??? 摘 要： 介紹了目前相對(duì)成熟的RFID中間件解決方案，包括基于Savant的RFID中間件、IBM RFID中間件和BEA WEBLOGIC RFID中間件，指出了它們的特點(diǎn)和不足。提出了一種基于面向服務(wù)架構(gòu)（SOA)的RFID中間件架構(gòu)，詳細(xì)介紹了基礎(chǔ)架構(gòu)" title="基礎(chǔ)架構(gòu)">基礎(chǔ)架構(gòu)層的Edge Server、消息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口" title="數(shù)據(jù)接口">數(shù)據(jù)接口的具體實(shí)現(xiàn)。并針對(duì)下一步研究工作做了簡(jiǎn)單說(shuō)明。
??? 關(guān)鍵詞： RFID中間件? SOA? Edge Server? 消息系統(tǒng)? 數(shù)據(jù)接口
???
??? 射頻識(shí)別RFID（Radio-Frequency Identification）[1]技術(shù)，從總體上而言，其技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的跨學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域，它將大量來(lái)自不同專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)綜合到一起：如高頻技術(shù)、電磁兼容性、半導(dǎo)體技術(shù)、數(shù)據(jù)保護(hù)和密碼學(xué)、電信、制造技術(shù)等。目前RFID技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。
??? 基本的RFID系統(tǒng)通常由三部分組成：RFID 標(biāo)簽(tag)、RFID閱讀器(reader)及應(yīng)用支撐軟件。其中介于閱讀器與企業(yè)應(yīng)用之間的RFID中間件(Middleware)是系統(tǒng)支撐軟件中的一個(gè)重要組成部分。
??? RFID中間件是一種面向消息的中間件MOM(Message-Oriented Middleware)，信息(Information)以消息(Message)的形式從一個(gè)程序傳送到另一個(gè)或多個(gè)程序，并且信息以異步（Asynchronous）的方式傳送，傳送者不必等待回應(yīng)。RFID中間件作為RFID系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，其主要任務(wù)是對(duì)閱讀器送來(lái)的與標(biāo)簽相關(guān)的事件、數(shù)據(jù),進(jìn)行過(guò)濾、匯集和計(jì)算，減少?gòu)拈喿x器送往企業(yè)應(yīng)用的巨量原始數(shù)據(jù)、增加抽象出的有意義的信息量。
1 RFID中間件研究現(xiàn)狀
??? 參考文獻(xiàn)[2]針對(duì)應(yīng)用電子產(chǎn)品編碼的議題，確定了EPC NetWork 技術(shù)構(gòu)架，包括數(shù)據(jù)庫(kù)操作軟件（Savant）、實(shí)體標(biāo)記語(yǔ)言(PML)、物名服務(wù)（ONS）。其中，Savant軟件技術(shù)，相當(dāng)于該新式網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)系統(tǒng)，是連接標(biāo)簽識(shí)讀器和企業(yè)應(yīng)用程序" title="應(yīng)用程序">應(yīng)用程序的紐帶，在將數(shù)據(jù)送往企業(yè)應(yīng)用程序之前，它要對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、匯總和計(jì)數(shù)、壓縮數(shù)據(jù)容量。但參考文獻(xiàn)[2]構(gòu)架缺乏對(duì)RFID中間件的支持：功能描述不清，沒(méi)有統(tǒng)一的事件過(guò)濾(filter)規(guī)范，不支持高層事件的定義。
??? 參考文獻(xiàn)[3]描述了Sun公司的RFID 中間件，其架構(gòu)遵循參考文獻(xiàn)[2]所提出的EPC網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)架，是完全端到端的解決方案。該方案將RFID架構(gòu)分為表示層、業(yè)務(wù)流程層、服務(wù)層和集成層，每一層都有一組明確的功能，而且定義了明確的接口與其他層次進(jìn)行交互。該架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是以業(yè)界領(lǐng)先的BEA WebLogic Platform為基礎(chǔ)，能夠經(jīng)濟(jì)有效地滿足RFID支柱技術(shù)的一系列核心要求，同時(shí)具有適應(yīng)不斷變化的業(yè)務(wù)需要的技術(shù)靈活性；其缺點(diǎn)是該中間件的功能單?。杭催^(guò)濾規(guī)則簡(jiǎn)單， 缺少?gòu)?fù)雜事件的定義和處理能力。
??? IBM RFID解決方案提出了一種輕型RFID 中間件架構(gòu)，其中心思想是通過(guò)一條信息總線(RFID Bus)來(lái)代替復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)。這種RFID中間件架構(gòu)主要包括：邊緣控制器(Edge controller）、前提服務(wù)器(Premises Server)兩部分。Edge controller 與Premises Server 之間采用發(fā)布主題/訂閱主題的方式通信。這種解決方案的缺點(diǎn)是:RFID 中間件的設(shè)計(jì)大多是基于自己目前所研發(fā)的核心產(chǎn)品或技術(shù)的應(yīng)用，有太大的依賴性和較小的擴(kuò)展性。
??? 雖然目前國(guó)外已經(jīng)有不少的大學(xué)和研究團(tuán)體在做RFID中間件方面的設(shè)計(jì)和研究，但是，RFID 中間件的研究仍很不成熟。如上所述基于Savant的RFID中間件，Sun公司和IBM公司的RFID中間件解決方案都還存在著或多或少的不足和限制。在國(guó)內(nèi)有關(guān)RFID中間件的研究也只能說(shuō)是剛剛起步,例如，臺(tái)灣資策會(huì)研究所提出的基于SOA的RFID中間件架構(gòu)只是給出了系統(tǒng)架構(gòu)，基礎(chǔ)架構(gòu)的分層也還比較粗糙。
2 基于SOA的RFID中間件架構(gòu)
??? 臺(tái)灣資策會(huì)研究所構(gòu)建的基于SOA的RFID中間件架構(gòu)，其基礎(chǔ)架構(gòu)層分為Edge Server和數(shù)據(jù)操作軟件兩層。筆者將其基礎(chǔ)架構(gòu)層細(xì)分為Edge Server、消息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口三層,并通過(guò)Web Services技術(shù)包裝了每一層相應(yīng)的功能，且進(jìn)行了具體實(shí)現(xiàn)。本文重點(diǎn)介紹該RFID中間件架構(gòu)中的基礎(chǔ)架構(gòu)層的三個(gè)功能層。這三個(gè)層次有著明確的功能劃分和層間的交互接口?；赟OA的RFID中間件架構(gòu)如圖1所示。
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2.1 Edge Server
??? Edge Server位于架構(gòu)的最底層，直接與讀寫器" title="讀寫器">讀寫器交互。其主要功能包括：(1)對(duì)射頻卡上數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。(2)對(duì)于來(lái)自不同類型的Reader的數(shù)據(jù)進(jìn)行適配處理，得到統(tǒng)一的、格式化的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。(3)將校驗(yàn)無(wú)誤的數(shù)據(jù)按照用戶定義的協(xié)議進(jìn)行封包，并將消息包發(fā)送到消息系統(tǒng)。
2.2 消息系統(tǒng)[4-5]
??? 消息系統(tǒng)是RFID基礎(chǔ)架構(gòu)的核心層。在RFID系統(tǒng)中，一方面是各種應(yīng)用程序以不同的方式頻繁地從RFID系統(tǒng)中取得數(shù)據(jù)；另一方面卻是有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬，其中的矛盾使得設(shè)計(jì)一套消息傳遞系統(tǒng)成為自然而然的事情。Edge Server產(chǎn)生事件，并將事件傳遞到消息系統(tǒng)中，由消息系統(tǒng)決定如何將事件數(shù)據(jù)傳遞到相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)。在這種模式下，讀寫器不必關(guān)心哪個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)需要什么數(shù)據(jù)；同時(shí)，應(yīng)用程序也不需要維護(hù)與各個(gè)讀寫器之間的網(wǎng)絡(luò)通道，僅需要將需求發(fā)送到消息系統(tǒng)中即可。由此，設(shè)計(jì)出的消息系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能:(1) 數(shù)據(jù)緩存功能。(2)基于內(nèi)容的路由功能。(3)數(shù)據(jù)分類" title="數(shù)據(jù)分類">數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)功能。
??? 來(lái)自消息系統(tǒng)的消息以臨時(shí)xml文件的形式和磁盤文件方式保存，供數(shù)據(jù)接口使用。這樣，一方面可通過(guò)操作臨時(shí)xml文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫(kù)前數(shù)據(jù)過(guò)濾功能；另一方面又實(shí)現(xiàn)了RFID數(shù)據(jù)的批量入庫(kù)，而不是對(duì)于每條來(lái)自Edge Server的RFID數(shù)據(jù)都進(jìn)行一次數(shù)據(jù)庫(kù)的連接和斷開操作，減小了因數(shù)據(jù)庫(kù)連接和斷開而浪費(fèi)的寶貴資源。
2.3 數(shù)據(jù)接口
??? 來(lái)自消息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)最終是分好類的xml磁盤文件。同一類型的數(shù)據(jù)以xml文件的形式保存，并提供給相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序使用。而數(shù)據(jù)接口主要是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、入庫(kù)操作，并提供訪問(wèn)相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)接口。具體操作如下：
??? (1)將存放在磁盤上的xml文件進(jìn)行批量入庫(kù)操作，也就是說(shuō)，當(dāng)xml數(shù)據(jù)量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)入庫(kù)功能模塊，將xml數(shù)據(jù)移植到各種流行數(shù)據(jù)庫(kù)中，如Sql Server、Oracle等。
??? (2)在數(shù)據(jù)移植前將重復(fù)的數(shù)據(jù)過(guò)濾掉。
??? (3)為企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)外部訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)提供Web Services接口。
3 RFID中間件基礎(chǔ)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)
3.１數(shù)據(jù)協(xié)議定義
3.1.1 標(biāo)簽數(shù)據(jù)格式
??? 將電子標(biāo)簽嵌入物體合適的位置上，標(biāo)簽數(shù)據(jù)就是電子標(biāo)簽微芯片中惟一存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。標(biāo)簽數(shù)據(jù)惟一標(biāo)識(shí)物體，這個(gè)代碼是本系統(tǒng)的核心部分，貫穿整個(gè)系統(tǒng)。這里，標(biāo)簽數(shù)據(jù)格式借鑒了參考文獻(xiàn)[6]中EPC-64的思想，自定義了一種新的數(shù)據(jù)格式以滿足系統(tǒng)的需求。唯一標(biāo)識(shí)編碼格式如圖2所示。
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??? 圖中：
??? 卡號(hào)：廠商代碼，已經(jīng)固化，不可更改。本系統(tǒng)采用的格式是8位十六進(jìn)制，具體數(shù)據(jù)位數(shù)可能會(huì)因卡片存儲(chǔ)格式的不 同而不同。
??? 數(shù)據(jù)分類：該編碼可以判斷出Reader讀取到的數(shù)據(jù)屬于哪類數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)分類提供依據(jù)。格式是2位十六進(jìn)制，可以區(qū)分256類數(shù)據(jù)。
??? 單個(gè)物體編號(hào)：用于標(biāo)識(shí)一個(gè)物體，范圍是0～224。
?? 以上三個(gè)部分就組成了可以惟一標(biāo)識(shí)物體的ID號(hào)，最多可以標(biāo)識(shí)4×224個(gè)物體。這個(gè)數(shù)值足夠滿足企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)生的RFID數(shù)據(jù)條目的個(gè)數(shù)。因此，這種編碼格式可以滿足系統(tǒng)的需要。
3.1.2 消息系統(tǒng)中的消息格式
??? 消息系統(tǒng)要處理的數(shù)據(jù)必須遵循一定的數(shù)據(jù)格式，即消息格式。本文設(shè)計(jì)的消息格式采用了復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型Class，其中記錄了消息的路由信息、標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)、其他現(xiàn)場(chǎng)信息如Reader編號(hào)、讀取時(shí)間、溫度等，其示例圖如圖3所示。圖中，IP、EPCCode、CarId、ReaderId、Timestamp和Operator分別表示消息目的IP、標(biāo)簽數(shù)據(jù)、卡號(hào)、讀寫器編號(hào)、讀取時(shí)間和操作員，其中消息目的IP、讀寫器編號(hào)和操作員等信息是可以依據(jù)需求提前寫定的，而標(biāo)簽數(shù)據(jù)、卡號(hào)和讀取時(shí)間等實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)信息，可以通過(guò)構(gòu)造函數(shù)賦值。
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??? 消息封裝、發(fā)送過(guò)程簡(jiǎn)單描述如下：取出所得到標(biāo)簽數(shù)據(jù)的“數(shù)據(jù)分類”部分，依據(jù)“數(shù)據(jù)分類”內(nèi)容判斷該標(biāo)簽數(shù)據(jù)屬于哪種類型，然后按照這種消息類型將標(biāo)簽數(shù)據(jù)封裝成相應(yīng)的消息包，發(fā)送到消息系統(tǒng)。
3.2 Edge Server的實(shí)現(xiàn)
??? 依據(jù)Edge Server實(shí)現(xiàn)的功能，本文分別針對(duì)射頻卡讀寫器模塊、讀寫器接口、數(shù)據(jù)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)打包四個(gè)方面進(jìn)行研究和開發(fā)。讀寫器模塊是根據(jù)硬件供應(yīng)商提供的dll文件，進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)的；讀寫器接口主要解決了將來(lái)自協(xié)議格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需要的EPC碼的問(wèn)題；數(shù)據(jù)校驗(yàn)針對(duì)傳輸信號(hào)的畸變問(wèn)題，采用了CRC校驗(yàn)；數(shù)據(jù)打包采用了MSMQ技術(shù)，實(shí)現(xiàn)則是先依據(jù)獲取的卡片編碼中“數(shù)據(jù)分類”內(nèi)容，判斷出該標(biāo)簽數(shù)據(jù)屬于哪種類型，然后按照這種數(shù)據(jù)類型將標(biāo)簽數(shù)據(jù)封裝成相應(yīng)的消息包。Edge Server流程如圖4所示。
??????????????????????????? 
??? 以CRC校驗(yàn)為例，所產(chǎn)生的校驗(yàn)碼的代碼段如下：
? public void Crc(byte[] buf,int off ,int len)
????? { if (buf == null)
????????? { throw new ArgumentNullException('buf'); }
??? ??????? if(off<0||len<0||off+len>buf.Length)
??????????? {throw new ArgumentOutOfRangeException(); }
??????????? for (int i = off; i < len ; i ++)
??????????? { Crc(buf[i]); }
??? }?
3.3 消息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
??? 消息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)隨著應(yīng)用的不同而變化，但大體上分為兩種：集中模式和分布式模式，本文采用的是集中式模式。這是由于在本文的消息系統(tǒng)中，消息的傳遞是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳遞，而不需要多播機(jī)制。
在消息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，主要采用了MSMQ和xml相關(guān)技術(shù)，完成消息緩存、分類整合、路由轉(zhuǎn)發(fā)、臨時(shí)存放等操作，其實(shí)現(xiàn)示意圖如圖5所示。
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??? 經(jīng)過(guò)上述處理后的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)接口中被過(guò)濾并送往相應(yīng)的應(yīng)用程序。以消息路由轉(zhuǎn)發(fā)為例，其核心代碼描述如下：
??? PubClass cls = new PubClass(參數(shù)1,參數(shù)2,…);
???????????????????????????????????? ??//實(shí)例化消息
??? cls.Ip=IP;???????????????????????? //取消息cls的路由地址
????MessageQueue queue = new MessageQueue(@'FormatName:DIRECT=TCP:' + cls.Ip + '\Private＄\'+QueueName);
??????????????????????????????????? ??//實(shí)例化目標(biāo)地址的消息隊(duì)列
?? ?System.Messaging.Message message = new System.Messaging.Message(cls);
??? message.Priority = MessagePriority.High;??? //設(shè)置優(yōu)先級(jí)別
??? queue.Send(message);???????????????????? ?? //發(fā)送消息
3.4 數(shù)據(jù)接口的實(shí)現(xiàn)
??? 數(shù)據(jù)接口包括數(shù)據(jù)庫(kù)移植模塊和數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口模塊兩部分。數(shù)據(jù)庫(kù)移植模塊實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、入庫(kù)操作，數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口模塊則是提供訪問(wèn)相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)接口。其中，數(shù)據(jù)過(guò)濾過(guò)程是在處理臨時(shí)存放的xml文件的過(guò)程中完成的。方法是：將同一個(gè)卡號(hào)的多條記錄按照讀入的時(shí)間戳進(jìn)行比較，若相鄰記錄的時(shí)間戳差值小于用戶定義的閥值（例如2ms），則認(rèn)為重復(fù)讀取發(fā)生，剔出后一條記錄。依次類推，剔出掉所有冗余數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)入庫(kù)采用了OleDB數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，并結(jié)合.NET提供的訪問(wèn)xml的API實(shí)現(xiàn)了xml文件到Sql Server 2000、Oracle、Access和Excel等的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口則是通過(guò)ADO.NET數(shù)據(jù)訪問(wèn)模型，利用Web Services技術(shù)將對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)以服務(wù)的形式發(fā)布，供企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用程序和企業(yè)合作伙伴調(diào)用。以數(shù)據(jù)過(guò)濾為例，其核心代碼如下：
??? for(int i=1;i
????????? span=EndTime.Subtract(StartTime);
???? ???? spantime=span.Seconds;????????? //獲得相鄰記錄的時(shí)間戳之差
????????????? ?if(spantime<=0.002)
??????????????????? ??????????????????????????? //標(biāo)記第二條記錄為冗余數(shù)據(jù)
?????????????? else {subtime[i]=0;}
????????? }
????????? for(int j=1;j
????????? {?ds.Tables[0].Rows[j].Delete();
?????????????? j=j-1;
??????? rowcount=rowcount-1;}
??? }
??? 參考文獻(xiàn)[7]中指出：Web Services技術(shù)在RFID系統(tǒng)中的主要應(yīng)用是在系統(tǒng)的支撐軟件上,尤其是介于讀寫器與企業(yè)應(yīng)用之間的中間件。本文通過(guò)Web Services技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)RFID中間件更高層次包裝，保證了RFID基礎(chǔ)架構(gòu)中三個(gè)功能層之間的相互獨(dú)立和協(xié)同工作。獨(dú)立性是指：Edge Server層只需要將來(lái)自卡片的數(shù)據(jù)初步處理后發(fā)送到消息系統(tǒng)，而不必考慮消息是如何被進(jìn)一步處理的；消息系統(tǒng)負(fù)責(zé)消息的緩存、路由、生成臨時(shí)xml文件等，其工作過(guò)程也是獨(dú)立與數(shù)據(jù)接口的。層與層之間協(xié)同工作是指：在消息系統(tǒng)層中，一旦臨時(shí)存儲(chǔ)的xml文件記錄數(shù)達(dá)到一定值，可以主動(dòng)啟用數(shù)據(jù)接口層中的數(shù)據(jù)移植模塊。
??? 本文簡(jiǎn)單介紹了RFID中間件，并針對(duì)RFID中間件研究現(xiàn)狀，列舉了幾個(gè)典型的解決方案，指出了這些解決方案的局限和不足。結(jié)合臺(tái)灣資策會(huì)研究所構(gòu)建的基于SOA的RFID中間件架構(gòu)，提出了本文的中間件架構(gòu)，并詳細(xì)說(shuō)明了RFID中間件基礎(chǔ)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。
??? 由于筆者構(gòu)建的RFID中間件采用的核心技術(shù)之一是Web Services,這勢(shì)必會(huì)帶來(lái)中間件軟件性能和數(shù)據(jù)傳輸安全性方面的問(wèn)題。另外，MSMQ在處理實(shí)時(shí)事務(wù)時(shí)存在局限性，這些都是下一步需要研究的工作。
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