（管理科学与工程专业论文）RFID中间件设计及其在WMS中的应用研究.pdf

fld 中间件设计及其在w m s 中的应用研究 摘要 r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ，无线射频识别) 技术，是从2 0 世 纪9 0 年代以来高速发展的一项自动识别技术，具有优良的特性和广阔的市场前 景。r f i d 中间件是联结r f i d 硬件设备和后台应用系统的纽带。随着r f i d 技术 的高速发展，r f i d 标准和接口的日趋多样，用户需求更加多变，系统实际运行 的特性要求也更为复杂。种种问题，需要r f i d 中间件能够迅速、方便满足用户 的需求。 论文首先综述了r f i d 及r f i d 中间件技术国内外的研究现状，分析了选题的 背景和意义。然后在介绍r f i d 技术及中间件系统开发要素的基础上，对r f i d 中间件的功能、架构进行了深入研究；在对目前的r f i d 中间件系统应用作了充 分研究分析后，创新提出了能进一步提高r f i d 中间件兼容性，提高r f i d 硬件设 备利用效率的中间件设计框架，采用高效的方式来实现中间件中的信息获取、信 息处理、信息发布等各项任务。论证了r f i d 中间件系统软件结构及功能模块划 分，论述了各个功能模块的具体实现。然后通过r f i d 在n m s ( w a r e h o u s e m a n a g e m e n ts y s t e m ，仓储管理系统) 中的实际应用来检测中间件效果。最后对系 统存在的不足提出了改进建议。 关键字：r f i d ；中间件；w m s ；w e bs e r v i c e ：j 2 e e s t u d yo fr f i dm i d d l e w a r ed e s i g n i n g a n da p p l i c a t i o nm e t h o di nw m s a b s t r a c t r f i di sa na u t o i dt e c h n o l o g yw h i c hh a sb e e ng r o w i n ge x p l o s i v e l yf r o m19 9 0 s i th a sg o o dc h a r a c t e r i s t i c sa n dw i d em a r k e tp r o s p e c t r f i dm i d d l e w a r ei sab r i d g e b e t w e e nr f i dh a r d w a r ea n db a c k g r o u n da p p l i c a t i o ns y s t e m w i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n to fr f i d ，t h e r ea r ev a r i o u ss t a n d a r d sa n di n t e r f a c e s ，u n c o n s t a n tb s e r r e q u i r e m e n t sa n dc o m p l e xs p e c i a l i t i e so fr e a ls y s t e mw o r k i n g a l lo ft h e s er e q u e s t r f i dm i d d l e w a r ec o u l dr e c o n s t r u c ts y s t e ma n ds a t i s f yu s e r sr e q u i r e m e n t sf a s ta n d c o n v e n i e n t l y t h i sp a e rf o c u s e so nt h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to fr f i dm i d d l e w a r es y s t e m a n dt h ea p p l i c a t i o nm e t h o di nw m s f i r s t ， i ts u m m a r i e sc u r r e n td e v e l o p m e n t s i t u a t i o no fr f i dt e c h n i q u ea n dr f i dm i d d l e w a r ei nt h ew o r l d w i d ea r e a ，a n d a n a l y z e sb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h es t u d y t h e n ，b a s e do ni n t r o d u c i n gb a s i c e l e m e n t so f r f i dt e c h n i q u ea n dm i d d l e w a r es y s t e m ，t h i sp a p e rd i s c u s s e sf u n c t i o n ， i n f r a s t r u c t u r eo fr f i dm i d d l e w a r e ，a n da n a l y z e st h em e t h o dt oc o n n e c tm i d d l e w a r e a n dr e a d e r 。h o wt of u l f i lt h ef u n a i o no f m i d d l e w a r e ，h o wt or e l e a s es e r v i c e t h e nt e s t t h ep r a c t i c a lr e s u l tb yu s e di naw m ss y s t e m i nt h ee n d ，t h i sp a p e ri ss u m m a r i z e d a n ds e v e r a la d v i c e sa r ep r o p o s e df o rf u r t h e rr e s e a r c h k e yw o r d s ：r f i d ；m i d d l e w a r e ；w m s ；w e bs e r v i c e ；j 2 e e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得浙江工商大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 虢型泣一眺1 年，月，；日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解浙江工商大学有关保留、使用学位论文 的规定：浙江工商大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 、研 签名：超至 导师签名： 日期：炉7 年7 月；日 第一章绪论 11 课题背景 r f i d ( 无线射频识别) 是一种非接触式的自动训别技术，其工作原理为：r f i d 没备向电子标签( t a g ) 发送无线射频电波，电子标箍接收读写器发射的电波并将 其转化为工作电能，启动电子标签内的芯片电路工作，并将电子标签内存储的信 息数据发射出去，读写器( r e a d e r ) 接收电子标签发射的数据电波进行解码、转换 升导入计算机软件系统，从而完成整个r f i d 的数据识别过程。”。“ 翮 * l 图卜ir f i d 系统组成图 作为条形码的无线版本，r f i d 技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高 温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储 信息更改自如等优点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。目前r f i d 应用已经渗透到了商业、工业、运输业、物流管理、医疗保险、金融和教学等众 多领域。n o t e 估计到2 0 1 0 年，r f i d 相关产业的产值是3 0 0 亿美元。 r f i d 项目在企业实施，可分为三个主要部分：硬件部分、软件部分和数据导 入( 即r f i d 中间件部分) 。 硬件部分：主要包括r f i d 读写器、天线、标签，将r f i d 读写器放在预先设 定好的位置，电子标箍贴在货物包装箱上，在r f i d 天线的识读范围即可实现标 签数据的摩取。 软件部分：套i k 一般都有自己的e r p 、m r p 或相关的企业管理系统，系统运 行时州一般都比较长、性能稳定可靠。 数据导入：数据导入是整个r f d 项日中需要耗时去解决的问题，如何将货 物数据从r f i d 读写器导入到企业的管理系统，是企业自身开发程序，还是委托 第三方公司或r f i d 项目承包商来开发( 选显然不是r f i d 项日承包商的强项) ，或 孽、 一硅耻一 肯使刚现成的r f i d 中间件产品，部需要进彳：j _ 认真仔细的研究。 企业在实施r f i d 项目改造期间发现最耗时、耗力、复杂度和难度最高的 题是如何保证r f i d 数据j f 确导入企业的管理系统为此企业做大量的工作以 保证r f i d 数据的正确性的。经企业和研究机构的多方研究、| 仑证、实验，蛙终 找到了一个比较好的解决方法，即r f i d1 ，r u f f l ：。 r f i d 中问件是实现r f i d 硬件设备与应j l j 系统之白j 数据传输、过滤、数据格 式转换的一种中i u j 程序，将r f i d 读写器读驭的各种数据信息，经过一- j 件提取、 解密、过滤、格，转换、导入企业的管理信息系统，并通过应用系统反应在程序 界面上，供操作者浏览、选择、修改、查湘。中问件技术也降低了应川丌发的难 度，使”发者卟需要直接血对底层架构，m 通过r f l f j f t ：进行调坩。 废啦摹垃 图卜2r f i d 中白j 件在系统中的位置“1 选用r f i d 中问件可以为企业带来如f 儿方面的好处： ( 1 ) 实施r f d 项目的企业不需要进行程序重新开发便可完成r f i d 数 据的导入，可极大地缩短企、i e 实旖r f i d 项目的实施周期。 ( 2 ) 当企业数据库或企业的应用系统发生更改时对于r f i d 项目而占，只 需更改r f t d 中间件的相关设置即4 实现r f i d 数据导入新的企业信息系统。 ( 3 ) r f i d 中间件可以为企业提供灵活多变的配置操作，企业可以根据自己 的实际业务需求、企_ k 信息系统管理的实际情况，自行设定相关的r f i o 中问件 参数，将企业所需r f t d 数据顺利地导入企业系统。 ( d ) 当r f i d 项目的规模扩大时，例如增加r f i d 读写器数量，或其他类型 网嘲湖黝酮翻黼翮 的读写器，或者新增企业仓库，对于使用r f i d 中问件的企业，只需对r f i d 中问 件进行相应设置，便可完成r f i d 数据的顺利导入，而不需要做程序代码开发， 可以省去许多不必要的麻烦，还能为企业降低成本。 因此，r f i d 中间件是r f i d 技术推广应用过程中必不可少的一个环节。 1 2 国内外研究现状 1 2 1r fid 中间件在国际发展状况 最先提出r f i d 中间件概念的是美国。美国企业在实施r f i d 项目改造期间， 发现最耗时、耗力、复杂度和难度最高的问题是如何保证r f i d 数据正确导入企 业的管理系统，为此企业做了大量的工作用于保证r f i d 数据的正确性。经企业 和研究机构的多方研究、论证、实验，最终找到了一个比较好的解决方法，这就 是r f i d 中间件8 1 。 在国际上，目前比较知名的r f i d 中间件厂商有i b m 、o r a c l e 、m i c r o s o f t 、 s a p 、s u n 、s y b a s e 、b e a 等国际知名企业。由于这些软件厂商自身都具有比较雄 厚的技术储备，其开发的r f i d 中间件产品又经过多次的实验室、企业实地测试， r f i d 中间件产品的稳定性、先进性、海量数据的处理能力都比较完善，已经得 到了企业的认同。 ( 1 ) i b mr f i d 中间件 i b mr f i d 中间件是一套基于j a v a 并遵循j 2 e e 企业架构开发的一套开放式 r f i d 中问件产品，可以帮助企业简化实旋r f i d 项目的步骤，能满足企业处理海 量货物数据的要求；基于高度标准化的开发方式，i b m 的r f i d 中间件产品可以 与企业信息管理系统无缝联接，有效缩短企业的项目实施周期，降低了r f i d 项 目实施出错率、企业实施成本。目前i b mr f i d 中间件产品已经成功应用于全球 第四大零售商m e t r o 公司的供应链之中，不仅提高了整个供应链商品的流转速 度、减少产品差错率，还提高了整个供应链的服务水平，降低了整个供应链的运 营成本。此外，还有约8 0 多家供应商表示，将与i b m 公司签订采用这项新的i b m w e b s p h e r er f i d 中问件解决方案。为了进一步提高r f i d 解决方案的竞争力，目 前i b m 与i n t e r m e c 公司进行合作，将i b mr f i d 中问件成功地嵌入i n t e r m e c 的 i f 5r f i d 读写器中，共同向企业提供一整套r f i d 企业或供应链解决方案。 ( 2 ) o r a c l er f i d 中间件 o r a c l er f i d 中间件是甲骨文公司着眼于未来r f i d 的巨大市场而丌发的一套 基于j a v a 遵循j 2 e e 企业架构的中间件产品。o r a c l e 中间件依托o r a c l e 数据库， 充分发挥o r a c l e 数据库的数据处理优势，满足企业对海量r f i d 数据存储和分析 处理的要求。o r a c l er f i d 中间件除最基本的数据功能外，还向用户提供了智能 化的手工配置界面。实施r f i d 项目的企业可根据业务的实际需求，手工设定r f i d 读写器的数据扫描周期、相同数据的过滤周期，并指定r f i d 中间件将电子数据 导入指定的服务数据库，并且企业还可以利用o r a c l e 提供的各种数据库工具对 r f i d 中间件导入的货物数据进行各种指标数据分析，并做出准确的预测。 ( 3 ) m i c r o s o f t 的r f i d 中间件 微软公司在r f i d 巨大的市场面前自然不会袖手旁观，投入巨资组建了r f i d 实验室，着手进行r f i d 中间件和r f i d 平台的开发，并以微软s o l 数据库和 w i n d o w s 操作系统为依托，向各大、中、小型企业提供r f i d 中间件企业解决方 案。与其他软件厂商运行的j a v a 平台不同，m i c r o s o f t 中间件产品主要运行于 微软的w i n d o w s 系列操作平台。企业在选用中间件技术时，一定要考虑r f i d 中 间件产品与自己现有的企业管理软件的运行平台是否兼容。根据微软的r f i d 中 间件计划，微软准备将r f i d 中间件产品集成为w i n d o w s 平台的一部分，并专门 为r f i d 中间件产品的数据传输进行系统级的网络优化。依据w i n d o w s 占据的的 全球市场份额及w i n d o w s 平台优势，微软的r f i d 中问件产品拥有了更大的的竞 争优势。 ( 4 ) s a p 中问件 s a pr f i d 中间件产品也是基于j a v a 语言遵循j 2 e e 企业架构开发的产品。s a p r f i d 中间件产品具有两个显著的特征： 1 ) s a p 的r f i d 中间件产品是系列化产品； 2 ) s a p 的r f i d 中间件是一个整合中间件，可以将其他厂商的r f i d 中间件 产品整合在一起，作为s a p 整个企业信息管理系统应用体系的一部分进行实施。 4 s a pr f i d 中自j 件主要包括：s a p 自动身份识别基础设施软件、s a p 事件管理软件 和s a p 企业门户。 为增强s a pr f i d 中问件的企业竞争力，s a p 又联合s u n 和s y b a s e ，将这两 家的r f i d 中间件产品整合到s a p 的中间件产品中。与s y b a s e 的r f i d 安全中间 件整合，提高了s a p 中间件数据传输的安全性；与s u n 的r f i d 中问件结合，使 得s a p 中问件的功能得到了极大的扩展。s a p 的企业用户大多数是世界5 0 0 强企 业，大多采用s a p 的管理系统。这些企业实施r f i d 项目的规模一般都比较大， 对相关软件和硬件的性能要求比较高。这些企业实施r f i d 项目改造，应用s a p 提供的r f i d 中间件技术可以和s a p 的管理系统实现无缝集成。能为企业节省大 量的软件测试时间、软件的集成时间，有效缩短了r f i d 项目实施步骤、时间。 ( 5 ) s u n 的r f i d 中间件 s u n 公司开发的j a v a 语言，目前被广泛应用于开发各种企业级的管理软件。 目前，s u n 公司根据市场需求，利用j a v a 在企业的应用优势开发的r f i d 中间件， 也具有独特的技术优势。s u n 开发的r f i d 中间件产品从1 o 版本开始，经历了 较长时间的测试，随着产品不断完善，已经完全达到了设计要求。随着r f i d 标 准g e n 2 0 的推出，目前s u n 中间件已推出了2 0 版本，实现了r f i d 中间件对 g e n 2 0 版本的全面支持和中央系统管理。其中间件分为事件管理器和信息服务 器两个部分。事件管理器用来帮助处理通过r f i d 系统收集的信息或依照客户的 需求筛选信息；信息服务器用来得到和储存使用r f i d 技术生成的信息，并将这 些信息提供给供应链管理系统中的软件系统。由于s u n 公司在r f i d 中间件系统 中集成了j i n i 网络工具，有新的r f i d 设备接入网络时，立刻能被系统自动发现 并集成到网络中，实现新设备数据的自动收集。这一功能在储存库环境中非常实 用。为了迸一步扩大s u nr f i d 中间件产品的影响力，s u n 公司已经与s a p 等几 家厂商组建了r f i d 中间件联盟，将各个厂家的r f i d 中间件产品整合到一起，利 用各自的企业资源，进行r f i d 中间件产品推广工作。 ( 6 ) s y b a s er f i d 中间件 s y b a s e 原来是一家数据库公司，其开发的s y b a s e 数据库在上世纪八九十年 代曾辉煌一时。在收购x c e l l e n e t 公司后，s y b a s e 公司正式介入r f i d 中间件领 域，并开始使用x c e l l e n e t 公司技术开发r f i d 中间件产品。s y b a s e 中间件包括 e d g e w a r e 软件套件、r f i d 业务流程、集成和监控工具。该工具采用基于网络的 程序界面，将r f i d 数据所需要的业务流程映射到现有企业的系统中。客户可以 建立独有的规则，并根据这些规则监控实时事件流和r f i d 中间件取得的信息数 据。s y b a s e 中间件的安全套件被s a p 看中，被s a p 整合进s a p 企业应用系统， 双方还签定了r f i d 中间件联盟协议，利用双方资源共同推广r f i d 中间件的企业 r f i d 解决方案。 ( 7 ) b e a 的r f i d 中间件阳1 b e ar f i d 中问件是目前r f i d 中间件领域最具竞争力的产品之一，尤其是在 2 0 0 5 年b e a 收购了r f i d 中间件技术领域的领先厂商c o n n e c t e r r a 公司之后， c o n n e c t e r r a 的中间件整合进b e a 的中间件产品，使b e a 的r f i d 中间件功能得 到极大的扩展。因此，b e a 可以向企业提供完整的一揽子产品解决方案，帮助企 业方便地实施r f i d 项目，帮助客户处理从供应链上获取的同益庞大的r f i d 数据。 b e a 公司的r f i d 解决方案由四个部分构成： 1 ) b e aw e b l o g i cr f i de d i t i o n ：先进的e p c 中间件，支持多达1 2 个阅读 器提供商的主流阅读器，支持e p cc l a s s o 、o + 、1 、i s 0 1 5 6 9 3 ， 1 5 0 1 8 0 0 0 - 6 b v i 1 9 e p c ，g e n 2 等规格的电子标签。 2 ) b e aw e b l o g i ce n t e r p r i s ep l a t f o r m ：专门为构建面向服务型企业解决 方案而设计的统一的、可扩展的应用基础架构。 3 ) b e ar f i d 解决方案工具箱：是实施r f i d 解决方案的加速器，包含快速 配置和部署r f i d 应用系统所必需的代码、文档和最佳实践路线。主要内容包括 事件模型框架、消息总线架构、预置的p o r t l e t 等。 4 ) 为开发、配置和部署该解决方案提供帮助的咨询服务。该解决方案可以 为客户实施r f i d 应用提供完整的基础架构，用户可以围绕r f i d 进行业务流程创 新，开发新的应用，从而提高r f i d 项目投资的回报率。目前，b e a 已成为基于 标准的端到端r f i d 基础设施从获取原始的r f i d 事件直到把这些事件转换成 重要的商业数据的厂家。 1 2 2r fld 中间件在中国的发展情况 r f i d 技术进入中国的时间比较短，各方面的工作还处于起始阶段。虽然我国 政府在国家十一五规划和8 6 3 计划中，对r f i d 应用提供了政策、项目和资金的 6 支持，并且r f i d 在国内的发展也较为迅速，但与国际技术的发展相比，在很多 方面还存在明显的差距。目前我国做中间件的企业很多，但专门开发r f i d 中间 件的企业却很少。国内在r f i d 中间件和公共服务方面已口开展了一些工作。依 托国家8 6 3 计划“无线射频关键技术研究与开发”课题，中科院自动化所开发了 r f i d 公共服务体系基础架构软件和血液、食品、药品可追溯管理中间件。华中 科技大学开发了支持多通信平台的r f i d 中间件产品s m a r t i ，上海交通大学开发 了面向商业物流的数据管理与集成中间件平台。此外，国内产品还包括东方励格 公司的l y n k o a l e 中间件，清华同方的e z r f i d 中间件、e z o n e e z f r a m e w o r k 基础 应用套件等。 虽然中国国内目前已经有了一些初具规模的r f i d 中间件产品，但大多没有 在企业进行实际应用测试，与国外的r f i d 中间件产品相比，还处于实验室阶段。 与国外经历了很长时间企业实际测试的r f i d 中间件产品相比，还有较大的距离。 我们应尽快完成，r f i d 中间件产品的企业测试，完善r f i d 中间件的相关功能，为 国内中小企业的r f i d 项目实施提供方便、实用、低成本的r f i d 中间件解决方案。 1 3 本中间件系统的特点 传统中间件系统一般分成三层，分别为数据采集层、数据处理层、信息发布 层。其中数据采集层负责r e a d e r 设备控制，数据处理层负责对r e a d e r 设备读取 到的原始数据进行过滤、聚集等处理，信息发布层负责对应用程序发布服务。除 了微软的r f i d 中间件明确依托于s q l 数据库和w i n d o w s 系统，运行于微软的 w i n d o w s 平台外，其他厂家的产品大多为基于j a v a 语言遵循j 2 e e 企业架构开发 的产品。因此，企业选择中间件产品时必须注意中间件产品与本身运行系统的兼 容性。 在实际应用中发现，传统中间件系统中主要存在以下一些缺点： ( 1 ) 传统中间件在开发时已将所支持的硬件设备与对应功能封装进系统，导 致有些硬件功能无法发挥，对新产品的不支持等。 由于r f i d 技术属于新兴技术，对于r e a d e r 硬件设备与标签的标准尚未统一， 所以各厂家生产的r e a d e r 设备功能上有些差异；以我们在实际应用中用到的三 套r e a d e r 设备为例，其中两套设备具有标签多读功能( 一次读取多个标签) ，其 中一套设备只有单读功能。在传统的中间件系统中，由于对所支持的硬件设备是 7 “一视同仁”，所以必将导致在运行过程中出错( 让第三套执行多读操作) ，或者 其中两套的多读功能无法发挥( 所有硬件不执行多读功能) 的情况。 同时，当有新的中问件硬件产品或新的标准出台后，由于目前r f i d 中间件在 设计时采用了固定结构，导致客户无法将新的产品结合进系统，导致兼容性不高。 ( 2 ) 中间件对应用程序发布服务非动态，不能做到对每个应用程序发布特定 的服务。 如果中间件系统具有多个服务对象，并且对每个服务对象提供不同的服务功 能，就需要具有动态发布服务功能。( 譬如对某些服务对象提供写标签的功能， 而由于安全原因需要屏蔽对另一些服务对象的写标签功能。) ( 3 ) 报告形式单一，以明细信息为主，缺少移入移出，计数，虚拟阅读等报 告。 图卜3 传统中间件系统结构图 为解决传统中间件中存在的问题，本中间件系统在结构设计阶段就对传统方 法作了改进( 图卜4 ) ，与传统的r f i d 中间件系统相比，本系统具有以下一些特 8 点与改进处： ( 1 ) 采用j a v a 语言，基于j 2 e e 架构开发，以o r a c l e 为数据库，使系统具 有较高可移植性。 ( 2 ) 将系统分为设备层、信息处理层、服务发布层等三层模式，实现整体架 构，提高系统扩展性。 ( 3 ) 改进已有系统中将硬件控制系统固定在中间件内部导致兼容性不高的的 缺点，创新提出为每类r e a d e r 配置一套控制程序，并使控制程序可单独添加或 更换的新模式，设计了控制程序接口规范。从理论上来说，实现了中问件系统不 但能支持已有的硬件设备，并且能兼容将来生产的新设备。 ( 4 ) 创新提出了“硬件功能注册”模块，使只有部分功能的读写器，也能接 入到中间件系统中发挥其作用，提高了设备利用效率。 ( 5 ) 采用w e bs e r v i c e 方式发布中间件服务，针对传统中间件系统中服务发 布与中间件系统脱离的状况，在中间件系统中设计了服务发布管理功能，可动态 管理发布的服务。 ( 6 ) 信息处理层内部分层实现数据过滤，约束，聚集等功能，为用户提供标 签明细信息，标签移入与移出，计数，虚拟阅读多种形式的报告。 总的来说，新设计的系统与已有系统相比，在架构上更具有扩展性和可靠性。 图1 - 4 本中间件系统结构图 9 1 4 本研究的目的和意义 鉴于目前r f i d 技术的发展前景及存在问题，以及仓储管理系统对改进传统 操作方式的需求，本课题将致力于研究一套具有较高可扩展性，稳定性以及实用 性的r f i d 中间件系统，并将其应用于w m s 系统中以检验实际使用效果。 本课题主要解决如下关键技术问题： ( 1 ) 研究r f i d 中间件系统中的r e a d e r 硬件管理，事件管理，数据收集， 过滤，聚集等任务，分析合理高效的实现方式。 ( 2 ) 研究r f i d 系统实现架构，重点分析中间件与读写器硬件，中问件与应 用程序两类接口实现方式，创新提出两类接口的连接标准，以使中间件具有更高 级别的可扩展性。 ( 3 ) 创新提出在中间件中实行硬件功能注册功能，提高中间件对硬件的兼 容性。 ( 4 ) 创新提出中间件服务动态发布功能，实现服务内容实时动态发布。 ( 5 ) 采用c + + 编写r e a d e r 控制程序，j 2 e e 技术实现中间件管理系统和w m s 系统，采用w e bs e r v i c e 发布中间件服务，完整的实现以上设计方案。 上述的研究成果，可以全面地完成中间件系统的设计与实现。本系统针对传 统中间件的缺点提出了新的设计方案，并通过该方案提高了设备利用率与r f i d 中间件系统的兼容性等。最后又设计了一套w m s 系统来检测中间件使用效果，通 过实际应用我们发现，本文所提出的设计方式，比传统中间件系统存在更高实用 价值。故本课题的研究具备了较高的技术先进性、学术价值与实际应用价值。 本文是浙江省科技计划重点课题“r f i d 中间件设计模式研究及其在m s 中的 应用”成果的一部分。 1 5 本论文的主要研究工作 为了实现上述的课题研究目标，本论文的主要研究工作有： ( 1 ) 分析目前r f i d 中间件研究现状，分析i b m ，s u n ，m i c r o s o f t ，s a p ，b e a 等国外r f i d 中间件以及国内一些大学已经完成的工作，重点分析及试用了b e a 公司的r f i d 中问件。 ( 2 ) 熟悉各r e a d e r 硬件和标签相关标准，使用方法等。重点研究了深圳丰 泰瑞达公司生产的9 1 3 m 固定式读写器，以及大连维深公司生产的9 1 3 m 移动式读 l o 写器，以及一套老式低频读写器。 ( 3 ) 通过对r f i d 、中间件、j 2 e e ，w e bs e r v i c e s 、仓储管理等关键技术理 论的反复综合研究分析，确定了本课题采用c + + 编写r e a d e r 硬件控制程序，基 于j 2 e e 的技术框架和o r a c l ed a t a b a s el o g g 分布式数据库开发中间件系统和 w m s 系统，采用w e bs e r v i c e 技术发布中间件的服务。 ( 4 ) 研究中间件系统与r e a d e r 硬件，中间件系统与应用程序的接口方式， 编写接口使用标准说明书。 ( 5 ) 实现并整合中间件系统与w m s 系统。在上述研究实施中采用了基于j 2 e e 的w e bs e r v i c e s 的软件工程开发方法，在克服了研究中遇到的不少困难后，最 终实现了采用r f i d 技术的动态仓储管理系统的课题研究目标。 1 6 本章小结 本章首先介绍了本论文的课题背景；再分析与总结了r f i d 中间件系统研究 在国内外的研究现状；然后在此基础上，分析已有中间件系统的优点与不足，提 出了更具现实意义的新的中间件设计模式；最后总结了本论文的主要研究工作。 第2 章r fld 中间件关键技术 本r f i d 中间件系统采用j 2 e e 开发，以o r a c l e 作为后台数据库。在硬件管 理层中，硬件的原始功能厂家一般以d l l 文件形式提供，本系统为需要支持的每 类硬件都编写了一套对应的控制程序。信息处理层负责对硬件层采集到的原始数 据进行过滤、聚集等处理。中间件最后采用w e bs e r v i c e 技术为高层的应用程序 ( 仓储管理系统) 发布服务。本章将介绍在设计和开发中用的一系列关键技术。 2 1r fid r f i d d o 技术是2 0 世纪9 0 年代开始兴起的一种非接触的自动识别技术，射频 识别技术是一项利用射频信号通过空问耦合( 交变磁场或电磁场) 实现无接触信 息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术n 。 现今r f i d 技术己经成为一个很热门的话题。据业内人士预测，r f i d 技术市 场将在未来五年内在新的产品与服务上带来3 0 至1 0 0 亿美金的商机，随之而来 的还有服务器、资料储存系统、资料库程序、商业管理软件、顾问服务，以及其 他电脑基础建设的庞大需求。或许这些预测过于乐观，但r f i d 将会成为未来的 一个巨大市场是毫无疑问的。包括i n t e l ，i b m ，m i c r o s o f t 和s u n 在内的许多 高科技公司都在加紧从事r f i d 软硬件产品的丌发。作为条形码的无线版本，r f i d 技术具有读取速度快、存储空间大、穿透性强和安全性高等众多优点，由此可以 预见其能够广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资 产管理等众多领域。因此可以说r f i d 技术正在成为全球热门的新技术。 r f i d 技术的前身可以追溯到第二次世界大战( 约1 9 4 0 年) ，当时该技术被英 军用于识别敌我双方的飞机。其原理是在英方飞机上装有识别标签( 类似于今天 的主动式标签) ，当雷达发出微波查询信号时，装在英方飞机上的识别标签就会 做出相应的回执，使得发出微波查询信号的系统能够判别出飞机的身份，此系统 称为i f f ( i d e n t i t yf r i e n do rf o e ，敌我识别) ，目前世界上的飞行管制系统仍 是在此基础上建立的。 现今的r f i d 技术是a e i ( a u t o m a t i ce q u i p m e n ti d e n t i f i c a t i o n ，自动识别) 在射频技术方面的具体应用与发展。r f i d 技术利用射频信号的空间耦合，实现 了无接触式的信息双向通信，并且利用所接收到的信息完成了对目标物体的自动 1 2 识别。与早期的识别技术相比，r f i d 技术因其特有的非接触性以及可对多个目 标物体同时识别的特性，得到了众多行业的青睐。 2 1 1r fid 系统的分类 r f i d 系统可以从多种角度进行分类，主要包括按频率划分、按电子标签供电 形式划分、按电子标签可读写性划分和按数据通信方式划分。 2 1 1 1 按频率划分 r f i d 系统的工作颇率是其最重要的特征之一。r f i d 系统的工作频率不仅决 定着射频识别系统工作原理( 电感耦合还是电磁藕合) 、识别距离，还决定着电子 标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。工作在不同频段或频点的r f i d 系 统具有不同的特点。r f i d 阅读器发送的频率基本上划分为三个范围：( 1 ) 低频 ( 3 0 k h z 一3 0 0 k h z ) ；( 2 ) 中高频( 3 m h z 一3 0 m h z ) ：( 3 ) 超高频( 3 0 0 m h z 一3 g h z ) 或 微波( 3 g h z ) 。从应用概念看，电子标签的工作频率也就是r f i d 系统的工作频率 1 2 】 0 低频段电子标签，简称为低频标签，其工作频率范围为3 0 k h z - 3 0 0 k h z 。典型 工作频率有：1 2 5 k h z ，1 3 3 k h z 。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感 耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之问传送数据 时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内，它的阅读距离一般情况下小于1 米。低频标签的典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗( 带 有内置电子标签的汽车钥匙) 等。中高频段电子标签的工作频率一般为 3 m h z 一3 0 m i z 。典型工作频率为：1 3 5 6 m h z 。该频段的电子标签，从射频识别应用 角度来说，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合方式工作，所以 宜将其归为低频标签类中。另一方面，根据无线电频率的一般划分，其工作频段 又称为高频，所以也常将其称为高频标签。鉴于该频段的电子标签可能是实际应 用中最大量的一种电子标签，因而我们只要将高、低理解成为一个相对的概念， 即不会在此造成理解上的混乱。为了便于叙述，我们将其称为中频射频标签。中 频标签一般也采用无源方式，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感藕合方 式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进行数据交换时，标签必 须位于阅读器天线辐射的近场区内，中频标签的阅读距离一般清况下也小于1 米。中频标签由于可以方便地做成卡片状，因而广泛应用于电子车票、电子身份 证、电子闭锁防盗( 电子遥控门锁控制器) 、小区物业管理、大厦门禁系统等场 厶 口。 超高频与微波频段的电子标签，简称为微波电子标签，其典型工作频率为： 4 3 3 9 2 m h z ，9 1 5 m h z ，2 4 5 g h z ，5 8 g h z 。微波电子标签可分为有源标签与无源标 签两类。工作时，电子标签位于阅读器天线辐射场的远场区内，标签与阅读器之 间的耦合方式为电磁反向散射耦合方式。相应的射频识别系统阅读距离一般大于 l 米，典型情况为4 - 6 米，最大可达1 0 米以上。阅读器天线一般均为定向天线， 只有在阅读器天线定向波束范围内的电子标签可被读写。微波标签主要用于铁路 车辆自动识别、集装箱识别，同时还可用于公路车辆识别与自动收费系统中。 为了解决r f i d 系统工作频率所造成的对特定物品( 如高湿) 识别效果差的问 题，r f i d 技术研发者们新近又开发出了将低频和高频两个频率集成到一枚芯片 上的双频系统。 2 1 1 2 按电子标签供电形式划分 依据电子标签工作所需能量的供给方式的不同，r f i d 系统可分为无源、有源 以及半有源系统。无源系统所使用的无源标签又称被动标签，标签自身不需要电 源供电，而是通过阅读器发送的射频信号供电，它重量轻、体积小、寿命长、成 本低廉，在工程实现中得到了广泛的应用。有源系统的标签使用标签内的电池来 供电，系统识别距离较长，可达几十米，但其寿命有限并且成本较高。另外，由 于标签内载电池，因此有源标签的体积较大，无法制成薄卡。半有源系统的标签 也带有电池，但是此电池只起到激活系统的作用，标签一旦被阅读器激活，即无 需标签内的电池供电，进入无源标签工作模式。 2 1 1 3 按电子标签的可读写划分 根据电子标签内部使用的存储器类型的不同，电子标签可分为三种：可读写 ( r w ) 标签、一次写入多次读出( w o r m ) 标签和只读( r 0 ) 标签。r w 标签一般比w o r m 标签和r 0 标签成本高很多。r o 标签内部只有只读存储器( r e a do n l ym e m o r y ， r o m ) 和随机存储器( r a n d o ma c c e s sm e m o r y ，r a m ) 。r o m 用于存储发射器操作系 统程序和安全性要求较高的数据，它与内部的处理器或逻辑处理单元完成内部的 操作控制功能，如响应延迟时问控制、数据流控制以及电源开关控制等。只读标 签中的r a m 用于存储标签反应和数据传输过程中临时产生的数据。另外，只读标 1 4 签中除了r o m 和r a m 外，一般还有缓冲存储器，用于暂时存储调制后等待天线发 送的信息。r w 标签内部的存储器除了r o m ，r a m 和缓冲存储器之外，还有非活动 可编程记忆存储器。这种存储器除了存储数据功能外，还具有在适当的条件下允 许多次写入数据的功能。非活动可编程记忆存储器有许多种，电可擦除可编程只 读存储器( e e p r o m ) 是比较常用的一种，这种存储器在加电的情况下，可以实现 对原有数据的擦除以及数据的重新写入。w o r m 标签是用户可以一次性写入的标 签，但写入后数据不能再改变。 2 1 1 4 按数据通信方式划分 按数据在r f i d 阅读器与电子标签之间的通信方式，r f i d 系统可以划分为三 种：半双工系统、全双工系统、时序系统。在半双工( h d x ) 系统中，从电子标签 到阅读器的数据传输与阅读器到电子标签的数据传输是交替进行的。当频率在 3 0 0 m h z 以下时常常使用负载调制的半双工法，有没有副载波都可以，电路也很 简单。与此很相近的方式是来源于雷达技术的调制反射截面的方法，工作频率在 i o o m h z 以上。负载调制和调制反射截面直接影响由阅读器产生的磁场或电磁场， 因此被称作“谐波”处理法。在全双工( f d x ) 系统中，数据在电子标签和阅读器 之间的双向传输是同时进行的。其中电子标签发送数据，所用频率为阅读器的几 分之一，即采用“分谐波，或是用一种完全独立的“非谐波”频率。 在时序( s e q ) 系统中，从阅读器到电子标签的数据传输和能量供给与从电子 标签到阅读器的数据传输在时间上是交叉进行的，即脉冲系统。半双工与全双工 两种方式的共同点是，从阅读器到电子标签的能量供给是连续的，与数据传输的 方向无关，而与此相反，在使用时序系统的情况下，从阅读器到电子标签的能量 供给总是在限定的时间间隔内进行，从电子标签到阅读器的数据传输是在电子标 签的能量供给间歇时进行的。 2 2r fid 中间件 2 2 1 中间件 中间件埘( m i d d l e w a r e ) 是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软 件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于客户机服务器的操作系 统( 0 s ) 之上，管理计算资源和网络通信。中间件是基础软件的一大类，属于可 复用软件的范畴。中间件处于操作系统软件与用户的应用软件的中间，在操作系 统、网络和数据库之上，应用软件的下层。总的作用是为处于自己上层的应用软 件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件 i d ，1 5 ，1 6 】 中间件具有五个特点：满足大量应用的需要；运行于多种硬件和0 s 平台； 支持分布式计算；提供跨网络、硬件和0 s 平台的透明性的应用或服务的交