無線射頻識別RFID中間件技術解析

無線射頻識別（RFID）技術是一種快速、實時、準確的信息采集與處理技術，通過射頻信號對實體對象進行唯一有效的標識，可廣泛應用于生產(chǎn)、零售、物流、交通、醫(yī)療、國防、畜牧、采礦等各個行業(yè)。

基本的RFID系統(tǒng)一般由3部分組成：標簽、閱讀器以及應用支撐軟件。中間件是應用支撐軟件的一個重要組成部分，是銜接硬件設備如標簽、閱讀器和企業(yè)應用軟件如企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）、客戶關系管理（CRM）等的橋梁。中間件的主要任務是對閱讀器傳來的與標簽相關的數(shù)據(jù)進行過濾、匯總、計算、分組，減少從閱讀器傳往企業(yè)應用的大量原始數(shù)據(jù)、生成加入了語意解釋的事件數(shù)據(jù)?？梢哉f，中間件是RFID系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”。

對于RFID中間件的設計，有諸多問題需要考慮，如：如何實現(xiàn)軟件的諸多質量屬性、如何實現(xiàn)中間件與硬件設備的隔離、如何處理與設備管理功能的關系、如何實現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)處理等等。

1、RFID網(wǎng)絡框架結構

無線射頻識別網(wǎng)絡的框架結構如圖1所示。

圖1：RFID網(wǎng)絡結構框架圖。

標簽數(shù)據(jù)經(jīng)過中間件的分組、過濾等處理上報給應用系統(tǒng);應用系統(tǒng)負責事件數(shù)據(jù)的持久化存儲，以及標簽綁定的業(yè)務信息的管理。

RFID系統(tǒng)共享公共服務平臺提供根節(jié)點對象名稱服務（ONS）、企業(yè)應用鑒權管理、標簽信息發(fā)現(xiàn)和企業(yè)授權碼管理等公共服務。其中，根節(jié)點ONS連同所有企業(yè)級RFID系統(tǒng)的內部ONS，組成一個ONS樹，任何一個標簽都可以在ONS樹上找到標簽所對應的標簽信息庫的地址，即可以進一步訪問到標簽對應的詳細信息。

2、中間件功能及實現(xiàn)原理

一言蔽之，中間件的功能就是接受應用系統(tǒng)的請求，對指定的一個或者多個閱讀器發(fā)起操作命令如標簽清點、標簽標識數(shù)據(jù)寫入、標簽用戶數(shù)據(jù)區(qū)讀寫、標簽數(shù)據(jù)加鎖、標簽殺死等，并接收、處理、向后臺應用系統(tǒng)上報結果數(shù)據(jù)。

其中，標簽清點是最為基本、也是應用最為廣泛的功能。

2.1 標簽清點功能概述

標簽清點的工作流程可簡單描述為：

應用系統(tǒng)以規(guī)則的形式定義對標簽數(shù)據(jù)的需求，規(guī)則由應用系統(tǒng)向中間件提出，由中間件維護。規(guī)則中定義了：需要哪些閱讀器的清點數(shù)據(jù)，標簽數(shù)據(jù)上報周期（事件周期）的開始和結束條件，標簽數(shù)據(jù)如何過濾，標簽數(shù)據(jù)如何分組，上報數(shù)據(jù)為原始清點數(shù)據(jù)、新增標簽數(shù)據(jù)還是新減標簽數(shù)據(jù)，標簽數(shù)據(jù)包含哪些原始數(shù)據(jù)等。

應用系統(tǒng)指定某項規(guī)則，向中間件提出對標簽數(shù)據(jù)的預訂。

中間件根據(jù)應用系統(tǒng)對標簽數(shù)據(jù)的預訂情況，適時啟動事件周期，并向閱讀器下發(fā)標簽清點命令。

閱讀器將一定時間周期（讀取周期）中清點到的數(shù)據(jù)，發(fā)送給中間件。讀取周期可由中間件與閱讀器制定私下協(xié)商確定。

中間件接由收閱讀器上報的數(shù)據(jù)。

中間件根據(jù)規(guī)則的定義，對接收數(shù)據(jù)做過濾、分組、累加等操作，并在事件周期結束時，按照規(guī)則的要求生成數(shù)據(jù)結果報告，發(fā)送給規(guī)則的預訂者。過濾過程可去除重復數(shù)據(jù)、應用系統(tǒng)不感興趣的數(shù)據(jù)，大大降低了組件間的傳輸數(shù)據(jù)量。

此流程可參見圖2。

圖2：中間件標簽清點概要流程圖。

此處，需要說明一下邏輯閱讀器的概念。

中間件將事件源抽象為一個邏輯概念——邏輯閱讀器，一個邏輯閱讀器可以包含多個物理閱讀器，甚至可更細化為包含多個物理閱讀器的多個天線。

邏輯閱讀器的劃分可以根據(jù)實際的系統(tǒng)部署情況來確定，比如，某一個倉庫兩個出口部署了4個閱讀器，可根據(jù)需要將這4個閱讀器配置成為一個邏輯閱讀器，不妨命名為“倉庫出口”。應用系統(tǒng)在需要倉庫出口的標簽數(shù)據(jù)時，可基于這個邏輯閱讀器下發(fā)清點命令，而邏輯閱讀器名稱作為部分應用程序接口（API）調用的參數(shù)。

2.2 標簽清點實現(xiàn)原理

如前所述，規(guī)則是整個中間件功能的關鍵元素。規(guī)則相當于應用系統(tǒng)發(fā)給中間件的訂貨單，定義了對貨品（標簽數(shù)據(jù)）的時間（事件周期）和規(guī)格（如何過濾、如何分組、報告樣式等）的要求，原理描述部分參考EPCglobal相關內容。

規(guī)則、報告有自身的信息模型，表征其承載的信息，同時，規(guī)則擁有其自身的狀態(tài)機模型。在接受應用系統(tǒng)的長期預訂、單次預訂時，這些預訂操作會激發(fā)規(guī)則的狀態(tài)變遷，如從“未被請求”狀態(tài)躍遷到“已被請求”狀態(tài)。

規(guī)則由應用系統(tǒng)通過API定義。

（1） 規(guī)則信息模型

規(guī)則信息模型的描述采用了統(tǒng)一建模語言（UML），如圖3所示。

圖3

在面向對象的語境中，規(guī)則可表征為一個類（ECSpec）。從信息模型描述中可看出，一個規(guī)則類，與其他多個類具有關聯(lián)關系，或者說擁有如下屬性：一個或者多個邏輯閱讀器的列表（readers）、事件周期邊界定義（boundaries）、一個或者多個報告的定義（reportSpecs）、是否在報告中包含規(guī)則本身的標記（includeSpecInReports）。

（2） 報告信息模型

與規(guī)則信息模型類似，報告信息模型如圖4所示。

圖4：報告信息模型圖。

其中，事件報告組類（ECReports）擁有如下屬性：規(guī)則名稱（specName）、時間上報時間（date）、事件周期時長（totalMilliseconds）、事件周期結束條件（terminationCondition）、規(guī)則定義類實例（spec）、一個或者多個報告類的實例列表（reports）。

報告類（ECReport）中包含了具體的標簽數(shù)據(jù)信息。