摘  要： RFID技術(shù)在近年來(lái)得到了快速的發(fā)展。但是，RFID讀寫(xiě)器與客戶(hù)端之間的通信協(xié)議并沒(méi)有得到統(tǒng)一，它們之間的連接需要適配讀寫(xiě)器廠(chǎng)商私有的接口，不利于RFID應(yīng)用系統(tǒng)的快速構(gòu)建。因此，RFID標(biāo)準(zhǔn)化組織EPCglobal在2007年推出了底層讀寫(xiě)器協(xié)議LLRP（Low Level Reader Protocol），它為讀寫(xiě)器和其控制器提供了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，極大地提高了RFID應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建效率。借助于開(kāi)源的RFID中間件平臺(tái)Fosstrak對(duì)LLRP協(xié)議及其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析對(duì)比，會(huì)使開(kāi)發(fā)者對(duì)LLRP協(xié)議有更深入的理解，為實(shí)現(xiàn)EPCglobal系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 射頻識(shí)別；EPCglobal；底層讀寫(xiě)器協(xié)議；Fosstrak

　　0 引言

　　射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行雙向通信并交換數(shù)據(jù)，以達(dá)到識(shí)別目標(biāo)的目的。由于其具有標(biāo)簽容量大、數(shù)據(jù)保密性好、傳輸可靠性高，以及非可視識(shí)別、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長(zhǎng)期跟蹤管理等特點(diǎn)，RFID技術(shù)在2005年入選“建議企業(yè)引入的十大策略技術(shù)”，并被公認(rèn)為本世紀(jì)十大重要技術(shù)之一[1]。

　　目前，RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、防偽、產(chǎn)品跟蹤、交通、物流、資產(chǎn)管理等眾多領(lǐng)域，射頻識(shí)別技術(shù)已經(jīng)成為企業(yè)提高供應(yīng)鏈管理水平，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化管理，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的有力技術(shù)手段和工具。

　　但是，在傳統(tǒng)的RFID應(yīng)用與開(kāi)發(fā)中，RFID讀寫(xiě)器與其控制器的客戶(hù)端之間的通信協(xié)議并沒(méi)有統(tǒng)一，它們之間的連接需要適配讀寫(xiě)器廠(chǎng)商私有的接口。因此，當(dāng)RFID讀寫(xiě)器在硬件或軟件上稍有變動(dòng)，則客戶(hù)端的軟件就必須隨之一起改動(dòng)。當(dāng)用戶(hù)采用不同供應(yīng)商提供的產(chǎn)品時(shí)，其維護(hù)成本也隨之提高，這就造成了開(kāi)發(fā)工作的重復(fù)性以及系統(tǒng)之間的不兼容性和維護(hù)的復(fù)雜性，同時(shí)也影響了RFID技術(shù)的發(fā)展和普及。

　　為了解決RFID技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，全球電子產(chǎn)品編碼協(xié)會(huì)（Electronic Product Code global，EPCglobal）于2007年發(fā)布了底層讀寫(xiě)器協(xié)議（LLRP）[2]。該協(xié)議定義了RFID讀寫(xiě)器與其控制器客戶(hù)端的接口規(guī)范，使得軟件開(kāi)發(fā)者能夠更加專(zhuān)注于客戶(hù)的需求，極大地提高了RFID應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建效率。本文將通過(guò)Fosstrak平臺(tái)對(duì)LLRP進(jìn)行分析，以深入理解LLRP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、工作流程及實(shí)現(xiàn)方式等，更好地掌握LLRP的使用方法。

1 Fosstrak平臺(tái)簡(jiǎn)介

　　Fosstrak是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了EPC網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的開(kāi)源的RFID軟件平臺(tái)。它提供了軟件的核心組件，旨在為應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員和集成商提供一些支持。Fosstrak由EPCIS Repository、Tag Data Translation（TDT）Library、Filtering& Collection Middleware with ALE and LLRP Support和LLRP Commander四個(gè)模塊組成。本文中主要使用到Fosstrak的LLRP Commander模塊。

　　LLRP Commander是Fosstrak以Eclipse插件的形式對(duì)LLRP讀寫(xiě)器控制器（客戶(hù)端）的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)它可以對(duì)兼容LLRP協(xié)議的RFID讀寫(xiě)器進(jìn)行配置與管理操作。

　　LLRP Commander提供了XML、binary、graphical三種不同的編輯視圖，使開(kāi)發(fā)者可以方便地檢查和修改LLRP消息。圖1展示了LLRP Commander的XML編輯視圖。

2 LLRP標(biāo)準(zhǔn)的分析

　　LLRP應(yīng)用于RFID讀寫(xiě)器與控制器之間，它負(fù)責(zé)讀寫(xiě)器與控制器之間的連接，且可與讀寫(xiě)器與標(biāo)簽通信的空中接口協(xié)議進(jìn)行互動(dòng)[3-4]，如圖2所示。它將低層讀寫(xiě)器的射頻協(xié)議屏蔽掉，而暴露給客戶(hù)端的是統(tǒng)一的協(xié)議接口，使得客戶(hù)端可以無(wú)差別地對(duì)低層的讀寫(xiě)器進(jìn)行控制和管理。

　　LLRP協(xié)議為客戶(hù)端與讀寫(xiě)器之間提供了通信的格式和過(guò)程。這些交互過(guò)程以L(fǎng)LRP消息為基本的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行通信，主要包括客戶(hù)端-讀寫(xiě)器消息和讀寫(xiě)器-客戶(hù)端消息。

　　2.1 LLRP的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型

　　LLRP的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型包括消息（Messages）、參數(shù)（Parameters）和域（Fields）[2]。其中消息可以包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)或域，而一個(gè)參數(shù)也可以包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)（子參數(shù)）或域。

　　從客戶(hù)端到讀寫(xiě)器的消息包括：獲取和設(shè)置讀寫(xiě)器的配置信息；讀寫(xiě)器的能力發(fā)現(xiàn)（包括讀寫(xiě)器的天線(xiàn)數(shù)、通用輸入/輸出端口數(shù)等）；管理讀寫(xiě)器的清點(diǎn)和訪(fǎng)問(wèn)操作。從讀寫(xiě)器到客戶(hù)端的信息包括：讀寫(xiě)器的狀態(tài)報(bào)告、射頻監(jiān)測(cè)的信息、清點(diǎn)和訪(fǎng)問(wèn)操作的結(jié)果報(bào)告。

　　LLRP消息中定義了兩個(gè)基本的操作規(guī)格即讀寫(xiě)器操作規(guī)格（Reader Operations Specification，ROSpec）和訪(fǎng)問(wèn)規(guī)格（Access Specification）。

　　ROSpec負(fù)責(zé)處理讀寫(xiě)器的操作（Reader Operation，RO）。在一個(gè)RO中至少包含了一個(gè)規(guī)格AISpec或者RFSurveySpec。其中AISpec負(fù)責(zé)標(biāo)簽的盤(pán)點(diǎn)作業(yè)，RFSurveySpec負(fù)責(zé)獲取讀寫(xiě)器操作天線(xiàn)的射頻功率的信息。除此之外，在ROSpec中還可以根據(jù)實(shí)際情況加入其他的規(guī)格，比如ROReportSpec（它描述了一個(gè)報(bào)告的發(fā)送時(shí)機(jī)以及報(bào)告中包含的內(nèi)容等信息），或者一些自定義的規(guī)格（LLRP靈活的可擴(kuò)展性允許供應(yīng)商按照一定的規(guī)則對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，有利于產(chǎn)品的創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)）。

　　Access Specification描述了對(duì)標(biāo)簽內(nèi)存中非EPC信息的操作。

　　2.2 LLRP的工作流程

　　典型的LLRP客戶(hù)端與讀寫(xiě)器之間的交互過(guò)程如圖3所示。

　　從圖3可以看出，LLRP的工作流程主要包括以下幾個(gè)階段[5]：

　　（1）客戶(hù)端將向讀寫(xiě)器發(fā)送配置命令。這些配置可以包括讀寫(xiě)器的能力發(fā)現(xiàn)、配置和查詢(xún)讀寫(xiě)器的設(shè)置。讀寫(xiě)器能力發(fā)現(xiàn)包括讀寫(xiě)器的天線(xiàn)數(shù)、天線(xiàn)接收靈敏度、天線(xiàn)支持的空中協(xié)議、通用輸入輸出端口（GPIO）數(shù)等。在配置讀寫(xiě)器設(shè)置時(shí)，除了可以設(shè)置天線(xiàn)的模式、GPIO的狀態(tài)等，還可以設(shè)置ROReportSpec、AccessReportSpec等作為默認(rèn)的報(bào)告規(guī)格。在客戶(hù)端發(fā)送配置消息后，讀寫(xiě)器在完成了相關(guān)的設(shè)置之后會(huì)向客戶(hù)端發(fā)送相應(yīng)的響應(yīng)消息。

　?。?）讀寫(xiě)器配置階段執(zhí)行完畢后，客戶(hù)端向讀寫(xiě)器發(fā)送LLRP所定義的ROSpec和AccessSpec等操作命令集，對(duì)讀寫(xiě)器標(biāo)簽的存取操作進(jìn)行設(shè)置與更新。在該階段，如果在ROSpec規(guī)格中沒(méi)有設(shè)置相關(guān)的報(bào)告規(guī)格（如ROReportSpec），則會(huì)使用在讀寫(xiě)器配置階段所設(shè)置的默認(rèn)報(bào)告規(guī)格；如果在ROSpec中設(shè)置了相關(guān)的報(bào)告規(guī)格，則將覆蓋默認(rèn)的報(bào)告規(guī)格。

　　（3）在相關(guān)配置工作完成之后，對(duì)發(fā)生的符合條件的事件，將開(kāi)始執(zhí)行讀寫(xiě)器操作并向客戶(hù)端返回相應(yīng)的信息報(bào)告。讀寫(xiě)器操作包括標(biāo)簽的盤(pán)點(diǎn)、存取和對(duì)讀寫(xiě)器的射頻監(jiān)測(cè)等。

3 LLRP消息的實(shí)現(xiàn)

　　LLRP的兩個(gè)端點(diǎn)（客戶(hù)端與讀寫(xiě)器端）之間是通過(guò)TCP/IP進(jìn)行通信的[2]，同時(shí)LLRP消息以二進(jìn)制編碼的格式在它們之間進(jìn)行傳輸。這種方式是高效、快速的。LLRP規(guī)范中定義了LLRP消息的二進(jìn)制編碼格式，如圖4所示。如果開(kāi)發(fā)者直接以二進(jìn)制的形式實(shí)現(xiàn)LLRP消息的話(huà)，將是困難的、低效的。因此，根據(jù)以上對(duì)LLRP的分析，以及LLRP Commander中的實(shí)現(xiàn)方式，并考慮到編程語(yǔ)言的效率，一般采用“面向文檔”和“面向?qū)ο蟆眱煞N方式對(duì)LLRP消息進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

　　面向文檔的實(shí)現(xiàn)方式是基于XML的方式[6]。由于LLRP消息是嵌套的，即消息可以包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)或域，而一個(gè)參數(shù)也可以包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)或域，因此XML標(biāo)簽的可嵌套性和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)非常適合于LLRP消息的實(shí)現(xiàn)。利用官方提供的llrp.xsd文檔，開(kāi)發(fā)人員可以方便地構(gòu)造出一個(gè)面向文檔的LLRP消息。在LLRP Commander中提供了一些LLRP消息的例子，其中ADD_ROSPEC消息的XML描述見(jiàn)圖1。

　　在圖1中，根節(jié)點(diǎn)ADD_ROSPEC是LLRP中的消息，子節(jié)點(diǎn)ROSpec、ROBoundarySpec、OSpecStartTrigger、ROSpecStopTrigger、AISpec、AISpecStopTrigger、InventoryParameterSpec是LLRP中的參數(shù)，而ROSpecID、Priority、CurrentState、ROSpecStartTriggerType等其他的子節(jié)點(diǎn)則為L(zhǎng)LRP中的域。

　　面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)方式就是將特定的消息和面向?qū)ο笾卸x的對(duì)象一一對(duì)應(yīng)[7]。在以面向?qū)ο蟮姆绞綄?shí)現(xiàn)LLRP消息時(shí)，LLRP規(guī)范中每一個(gè)特定的消息都對(duì)應(yīng)一個(gè)類(lèi)，每一個(gè)特定的參數(shù)也都對(duì)應(yīng)一個(gè)類(lèi)，而域則是作為消息類(lèi)與參數(shù)類(lèi)的成員變量。如果在LLRP的定義中某個(gè)消息包含某個(gè)參數(shù)，則此參數(shù)也將作為該消息的一個(gè)成員變量。該消息類(lèi)與其所包含的參數(shù)類(lèi)之間構(gòu)成了一種組合關(guān)系。這里，同樣以ADD_ROSPEC消息的面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)方式的UML類(lèi)圖為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，如圖5所示。

　　在圖5中，ADD_ROSPEC就是一個(gè)消息類(lèi)，它對(duì)應(yīng)于LLRP中的一個(gè)消息，而該消息類(lèi)的一個(gè)成員變量ROSpec則是ROSPEC參數(shù)類(lèi)的對(duì)象，它對(duì)應(yīng)于LLRP中的一個(gè)參數(shù)。同時(shí)，在參數(shù)類(lèi)ROSPEC中也包含參數(shù)類(lèi)ROBoundarySpec等。

4 結(jié)論

　　LLRP作為讀寫(xiě)器與客戶(hù)端之間的一個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)，它不需要去適配各個(gè)讀寫(xiě)器廠(chǎng)商私有的接口，而是提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口來(lái)接入不同廠(chǎng)商的讀寫(xiě)器，極大地提高了RFID應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建效率。通過(guò)對(duì)LLRP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、工作流程的分析，以及對(duì)其實(shí)現(xiàn)方式的比較，使開(kāi)發(fā)者能夠?qū)ζ溆懈钊氲恼J(rèn)知，提高應(yīng)用效率，為實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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