0 引 言

　　RFID（radio frequency identification）技術(shù)即無線射頻識別技術(shù)，具有通訊速率高、抗干擾能力強、保密性好、遠距離和高速移動物體識別等技術(shù)優(yōu)勢[1]。在實際應(yīng)用中，RFID標(biāo)簽附著在待識別物體上，當(dāng)標(biāo)簽進入閱讀器的讀取范圍，閱讀器能無接觸地識別和讀取標(biāo)簽中的信息，并將信息發(fā)送給上層應(yīng)用軟件，從而達到自動識別和收集相關(guān)信息的功能。RFID作為一種快速、實時、準(zhǔn)確的非接觸式信息采集與處理技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)管理與控制、物流與供應(yīng)鏈管理、交通管理和控制、醫(yī)療管理等領(lǐng)域[24]。

　　在RFID系統(tǒng)開發(fā)中，大多將RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)直接發(fā)送給應(yīng)用程序，由應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進行處理，只有少部分企業(yè)引入了RFID中間件，不過仍存在很多問題。第一，現(xiàn)有RFID設(shè)備的種類繁多，生產(chǎn)廠家不同，所使用的標(biāo)準(zhǔn)也不同。當(dāng)RFID系統(tǒng)中的硬件設(shè)備、上層應(yīng)用或數(shù)據(jù)庫發(fā)生改變時，RFID系統(tǒng)的其他部分就必須重新進行部署或開發(fā)，不利于RFID系統(tǒng)的升級和維護。第二，RFID應(yīng)用從閱讀器獲取的海量原始標(biāo)簽信息含有大量的冗余，并存在一定的錯讀和漏讀現(xiàn)象，事件信息量低，不符合上層應(yīng)用對業(yè)務(wù)的需求，如不經(jīng)過過濾，容易造成網(wǎng)絡(luò)傳輸負擔(dān)，所以在數(shù)據(jù)上傳上層客戶應(yīng)用之前要對RFID原始數(shù)據(jù)進行過濾、分析、匯聚等操作。第三，現(xiàn)有RFID中間件主要針對企業(yè)專屬構(gòu)建，有的主要負責(zé)屏蔽硬件，有的主要負責(zé)數(shù)據(jù)處理，移植能力和可擴展能力不夠。為了解決以上問題，本文通過對RFID系統(tǒng)中間件的分析研究，采用Java管理擴展框架（java management extensions，JMX）和Web service技術(shù)，設(shè)計了一種可擴展度高、適應(yīng)性強的分布式RFID中間件。

　　1 RFID中間件架構(gòu)設(shè)計

　　RFID中間件是一種消息中間件，介于前端硬件設(shè)備和后端數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用軟件之間，是應(yīng)用支撐軟件的一個重要組成部分[5]。本文提出的基于JMX框架的分布式RFID中間件，主要由硬件管理模塊、事件數(shù)據(jù)處理模塊、應(yīng)用服務(wù)模塊和管理控制模塊四部分組成，其中硬件管理模塊和事件數(shù)據(jù)處理模塊屬于中間件的邊緣代理。

　　RFID中間件系統(tǒng)，由硬件管理模塊完成原始RFID數(shù)據(jù)的采集，匹配不同協(xié)議的閱讀器驅(qū)動，將標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的格式并進行緩存。然后由事件數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)上層客戶端制定的規(guī)則進行匹配處理，形成滿足上層需求的事件信息。并由應(yīng)用服務(wù)模塊提供與上層交互的應(yīng)用程序接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和信息發(fā)布。其中，由管理控制模塊完成對RFID閱讀器和整個中間件的配置管理與監(jiān)控，實現(xiàn)硬件管理模塊、事件數(shù)據(jù)處理模塊和應(yīng)用服務(wù)模塊的協(xié)調(diào)控制。中間件在RFID系統(tǒng)中的位置和結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　中間件在RFID系統(tǒng)中的位置和結(jié)構(gòu)圖JMX可以跨越操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議和系統(tǒng)體系架構(gòu)，靈活地為系統(tǒng)、設(shè)備和應(yīng)用程序提供管理功能[6]。RFID中間件系統(tǒng)中的各功能模塊在JMX框架下都體現(xiàn)為MBean，根據(jù)需求由server在agent中進行注冊管理。JMX agent利用各種適配器（adapter）和連接器（connector）對MBean進行管理，JMX agent可以帶有任意多個適配器和連接器，并且容易進行部署和撤銷，因此可以使用多種不同的方式訪問agent，有效地提高中間件的可擴展能力。

　　在RFID中間件系統(tǒng)中，硬件管理模塊與閱讀器之間根據(jù)閱讀器協(xié)議進行通信，硬件管理模塊和事件數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)部和相互間的數(shù)據(jù)傳輸采用JMX的notification機制實現(xiàn)，應(yīng)用服務(wù)模塊、管理控制模塊和邊緣代理之間使用JMX的連接器進行連接，應(yīng)用服務(wù)模塊與上層客戶端則通過Web service接口使用Http和JMS等傳遞XML數(shù)據(jù)?；贘MX的RFID中間件系統(tǒng)組成如圖2所示。

　　2 系統(tǒng)各模塊設(shè)計

　　2.1 硬件管理模塊

　　本文設(shè)計的硬件管理模塊主要包括閱讀器代理和數(shù)據(jù)緩沖隊列，以保證原始數(shù)據(jù)的正確采集和緩存。

　　RFID硬件設(shè)備的種類繁多，使用的通信協(xié)議也各有不同（包括TCP/IP、串口、USB等），閱讀器代理起到底層協(xié)議適配作用，可根據(jù)不同的RFID閱讀器接口協(xié)議，完成閱讀器設(shè)備的驅(qū)動，建立網(wǎng)絡(luò)連接，并將閱讀器傳來的標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的編碼形式。中間件通過閱讀器代理完成其與閱讀器之間的數(shù)據(jù)交換，并實現(xiàn)對RFID閱讀器的狀態(tài)監(jiān)控和管理，有效地屏蔽了RFID底層設(shè)備之間的差異，實現(xiàn)應(yīng)用層與設(shè)備層的透明傳輸。在JMX架構(gòu)下，可方便地對閱讀器代理MBean進行添加和刪除，如有需要也可以添加傳感器代理以適應(yīng)客戶需求。

　　閱讀器代理接收的原始標(biāo)簽數(shù)據(jù)量十分巨大，事件數(shù)據(jù)處理模塊的過濾器處理相對復(fù)雜，所以事件數(shù)據(jù)處理模塊可能無法及時處理閱讀器傳來的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)的實時處理需求，防止數(shù)據(jù)的溢出，為閱讀器代理分配一個緩沖隊列，將數(shù)據(jù)存入緩沖隊列進行緩存。

　　2.2 事件數(shù)據(jù)處理模塊

　　事件數(shù)據(jù)處理模塊介于硬件管理模塊和應(yīng)用服務(wù)模塊之間，是中間件的核心模塊。它主要是根據(jù)客戶定制的規(guī)則，對原始數(shù)據(jù)進行處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為上層客戶端感興趣的事件信息。事件數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)校驗單元、過濾器、規(guī)則接口和消息管理模塊。事件數(shù)據(jù)處理模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。 　　數(shù)據(jù)校驗單元負責(zé)對緩沖隊列中的原始標(biāo)簽數(shù)據(jù)進行有效性驗證，丟棄有錯誤的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的初步過濾。規(guī)則接口則實現(xiàn)規(guī)則的新建、啟動、暫停、刪除與查看已有規(guī)則等操作，完成對事件規(guī)則的管理。消息管理模塊主要負責(zé)事件生成的管理，將有關(guān)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫并將生成的事件上傳給應(yīng)用服務(wù)模塊。

圖3 事件數(shù)據(jù)處理模塊結(jié)構(gòu)圖

　　事件數(shù)據(jù)處理模塊最主要的部分是過濾器。根據(jù)業(yè)務(wù)的需求，我們可以靈活地設(shè)置過濾器，通過不同過濾器的組合，滿足上層應(yīng)用的需求。本文設(shè)計的過濾器主要有以下4種：

　　1）冗余過濾器。標(biāo)簽數(shù)據(jù)冗余可分為時間重復(fù)和空間重復(fù)。時間重復(fù)即當(dāng)RFID標(biāo)簽在閱讀器讀取范圍內(nèi)停留較長時間，閱讀器便會反復(fù)讀取并上報該標(biāo)簽數(shù)據(jù)。空間重復(fù)即標(biāo)簽出現(xiàn)在多個閱讀器的重疊讀取區(qū)域，多個閱讀器同時上報該標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

　　冗余過濾器首先將地理位置相鄰的多個閱讀器模擬為一個邏輯閱讀器，并將邏輯閱讀器范圍內(nèi)的所有閱讀器數(shù)據(jù)映射到該邏輯閱讀器。然后定義過濾器時間間隔T，當(dāng)檢測到有該邏輯閱讀器的標(biāo)簽數(shù)據(jù)到來，查詢標(biāo)簽記錄是否已存在該標(biāo)簽。如存在且在時間間隔T之內(nèi)，則認(rèn)為是重復(fù)數(shù)據(jù)并進行過濾；如果存在且已超過時間間隔T，則認(rèn)為是新標(biāo)簽并進行輸出；如不存在該標(biāo)簽，則記錄該標(biāo)簽并輸出。

　　2）平滑過濾器。平滑過濾器主要是過濾那些誤讀的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。通過定義時間閥值T和計數(shù)閥值N，只有在時間T內(nèi)被讀到N次的標(biāo)簽才算有效標(biāo)簽。平滑過濾可分為區(qū)分閱讀器和不區(qū)分閱讀器，區(qū)分閱讀器需要每個閱讀器達到規(guī)定要求，不區(qū)分閱讀器只需要多個閱讀器讀到的次數(shù)并滿足要求即可。

　　3）模式過濾器?？蛇x過濾模式包括閱讀器ID、閱讀器類型、標(biāo)簽ID、生產(chǎn)廠家等，客戶選擇過濾模式，規(guī)定需要選擇的標(biāo)簽或閱讀器，每當(dāng)讀取到標(biāo)簽數(shù)據(jù)，將該標(biāo)簽與過濾模式相匹配，選擇出符合客戶需求的標(biāo)簽信息。

　　4）事件過濾器。將標(biāo)簽事件分為新出現(xiàn) （new event）、離開 （left event）、當(dāng)前存在（current event）和告警（alarm event）4種。new event表示這次出現(xiàn)而上次未出現(xiàn)的標(biāo)簽，left event表示上次出現(xiàn)而在一定時間內(nèi)沒有再次出現(xiàn)的標(biāo)簽，current event包括新出現(xiàn)的標(biāo)簽和上次出現(xiàn)且這次也出現(xiàn)的標(biāo)簽，alarm event即該區(qū)域不該出現(xiàn)的標(biāo)簽。

　　2.3 應(yīng)用服務(wù)模塊

　　本文設(shè)計的RFID中間件中，上層應(yīng)用可通過Web service接口完成與中間件的信息交互，也可以通過查詢服務(wù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫歷史數(shù)據(jù)的查詢。

　　為了實現(xiàn)上層應(yīng)用對中間件跨平臺、跨語言的訪問和控制，應(yīng)用服務(wù)模塊向外提供Web service接口。Web service是一個應(yīng)用組件，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式（Http，XML，Soap）為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)和服務(wù)。應(yīng)用程序發(fā)送請求到Web service接口，RFID中間件解析該請求，并根據(jù)ECSpec中定義的數(shù)據(jù)采集、過濾和匯聚規(guī)則，進行閱讀器數(shù)據(jù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)生成報告（report）發(fā)送回應(yīng)用程序。不同協(xié)議、系統(tǒng)、語言和平臺的應(yīng)用程序只要實現(xiàn)該Web service接口的調(diào)用，就可以通過RFID中間件對RFID設(shè)備進行訪問和控制。

　　查詢服務(wù)則是提供接口給某些應(yīng)用程序直接查詢標(biāo)簽歷史數(shù)據(jù)。

　　2.4 管理控制模塊

　　管理控制模塊體現(xiàn)為系統(tǒng)管理界面，包括RFID閱讀器和中間件的配置管理與監(jiān)控。通過系統(tǒng)管理界面可對閱讀器ID、名稱、型號、生產(chǎn)廠商等進行配置，對硬件管理模塊中閱讀器代理、事件數(shù)據(jù)處理模塊中過濾器等處理模塊進行實時監(jiān)控，并對各模塊的連接關(guān)系進行配置和管理。當(dāng)閱讀器或者中間件某個模塊出現(xiàn)異常時，中間件管理控制模塊要及時產(chǎn)生報警，并完成相應(yīng)的處理操作，減少錯誤數(shù)據(jù)。

　　3 結(jié)束語

　　根據(jù)RFID系統(tǒng)特點和RFID中間件功能需求，本文提出基于JMX的分布式RFID中間件架構(gòu)，并從RFID中間件系統(tǒng)整體架構(gòu)、各功能模塊的軟件設(shè)計和實現(xiàn)等方面介紹了其構(gòu)建方法。該分布式RFID中間件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用的分離，通過閱讀器代理方式，有效地屏蔽底層RFID硬件設(shè)備信息，并向外提供Web service接口，封裝RFID中間件向外邏輯，實現(xiàn)屏蔽上層應(yīng)用的功能。動態(tài)靈活的JMX架構(gòu)，模塊化的設(shè)計，閱讀器代理、過濾器等功能模塊可根據(jù)需求進行添加和裁剪，使RFID中間件擁有高度的伸縮性，方便系統(tǒng)集成和擴充。參考文獻：

　　[1] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部等十五部委.中國射頻識別（RFID）技術(shù)政策白皮書[R].北京：科技部，2006：15.

　　[2] 張玉波.RFID中間件技術(shù)縱覽[J].中國自動識別技術(shù)，2008（1）：7478.