1 引言
RFID是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中的一種, 它利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信以達(dá)到識(shí)別的目的。RFID 技術(shù)由于其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn),吸引力與日俱增。出于對(duì)市場(chǎng)前景的預(yù)期和簡(jiǎn)化RFID 系統(tǒng)建設(shè)、維護(hù)工作的需求, 一些大的軟件公司( 如IBM, BEA, Microsoft等) 相繼推出了各自的RFID 中間件產(chǎn)品。
RFID 中間件扮演的是RFID 讀寫(xiě)器和應(yīng)用程序之間的中介角色, 從應(yīng)用程序端使用中間件提供的一組共通的ApplicationInterface (應(yīng)用接口程序, API), 即能連到RFID 解讀器, 讀取RFID 標(biāo)簽資料。如此一來(lái), 即使儲(chǔ)存RFID 標(biāo)簽情報(bào)的資料庫(kù)軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其他軟件取代, 或者RFID解讀器種類增加等情況發(fā)生, 應(yīng)用端不需要修改也能處理, 省去多對(duì)多連結(jié)復(fù)雜維護(hù)的麻煩。
出于對(duì)RFID 中間件的重視, 為企業(yè)在實(shí)施RFID 系統(tǒng)時(shí)選擇RFID 中間件產(chǎn)品提供參考, 有必要對(duì)RFID 中間件的性能進(jìn)行測(cè)試。性能測(cè)試包括中間件處理下層讀寫(xiě)器數(shù)據(jù)和支持上層應(yīng)用程序調(diào)用的能力?，F(xiàn)有的性能測(cè)試工具( 如LoadRunner, JMeter, Benchmark Factory 等) 存在著測(cè)試對(duì)象單一、測(cè)試結(jié)果不易比較等問(wèn)題, 并不能滿足測(cè)試的需要, 這就需要一套針對(duì)RFID 中間件基準(zhǔn)性能的測(cè)試方法和測(cè)試平臺(tái)。
2 參數(shù)選取及其測(cè)試方法
對(duì)于RFID 中間件的使用者而言, 關(guān)心的無(wú)外乎以下幾個(gè)方面: 支持的讀寫(xiě)器; 提供的應(yīng)用程序接口; 并發(fā)處理的讀寫(xiě)器數(shù)量、應(yīng)用程序客戶端數(shù)量; 吞吐量; 響應(yīng)時(shí)間。對(duì)于一定的應(yīng)用環(huán)境, 前兩個(gè)是能不能使用的問(wèn)題, 而后四個(gè)是使用效果的問(wèn)題, 也就是本文所論述的基準(zhǔn)性能問(wèn)題。下文分別就這四個(gè)基準(zhǔn)性能參數(shù)作了解釋, 并給出了測(cè)試方法。
并發(fā)處理的讀寫(xiě)器數(shù)量( NoR, Number of Readers) : 在一定的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)和應(yīng)用程序客戶端響應(yīng)時(shí)間限制下, RFID 中間件能夠同時(shí)處理的讀寫(xiě)器數(shù)量。這里的讀寫(xiě)器是指與RFID 中間件相連接, 且同時(shí)向RFID 中間件以一定的頻率發(fā)送標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)器。在測(cè)試過(guò)程中, 監(jiān)控系統(tǒng)資源占用( cpu 和內(nèi)存使用率) 和應(yīng)用程序客戶端響應(yīng)時(shí)間, 逐步增加發(fā)送數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)器數(shù)量, 當(dāng)系統(tǒng)資源占用和響應(yīng)時(shí)間達(dá)到限制值時(shí), 就得到了NoR。
并發(fā)處理的應(yīng)用程序客戶端數(shù)量(NoC, Number of Clients) : 在一定的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)和應(yīng)用程序客戶端平均響應(yīng)時(shí)間限制下, RFID 中間件能夠同時(shí)處理發(fā)送操作請(qǐng)求的客戶端數(shù)量。測(cè)試方法與NoR 類似, 通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)資源占用和應(yīng)用程序客戶端平均響應(yīng)時(shí)間, 逐步增加發(fā)送操作請(qǐng)求客戶端數(shù)量, 當(dāng)系統(tǒng)資源占用和平均響應(yīng)時(shí)間達(dá)到限制值時(shí), 就得到了NoC。吞吐量( Throughput) : 在一定的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)和客戶端響應(yīng)時(shí)間要求下, RFID 中間件能夠處理的讀寫(xiě)器端發(fā)送標(biāo)簽數(shù)據(jù)的頻率。類似的, 通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)資源占用和應(yīng)用程序客戶端響應(yīng)時(shí)間, 逐步增加讀寫(xiě)器發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率, 當(dāng)系統(tǒng)資源占用和平均響應(yīng)時(shí)間達(dá)到限制值時(shí), 就得到了Throughput。
響應(yīng)時(shí)間(RT, Response Time) : 應(yīng)用程序客戶端發(fā)送事件請(qǐng)求到RFID 中間件完成操作的時(shí)間間隔。測(cè)試方法相對(duì)簡(jiǎn)單,只需要通過(guò)應(yīng)用程序客戶端發(fā)送需要測(cè)試的操作請(qǐng)求, 記錄其響應(yīng)時(shí)間即可。
3 RFID 中間件基準(zhǔn)性能測(cè)試平臺(tái)
對(duì)RFID 中間件的測(cè)試涉及到兩方面的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)源: 讀寫(xiě)器端的標(biāo)簽數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序客戶端的操作請(qǐng)求。使用實(shí)際的讀寫(xiě)器和應(yīng)用程序進(jìn)行測(cè)試面臨兩方面的問(wèn)題: 1) 測(cè)試工作需要大量的讀寫(xiě)器設(shè)備, 這需要大量的資金; 2) 搭建這么多設(shè)備所組成的測(cè)試環(huán)境, 工作量將極其巨大、復(fù)雜。一個(gè)切實(shí)有效的解決辦法就是通過(guò)軟件對(duì)讀寫(xiě)器和應(yīng)用程序進(jìn)行仿真, 由虛擬讀寫(xiě)器(Virtual Reader) 和虛擬客戶端(Virtual Client) 向RFID中間件發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)。
3.1 總體框架
基于虛擬讀寫(xiě)器和虛擬客戶端的RFID 中間件基準(zhǔn)性能測(cè)試平臺(tái)分為以下四個(gè)模塊:
1) 虛擬讀寫(xiě)器: 對(duì)讀寫(xiě)器進(jìn)行仿真, 生成標(biāo)簽數(shù)據(jù), 與RFID 中間件進(jìn)行通信。
2) 虛擬客戶端: 生成對(duì)RFID 中間件的操作請(qǐng)求, 并記錄響應(yīng)時(shí)間。
3) 測(cè)試控制臺(tái): 根據(jù)測(cè)試模式控制虛擬讀寫(xiě)器和虛擬客戶端的運(yùn)行, 監(jiān)視系統(tǒng)資源占用情況, 記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。
4) 報(bào)告生成器: 由測(cè)試數(shù)據(jù)生成圖形化測(cè)試報(bào)告。
3.2 虛擬讀寫(xiě)器
虛擬讀寫(xiě)器是為了降低測(cè)試成本, 簡(jiǎn)化測(cè)試工作而開(kāi)發(fā)的, 是整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的基礎(chǔ)。虛擬讀寫(xiě)器接受RFID 中間件的輪詢, 解析RFID 中間件事件, 并生成標(biāo)簽數(shù)據(jù), 發(fā)送給RFID 中間件, 實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫(xiě)器的仿真。主要包括以下幾個(gè)功能模塊:參數(shù)設(shè)置模塊: 提供給測(cè)試控制臺(tái)進(jìn)行虛擬讀寫(xiě)器的參數(shù)設(shè)置的接口, 包括讀寫(xiě)器數(shù)量、端口、發(fā)送數(shù)據(jù)頻率、持續(xù)時(shí)間、標(biāo)簽數(shù)據(jù)格式以及啟動(dòng)、關(guān)閉虛擬讀寫(xiě)器等。該模塊接口設(shè)計(jì)如下:
public interface iReaderEmulatorControl
{
......
public void on();
//打開(kāi)虛擬讀寫(xiě)器
public void off();
//關(guān)閉虛擬讀寫(xiě)器
public boolean setReaderNumber(int readerNumber); //設(shè)置
模擬的讀寫(xiě)器數(shù)量
public boolean setReaderType(ReaderType tagType);
//設(shè)置模擬的讀寫(xiě)器類型
public boolean setTagType(TagType tagType);
//設(shè)置模擬的標(biāo)簽類型
public boolean setPortRange(int minPort, int maxPort);
//設(shè)置虛擬讀寫(xiě)器端口號(hào)區(qū)間
public boolean setTransTime(int mSec);
//設(shè)置模擬時(shí)間
.......
}
數(shù)據(jù)發(fā)生模塊: 根據(jù)測(cè)試控制臺(tái)設(shè)定的相關(guān)參數(shù), 產(chǎn)生符合標(biāo)準(zhǔn)( EPCglobal, ISO15693 等) 的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。
驅(qū)動(dòng)模塊: 解析與RFID 中間件的通信協(xié)議, 將數(shù)據(jù)發(fā)生模塊的數(shù)據(jù)封裝后傳遞給數(shù)據(jù)傳輸模塊。該模塊是實(shí)現(xiàn)虛擬讀寫(xiě)器與RFID 中間件通訊的關(guān)鍵, 以ThingMagic Mercury4 為例,使用正則表達(dá)式對(duì)RFID 中間件的事件進(jìn)行解析, 設(shè)計(jì)正則表達(dá)式部分如下:
......
Pattern firstCheck = Pattern.compile ("([A- Z]+)([a- zA- Z_]+)(.
*)"); //初始匹配
Pattern selectPatten = Pattern.compile ("SELECT .*? \\(?antenna_
id *= *([0- 9]+)( +OR +antenna_id *=
*([0- 9]+))?( +OR +antenna_id *= *([0- 9]+))?( +OR +antenna_
id *= *([0- 9]+))?\\)?.* time_?out *= *([0- 9]+).*"); //匹配
SELECT 方法
Pattern updatePatten = Pattern.compile ("UPDATE .* SET (.
*?) *= *(0x)?([0- 9A- Fa- f]+).*?
(time_?out *= *([0- 9]+))? WHERE .*antenna_id *= *([0- 9]
+).*"); //匹配update 方法
Pattern antenna_idPatten = Pattern.compile(".* antenna_id *=
*([0- 9]+).*"); //匹配天線id
Pattern idPatten = Pattern.compile (".* WHERE.* id *= *0x
([0- 9A- Fa- f]+).*"); //匹配id
Pattern blockNOPatten = Pattern.compile (".* block_number
*= *([0- 9]+).*"); //匹配標(biāo)簽塊號(hào)
Pattern blockCountPatten = Pattern.compile (".* block_count
*= *([0- 9]+).*"); //匹配標(biāo)簽塊數(shù)
......
數(shù)據(jù)傳輸模塊: 完成與RFID 中間件的通訊。
3.3 虛擬客戶端
虛擬客戶端與虛擬讀寫(xiě)器類似, 除了完成接收測(cè)試控制臺(tái)參數(shù)并向RFID 中間件發(fā)送操作請(qǐng)求的功能外, 還需要接收RFID 中間件返回?cái)?shù)據(jù)并記錄響應(yīng)時(shí)間?？梢苑殖梢韵? 個(gè)功能模塊:
參數(shù)設(shè)置模塊: 提供給測(cè)試控制臺(tái)進(jìn)行虛擬客戶端的參數(shù)設(shè)置, 包括連接的RFID 中間件IP 地址、端口、測(cè)試的Web 服務(wù)及并發(fā)請(qǐng)求數(shù)量等。
事件發(fā)生模塊: 該模塊根據(jù)EPCglobal 的ALE(Application Level Event) 標(biāo)準(zhǔn)提供對(duì)RFID 中間件的Web Service 調(diào)用接口, 由測(cè)試控制臺(tái)根據(jù)測(cè)試計(jì)劃進(jìn)行選擇。
監(jiān)控模塊: 監(jiān)控測(cè)試過(guò)程中調(diào)用RFID 中間件Web Service的響應(yīng)時(shí)間, 并將結(jié)果記錄到相應(yīng)的XML 文檔。
數(shù)據(jù)傳輸模塊: 調(diào)用RFID 中間件的Web 服務(wù), 接受RFID中間件返回的數(shù)據(jù)。
3.4 測(cè)試控制臺(tái)
測(cè)試控制臺(tái)是整個(gè)RFID 中間件基準(zhǔn)性能測(cè)試平臺(tái)的指揮中心。測(cè)試控制臺(tái)根據(jù)用戶設(shè)定的測(cè)試需求, 設(shè)定自動(dòng)測(cè)試步驟, 控制虛擬讀寫(xiě)器和虛擬客戶端的運(yùn)行, 記錄系統(tǒng)資源占用情況, 并將所有測(cè)試數(shù)據(jù)匯總, 保存為XML 文檔。測(cè)試控制臺(tái)從功能上分為以下幾個(gè)模塊:
用戶界面: 提供用戶操作界面。
監(jiān)控模塊: 監(jiān)控每一個(gè)測(cè)試步驟中系統(tǒng)資源占用情況, 包括CPU、內(nèi)存。
測(cè)試模式設(shè)置: 為了最大限度的實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化, 該模塊提供預(yù)先定義的測(cè)試模式。在測(cè)試中, 用戶只需要指定所要測(cè)試的RFID 中間件( IP 地址、端口等) 以及所要測(cè)試的參數(shù)(NoR,NoC, Throughput, RT) 。
數(shù)據(jù)傳輸模塊: 將測(cè)試每一步的參數(shù)發(fā)送給虛擬讀寫(xiě)器和虛擬客戶端。
3.5 報(bào)告生成器
測(cè)試的最終目的是將測(cè)試結(jié)果供人參考, 所以一個(gè)直觀、易讀的測(cè)試報(bào)告是必要的。報(bào)告生成器模塊根據(jù)測(cè)試控制臺(tái)生成的記錄測(cè)試數(shù)據(jù)的XML 文件數(shù)據(jù), 生成圖形化的測(cè)試報(bào)告。
4 測(cè)試流程
使用RFID 中間件基準(zhǔn)性能測(cè)試平臺(tái)對(duì)某一種RFID 中間進(jìn)行基準(zhǔn)性能測(cè)試的流程大體上可以分為5 個(gè)層次, 如圖2 所示。
2) 監(jiān)控運(yùn)行被測(cè)RFID 中間件: 配置完測(cè)試參數(shù)后運(yùn)行RFID 中間件, 并對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的信息進(jìn)行監(jiān)控。
3) 測(cè)試主體模塊: 記錄測(cè)試過(guò)程中每一步的數(shù)據(jù)。以測(cè)試NoR 為例, 每一步需要記錄的數(shù)據(jù)有測(cè)試讀寫(xiě)器數(shù)量、發(fā)送數(shù)據(jù)頻率、數(shù)據(jù)格式、CPU 占用率、內(nèi)存使用率、應(yīng)用程序客戶端調(diào)用的Web 服務(wù)、響應(yīng)時(shí)間。
4) 生成記錄測(cè)試數(shù)據(jù)的XML 文件: 將測(cè)試數(shù)據(jù)整理后以XML 形式存到指定路徑下。
5) 生成圖形化測(cè)試報(bào)告: 這是一個(gè)相對(duì)比較獨(dú)立的步驟,用戶可以根據(jù)需要選擇選擇需要生成報(bào)告的測(cè)試數(shù)據(jù)文件。
5 結(jié)束語(yǔ)
RFID 中間件是RFID 系統(tǒng)中非常重要的一部分。RFID 中間件接收并處理讀寫(xiě)器發(fā)送的數(shù)據(jù), 并為上層應(yīng)用程序客戶端提供服務(wù), 大大簡(jiǎn)化了RFID 系統(tǒng)實(shí)施的復(fù)雜性。本文針對(duì)RFID 中間件的特點(diǎn), 提出了表征RFID 中間件基準(zhǔn)性能的參數(shù)及其自動(dòng)化測(cè)試方法, 并給出了測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)。該測(cè)試平臺(tái)對(duì)于企業(yè)選擇合適的RFID 中間件、推廣RFID 技術(shù)的應(yīng)用具有一定的實(shí)際價(jià)值。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn): 針對(duì)RFID 中間件的特性, 提出了衡量其基準(zhǔn)性能的參數(shù)及其測(cè)試方法, 并針對(duì)測(cè)試需求, 給出了RFID虛擬讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。