无线射频识别RFID中间件技术一

无线射频识别（RFID）技术是一种快速、实时、准确的信息采集与处理技术，通过射频信号对实体对象进行唯一有效的标识，可广泛应用于生产、零售、物流、交通、医疗、国防、畜牧、采矿等各个行业。 基本的RFID系统一般由3部分组成：标签、阅读器以及应用支撑软件。中间件是应用支撑软件的一个重要组成部分，是衔接硬件设备如标签、阅读器和企业应用软件如企业资源规划（ERP）、客户关系管理（CRM）等的桥梁。中间件的主要任务是对阅读器传来的与标签相关的数据进行过滤、汇总、计算、分组，减少从阅读器传往企业应用的大量原始数据、生成加入了语意解释的事件数据。可以说，中间件是RFID系统的“神经中枢”。 对于RFID中间件的设计，有诸多问题需要考虑，如：如何实现软件的诸多质量属性、如何实现中间件与硬件设备的隔离、如何处理与设备管理功能的关系、如何实现高性能的数据处理等等。 1 RFID网络框架结构 无线射频识别网络的框架结构如图1所示。 标签数据经过中间件的分组、过滤等处理上报给应用系统；应用系统负责事件数据的持久化存储，以及标签绑定的业务信息的管理。 RFID系统共享公共服务平台提供根节点对象名称服务（ONS）、企业应用鉴权管理、标签信息发现和企业授权码管理等公共服务。其中，根节点ONS连同所有企业级RFID系统的内部ONS，组成一个ONS树，任何一个标签都可以在ONS树上找到标签所对应的标签信息库的地址，即可以进一步访问到标签对应的详细信息。 2 中间件功能及实现原理 一言蔽之，中间件的功能就是接受应用系统的请求，对指定的一个或者多个阅读器发起操作命令如标签清点、标签标识数据写入、标签用户数据区读写、标签数据加锁、标签杀死等，并接收、处理、向后台应用系统上报结果数据。 其中，标签清点是最为基本、也是应用最为广泛的功能。 2.1标签清点功能概述 标签清点的工作流程可简单描述为： 应用系统以规则的形式定义对标签数据的需求，规则由应用系统向中间件提出，由中间件维护。规则中定义了：需要哪些阅读器的清点数据，标签数据上报周期（事件周期）的开始和结束条件，标签数据如何过滤，标签数据如何分组，上报数据为原始清点数据、新增标签数据还是新减标签数据，标签数据包含哪些原始数据等。 应用系统指定某项规则，向中间件提出对标签数据的预订。 中间件根据应用系统对标签数据的预订情况，适时启动事件周期，并向阅读器下发标签清点命令。 阅读器将一定时间周期（读取周期）中清点到的数据，发送给中间件。读取周期可由中间件与阅读器制定私下协商确定。 中间件接由收阅读器上报的数据。 中间件根据规则的定义，对接收数据做过滤、分组、累加等操作，并在事件周期结束时，按照规则的要求生成数据结果报告，发送给规则的预订者。过滤过程可去除重复数据、应用系统不感兴趣的数据，大大降低了组件间的传输数据量。 此流程可参见图2。 此处，需要说明一下逻辑阅读器的概念。 中间件将事件源抽象为一个逻辑概念——逻辑阅读器，一个逻辑阅读器可以包含多个物理阅读器，甚至可更细化为包含多个物理阅读器的多个天线。 逻辑阅读器的划分可以根据实际的系统部署情况来确定，比如，某一个仓库两个出口部署了4个阅读器，可根据需要将这4个阅读器配置成为一个逻辑阅读器，不妨命名为“仓库出口”。应用系统在需要仓库出口的标签数据时，可基于这个逻辑阅读器下发清点命令，而逻辑阅读器名称作为部分应用程序接口（API）调用的参数。 2.2标签清点实现原理 如前所述，规则是整个中间件功能的关键元素。规则相当于应用系统发给中间件的订货单，定义了对货品（标签数据）的时间（事件周期）和规格（如何过滤、如何分组、报告样式等）的要求，原理描述部分参考EPCglobal相关内容[1]。 规则、报告有自身的信息模型，表征其承载的信息，同时，规则拥有其自身的状态机模型。在接受应用系统的长期预订、单次预订时，这些预订操作会激发规则的状态变迁，如从“未被请求”状态跃迁到“已被请求”状态。 规则由应用系统通过API定义。 （1） 规则信息模型 规则信息模型的描述采用了统一建模语言（UML），如图3所示。 在面向对象的语境中，规则可表征为一个类（ECSpec）。从信息模型描述中可看出，一个规则类，与其他多个类具有关联关系，或者说拥有如下属性：一个或者多个逻辑阅读器的列表（readers）、事件周期边界定义（boundaries）、一个或者多个报告的定义（reportSpecs）、是否在报告中包含规则本身的标记（includeSpecInReports）。 （2） 报告信息模型 与规则信息模型类似，报告信息模型如图4所示。 其中，事件报告组类（ECReports）拥有如下属性：规则名称（specName）、时间上报时间（date）、事件周期时长（totalMilliseconds）、事件周期结束条件（terminationCondition）、规则定义类实例（spec）、一个或者多个报告类的实例列表（reports）。 报告类（ECReport）中包含了具体的标签数据信息。 （3） 标签清点API 应用系统下发的定义规则、预订数据等请求，以调用中间件提供的API的方式完成。API调用过程可采用Java RMI、SOAP等相关具体技术实现，其中最重要的API参见表1。 其中，poll操作相当于subscribe操作收到一个事件周期的数据之后调用unsubscribe操作；immediate操作相当于define操作定义规则之后，调用poll操作，然后调用undefine操作。 （4） 规则状态机模型 规则从其定义开始，可能存在于3种状态：未被请求状态（Unrequested）、已被请求状态（Requested）、激活状态（Active）。 当规则创建之后，还没有被任何客户端（即应用系统）预订，规则处于Unrequested状态；对规则的第一个预订动作将使规则跃迁到Requested状态；当事件周期开始条件满足时，规则进入Active状态；当事件周期结束条件满足时，如果规则存在预订者，则跃迁到Requested状态，否则跃迁到Unrequested状态。 3 中间件系统架构 中间件系统作为一个软件系统（或称组件），在实现一定功能、性能要求之外，可理解性、可扩展性、可修改性（或称可重构性）、可插入性、可重用性等质量属性都将作为软件设计的要求被提出来。 近十余年来，面向对象思想几乎全面占领软件设计领域，成为最主流的分析、设计方法。而近数年来，对设计模式的研究也已日臻完善，模式几乎已成为一种“更高级编程语言”（相比于Java、C++等高级编程语言）被广泛应用。 面向对象思想、设计模式都是以实现软件的可理解、可扩展、可修改、可插入、可重用等目标为己任的，本文也将应用面向对象思想、参考模式语言，对中间件的软件架构做一个初步的探讨，下文的例子如涉及高级编程语言，均采用Java语言[2]。 3.1封装、隔离处理流程中的各个节点 将中间件的业务流程中的各个节点分作不同模块处理，可以获得封装、高内聚、低耦合等优势，参见图5。 其中，报告上传模块，负责实现不同类型的报告上传方式，如HTTP、JMS等；API接口模块，负责隔离应用系统和中间件核心业务逻辑处理模块，向应用系统提供中间件API接口；中间件核心业务逻辑处理模块，负责中间件核心业务，包括数据接收过滤、数据分组、报告生成、规则对象的状态跳转等；阅读器通信模块，负责中间件系统与阅读器的通信。