使用OSGi技術(shù)實(shí)現(xiàn)ALE引擎的設(shè)計(jì)

引 言

無線射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification，以下簡(jiǎn)稱RFID)是從20 世紀(jì)90 年代 興起的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別目的并交 換數(shù)據(jù)。隨著RFID 技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，RFID 系統(tǒng)日趨復(fù)雜，RFID 中間件的出現(xiàn)很好地解 決了將物理基礎(chǔ)架構(gòu)收集到的信息傳遞給企業(yè)應(yīng)用程序的問題。中間件的主要任務(wù)是對(duì)讀寫器傳來的與標(biāo)簽相關(guān)的事件、數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、匯集和計(jì)算，減少?gòu)淖x寫器傳往企業(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，并提供應(yīng)用程序級(jí)別的接口來查詢RFID 事件 。

ALE是應(yīng)用層事件簡(jiǎn)稱，最初作為Savant 應(yīng)用的一部分開發(fā)而成，如今歸屬于國(guó)際 標(biāo)準(zhǔn)組織EPCglobal，它是旨在把低層的電子產(chǎn)品代碼(EPC)數(shù)據(jù)和高層的企業(yè)系統(tǒng)相互連 接的EPCglobal 網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的一部分，現(xiàn)在已成為標(biāo)準(zhǔn)。RFID 中間件應(yīng)該提供符合ALE 標(biāo) 準(zhǔn)的接口供企業(yè)系統(tǒng)或者第三方組件訪問，擴(kuò)大中間件的適用范圍，因此設(shè)計(jì)和開發(fā)可重構(gòu) 的、可靠的ALE 引擎對(duì)實(shí)現(xiàn)成熟的RFID 中間具有重要意義。

1 相關(guān)研究

1.1 應(yīng)用層事件（ALE）標(biāo)準(zhǔn)

RFID 讀寫器在工作時(shí)不停地讀取標(biāo)簽，造成同一個(gè)標(biāo)簽在短時(shí)間內(nèi)可能被讀到很多次， 這些數(shù)據(jù)如果直接發(fā)送給應(yīng)用程序?qū)?a href="http://www.wenjunhu.com/tongxin/" target="_blank">通信網(wǎng)絡(luò)帶來很大的負(fù)擔(dān)，所以需要RFID 中間件對(duì) 這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一層收集和過濾的處理。ALE 的出現(xiàn)就是為了減少原始數(shù)據(jù)的冗余性，為 應(yīng)用系統(tǒng)從大量數(shù)據(jù)中提煉出有效的業(yè)務(wù)邏輯。ALE 層介于應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯和原始標(biāo)簽讀取層 之間，它接收從數(shù)據(jù)源（一個(gè)或多個(gè)讀寫器）中讀取的標(biāo)簽信息，而后按照時(shí)間間隔等條件 收集數(shù)據(jù)，將重復(fù)或不敢興趣的EPC 數(shù)據(jù)剔除過濾，同時(shí)可以進(jìn)行計(jì)數(shù)及組合等操作，最 后將這些信息對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行匯報(bào)。

在 ALE 中，應(yīng)用系統(tǒng)可以定義這些內(nèi)容：在什么地方（地點(diǎn)可以映射一個(gè)或多個(gè)讀寫 器及天線）讀取標(biāo)簽，將在怎樣的時(shí)間間隔內(nèi)（決定時(shí)間、某個(gè)外部事件觸發(fā)）收集數(shù)據(jù)， 如何過濾數(shù)據(jù)，如何整理數(shù)據(jù)報(bào)告內(nèi)容（按照公司、商品還是標(biāo)簽分類），標(biāo)簽出現(xiàn)或消失 時(shí)是否對(duì)外報(bào)告，以及統(tǒng)計(jì)讀取到的標(biāo)簽數(shù)目等。

ALE 標(biāo)準(zhǔn)定義的是一組接口，它不牽涉到具體實(shí)現(xiàn)。在EPCglobal 組織的規(guī)劃中，支 持ALE 標(biāo)準(zhǔn)是RFID 中間件的最基本的一個(gè)功能；這樣，在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下，應(yīng)用層上的調(diào)用 方式就可統(tǒng)一，應(yīng)用系統(tǒng)也就可以快速部署。因此，實(shí)現(xiàn)ALE 引擎對(duì)RFID 中間件具有重要 意義。

1.2 OSGi

OSGi(Open Systems Gateway Initiative)[4]規(guī)范為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、面向組件 的計(jì)算環(huán)境，在此環(huán)境中軟件組件可以從運(yùn)行中被安裝、升級(jí)或者移除而不需要中斷設(shè)備的 操作，還可以動(dòng)態(tài)的發(fā)現(xiàn)和使用其他庫(kù)或者應(yīng)用程序。采用OSGi 的一種考慮是因?yàn)橹虚g件 的開發(fā)要依據(jù)組件概念來進(jìn)行設(shè)計(jì)，這些組件被開發(fā)為軟件包，通過引用的方式來進(jìn)行互調(diào)。 在OSGi 框架中，應(yīng)用程序可以單獨(dú)進(jìn)行部署，以軟件包的形式進(jìn)行開發(fā)。正確的使用該模 型可以使軟件包進(jìn)行重用和快速替換，并且使第三方軟件包重用成為可能。

2 引擎設(shè)計(jì)

如圖1所示，ALE引擎由引擎內(nèi)核、數(shù)據(jù)處理和事件處理三大模塊組成，它們結(jié)合起來 滿足ALE標(biāo)準(zhǔn)所要求的接口功能。

2.1 事件處理模塊

事件處理模塊分為四個(gè)字模塊：應(yīng)用層事件接口是符合 ALE 標(biāo)準(zhǔn)的程序接口，提供標(biāo) 準(zhǔn)的方法供應(yīng)用程序調(diào)用以獲取ALE 標(biāo)準(zhǔn)的功能；事件請(qǐng)求模塊分析應(yīng)用程序的事件請(qǐng)求，即ALE 標(biāo)準(zhǔn)中定義的ECSpec ，并根據(jù)請(qǐng)求對(duì)事件報(bào)告組建模塊、引擎內(nèi)核、數(shù)據(jù)過濾模 塊、數(shù)據(jù)分組模塊和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行相應(yīng)的配置；事件報(bào)告組建模塊負(fù)責(zé)按照應(yīng)用程 序的事件請(qǐng)求生成數(shù)據(jù)報(bào)告，數(shù)據(jù)報(bào)告有統(tǒng)一的格式，但是應(yīng)用程序可以指定報(bào)告的種類（當(dāng) 前讀取標(biāo)簽/消失標(biāo)簽/新增標(biāo)簽）和數(shù)據(jù)分組的規(guī)則；根據(jù)ALE 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序可以以異步 的方式請(qǐng)求數(shù)據(jù)報(bào)告，報(bào)告分發(fā)模塊提供了以異步方式向事件報(bào)告訂閱者發(fā)送報(bào)告的功能， 發(fā)送方式可以是HTTP, FTP, Web Service 等多種方式。

2.2 引擎內(nèi)核

事件管理是 ALE 引擎中最核心的功能，引擎內(nèi)核模塊負(fù)責(zé)管理事件的生命周期，如圖 2 所示。在ALE 模型中有幾個(gè)最基本的概念：讀周期（Read Cycle），事件周期（Event Cycle）和事件周期定義(ECSpec)。讀周期是和讀寫器交互的最小時(shí)間單元，一個(gè)讀周期的 結(jié)果是一組EPCs 集合，讀周期的時(shí)間長(zhǎng)短和具體的天線、無線射頻協(xié)議有關(guān)，讀周期的輸 出就是ALE 層的數(shù)據(jù)。事件周期可以是一個(gè)或多個(gè)讀周期，它是從用戶的角度來看待 讀寫器的，并可以將一個(gè)或多個(gè)讀寫器當(dāng)作一個(gè)整體，是ALE 接口和用戶交互的最小時(shí)間 單元。應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯層的客戶在ALE 中定義好ECSpec 之后，就可接收相應(yīng)的事件周期的 數(shù)據(jù)報(bào)告。

2.3 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊分為四個(gè)子模塊：數(shù)據(jù)隊(duì)列模塊負(fù)責(zé)緩存數(shù)據(jù)，當(dāng)讀寫器讀取到一個(gè)標(biāo)簽 時(shí)會(huì)把數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的隊(duì)列，其他的數(shù)據(jù)處理模塊會(huì)把數(shù)據(jù)從隊(duì)列中取出然后進(jìn)行處理，當(dāng) 隊(duì)列滿了或者超時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)從隊(duì)列中刪除；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)應(yīng)用的要求對(duì)數(shù)據(jù)做出格式 轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)過濾模塊根據(jù)ECSpec的定義對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，過濾規(guī)則包括“包含模式”和 “排除模式”兩種模式[3]，最后出現(xiàn)在報(bào)告中的標(biāo)簽信息至少要與“包含模式”列表中的一 個(gè)模式匹配，并且不能與任何出現(xiàn)在“排除模式”中的模式匹配；數(shù)據(jù)分組模塊根據(jù)ECSpec 的定義對(duì)過濾后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組和統(tǒng)計(jì)。

3 引擎內(nèi)核實(shí)現(xiàn)

引擎內(nèi)核采用事件驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)，見圖 3。

圖3 引擎內(nèi)核實(shí)現(xiàn)

一個(gè) ECSpec 在內(nèi)核里對(duì)應(yīng)著一個(gè)事件周期管理者，應(yīng)用層對(duì)于ALE 讀接口的調(diào)用會(huì) 映射到具體的事件周期管理者上，由事件周期管理者來完成接口提供的功能。當(dāng)一個(gè) ECSpec 被定義時(shí)（即調(diào)用define 或immediate 方法），引擎就會(huì)為這個(gè)ECSpec 創(chuàng)建 對(duì)應(yīng)的事件周期管理者，同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)事件周期對(duì)象和各種觸發(fā)器。當(dāng)ALE 接口調(diào)用請(qǐng)求 者第一次對(duì)某個(gè)ECSpec 發(fā)出調(diào)用請(qǐng)求時(shí)（例如調(diào)用subscribe, poll, immediate 方法） 將激活對(duì)應(yīng)的事件周期管理者，此時(shí)由這個(gè)事件周期管理者所控制的事件周期對(duì)象和各個(gè)觸 發(fā)器也被激活，事件周期對(duì)象開始按照ECSpec 中所定義的邊界條件開始和結(jié)束激活狀態(tài)， 并收集RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)。當(dāng)最后一個(gè)接口調(diào)用請(qǐng)求的調(diào)用方法返回時(shí)，事件周期管理者再次 進(jìn)入休眠狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的事件周期對(duì)象和各個(gè)觸發(fā)器也停止運(yùn)行，直到被再次喚醒或者隨著該 ECSpec 的撤銷被撤銷。

ECSpec 會(huì)在未請(qǐng)求、已請(qǐng)求和活躍狀態(tài)三種狀態(tài)的之間遷移，狀態(tài)策略模塊根據(jù)狀 態(tài)轉(zhuǎn)換的規(guī)則轉(zhuǎn)換ECSpec 的狀態(tài)。外部調(diào)用請(qǐng)求會(huì)導(dǎo)致狀態(tài)的變遷，不同的狀態(tài)下接收 到相同的調(diào)用請(qǐng)求除了執(zhí)行不同的操作外還可能使ECSpec 變遷為不同的后繼狀態(tài)，因此 這里使用了狀態(tài)模式。每一時(shí)刻ECSpec 都會(huì)處于某一種狀態(tài)中，事件周期管理者接收到 接口調(diào)用請(qǐng)求后都會(huì)把請(qǐng)求代理給狀態(tài)策略模塊，由當(dāng)前狀態(tài)策略決定對(duì)調(diào)用如何響應(yīng)和確 定后繼狀態(tài)是什么。

ALE 標(biāo)準(zhǔn)中定義了事件周期觸發(fā)器，并且具體定義了一個(gè)時(shí)間觸發(fā)器。在引擎中，除了 這個(gè)時(shí)間觸發(fā)器外，所有事件周期邊界條件都被看作是一種觸發(fā)器，因此抽象出一個(gè)觸發(fā)器 接口Trigger 。事件周期中定義的各種的邊界條件， 如duation, repeatPeriod, stableSetInterval 等等都是抽象Tigger 的具體實(shí)現(xiàn)。因此抽象Trigger 可以理解為影響事 件周期開始和結(jié)束的觸發(fā)條件，而ALE 標(biāo)準(zhǔn)中所定義的ECTrigger 成為抽象Trigger 的其中 一種具體實(shí)現(xiàn)。在具體觸發(fā)器的創(chuàng)建過程中使用了抽象工廠模式，事件周期管理者在初始化 的時(shí)候調(diào)用工廠方法創(chuàng)建各種具體的觸發(fā)器。

4 結(jié) 論

使用事件驅(qū)動(dòng)的方式設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了 ALE 引擎，減低了各模塊之間的耦合度，有利于引 擎的維護(hù)和擴(kuò)展。抽象了事件周期觸發(fā)器概念，令所有邊界觸發(fā)條件和觸發(fā)器能夠統(tǒng)一管理 和工作，簡(jiǎn)化了把用戶自定義的觸發(fā)器加入引擎的過程，令觸發(fā)器系統(tǒng)有更好的擴(kuò)展性。作 為RFID 中間件中重要的部分，該引擎為可重構(gòu)的RFID 中間件提供了很好的支持。而采用 OSGi 技術(shù)實(shí)現(xiàn)ALE 引擎得以實(shí)現(xiàn)諸如動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)處理和事件處理組件的需求，對(duì)于中小 型企業(yè)應(yīng)用RFID 技術(shù)，可以動(dòng)態(tài)地組合ALE 引擎的功能，不再需要一次性購(gòu)買大量復(fù)雜 的RFID中間件產(chǎn)品，從而形成了一種快速的和可擴(kuò)展的RFID 中間件解決方案，降低了RFID 應(yīng)用技術(shù)的成本。