，而是統(tǒng)一采用LLRP操作和控制各個(gè)讀寫(xiě)器進(jìn)行標(biāo)簽的清點(diǎn)，讀寫(xiě)等操作。

　　隨著諸如超高頻（UHF） C1G2等空口協(xié)議的成熟，以及讀寫(xiě)器的大量使用，讀寫(xiě)器的控制和協(xié)作就顯得尤為重要。LLRP通過(guò)直接將空口協(xié)議相關(guān)的控制方法暴露給中間件的方式，來(lái)改進(jìn)控制分支的功能；同時(shí)，LLRP也支持多空口協(xié)議以方便擴(kuò)展。

　　如圖4所示，LLRP使用消息在中間件和讀寫(xiě)器間進(jìn)行通信，消息是一種協(xié)議數(shù)據(jù)單元。按照消息傳遞的方向來(lái)分：

　　從中間件到讀寫(xiě)器的消息包括：

　?。?）獲取和設(shè)置讀寫(xiě)器配置信息

　　（2）讀寫(xiě)器能力獲取

　?。?）管理讀寫(xiě)器清點(diǎn)和訪問(wèn)操作

　　從讀寫(xiě)器到中間件的消息包括：

　?。?）讀寫(xiě)器狀態(tài)報(bào)告

　　（2）射頻監(jiān)測(cè)信息

　?。?）清點(diǎn)和訪問(wèn)操作的結(jié)果

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　　而對(duì)讀寫(xiě)器具體的操作命令參數(shù)，則是通過(guò)LLRP的各種規(guī)格來(lái)聲明。同樣按照命令的發(fā)送方向來(lái)看：

　　由中間件發(fā)送給讀寫(xiě)器的命令，包括：

　　（1）讀寫(xiě)器操作：定義了清點(diǎn)參數(shù)和射頻測(cè)量參數(shù)

　?。?）標(biāo)簽訪問(wèn)操作：定義了對(duì)標(biāo)簽訪取操作。

　　由讀寫(xiě)器返回給中間件的命令，包括：

　?。?）標(biāo)簽操作和射頻測(cè)量的報(bào)告

　?。?） 事件通知：如跳頻、緩存溢出等情況

　?。?）心跳消息：周期消息，監(jiān)測(cè)與中間件之間的連接情況

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　RFID中間件系統(tǒng)位于EPCIS捕獲應(yīng)用和RFID讀寫(xiě)器之間，根據(jù)EPCIS捕獲應(yīng)用設(shè)置的規(guī)則將從讀寫(xiě)器獲取的標(biāo)簽信息進(jìn)行過(guò)濾和聚集，并按照其指定的格式和方式上報(bào)。傳統(tǒng)的RFID中間件系統(tǒng)架構(gòu)，可以通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)適配模塊屏蔽讀寫(xiě)器的接口差異，但是不利于快速進(jìn)行集成?；贚LRP的RFID中間件系統(tǒng)，不再有針對(duì)各個(gè)廠商不同接口讀寫(xiě)器的適配模塊，而是統(tǒng)一采用LLRP操作和控制各個(gè)讀寫(xiě)器進(jìn)行標(biāo)簽的清點(diǎn)，讀寫(xiě)等操作，可以快速集成設(shè)備，從而構(gòu)建RFID系統(tǒng)。

　　6 參考文獻(xiàn)

　　[1] EPCglobal Inc. The EPCglobal architecture framework， EPCglobal final version 1.3[S]. 2009.

　　[2] EPCglobal Inc. The application level events （ALE） specification， version 1.1， Part I： Core specification[S]. 2008.

　　[3] EPCglobal Inc. Low level reader protocol （LLRP）， version 1.0.1[S]. 2007.