（管理科学与工程专业论文）基于复杂事件处理的RFID中间件的研究与设计.pdf

基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 基于复杂事件处理的r f id 中间件的研究与设计 摘要 近些年，随着射频识别技术( 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 ，r f i d ) 的不断成熟和发展，它已经被广泛地应用于生产、零售、物流、交通 等行业，并不断向新的领域渗透。然而由于r f i d 设备与企业应用系 统间的集成耗费不菲且技术复杂，制约了r f i d 技术的进一步推广。 r f i d 中间件很好地解决了这个问题。而复杂事件处理( c o m p l e xe v e n t p r o c e s s i n g ) 是一项提取和分析信息的技术，能使系统的不同使用者 提取各自需要的信息，将它引入r f i d 中间件中，能够极大地提高 r f i d 中间件处理数据的能力，从而提高整个r f i d 系统的效率。本 文从r f i d 的应用切入，根据实际应用对r f i d 中间件提出的需求， 分析了r f i d 中间件需要具备的功能，提出了一套基于复杂事件处理 的r f i d 中间件解决方案。 论文首先综述了r f i d 技术，探讨r f i d 中间件技术在国内外的 研究现状，分析了选题的背景和研究意义；然后简单介绍了r f i d 中 间件的定义、发展阶段、特征以及复杂事件处理技术的相关知识；在 这些知识的基础上，针对实际应用对r f i d 中间件提出的功能需求， 分析了r f i d 中间件的设计要点，得到本文的开发目标；针对研究目 标，结合分层思想，本文提出了基于复杂事件处理的r f i d 中间件的 解决方案，设计了r f i d 中间件的层次结构及功能模块划分，论述了 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 各个功能模块的具体实现。 本文提出的r f i d 中间件共分四个层次：设备管理层、数据处理 层、事件处理层和服务层。设备管理层主要负责对r f i d 读写器、电 子标签等设备的管理，通过读写器适配器、逻辑读写器、标签分类等 技术来完成对设备的管理；数据处理层主要负责数据的采集及对冗余 数据的处理，通过设计相应的过滤器来对各种冗余数据进行过滤；事 件处理层主要通过缓冲、处理及检测几个模块来实现对事件的处理， 以供应用系统的使用：服务层主要负责与应用系统的通信，将中间件 处理完毕的数据信息根据不同需求发送至各个应用系统。最后针对 r f i d 中间件系统设计存在的不足提出了下一步的工作。 关键词：射频识别；r y i d 中间件；复杂事件；复杂事件处理 i i 基于复杂事件处理的r f l d 中问件的研究与设计 r e s e a r c ha n dd e s i g n o fr f i dm i d d l e w a r e b a s e do nc o m p l e xe v e n tp r o c e s s i n g a bs t r a c t i nt h er e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dm a t u r a t i o no fr a d i o f r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ( r f i d ) t e c h n o l o g y , r f i di sb e i n gg r a d u a l l y w i d e l ya d o p t e da n dd e p l o y e di nm a n yf i e l d s ，s u c ha sp r o d u c tl i n e ，r e t a i l ， l o g i s t i c s ，c o m m u n i c a t i o n st r a n s p o r t a t i o na n ds oo n ，a n dc o n t i n u et o p e n e t r a t et on e wa r e a s h o w e v e r , d u et ot h ee x p e n s i v ec o s ta n dh i g h c o m p l e x i t yo fr f i dd e v i c ei n t e g r a t i o ni n t oe n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ns y s t e m s ， t h ep o p u l a r i z a t i o no fr f i dt e c h n o l o g yh a sb e e nr e s t r i c t e d i nt h i sc a s e ， r f i dm i d d l e w a r ei sag o o ds o l u t i o n c o m p l e xe v e n tp r o c e s s i n g ( c e p ) i sa ne x t r a c ta n da n a l y z ei n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , w h i c h c a ns e n d i n f o r m a t i o nt oa p p l i c a t i o ns y s t e m sa c c o r d i n gt od e m a n d u s i n gc e pi n r f i dm i d d l e w a r ec a n g r e a t l y e n h a n c et h em i d d l e w a r e s a b i l i t y o f p r o c e s s i n gd a t a ，t h u si m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h er f i ds y s t e m t h i s p a p e rb e g i n s f r o mt h e a p p l i c a t i o no fr f i d ，a n a l y z e st h ef u n c t i o n m o d u l e so fr f i dm i d d l e w a r ea c c o r d i n gt ot h ed e m a n do fp r a c t i c a l a p p l i c a t i o n ，a n dp r o p o s e sas o l u t i o no fr f i dm i d d l e w a r eb a s e do nc e e f i r s t ，t h et h e s i sd i s c u s s e sc u r r e n td e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fr f i d i i i 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 t e c h n o l o g ya 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 da n a l y z e s t h eb 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 nt h i sp a p e rb r i e f l y i n t r o d u c e sd e f i n i t i o n ，d e v e l o p m e n t ，c h a r a c t e r i s t i c so fr f i dm i d d l e w a r e a n dr e l a t e dk n o w l e d g ea b o u tc e eb a s e do nt h ed e m a n do fp r a c t i c a l a p p l i c a t i o no fr f i dm i d d l e w a r e ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ek e yp o i n ta n d s u m m a r i z e s d e s i g no b j e c t i v e s 。f i n a l l y , c o m b i n e s w i t hh i e r a r c h i c a l t h i n k i n g ，t h i sp a p e rp r o p o s e st h es o l u t i o no fr f i dm i d d l e w a r eb a s e do n c e p , d e s i g n st h ei 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 ea n dr e a l i z e st h e f u n c t i o nm o d u l e s i nt h i sp a p e r , t h er f i dm i d d l e w a r ec o n s i s t so ff o u rl a y e r s ：d e v i c e m a n a g e m e n tl a y e r , d a t ap r o c e s s i n gl a y e r , e v e n tp r o c e s s i n gl a y e ra n d s e r v i c e l a y e r d e v i c em a n a g e m e n tl a y e rs e e s t o m a n a g et h e d e v i c e s t h r o u g hr e a d e ra d a p t e r , l o g i s t i cr e a d e ra n dc l a s s i n gt a g s d a t ap r o c e s s i n g l a y e r i s m a i n l yr e s p o n s i b l e f o rd a t ac o l l e c t i o na n dp r o c e s s i n go f r e d u n d a n td a t a f i l t e r sa r e d e s i g n e d t of i l t e rr e d u n d a n td a t a e v e n t p r o c e s s i n gl a y e rd e a l s w i t he v e n t sb yt h em o d u l e so fb u f f e r i n g ， p r o c e s s i n g a n d c h e c k i n g s e r v i c el a y e r s e e st oc o m m u n i c a t ew i t h a p p l i c a t i o ns y s t e m sa n ds e n dd a t at ot h e m f i n a l l y , t h i sp a p e rg i v e st h e f u r t h e rw o r ko ni m p r o v e m e n to fr f i dm i d d l e w a r es y s t e m k e y w o r d s ：r a d i o f r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ；r f i dm i d d l e w a r e ； c o m p l e xe v e n t ；c o m p l e xe v e n tp r o c e s s i n g i v 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 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。 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。 签名：链垦导师签名： 日期：研年多月j 日 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 第1 章绪论 射频识别( r f i d ) 技术是自动识别技术的一种高级形式。它利用无线射频 信号，通过读写器、天线和安装在载体上的r f i d 标签，构成r f i d 系统，实现 对载体的非接触的识别和数据信息交换。与条码、磁卡、i c 卡等早期和同期的 接触式识别技术相比，r f i d 凭借精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快 捷等独特的优点得到了人们的广泛认可，目前被广泛应用于生产、零售、物流、 交通、医疗、国防、畜牧、采矿等行业，并不断向新的领域渗透。 1 1 研究背景 在以沃尔玛为代表的大型零售商的推动下，r f i d 技术在全球掀起了阵阵浪 潮，吸引了众多研究机构和厂商参与相关技术的研究与开发。目前r f i d 的研究 主要围绕r f i d 标准、r f i d 成本、r f i d 技术和r f i d 应用系统等方面展开【1 1 。 其中，技术方面的研究主要集中在工作频率选择、天线设计、防冲突技术和安全 与隐私保护等方面；在应用环节方面的研究主要集中在系统解决方案及r f i d 中 间件的设计与实现1 2 j 等问题。 要实现r f i d 的普遍应用，不仅要求有低成本的标签和读写器，同时也要求 合适的系统解决方案。目前，普遍认为r f i d 的系统架构是由r f i d 中间件构成 的【3 ，4 】。r f i d 中间件介于r f i d 读写器与企业应用系统之间，能够和多个r f i d 读写器以及多个企业应用系统连接，以减轻系统架构与其维护的复杂性。r f i d 中间的主要作用是对读写器进行控制管理，实现数据的采集、过滤、聚合操作并 将数据提交给应用系统。可以说r f i d 中间件是r f i d 系统运作的神经中枢。r f i d 中间件屏蔽了r f i d 设备的多样性和广泛性，能够为后台业务系统提供强大的支 撑，从而适应更广泛、更丰富的r f i d 应用。 随着r f i d 技术产业化的推进，中间件作为应用开发中的一项核心技术与 r f i d 结合，适应了r f i d 应用进一步发展的需要。因此研究开发r f i d 中间件具 有重要的应用价值。 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 1 2r fid 中间件的发展现状 r f i d 中间件提供一个分布式的环境来处理、分析和统计从r f i d 标签中采 集的数据，然后传递给各种各样的后台应用系统。在r f i d 的规模化、标准化、 集成化过程中，r f i d 中间件起着不可替代的重要作用。因此中间件已成为r f i d 研究的热点之一。 1 2 1 国外现状 目前，r f i d 中间件市场得到了国际软件巨头的广泛关注和认可。i b m 、b e a 、 s a p 、m i c r o s o f t 、o r a c l e 以及s u n 等多家公司均相继推出了r f i d 中间价产品【5 | 。 文献【6 所提出的e p c 网络，包括了e p c 编码、s a v a n t 、对象名字服务( o b j e c t n a m es e r v i c e ，o n s ) 、e p c 信息服务( i n f o r m a t i o ns e r v i c e s ) 、物理表示语言 ( p h y s i c a lm a r k u pl a n g u a g e ，p m l ) 等关键技术，得到了部分大学和很多企业的 支持。e p c 组织还提出了r f i d 中间件的软件方面的标准a l e ( a p p l i c a t i o nl e v e l e v e n t s ) ，主要包含：位置与读写器或天线的一一对应，采集数据的时间间隔， 打包采集到的数据及部分报表的规范等。 s u n 所设计的r f i d 中间件是基于文献 6 】所提出的e p c 网络基本构架，是完 全端到端的解决方案，其很重要的一点是强化了s u n 的核心基础技术。s u nj a v a s y s t e mr f i d 软件的设计通过对e p c g l o b a la l e 软件标准的支持，可以过滤、集 合与处理大量的来自r f i d 网络边缘的数据，为企业的各类应用提供流式化商务 信息，并可减少网络通信流量。s u n 公司的r f i d 中间件s u nj a v as y s t e mr f i d s o f t w a r e 由两部分组成：事件管理器( j a v as y s t e mr f i de v e n tm a n a g e r ) 和信息 服务器( j a v as y s t e mr f i di n f o r m a t i o ns e r v e r ) 。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存储 使用r f i d 技术生产的信息，并将这些信息提供给供应链管理系统中的软件系统。 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兼容性问题。它所提出的r f i d 系统的层次结构，包 括了设备层( d e v i c e sl a y e r ) 、数据收集和管理层( d a t ac o l l e c t i o na n dm a n a g e m e n t l a y e r ) 、事件管理层( e v e n tm a n a g e m e n tl a y e o 、基于开放标准的服务接口层 2 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 ( s e r v i c e sl a y e r ) 和应用与解决方案层( a p p l i c a t i o ns o l u t i o n sl a y e r ) 等。 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 企业架构开发的开放式 r f i d 中间件产品，提出了一种轻型r f i d 中间件架构，主要是通过一条信息总 线( r f i db u s ) 来代替复杂的层次结构，包括e d g ed o m a i n 、p r e m i s e sd o m a i n 和b u s i n e s sp r o c e s si n t e g r a t i o nd o m m n 。它可以帮助企业简化实施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连接，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。 o r a c l er f i d 中间件是一套基于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。它设计了内嵌在其应用服务器 1 0 9 中的传感器边缘服务器，其主要包括的特征有数据收集、分组、规则过滤、 数据的打包发送以及在打包路由之前的内部数据队列的组织和管理等。o r a c l e 应 用服务器将系统整合在一起，使商业过程流线化和自动化，为商业过程管理提供 基于模型的事件工具，并对行为进行监控。 b e a 从两个层面实现r f i d 中间件：b e aw e bl o g i cr f i de d g es e r v e r 和b e a w e bl o g i cr f i de n t e r p r i s es e r v e r ，将边缘和集成层分离，提高了可伸缩性，并 为客户降低成本。 s y b a s e 公司也推出了建立在s y b a s e 的相关核心产品上的r f i d 中间件，包 括了物理设备层、r f i d 网络层、处理层、维持层、整合层、表示层和一些建模 和工具组件集，除此之外还包括了一些探查、警报、通告和管理的部分组伊7 】。 文献【8 】为c a m b r i d g e 大学d u n c a nm c f a r l a n e 领导的a u t o i d 中心对 r e a l t i m er f i d 的时间的性能所作的研究，特别是在生产自动化控制领域和时间 数据库的事件操作上。文献 9 】为s t a n f o r d 大学的d a v i dl u c k h a m 教授所领导和开 创的c e p ( 复杂事件处理) 。c e p 的主要任务是“消费 基于事件的数据，并实 时地应用一些规则于这些事件上，通过处理将未加工的原始事件数据转换成有价 值的商业信息。其通信层的核心组件为f i l t e r s 和m a p s 。并着重考虑表示因果关 系的事件历史记录、事件模式，其中表示因果关系的事件历史记录包括对这些事 件之间的因果关系；事件模式中亦包含有因果和事件的关系。c e p 需要的平台包 3 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 含：事件编程语言，事件可视化工具，对流事件的适配器，事件数据库。c e p 不仅是一种新的思路，它也需要很多根本上的基础变革；比如编程语言、事件处 理、数据库技术等，这甚至使得有人相信事件处理将带来下一个1 0 年中软件工 业的重要转移。u c l aw i n m e cr f i d 实验室所设计的r f i d 中间件是在分布式 架构上构建的w e b 服务，基于x m l 和s o a p ，包含了简单的捕获、平滑、过滤、 路由、聚合等功能，主要应用在一些实验性的演示系统上。i b mh a i f a 实验室设 计了s i t u a t i o nm a n a g e r ，其中s i t u a t i o n 本身是对复合事件概念的表现力、灵活性 和可用性的扩展，它的基本的内容包含一种语言和一套有效的运行时执行机制。 通过结合当前系统状态和事件历史实例来对事件进行收集、筛选和消耗的处理。 其理论基础来自其对基于规则的系统的研列1 0 l 。 1 2 2 国内现状 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经开展了一些工作。依托国家8 3 6 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 ，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。 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。国内的相关厂家应尽快完成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。 如果国内的企业能够赶在企业开始大规模实施r f i d 项目之前，开发出完善、 4 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 成熟、可靠的r f i d 中间件产品，加上国内的天时、地利、人和、成本优势，占 据中国国内的r f i d 中间件市场是完全有可能的。 通过对比国内外r f d i 中间件的实际情况，不难发现，国外的r f d i 中间件 产品发展的时间并不比中国r f i d 中间件早很多。只要中国软件企业奋起直追， 依托国内较低的成本优势、众多优秀的技术人员，在短时间内完全有可能开发出 与国外的同类产品相匹敌的r f i d 中间件产品。 1 3 研究意义与研究内容 1 3 1 研究意义 看到目前各式各样r f i d 的应用，企业最想问的第一个问题是：“我要如何 将我现有的应用系统与这些新的r f i dr e a d e r 进行有效连接? 这个问题的本质 就是企业应用系统与硬件设备接口的问题。 一般情况下应将系统一旦开发好以后是相对固定的，而主机程序却是千差万 别的并且这种区别是不可避免的，这是因为： ( 1 ) 软件应用的背景领域可能不同，不可能各个领域都使用同一套软件； ( 2 ) 开发时使用的编程语言和技术不尽相同； ( 3 ) 软件运行的平台可能不同。 这样就给企业实现不同信息系统间相互通信的带来了极大的不便。据统计， 应用开发过程中大约有7 0 的时间和精力用于解决与业务逻辑没有直接关系的 跨平台难题。而大公司r f i d 中间件解决方案虽各有优点，但亦有不足之处，因 为这些解决方案大都是在软件公司的已有平台上进行的开发或者是作为企业套 件的一部分进行出售，而对于中小企业来说，企业已有良好运行中的中小型应用 系统，同时购买大型的企业套件，资金也是它们面临的最大问题。开发一个适用 于中小企业特点的r f i d 中间件成为一个很有意义的研究课题。 1 3 2 研究内容 本文是“数字粮库和基于r f i d 技术的粮食现代物流系统的开发和应用”课 题的一部分。论文主要工作是，对r f i d 中间件的功能架构以及复杂事件处理技 5 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 术进行了深入研究和分析，在研究国内外r f i d 中间件的基础上，针对实际应用 对r f i d 中间件提出的需求，将复杂事件处理技术引入到了r f i d 中间件的设计 中，提出了基于复杂事件处理的r f i d 中间件的解决方案，并对r f i d 中间件系 统的各功能模块进行了详细设计与实现。 1 4 论文结构 论文安排如下： 第一章绪论 综述选题的背景与意义，介绍了r f i d 中间件国内外的研究现状，指出了本 文的主要工作。 第二章r f i d 中间件 介绍了r f i d 中间件技术，包括r f i d 中间件定义、架构的种类、发展阶段 及其特征必要性。 第三章复杂事件处理技术 简单介绍了事件的相关概念及复杂事件处理技术 第四章r f i d 中间件的设计分析 对r f i d 中间件进行了功能分析与框架设计，阐述了基于复杂事件处理的 r f i d 中间件的系统功能及设计目标。 第五章r f i d 中间件各功能模块的设计与实现 对基于复杂事件处理的r f i d 中间件的各功能模块进行了详细地分析设计， 并阐述了各功能模块的具体实现。 第六章总结与展望 总结全文并提出了下一步的研究工作。 6 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 2 1r fid 中间件定义 第2 章r f id 中间件 在r f i d 应用实施中，需要解决的第一个关键问题就是如何实现r f i d 读写 器与现有应用系统的有效连接，这个问题的本质就是企业应用系统与r f i d 硬件 设备接口的问题。因此，通用性是整个应用的关键，此外正确读取r f i d 数据、 确保数据读取的可靠性以及有效地将数据传送到后台应用系统都是必须考虑的 问题。传统的应用程序与应用程序之间数据传递与共享是通过中间件架构解决 的，并发展出各种服务器应用软件；同理，中间件的架构解决方案便成为r f i d 应用的一项极为重要的核心技术【l l j ，由此提出了r f i d 中间件的概念。 e p c g l o b a l 在制定的“a u t o i ds a v a n t 规范1 0 ，【6 】中提出了s a v a n t 的概念， 后来在这个概念上延伸了r f i d 中间件和边缘服务器。f o r r e s t e rr e s e a r c h 对r f i d 中间件的定义表述是【2 】：r f i d 中间件是介于r f i d 读写器( 或其他自动识别设 备) 与应用系统之间的、用于管理和分发r f i d 数据的平台。 r f i d 中间件在r f i d 读写器和应用程序之间起到中介作用，在应用程序端 使用中间件所提供的一组通用的应用程序接口( a p i ) 即能连接r f i d 读写器实 现r f i d 标签数据读取，一方面屏蔽了芯片、标签、读写器等r f i d 硬件设备以 及操作系统、数据库等的差异，提供了高安全、高性能、高扩展性、可管理性等 方面的可靠保障；另一方面有效驱动后台应用系统形成统一的协调运作。这样一 来，即使存储r f i d 标签信息的数据库软件或后台应用程序发生变化，或增加 r f i d 读写器的种类时，应用端不需修改也能处理，省去多对多连接结构及其维 护的复杂性问题。 7 基于复杂事件处理的r f i d 中问件的研究与设计 图2 1r f i d 系统逻辑结构图 2 2r fld 中间件架构的种类及发展阶段 r f i d 中间件可以从架构上分为两种1 1 】【1 2 】： 1 以应用程序为中心( a p p l i c a t i o nc e n t r i c ) 的设计概念是通过r f i dr e a d e r 厂商提供的a p i ，以h o tc o d e 方式直接编写特定r e a d e r 读取数据的a d a p t e r ，并 传送至后台系统的应用程序或数据库，从而达成与后台系统或服务串接的目的。 2 以架构为中心( i n f r a s t r u c t u r ec e n t r i c ) 随着企业应用系统的复杂度增高， 企业无法负荷以h o tc o d e 方式为每个应用程序式编写a d a p t e r ，同时面对对象标 准化等问题，企业可以考虑采用厂商所提供标准规格的r f i d 中间件。这样一来， 即使存储r f i d 标签情报的数据软件改由其他软件代替，或读写r f i d 标签的 r f i dr e a d e r 种类增加等情况发生时，应用端不做修改也能应付。 从整个r f i d 中间件的发展趋势看，r f i d 中间件基本可分为3 个大阶段， 即应用程序中间件、架构中间件、解决方案中间件三个阶段。 1 应用程序中间件( a p p l i c a t i o nm i d d l e w a r e ) 发展阶段：r f i d 初期的发展 多以整合、串接r f i d 读写器为目的，本阶段多为r f i d 读写器厂商提供简单a p i ， 以供企业将后台系统与r f i d 读写器串接。以整体发展架构来看，此时企业导入 须自行花费许多成本去处理前后台的系统连接问题。 2 架构中间件( i n f r a s t r u c t u r em i d d l e w a r e ) 发展阶段：本阶段是r f i d 中间 8 基于复杂事件处理的r f i d 中问件的研究与设计 件成长的关键阶段。由于r f i d 的广泛应用，沃尔玛与美国国防部等关键使用者 相继进行r f i d 技术的规划，促使国际各大厂商纷纷关注r f i d 相关市场的发展。 本阶段r f i d 中间件的发展不但已经具备基本数据搜集、过滤等功能，同时也满 足企业多对多的连接需求，并具备了平台的管理和维护功能。 3 解决方案中间件( s o l u t i o nm i d d l e w a r e ) 发展阶段：未来在r f i d 标签、 读写器与中间件发展成熟过程中，各厂商针对不同领域提出各项创新应用解决方 案。例如m a n h a t t a n a s s o c i a t e s 提出“r f i di nab o x ”，企业不需要再为前端r f i d 硬件与后台系统的连接而烦恼。 2 3r fid 中间件的特征及必要性 一般来说，r f i d 中间件具有如下特征： ( 1 ) 面向信息( o r i e n t e di n f o r m a t i o n ) 从r f i d 系统应用的场景来看，r f i d 中间件最适合的就是使用基于事件驱 动的机制，即消息中间件。当一个事件发生时，消息中间件通知服务方应该进行 何种操作。信息以消息的形式在程序间传递。消息是以异步的方式传送，所以传 送者不必等待回应。这很适于多个读写器同时工作，读写大量标签的情况。面向 消息的中间件包括的功能不仅是传递信息，还必须包括解释数据、安全性、数据 广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序 以及延伸的除错工具等服务。 ( 2 ) 分布式系统( d i s t r i b u t e ds y s t e m ) r f i d 中间件的作用之一就是要把众多的r f i d 读写器联系起来，这些读写 器可能位于应用场景( 比如说供应链) 的不同位置，有不同的功能并完成不同的 任务，同时读写大量标签。在这种情况下，分布式系统无疑是最好的选择。 ( 3 ) 独立于架构( i n s u l a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ) r f i d 中间件作为r f i d 读写器与企业应用系统之间重要的中间环节，是一 个独立运行的系统。它能够与多个r f i d 读写器以及多个后台应用程序连接，在 统一处理和数据共享的同时，减轻架构与维护的复杂性。 ( 4 ) 数据处理( d a t ap r o c e s s i n g ) r f i d 的主要目的在于将实体对象转换为信息环境下的虚拟对象，因此数据 9 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 处理是r f i d 最重要的功能。r f i d 中间件具有数据的采集、过滤、处理与传递 等特性，以便将正确的对象信息传到后台的企业系统。在r f i d 读写器获取大量 的数据流或连续的标签数据时，需要去除重复数据，过滤垃圾数据，或者按照预 定义的采集规则对数据进行校验并提供可能的警告信息。 因此，选择r f i d 中间件对企业的运作至关重要，正确地选择r f i d 中间件 可以给企业带来多方面的好处，如： 1 中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一个简单而 统一的开发环境，减少了程序设计的复杂性，将注意力集中于自己的业务上，不 必再为程序在不同软件系统上的移植而重复工作，从而大大减少了技术上的负 担。 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 项目而言，只需 更改r f i d 中间件的相关设置即可实现r f i d 数据导入到新的企业信息系统。 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、企业信息系统管理的实际情况，自行设定相关的r f i d 中间件参 数，将企业所需的r f i d 数据顺利地导入企业系统。 4 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，或其他类型的 读写器，或者新增企业仓库，对于使用r f i d 中间件的企业，只需对r f i d 中间 件进行相应设置，便可完成r f i d 数据的导入，而不需做程序代码开发，可以大 幅度地降低成本。 1 0 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 第3 章复杂事件处理技术 3 1 事件的相关概念 事件【1 5 】( e v e m ) 是“指示某种行为的信息 ，包括系统产生的信息，系统状 态的改变、任务的开始和结束等。事件在形式上类似于消息，都包含数据，不 同在于事件直接指示某些行为的发生。由数据处理层传送过来的数据可以有两 种情况：将每一个数据都看作是一个事件，都是用户感兴趣的信息；将某些满 足一定条件的数据看作是事件。提出事件概念的目的在于提供一种协调和同步 过程活动的机制。事件技术是一种非常适合用于分布式异构系统之间松散耦合 的协作技术，基于事件技术的应用系统同样继承了这一优点，因此以事件来驱 动协作是最好的选择。为了支持灵活的分布式协作，系统所依赖的事件服务系 统必须是分布的，同时还要考虑系统的可扩展性，所以作为基础结构的事件服 务系统也必须自治和对等，并且能够动态扩展。因为工作流引擎之间的许多通 信都要依赖于事件服务系统这个基础结构来进行，所以它应该提供足够强大的 能力，包括对复合事件的支持。还应该是个高效的服务，要能有效的减小网络 的流量。功能强大同时又十分灵活机动的分布式事件服务系统是分布式工作流 的基础设施。 事件实例：是指某一个事件类型的单个事件发生。如果事件用“e 来表示， 则事件实例用“e ”表示。 基本事件【1 6 】( b a s ee v e n t ，又称原始事件) ，记为b e ，读写器与标签之间的 一次数据交互被定义为一个原始事件。基本事件可以用一个三元组来表示： 。其中r i d 为读写器标识，t i d 为标签标识，t i m e s t a m p 为事件 发生的时间戳。 事件源：是指产生事件的对象。如，工作时的r f i d 读写器就是一个事件源。 复杂事件( c o m p l e xe v e n t ，又称复合事件) ：记为c e ，是指由基本事件或 者复杂事件按照一定的运算规则形成新的有意义的事件。复杂事件可以用下面的 二元组来表示： 。其中e l e m e n t 是复杂事件的组成元素，它 可以是基本事件，也可以是复杂事件。o p e r a t o r 为运算规则。 基于复杂事件地理的r f i d 中间件的研究与设计 3 2 复杂事件处理技术 复杂事件处理【1 7 1 8 是一项用于从基于信息的分布式系统中提取和分析信息 的技术。这项技术使系统的不同使用者能提取各自需要的信息。根据每个用户 职责权限或者观察点的不同，这种信息可以是低层的处理数据，也可以是高层 的企业管理者的决策。是低层还是高层信息是由系统的操作人员在系统的运行 过程中柬控制的，并且可以随时改变。复杂事件处理针对分布式系统中信息分 散的特点，通过事件模式定义、事件模式匹配以及事件问关系建模等技术，采 用抽象等级分层的思想解决大量信息混杂监控困难等问题。c e p 的主要任 务是“消费”基于事件的数据，并实时地应用一些规则于这些事件上，通过处 理将未加工的原始事件数据转换成有价值的商业信息。 目前，抽象等级已经成为国际化标准，它可以将复杂模糊的问题划分为相对 简单清晰的部分( 像o s i 参考模型将网络划分为七层) ，通过对每一层不同的 处理能够有效提高信息处理效率。 复杂事件处理技术主要实现的功能是： 1 )实现在大量事件日志中，快速找到系统使用者感兴趣的事件，并且 把它们从其他的事件中过滤出来。 2 )总结一系列的低层事件，将他们表示成相应的高层事件。 3 )查看发生在不同分布式子系统中，不同时间的事件问的因果关系。 4 )在系统操作层的任何抽象监控事件日志，并自动侦测有违背关键请 求的现象( 例如，违背安全现象) 。 c o m p l e xe v e n tp r o c e s s i n g w i 、e l x w e d dj i r 9b o 5 i ，u g , v o u5 e n ma n h o d o d ，t o 嘶- n | t 1 1 j ， h h t o ”：。 - 。：。 - - - 。：。- -n i l - lllm- 。：。 ：驴7 f ! ! - o 。l i 2 2 叶 i _ c o 图3 - i 复杂事件妊理上作示意图”】 基于复杂事件处理的r f i d 中间件的研究与设计 第4 章r f id 中间件的设计分析 4 1 实际应用对r fid 中间件的需求 r f i d 中间件是处于r f i d 硬件设备和后台应用系统之间的一类软件，是 r f i d 系统的核心。r f i d 中间件能从一个或多个读写器获得电子标签或传感器 数据流，并在将数据传给后台应用系统之前，提供一系列数据处理功能。r f i d 中 间件采用标准的协议和接口，为处于上层的应用系统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系统。 在深入研究了r f i d 中间件的发展现状，同时对r f i d 客户进行实际调查后 发现，r f i d 的应用存在着如下急需解决的问题【2 0 川： 由于r f i d 设备的生产厂商众多，而且至今r f i d 标准还没有完全统一，因 此，就存在标签与r f i d 读写器、r f i d 读写器与企业现有应用系统之间的兼容 问题。 一个读写器每秒可以采集几十个、甚至几百个标签的数据，那么多个读写器 同时工作的时候，每秒钟读标签的数目就会达到上百、上千个