无线射频识别RFID中间件技术

2010-10-20 14:07:53来源: 互联网 关键字:无线射频识别  标签  阅读器  网络架构  中间件

  无线射频识别(RFID)技术是一种快速、实时、准确的信息采集与处理技术,通过射频信号对实体对象进行唯一有效的标识,可广泛应用于生产、零售、物流、交通、医疗、国防、畜牧、采矿等各个行业。

  基本的RFID系统一般由3部分组成:标签阅读器以及应用支撑软件。中间件是应用支撑软件的一个重要组成部分,是衔接硬件设备如标签、阅读器和企业应用软件如企业资源规划(ERP)、客户关系管理(CRM)等的桥梁。中间件的主要任务是对阅读器传来的与标签相关的数据进行过滤、汇总、计算、分组,减少从阅读器传往企业应用的大量原始数据、生成加入了语意解释的事件数据。可以说,中间件是RFID系统的“神经中枢”。

  对于RFID中间件的设计,有诸多问题需要考虑,如:如何实现软件的诸多质量属性、如何实现中间件与硬件设备的隔离、如何处理与设备管理功能的关系、如何实现高性能的数据处理等等。

  1  RFID网络框架结构

  无线射频识别网络的框架结构如图1所示。

  标签数据经过中间件的分组、过滤等处理上报给应用系统;应用系统负责事件数据的持久化存储,以及标签绑定的业务信息的管理。

  RFID系统共享公共服务平台提供根节点对象名称服务(ONS)、企业应用鉴权管理、标签信息发现和企业授权码管理等公共服务。其中,根节点ONS连同所有企业级RFID系统的内部ONS,组成一个ONS树,任何一个标签都可以在ONS树上找到标签所对应的标签信息库的地址,即可以进一步访问到标签对应的详细信息。

  2  中间件功能及实现原理

  一言蔽之,中间件的功能就是接受应用系统的请求,对指定的一个或者多个阅读器发起操作命令如标签清点、标签标识数据写入、标签用户数据区读写、标签数据加锁、标签杀死等,并接收、处理、向后台应用系统上报结果数据。

  其中,标签清点是最为基本、也是应用最为广泛的功能。

  2.1标签清点功能概述

  标签清点的工作流程可简单描述为:

  应用系统以规则的形式定义对标签数据的需求,规则由应用系统向中间件提出,由中间件维护。规则中定义了:需要哪些阅读器的清点数据,标签数据上报周期(事件周期)的开始和结束条件,标签数据如何过滤,标签数据如何分组,上报数据为原始清点数据、新增标签数据还是新减标签数据,标签数据包含哪些原始数据等。

  应用系统指定某项规则,向中间件提出对标签数据的预订。

  中间件根据应用系统对标签数据的预订情况,适时启动事件周期,并向阅读器下发标签清点命令。

  阅读器将一定时间周期(读取周期)中清点到的数据,发送给中间件。读取周期可由中间件与阅读器制定私下协商确定。

  中间件接由收阅读器上报的数据。

  中间件根据规则的定义,对接收数据做过滤、分组、累加等操作,并在事件周期结束时,按照规则的要求生成数据结果报告,发送给规则的预订者。过滤过程可去除重复数据、应用系统不感兴趣的数据,大大降低了组件间的传输数据量。

  此流程可参见图2。

  此处,需要说明一下逻辑阅读器的概念。

  中间件将事件源抽象为一个逻辑概念——逻辑阅读器,一个逻辑阅读器可以包含多个物理阅读,甚至可更细化为包含多个物理阅读器的多个天线。

  逻辑阅读器的划分可以根据实际的系统部署情况来确定,比如,某一个仓库两个出口部署了4个阅读器,可根据需要将这4个阅读器配置成为一个逻辑阅读器,不妨命名为“仓库出口”。应用系统在需要仓库出口的标签数据时,可基于这个逻辑阅读器下发清点命令,而逻辑阅读器名称作为部分应用程序接口(API)调用的参数。

  2.2标签清点实现原理

  如前所述,规则是整个中间件功能的关键元素。规则相当于应用系统发给中间件的订货单,定义了对货品(标签数据)的时间(事件周期)和规格(如何过滤、如何分组、报告样式等)的要求,原理描述部分参考EPCglobal相关内容[1]。

  规则、报告有自身的信息模型,表征其承载的信息,同时,规则拥有其自身的状态机模型。在接受应用系统的长期预订、单次预订时,这些预订操作会激发规则的状态变迁,如从“未被请求”状态跃迁到“已被请求”状态。

  规则由应用系统通过API定义。

  (1) 规则信息模型

  规则信息模型的描述采用了统一建模语言(UML),如图3所示。

  在面向对象的语境中,规则可表征为一个类(ECSpec)。从信息模型描述中可看出,一个规则类,与其他多个类具有关联关系,或者说拥有如下属性:一个或者多个逻辑阅读器的列表(readers)、事件周期边界定义(boundaries)、一个或者多个报告的定义(reportSpecs)、是否在报告中包含规则本身的标记(includeSpecInReports)。

  (2) 报告信息模型

  与规则信息模型类似,报告信息模型如图4所示。

  其中,事件报告组类(ECReports)拥有如下属性:规则名称(specName)、时间上报时间(date)、事件周期时长(totalMilliseconds)、事件周期结束条件(terminationCondition)、规则定义类实例(spec)、一个或者多个报告类的实例列表(reports)。

  报告类(ECReport)中包含了具体的标签数据信息。

  (3) 标签清点API

  应用系统下发的定义规则、预订数据等请求,以调用中间件提供的API的方式完成。API调用过程可采用Java RMI、SOAP等相关具体技术实现,其中最重要的API参见表1。

  其中,poll操作相当于subscribe操作收到一个事件周期的数据之后调用unsubscribe操作;immediate操作相当于define操作定义规则之后,调用poll操作,然后调用undefine操作。

  (4) 规则状态机模型

  规则从其定义开始,可能存在于3种状态:未被请求状态(Unrequested)、已被请求状态(Requested)、激活状态(Active)。

  当规则创建之后,还没有被任何客户端(即应用系统)预订,规则处于Unrequested状态;对规则的第一个预订动作将使规则跃迁到Requested状态;当事件周期开始条件满足时,规则进入Active状态;当事件周期结束条件满足时,如果规则存在预订者,则跃迁到Requested状态,否则跃迁到Unrequested状态。3  中间件系统架构

  中间件系统作为一个软件系统(或称组件),在实现一定功能、性能要求之外,可理解性、可扩展性、可修改性(或称可重构性)、可插入性、可重用性等质量属性都将作为软件设计的要求被提出来。

  近十余年来,面向对象思想几乎全面占领软件设计领域,成为最主流的分析、设计方法。而近数年来,对设计模式的研究也已日臻完善,模式几乎已成为一种“更高级编程语言”(相比于Java、C++等高级编程语言)被广泛应用。

  面向对象思想、设计模式都是以实现软件的可理解、可扩展、可修改、可插入、可重用等目标为己任的,本文也将应用面向对象思想、参考模式语言,对中间件的软件架构做一个初步的探讨,下文的例子如涉及高级编程语言,均采用Java语言[2]。

  3.1封装、隔离处理流程中的各个节点

  将中间件的业务流程中的各个节点分作不同模块处理,可以获得封装、高内聚、低耦合等优势,参见图5。

  其中,报告上传模块,负责实现不同类型的报告上传方式,如HTTP、JMS等;API接口模块,负责隔离应用系统和中间件核心业务逻辑处理模块,向应用系统提供中间件API接口;中间件核心业务逻辑处理模块,负责中间件核心业务,包括数据接收过滤、数据分组、报告生成、规则对象的状态跳转等;阅读器通信模块,负责中间件系统与阅读器的通信。

  3.2门面模式、工厂模式对外部暴露API接口

  为了避免后台应用系统,即中间件的客户端过分耦合,采用门面模式(Facade)对系统内部、外部实现清晰的隔离。处理流程可参见图6所示的序列图。客户端仅仅与Facade类建立联系,如果Facade接口定义得足够清晰,客户端可以对中间件的内部实现一无所知,这体现了面向对象中的封装性。

  类的设计参见源代码示例,从中可以看出,采用简单工厂模式(Simple Factory)能够在客户端不知情的情况下,灵活地替换API实现类的版本。中间件API接口清晰地定义了中间件提供的操作,客户端只须知道工厂类(APIFactory)能够得到中间件API接口的实例即可。

  中间件API接口MiddlewareAPI:

  publicinterfaceMiddlewareAPI{

  void define(String specName, ECSpec spec);

  void undefine(String specName);

  void subscribe(String specName, String uri);

  void unsubscribe(String specName, String uri);

  EPCReports poll(String specName);

  EPCReports immediate(ECSpec spec);

  }

  工厂类APIFactory:

  publicclassAPIFactory{

  publicstaticMiddlewareAPIgetAPIInstance(){

  }

  }

  API的实现类A:

  publicclassClient{

  publicstaticvoidmain(String[] args) {

  MiddlewareAPI api = APIFactory.getAPIInstance();

  api.define("a new spec", new EPCSpec());

  }

  }

[1] [2]

关键字:无线射频识别  标签  阅读器  网络架构  中间件

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2010/1020/article_2642.html
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