引 言

　　無線射頻識別技術(Radio Frequency Identification，以下簡稱RFID)是從20 世紀90 年代 興起的一項自動識別技術，它利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交 換數(shù)據(jù)。隨著RFID 技術和應用的發(fā)展，RFID 系統(tǒng)日趨復雜，RFID 中間件的出現(xiàn)很好地解 決了將物理基礎架構收集到的信息傳遞給企業(yè)應用程序的問題。中間件的主要任務是對讀寫 器傳來的與標簽相關的事件、數(shù)據(jù)進行過濾、匯集和計算，減少從讀寫器傳往企業(yè)應用的巨 量原始數(shù)據(jù)、增加抽象出的有意義的信息量，并提供應用程序級別的接口來查詢RFID 事件 。

　　ALE是應用層事件簡稱，最初作為Savant 應用的一部分開發(fā)而成，如今歸屬于國際 標準組織EPCglobal，它是旨在把低層的電子產品代碼(EPC)數(shù)據(jù)和高層的企業(yè)系統(tǒng)相互連 接的EPCglobal 網(wǎng)絡計劃的一部分，現(xiàn)在已成為標準。RFID 中間件應該提供符合ALE 標 準的接口供企業(yè)系統(tǒng)或者第三方組件訪問，擴大中間件的適用范圍，因此設計和開發(fā)可重構 的、可靠的ALE 引擎對實現(xiàn)成熟的RFID 中間具有重要意義。

　　1 相關研究

　　1.1 應用層事件(ALE)標準

　　RFID 讀寫器在工作時不停地讀取標簽，造成同一個標簽在短時間內可能被讀到很多次， 這些數(shù)據(jù)如果直接發(fā)送給應用程序將為通信網(wǎng)絡帶來很大的負擔，所以需要RFID 中間件對 這些原始數(shù)據(jù)進行一層收集和過濾的處理。ALE 的出現(xiàn)就是為了減少原始數(shù)據(jù)的冗余性，為 應用系統(tǒng)從大量數(shù)據(jù)中提煉出有效的業(yè)務邏輯。ALE 層介于應用業(yè)務邏輯和原始標簽讀取層 之間，它接收從數(shù)據(jù)源(一個或多個讀寫器)中讀取的標簽信息，而后按照時間間隔等條件 收集數(shù)據(jù)，將重復或不敢興趣的EPC 數(shù)據(jù)剔除過濾，同時可以進行計數(shù)及組合等操作，最 后將這些信息對應用系統(tǒng)進行匯報。

　　在 ALE 中，應用系統(tǒng)可以定義這些內容：在什么地方(地點可以映射一個或多個讀寫 器及天線)讀取標簽，將在怎樣的時間間隔內(決定時間、某個外部事件觸發(fā))收集數(shù)據(jù)， 如何過濾數(shù)據(jù)，如何整理數(shù)據(jù)報告內容(按照公司、商品還是標簽分類)，標簽出現(xiàn)或消失 時是否對外報告，以及統(tǒng)計讀取到的標簽數(shù)目等。

　　ALE 標準定義的是一組接口，它不牽涉到具體實現(xiàn)。在EPCglobal 組織的規(guī)劃中，支 持ALE 標準是RFID 中間件的最基本的一個功能;這樣，在統(tǒng)一的標準下，應用層上的調用 方式就可統(tǒng)一，應用系統(tǒng)也就可以快速部署。因此，實現(xiàn)ALE 引擎對RFID 中間件具有重要意義。

　　1.2 OSGi

　　OSGi(Open Systems Gateway Initiative)[4]規(guī)范為網(wǎng)絡服務定義了一個標準的、面向組件 的計算環(huán)境，在此環(huán)境中軟件組件可以從運行中被安裝、升級或者移除而不需要中斷設備的 操作，還可以動態(tài)的發(fā)現(xiàn)和使用其他庫或者應用程序。采用OSGi 的一種考慮是因為中間件 的開發(fā)要依據(jù)組件概念來進行設計，這些組件被開發(fā)為軟件包，通過引用的方式來進行互調。 在OSGi 框架中，應用程序可以單獨進行部署，以軟件包的形式進行開發(fā)。正確的使用該模 型可以使軟件包進行重用和快速替換，并且使第三方軟件包重用成為可能。

　　2 引擎設計

　　如圖1所示，ALE引擎由引擎內核、數(shù)據(jù)處理和事件處理三大模塊組成，它們結合起來 滿足ALE標準所要求的接口功能。

圖1 ALE引擎架構

　　2.1 事件處理模塊

　　事件處理模塊分為四個字模塊：應用層事件接口是符合 ALE 標準的程序接口，提供標 準的方法供應用程序調用以獲取ALE 標準的功能;事件請求模塊分析應用程序的事件請求，即ALE 標準中定義的ECSpec ，并根據(jù)請求對事件報告組建模塊、引擎內核、數(shù)據(jù)過濾模 塊、數(shù)據(jù)分組模塊和數(shù)據(jù)格式轉換模塊進行相應的配置;事件報告組建模塊負責按照應用程 序的事件請求生成數(shù)據(jù)報告，數(shù)據(jù)報告有統(tǒng)一的格式，但是應用程序可以指定報告的種類(當 前讀取標簽/消失標簽/新增標簽)和數(shù)據(jù)分組的規(guī)則;根據(jù)ALE 標準應用程序可以以異步 的方式請求數(shù)據(jù)報告，報告分發(fā)模塊提供了以異步方式向事件報告訂閱者發(fā)送報告的功能， 發(fā)送方式可以是HTTP, FTP, Web Service 等多種方式。

　　2.2 引擎內核

　　事件管理是 ALE 引擎中最核心的功能，引擎內核模塊負責管理事件的生命周期，如圖 2 所示。在ALE 模型中有幾個最基本的概念：讀周期(Read Cycle)，事件周期(Event Cycle)和事件周期定義(ECSpec)。讀周期是和讀寫器交互的最小時間單元，一個讀周期的 結果是一組EPCs 集合，讀周期的時間長短和具體的天線、無線射頻協(xié)議有關，讀周期的輸 出就是ALE 層的數(shù)據(jù)來源。事件周期可以是一個或多個讀周期，它是從用戶的角度來看待 讀寫器的，并可以將一個或多個讀寫器當作一個整體，是ALE 接口和用戶交互的最小時間 單元。應用業(yè)務邏輯層的客戶在ALE 中定義好ECSpec 之后，就可接收相應的事件周期的 數(shù)據(jù)報告。

圖2 事件周期定義(ECSpec)狀態(tài)轉移圖

　　2.3 數(shù)據(jù)處理模塊

　　數(shù)據(jù)處理模塊分為四個子模塊：數(shù)據(jù)隊列模塊負責緩存數(shù)據(jù)，當讀寫器讀取到一個標簽 時會把數(shù)據(jù)放入相應的隊列，其他的數(shù)據(jù)處理模塊會把數(shù)據(jù)從隊列中取出然后進行處理，當 隊列滿了或者超時數(shù)據(jù)會從隊列中刪除;數(shù)據(jù)格式轉換模塊根據(jù)應用的要求對數(shù)據(jù)做出格式 轉換;數(shù)據(jù)過濾模塊根據(jù)ECSpec的定義對數(shù)據(jù)進行過濾，過濾規(guī)則包括‘包含模式’和 ‘排除模式’兩種模式[3]，最后出現(xiàn)在報告中的標簽信息至少要與‘包含模式’列表中的一 個模式匹配，并且不能與任何出現(xiàn)在‘排除模式’中的模式匹配;數(shù)據(jù)分組模塊根據(jù)ECSpec 的定義對過濾后的數(shù)據(jù)進行分組和統(tǒng)計。

　　3 引擎內核實現(xiàn)

　　引擎內核采用事件驅動的方式實現(xiàn)，見圖 3。

圖3 引擎內核實現(xiàn)

　　一個 ECSpec 在內核里對應著一個事件周期管理者，應用層對于ALE 讀接口的調用會 映射到具體的事件周期管理者上，由事件周期管理者來完成接口提供的功能。當一個 ECSpec 被定義時(即調用define 或immediate 方法)，引擎就會為這個ECSpec 創(chuàng)建 對應的事件周期管理者，同時創(chuàng)建一個事件周期對象和各種觸發(fā)器。當ALE 接口調用請求 者第一次對某個ECSpec 發(fā)出調用請求時(例如調用subscribe, poll, immediate 方法) 將激活對應的事件周期管理者，此時由這個事件周期管理者所控制的事件周期對象和各個觸 發(fā)器也被激活，事件周期對象開始按照ECSpec 中所定義的邊界條件開始和結束激活狀態(tài)， 并收集RFID 標簽數(shù)據(jù)。當最后一個接口調用請求的調用方法返回時，事件周期管理者再次 進入休眠狀態(tài)，對應的事件周期對象和各個觸發(fā)器也停止運行，直到被再次喚醒或者隨著該 ECSpec 的撤銷被撤銷。

　　ECSpec 會在未請求、已請求和活躍狀態(tài)三種狀態(tài)的之間遷移，狀態(tài)策略模塊根據(jù)狀 態(tài)轉換的規(guī)則轉換ECSpec 的狀態(tài)。外部調用請求會導致狀態(tài)的變遷，不同的狀態(tài)下接收 到相同的調用請求除了執(zhí)行不同的操作外還可能使ECSpec 變遷為不同的后繼狀態(tài)，因此 這里使用了狀態(tài)模式。每一時刻ECSpec 都會處于某一種狀態(tài)中，事件周期管理者接收到 接口調用請求后都會把請求代理給狀態(tài)策略模塊，由當前狀態(tài)策略決定對調用如何響應和確 定后繼狀態(tài)是什么。

　　ALE 標準中定義了事件周期觸發(fā)器，并且具體定義了一個時間觸發(fā)器。在引擎中，除了 這個時間觸發(fā)器外，所有事件周期邊界條件都被看作是一種觸發(fā)器，因此抽象出一個觸發(fā)器 接口Trigger 。事件周期中定義的各種的邊界條件， 如duation, repeatPeriod, stableSetInterval 等等都是抽象Tigger 的具體實現(xiàn)。因此抽象Trigger 可以理解為影響事 件周期開始和結束的觸發(fā)條件，而ALE 標準中所定義的ECTrigger 成為抽象Trigger 的其中 一種具體實現(xiàn)。在具體觸發(fā)器的創(chuàng)建過程中使用了抽象工廠模式，事件周期管理者在初始化 的時候調用工廠方法創(chuàng)建各種具體的觸發(fā)器。

　　4 結 論

　　使用事件驅動的方式設計和實現(xiàn)了 ALE 引擎，減低了各模塊之間的耦合度，有利于引 擎的維護和擴展。抽象了事件周期觸發(fā)器概念，令所有邊界觸發(fā)條件和觸發(fā)器能夠統(tǒng)一管理 和工作，簡化了把用戶自定義的觸發(fā)器加入引擎的過程，令觸發(fā)器系統(tǒng)有更好的擴展性。作 為RFID 中間件中重要的部分，該引擎為可重構的RFID 中間件提供了很好的支持。而采用 OSGi 技術實現(xiàn)ALE 引擎得以實現(xiàn)諸如動態(tài)更新數(shù)據(jù)處理和事件處理組件的需求，對于中小 型企業(yè)應用RFID 技術，可以動態(tài)地組合ALE 引擎的功能，不再需要一次性購買大量復雜 的RFID中間件產品，從而形成了一種快速的和可擴展的RFID 中間件解決方案，降低了RFID 應用技術的成本。

　　本文作者創(chuàng)新點：設計了基于事件驅動方式工作的ALE 引擎，并使用OSGi 技術對引擎進 行了實現(xiàn)。

　　參考文獻

　　[1] Himanshu Bhatt, Bill Glover, Mark Harrison, RFID Essentials[M], O'Reilly, January 2006

　　[2] 吳 永 祥 . 射 頻 識 別 ( RFID ) 技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展展望[J]. 微 計 算 機 信 息2006,11-2,234-236.

　　作者簡介：梁嘉(1984-)，男，廣東人，碩士研究生，上海交通大學，主要研究方向：RFID中間件技術;

　　王東(1969-)，男，山東人，博士，副教授，碩士生導師，主要研究方向：供應鏈，RFID技術。

　　基金頒發(fā)部門：國家863 計劃;項目名稱：可重構RFID 中間件技術研究與開發(fā);編號：2006AA04A114;基金申請人：王東