圖1：屯蘭礦現(xiàn)有井下人員定位系統(tǒng)

   RFID特點及應(yīng)用缺陷
　　RFID與其他識別技術(shù)相比，具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點。其系統(tǒng)組成如下：（1）標(biāo)簽（Tag，即射頻標(biāo)簽）：由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線問進(jìn)行通信。（2）閱讀器讀?。ㄔ谧x寫卡中還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備。（3）天線（內(nèi)置）：在標(biāo)簽和讀寫器間傳遞射頻信號。有些系統(tǒng)還通過閱讀器的RS232或RS485接口與外部計算機(jī)（上位機(jī)主系統(tǒng)）連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
　　RFID系統(tǒng)工作原理如圖2所示，基本流程為：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（PassiveTag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽）或者主動發(fā)送某一頻率的信號（ActiveTag有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽）；解讀器讀取信息并解碼后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。
　　雖然具有眾多優(yōu)點，但是這種技術(shù)的讀卡器價格昂貴，如果要實現(xiàn)人員位置的密集跟蹤，系統(tǒng)造價將難以承受。而人員監(jiān)測與管理系統(tǒng)作為一個綜合性系統(tǒng)，與安全監(jiān)控系統(tǒng)具有同等重要性若只實現(xiàn)小范圍的人員檢測，難以體現(xiàn)其價值，更難以發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
　　隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，RFID中間件技術(shù)也逐步走向成熟并在多個領(lǐng)域有了初步應(yīng)用。
　　RFID中間件及其分類
　　為解決分布異構(gòu)問題，人們提出了中間件（MiddIeware）的概念。中間件是位于平臺（硬件和操作系統(tǒng)）和用之間的通用服務(wù)，如圖3所示，這些服務(wù)具有標(biāo)準(zhǔn)的程序接口和協(xié)議。針對不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺，它們可以有符合接口和協(xié)議規(guī)范的多種實現(xiàn)。
　　由于標(biāo)準(zhǔn)接口對于可移植性，標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對于互操作性均具有非常重要的意義，所以中間件已成為許多標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要部分。
　　對于應(yīng)用軟件開發(fā)，中間件遠(yuǎn)比操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)更為重要。中間件提供的程序接口定義了一個相對穩(wěn)定的高層應(yīng)用環(huán)境，不管底層的計算機(jī)硬件和系統(tǒng)軟件怎樣更新?lián)Q代。只要將中間件升級更新，并保持中間件對外的接口定義不變，應(yīng)用軟件幾乎不需任何修改，從而保護(hù)了企業(yè)在應(yīng)用軟件開發(fā)和維護(hù)中的重大投資。

　                                                   　圖2  RFID工作原理
                                  

　　                                                              圖3 中間件

       從應(yīng)用的角度講，中間件應(yīng)該具備兩個關(guān)鍵特征：首先要為上層的應(yīng)用層服務(wù)，這是一個基本條件：此外，又必須連接到操作系統(tǒng)的層面，并保持運(yùn)行工作狀態(tài)。具備了這樣兩個特征才能稱為中間件?，F(xiàn)在很多人把開發(fā)工具也稱為中間件，這樣的說法并不合適，因為開發(fā)工具開發(fā)出來的軟件，并不依賴開發(fā)工具與底層操作系統(tǒng)連接。
　　RFID中間件扮演著RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，應(yīng)用程序端使用中間件所提供的一組通用的應(yīng)用程序接口（AP1），就能連到RFID讀寫器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。
　　RFID中間件可以所起作用不同，分為消息中間件、交易中間件、對象中間件、應(yīng)用服務(wù)器、安全中間件等如表1所示，給出了按作用進(jìn)行中間件分類的情況。
　　RFID中間件的特征
　　一般來說，RFID中間件具有下列特點：

                                             　　表1中間件的產(chǎn)品分類情況
　?。?）獨(dú)立于架構(gòu)（InSuIationInfrastructure），RFID中間件獨(dú)立并介于RFID讀寫器與后端應(yīng)用程序之間，并且能夠與多個RFID讀寫器以及多個后端應(yīng)用程序連接，以減輕架構(gòu)與維護(hù)的復(fù)雜性。
　?。?）數(shù)據(jù)流（DataFlow），RFID的主要目的在于將實體對象轉(zhuǎn)換為信息環(huán)境下的虛擬對象，因此數(shù)據(jù)處理是RFID最重要的功能。RFID中間件具有數(shù)據(jù)的搜集、過濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的對象信息傳到企業(yè)后端的應(yīng)用系統(tǒng)。
　?。?）處理流（ProcessFlow）。RFtD中間件采用程序邏輯及存儲再轉(zhuǎn)送（Store—and—Forward）的功能來提供順序的消息流，具有數(shù)據(jù)流設(shè)計與管理的能力。
　?。?）標(biāo)準(zhǔn)（Standard），RFID為自動數(shù)據(jù)采樣技術(shù)與辨識實體對象的應(yīng)用，所以具有標(biāo)準(zhǔn)化的普遍特點。EPCglobal目前正在研究為各種產(chǎn)品的全球惟一識別號碼提出通用標(biāo)準(zhǔn)，即EPC（產(chǎn)品電子編碼）EPC是在供應(yīng)鏈系統(tǒng)中以一串?dāng)?shù)字來識別一項特定的商品，通過無線射頻辨識標(biāo)簽由RFID讀寫器讀入后，傳送到計算機(jī)或是應(yīng)用系統(tǒng)中，這一過程稱為對象命名服務(wù)（ObjectNameService.ONS）。對象命名服務(wù)系統(tǒng)會鎖定計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的固定點抓取有關(guān)商品的消息。
　　EPC存放在RFID標(biāo)簽中，被RFID讀寫器讀出后，即可提供追蹤EPC所代表的物品名稱及相關(guān)信息，并立即識別及分享供應(yīng)鏈中的物品數(shù)據(jù)，有效提高信息透明度。

　對于應(yīng)用于井下人員定位系統(tǒng)的RFID中間件，除了具有RFID中間件的一般特性，還應(yīng)該具有以下四大特點：首先，解決RFID設(shè)備的特有問題，如對應(yīng)可能的漏檢/誤檢等問題，提高讀取率，同時支持寫入型RFfD的安全功能；其次，支持主要芯片/讀取器。對芯片/讀取器變更或混用產(chǎn)生的差異。
　　通過RFID中間件吸收，把對應(yīng)用軟件的影響控制在最小限度；三是對應(yīng)可升級的系統(tǒng)構(gòu)筑。假如所有的物品都附有芯片RFID中間件對來自設(shè)備的大量數(shù)據(jù)能提供有效過濾和分散負(fù)荷的功能，大大提高系統(tǒng)的應(yīng)答性。四是豐富的工具。RFID中間件應(yīng)具有豐富的開發(fā)/構(gòu)筑/維護(hù)支援的工具，能推進(jìn)系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)順利進(jìn)行。
　　由于RFID中間件在整個RFID解決方案中扮演了硬件和應(yīng)用程序之間的中介角色，因此成為RFID解決方案的神經(jīng)中樞，加速了關(guān)鍵應(yīng)用的問世，解決了企業(yè)最為關(guān)注的應(yīng)用系統(tǒng)與硬件接口的問題。
　　具體實現(xiàn)及應(yīng)用
　　基本的RFID系統(tǒng)一般由三部分組成：標(biāo)簽、閱讀器以及應(yīng)用支撐軟件。中間件是應(yīng)用支撐軟件的一個重要組成部分，是銜接硬件設(shè)備如標(biāo)簽閱讀器和企業(yè)應(yīng)用軟件的橋梁。中間件的主要任務(wù)是對閱讀器傳來的與標(biāo)簽相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、匯總、計算、分組，減少從閱讀器傳往企業(yè)應(yīng)用的大量原始數(shù)據(jù)生成加入了語意解釋的事件數(shù)據(jù)。可以說，中間件是RFID系統(tǒng)的神經(jīng)中樞”。如圖4所示。
　　給出了應(yīng)用RFID中間件之后的人員定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以看出，RFlD中間件起到了銜接硬件和應(yīng)用系統(tǒng)的作用，使得系統(tǒng)具有了更好的擴(kuò)展性除了整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本文也從應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)出發(fā)，應(yīng)用面向?qū)ο笏枷耄瑓⒖寄Ｊ秸Z言，對中間件的軟件架構(gòu)做一個初步的探討。下文的例子所涉及到的高級編程語言。均采用Java語言。在具體的實現(xiàn)過程中，是將中間件的業(yè)務(wù)流程中的各個節(jié)點分作不同模塊處理，從而可以獲得封裝、高內(nèi)聚、低耦合等優(yōu)勢，中間件系統(tǒng)模塊的劃分參見圖5。
　　在圖5描述的中間件系統(tǒng)模塊中，報告上傳模塊，負(fù)責(zé)實現(xiàn)不同類型的報告上傳方式，HTTPJMS等API接口模塊，負(fù)責(zé)隔離應(yīng)用系統(tǒng)和中間件核心業(yè)務(wù)邏輯處理模塊，向應(yīng)用系統(tǒng)提供中間件APl接口，中間件核心業(yè)務(wù)邏輯處理模塊，負(fù)責(zé)中間件核心業(yè)務(wù)，包括數(shù)據(jù)接收過濾、數(shù)據(jù)分組、報告生成、規(guī)則對象的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)等閱讀器通信模塊，負(fù)責(zé)中間件系統(tǒng)與閱讀器的通信。為了避免后臺應(yīng)用系統(tǒng)，即中間件的客戶端過分耦合，實現(xiàn)時采用Facade模式對系統(tǒng)內(nèi)部、外部進(jìn)行清晰的隔離。處理流程可參見圖6所給出的序列圖?？蛻舳藘H僅與Facade類建立聯(lián)系，如果Facade接口定義得足夠清晰，客戶端可以對中間件的內(nèi)部實現(xiàn)一無所知，這充分體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮姆庋b性。
　　其他各部分類的設(shè)計參見下面給出的部分源代碼示例，從中可以看出，采用SimpleFactory模式能夠在客戶端不知情的情況下，靈活地替換API實現(xiàn)類的版本。中間件API接口清晰地定義了中間件提供的操作，客戶端只須知道工廠類（APIFactory）能夠得到中間件API接口的實例即可。
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                        　　圖4應(yīng)用RFID中間件的人員定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　                                             圖5中間件系統(tǒng)模塊劃分圖

                          
                                                    　圖6調(diào)用API序列圖
   
        煤礦井下人員綜合監(jiān)測及考勤管理系統(tǒng)涉及計算機(jī)軟件、數(shù)據(jù)庫、電子電路、防爆本安電源、數(shù)字通訊、視頻圖像識別技術(shù)等方面。系統(tǒng)投入的開發(fā)成本比較大，因此，在設(shè)計方案時除了考慮其功能外系統(tǒng)的可擴(kuò)展性是必須要考慮的問題。
　　同時對于井下人員定位系統(tǒng)而言，其精度和性能的要求是不斷發(fā)展的，RFID技術(shù)的發(fā)展推動著井下人員定位系統(tǒng)的發(fā)展，具有可擴(kuò)展性的設(shè)計是井下人員定位系統(tǒng)的必然要求采用RFID中間件可以減少系統(tǒng)建設(shè)的重復(fù)投入，節(jié)約成本，提高效率。所以進(jìn)行基于RFID中間件技術(shù)的人員定位系統(tǒng)研究和應(yīng)用具有很好的應(yīng)用價值。