（机械制造及其自动化专业论文）基于j2ee技术rfid系统中间件的研究.pdf

摘要 摘要 电子产品代码( e p c ) 和e p c 物联网的目标是通过供应链使企业实现提高 资本的可视性，确保产品的安全性和完整性。 当今的企业不但需要了解资产运行状况，而且需要与它的贸易伙伴信息共 享，以便准确有效的传送并保证商业交易业务的安全。e p c 物联网通过供应链实 现自动跟踪和追踪贸易伙伴的产品。这史无前例的给企业提供在每个角落实时观 察他们的资产运行和货存情况，因此实现运作效率和品牌保护的巨大利益。e p c 物联网通过解决造假、破坏、调整法规等应用软件实现供应链的安全可靠，从而 提供超越运作效率的利益。 本课题基于j 2 e e 技术，研究设计了e p c 物联网的盯d 中间件软件构架。 这个构架是全部e p c 物联网的重要组成部分，它包括软件、硬件、服务和最佳 合作伙伴，为企业创建广泛的解决方案。这个构架着重解决在企业中大范围的实 现信息共享。企业实现整合来自使用r f d 标签的现存企业和后端企业系统的实 时数据。 本课题通过研究分析r f d 系统的组成和基本工作流程，设计了r f i d 系统 的总体方案，研究设计了r f d 系统的模型和结构。进而设计了r f d 中间件的 模型和结构。 本课题基于j 2 e e 技术，研究设计了r f d 中间件的解决方案，对方案的表 示层、业务层、服务层和集成层进行了详细的设计。设计了r f d 中间件的部署 实例，设计了部署实例的功能模块，设计实现了r f d 中间件的管理功能。 关键词：中间件；射频识别；电子产品编码；物联网；电子标签 a b s t r a c l a b s t r a c t t h ee l e c 廿0 i l i cp r o d u c tc o d e ( e p c ) a n dt h ee p cn e t w o d ( a r ei r l i e n d e dt oh e l pb u s i l l e s s e s i r n p r 0 v ea s s e tv l s i b i l i t ya i l d h e l pe n s u r ep r o d u c ts 疵妙a n di n t e 鲥t ya c r o s sm es u p p l yc h a m t o d a y sc o r n p a m e sn o to n l yn e e dt ok n o ww h e r em e i ra s s e t sa r e ；t h e ya l s on e e dt os h a r em a t i 碰b r i n a t i o nw 1 血m e i r 缸a d i n gp a m e r si no f d e rt 0d e l e rs e a m l e s s ，e f f i c l e n t ，a n ds e c u r eb u s l n e s s 订a l l s a c t i o n s ，皿ee p cn e 缸o r ke n a b l e st r a d i n gp a r t n e r st o 咄ka n d 虹a c ei t e f n sa u t o 姒t i c a u y m r o u g h o u tt 1 1 es 呷p l yc h a i n t l l i sp r o v i d e sb u s 血e s s e sw j ma nm 率r e c e d c i l t e dr e a l 七n l ev i e wo f t 1 e i ra s s e t sa n di 1 1 v e n t 嘶e sa i l y w h e r e ，m e r e b ye 越t b l 伍gs i g n j 五c a n tg a i mt oo p e r a 石o n a l e 衔c i e n c i e sa n d b r a 工1 dp r o t e c 廿0 ne 肺n s t h ee p cn e t w o r ks u p p l i e sb e n e m sb e y o n d o p e r a t l o n a l e 髓c l e n c i e sb ye r m m i n gs a f ea n ds e c u r es u p p l yc h a i l l s 谢ma p p l i c 撕o n s 吐1 a ta d d r e s s c o u n t e r f e i 6 n g ，t 卸印e r i n 岛 a i 】dr e g u l a t o r yc o m p l i a n c e ，锄o n go t h e r s t l l i sp a p e rr e s e a r c l 把s 如dd e s i g l l s 也ej a v as y s t e mr f i ds o 脚瓤ea r c h j t e c t u r ef o re n a b l 血g m e e p cn e 研o r kt h i sa r c h i t e c t l l r e1 sa k e yc o m p o n 瓤ti i l o v e r a ue p ce 肺峨w h i c h e n c o r n p a s s e ss o f t w a r e ， h a r d w a r e ，s e r v l c e s ， a n db e s t - o f 七r e e dp a m l e r 幽i p st o h e l pc r e a t e c o m 芦e h e 璐i v es 0 1 嘶o n sf o r 也ee n t e r p 商s e t h ea r c h h e c t i l r ei ss p e c 访c a l l yd e s i g n e dt oa d d r e s s 1 a r g e s c a l e 呻l e n 埘1 b t l ( ) n si ne n t e r p r i s e st i l a tn e e dt oi n t e 乒a t er e a l - t i i n ed a t af l o w i n gi nf b m e x i s l l n gb u s l n e s sp r o c e s s e sa n db a c k e n de n t e r p r i s es y s t e m su s i n gr f i dt a g s t h em e s i sd e s i 斟sl h eh 0 1 枷cp r o j e c t ，l o d e la 1 1 ds t n l c t i l r eo fr f ds y s t e mb yr e s e a r c h j n g c o n s t i t u d o na n df l o wo f l l er f i ds y s t e m t h e ni td e s i 舭s 岫m o d e la i l ds 虮l c t 眦o f t h e 盯i d m i d d l e w a r e 1 h sa n i c l er e s e a r c h e sa n dd e s i g nc h es o l u t l o n 。fr f s y s t e mb a s e do nj 2 髓f u n h e r l yi t d e s l g n st h ei n s t a n c eo ft h er f i dd 印l o y t n e n t 姐dl i r i p l e m e n t 吐1 e m a g e ! i i l e n t 缸1 c 6 0 n k e y w o r d sm i 础e w 盯e ；r f i d ；e p c ；h l t e m e to f t l l i n g ；r e a d e r 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个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，也不包含为获得北京工业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了谢意。 签名：i 套交通日期：趋：三：! f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：i 盘塞盈 导师签名 日期：坦! ：呈望 群 第1 章绪论 1 1 课题背景 第1 章绪论 在过去的2 5 年里，e a n f u c c ( 国际编码组织) 编码己大大提高了供应链的生产 率和效率，并且己成为全球晟通用的标准之一。条码已经成为产品识别的主要手段。 但条码仍然存在许多无法克服的缺点，例如： ( 1 ) 条码只能识别一类产品，而无法识别单品。 ( 2 ) 条码是可视传播技术。即扫描仪必须“看见”条码才能读取它，这表明人 们通常必须将条码对准扫描仪才有效。相反，无线电频率识别并不需要可视传输技 术，射频标签只要在识读器的读取范围内就可以了。 ( 3 ) 如果印有条码的横条被撕裂、污损或脱落，就无法扫描这些商品。 我们认为产品的唯一识别对于某些商品非常必要。而条码识别最大的缺点之一是 它只能识别一类产品，而不是唯一的商品。例如牛奶纸盒上的条码到处都一样，要 辨别哪一盒牛奶最先超过有效期将是不可能的。 那么如何才能识别和跟踪供应链上的每一件单晶昵? 随着全球经济一体化，信息网络化进程的加快，产品电子代码( e l e c 证。血c p r o d t c o d c l 的概念被提了出来。它将成为继条码技术之后，再次变革商品零售结算、物流 配送及产品跟踪管理模式的项新技术，是条码技术应用的延伸和拓展，被誉为全 球物品编码工作的未来，将给人类社会生活带来巨大的变革。 1 9 9 9 年美国麻省埋l ：学院( m i t ) 成立了自动识别技术中心( a u t 0 c e n t e r ) ，联 合世界上的产业领导者和专业机构，提出了e p c 概念，设计一种将给全球供应链带来 巨大利润的r f 射频识别系统。其后四个世界著名研究性大学英国剑桥大学、澳大 利亚的阿雷德大学、日本k _ e i o 大学、中国上海复旦大学相继加入参与研发e p c ，并得 到了1 0 0 多个国际大公司的支持，其研究成果已在一些公司如宝洁公司、t e s c o 公司中 试用。2 0 0 3 年1 0 月份，e a n u c c 正式接管了e p c 在全球的推广应用工作，成立了e p c g l o b a l 。而a u t o c e n t e r 改为a u t o i dl a b ，e p c 的研究性工作也将继续由a m o d l a b 承担。这个系统由电子产品代码( e p c ) 、r f t d 技术和基于r f r d 系统标准的支持软 件组成，它被称为物联网。物联网以e p c 编码为索引，应用r f d 射频技术通过i n t e n 一 识别世界上任何位置的任何物品。e p c 可为每一单个商品建立全球的、开放的标识标 准，以e p c 软硬件技术构成的“e p c 物联网”，能够使产品的生产、仓储、采购、运 输、销售及消费的全过程发生根本陛的变化，从而大大提高全球供应链的性能_ l j 。 e a n 和u c c 作为实施伙伴进行编码的发展和研究，因为它们在发展和管理全球 编码标准有多年的经验，e a n 和u c c 是一个开放的全球的非营利机构，它们作为供 编码标准有多年的经验，e a n 和u c c 是一个开放的全球的非营利机构，它们作为供 北京工业大学工学硕士学位论文 应链的合作伙伴致力于推进全球采用e p c 网络系统。 随着因特网的飞速发展和射频技术趋于成熟，信息数字化和全球商业化促进了更 现代化的产品标识和跟踪方案的研发，可以为供应链提供前所未有的、近乎完美的 解决方案。也就是说，企业将能够及时知道每个商品在他们供应链上任何时点自位 置信息。 虽然有多种方法可以解决单品识别问题，但目前所找到的最好的解决方法就是给 每一个商品提供唯一的号码“e p c 码”。e p c 码采用一组编号来代表制造商及其 产品，不同的是e p c 还用另外一组数字来唯一地标识单品。e p c 是唯一存储在r f d 标签微型芯片中的信息，这样可使得r f i d 标签能够维持低廉的成本并保持灵活性， 使在数据库中无数的动态数据能够与e p c 标签相链接【2 】。 1 2r f l d 系统概述 r f d 系统是一个非常先进的、综合性的和复杂的系统。其最终目标是为每一单 品建立全球的、开放的标识标准。主要由如下六方面组成： ( 1 ) e p c 编码标准； ( 2 ) e p c 标签； ( 3 ) 识读器； ( 4 ) r f m 中间件a l e ( 神经网络软件) ； ( 5 )对象名解析服务( o b j e c t n 咖i n gs e n i c e ：o n s ) ； ( 6 ) 物理标识语言( p h y s i c a lm a r k u pl a n g u a g ep m l ) 。 通过砌：d 系统的发展不仅能够对货品进行实时跟踪，而且能够通过优化整个供 应链给用户提供支持，从而推动自动识别技术的快速发展并能够大幅度提高全球消 费者的生活质量。 r f d 系统应有以下几个特点： ( 1 ) 开放的结构体系e p c 系统采用全球最大的公用的i n t e r 玎网络系统。 这就避免了系统的复杂性，同时也大大降低了系统的成本，并且还有利于系统的增 值。 ( 2 ) 独立的平台与高度的互动性e p c 系统识别的对象是一个十分广泛的实体 对象，因此，不可能有哪一种技术适用所有的识别对象。同时，不同地区，不同国 家的射频识别技术标准也不相同。因此开放的结构体系必须具有独立的平台和高度 的交互操作性。e p c 系统网络建立在n t e r n e t 网络系统上可以与i n t e 鼢咂t 网络 所有可能的组成部分协同工作。 ( 3 ) 灵活的可持续发展的体系e p c 系统是一个灵活的开放的可持续发展的体 系，在不替换原有体系的情况下就可以做到系统升级。e p c 系统是一个全球的大系 第1 章绪论 统，供应链的各个环节、各个节点、各个方面都可受益，但对低价值的识别对象来 说，如：食品、消费品等，它们对e p c 系统引起的附加价格十分敏感。e p c 系统正 在考虑通过本身技术的进步，进一步降低成本，同时通过系统的整体运作使供应链 管理得到更好的运作，提高效益，以便抵消和降低附加价格【3 。 1 2 1r f l d 系统基本组成 r f d 系统是在全球供应链中应用r f d 技术，利用r f d 电子标签和识读器传 递电子产品编码的数据，以h t e m e t 为纽带在授权用户之间进行相关信息的共享。最 初由a u t o d 中心构想的e p c 物联网，技术组成部分包括标签、识读器、r f d 中间 件、对象名称服务器( o n s ) 和物理标识语言服务器( p m u 。在2 0 0 3 年9 月发布的 规范1 o 中描述了各组成部分的模块。 到2 0 0 4 年，技术工作组已经在e p c 出o b a l 网络标准的基础上对技术规范1 o 进 行了修正，主要修正了结构组件和接口的定义。目的是使系统更容易测试和保证与 特殊标准兼容，尤其是不同组成部分功能性的扩展一例如智能识读器也执行先进的 过滤技术 4 】。修正的结构组成如图1 1 所示，包括电子标签、识读器、中间件a l e 、 e p c i s 和o n s 服务器。在修订的e p c 体系结构中，中间件层由a l e 替代了r f d 中间件，e p c i s 替代了p m l 服务器和物理标识语言的角色。 对象名称服务器l o n s ) 查询 为给定的e 代码提批u r l 地址 企监 。应用。 、譬娶霉c l8 _ 邋镝服务“提供安垒增豺= 4 i 葫诵可话的含礁般伴舅。? 鼍 奇 。g # e p c 信息黻务( f p c l s ) 访问e p c 相关数据( 例如、观测值、容量、 位置、ld 交换和串行属 一，一| _ 竺、 网络数据库1 。 卜叫 数据事件长期仓库i 1 内部数| 应用层事件：a l e ) 一。一 据库l l i _ 为处理过程临时收集数据 鬻 一一 ! 局层辽腮曩* m u 簪” 2 叠。， _ _ _ “* w “i 蠢攀 。 * 过滤中间件 置舞 ：f ? t i 誓； ，一 识读器踟议 一 获取事件数据( 来自标签和传感器) 识读器 识读器管理 一 t h f 涌序笙 图1 1r f i d 系统结构图 f 瑭1 - 1c o 血g l l r a t i o n o f r f i ds y 甜e m 1 2 2r f i d 系统工作流程 r f i d 系统组成部分在r h d 系统中能够协调的进行信息采集和信息共享。如图 1 之所示，表明了网络的 二作流程。为了获取数据，电子标签贴在供应链移动的物品 上，它携带着物品唯一的产品电子码。在整个供应链中有策略的安放识读器，当物 品经过检测口时，放置在检测口的识读器能够读出每个标签并向r f i d 系统传输e p c 码、读取的时间、地点等信息。e p c 中间件将在每个站点控制和整合e p c 标签、识 读器和本地基础设备。 第1 章绪论 射频 壁耋一 图1 2i i d 系统工作流程图 f l g 1 _ 2f 1 0 wc h a r to f r f i ds ”t e m e p c 码是一种严格意义上的物品标识。它不包含任何描述产品名称、位置、货 架、保质期等产品信息。识读器能够读取e p c 码并将e p c 码传送到r f d 系统的中 间件设备上，以便于管理和读取数据。服务器支持基本的数据传输比如标签物品的 位置信息、货品的价格和跟踪产品。授权和通道控制通过限制权限来保护隐私和数 据安全。砌r d 系统标准概述了网络组件的安全性和设备情况。 当e p c 编码的信息被采集到，r f d 系统就会利用网络技术将信息在全球供应链 的贸易合作伙伴之间进行共享。查询服务器执行授权用户查询相关的e p c 码和请求 数据访问等一系列的服务。r f d 系统是一种通过e p c 编码连接其相关信息的安全手 段。这种通过网络连接起来的服务也叫做信息服务或者e p c i s 。e p c i s 连接了e p c 数据及其信息，譬如商业事件。基于事件规则实现智能网络系统触发器和自动控制。 其最大的优点就是e p c i s 可以在商业合作伙伴之间共享。 o n s 是查询服务器的重要组成部分，通过o n s ，本地服务器通过e p c i s 管理实 际的数据访问，并自己指定哪些合作伙伴可以访问它的信息。结果产生了实时跟踪 产品运动的信息。 每一个r f d 系统的参与者都在他们自己的e p c i s 服务器上存储了e p c 编码的 相关信息。在大多数情况下，本地的数据库都会提供所需的信息。如果不能提供， 那么将激发电子注册的入口来指示哪一台e p c i s 存储这个e p c 编码的信息。当用户 向r f d 系统提交了查询，那么它会发送一个返回存储e p c 码信息的不同的e p c i s 的地址注册查询。 中间件在内部网络中对实时读取的数据进行管理，存储、过滤和分批处理并且只 北京工业大学工学硕士学位论文 传送相关的信息。它包含的位置信息和事件信息使e p c i s 和内部系统能够作用于数 据。 1 3 中间件技术概述 随着计算机技术的飞速发展，各种各样的应用软件需要在各种平台之间进行移 植，或者一个平台需要支持多种应用软件和管理多种应用系统，软、硬件平台和应 用系统之间需要可靠和高效的数据传递或转换，使系统的协同性得以保证。 这些，都需要一种构筑于软、硬件平台之上，同时对更上层的应用软件提供支持 的软件系统，而中间件正是在这个环境下应孕而生。 比较流行中间件的定义是：中间件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 系统之上，管理计算资源和网络通讯。从中间件的定义可以看出，中间件是一类软 件，而非一种软件；中间件不仅仅实现互连，还要实现应用之间的互操作：中间件 是基于分布式处理的软件，定义中特别强调了其网络通讯功能。 中间件用于实现应用层各应用成分之间实现跨越网络的协同工作的软件，并且允 许各应用成分下涉及的“系统结构、操作系统、通信协议、数据库和其他应用服务” 各不相同。 中间件是位于操作系统和应用软件之间的通用服务，它的主要作用是用来屏蔽网 络硬件平台的差异性和操作系统与网络协议的异构性，使应用软件能够比较平滑地 运行于不同平台上。同时中间件在负载平衡、连接管理和调度方面起了很大的作用， 使企业级应用的性能得到大幅提升，满足了关键业务的需求。该软件运行在分布式 对象环境中实现远程调用、通信。 1 3 1 中间件技术分类 ( 1 ) 基于r p c 的中间件一次典型的r p c 调用过程如下：客户端发起调用请 求，客户端的桩( 8 n l b ) 把请求和参数编码，通过网络发送到服务器；服务器端的构 架( s k e l e t o n ) 对消息解码，调用相应的过程并将结果通过相反的路径返回调用方。 r p c 的优点在于提供服务器位置透明性，隐藏网络协议处理过程和平台的异构特点， 允许编程人员像调用本地过程一样调用另一台机器上的远程过程；其缺点是工作在 较低的应用编程接口一级，且客户和服务器需同时在线。客户端的调用线程必须一 直等待，直到返回结果或者收到错误报告。系统容错能力低、扩展性不强。s u n 公 司的开放网络计算( o p e n n e t w o r kc o m p u t i n g ，o n c ) 和开放软件基金会的分布式计 算环境( d i s t 曲u t e dc o m p u t i n ge n v i r o 衄e n t ，d c e ) 是r p c 的典型代表。 ( 2 ) 面向对象的中间件r p c 已逐渐被面向对象的中间件所取代。面向对象中 第1 章绪论 间件利用了对象技术，将编程模型从面向过程升级为面向对象，对象之间的方法调 用通过对象请求代理( o b j e c tr e q u e s t b r o k e r ，o r b ) 转发。o r b 能够为应用提供位 置透明性和平台无关性，接口定义语言( i n t e r f k e d e f i n i t i o n l a n g l l a g e ，d l ) 还可能 提供语言无关性。此外，该类中间件还为分布式应用环境提供多种基本设施，如名 录服务、事件服务、生命周期服务、安全服务和事务服务等。面向对象中间件的缺 点和r p c 类似，即它虽然支持单方调用、延迟同步，但本质上仍是种同步通信机 制。这类中间件的代表有c o r b a 、d c o m 和j a v ar m l ( 3 ) 基于事件的中间件大规模分布式系统拥有数量众多的用户和联网设备，没 有中心控制点，系统需对环境、信息和进程状态的变化做出响应。此时传统的一对 请求应答模式已不再适合，而基于事件的系统以事件作为主要交互手段，允许 对象之间异步、对等的通知，特别适合广域分布式系统对松散、异步交互模式的要 求。基于事件的中间件关注为建立基于事件的系统所需的服务和组件的概念、设计、 实现和应用问题。它提供了面向事件的编程模型，支持异步通信机制，与面向对象 的中间件相比有更好的扩展性。分布式主动系统、普遍和移动系统以及面向消息的 中间件是它的几个领域。 ( 4 ) 面向消息的中问件消息中间件是基于报文传递的网络通信机制的自然延 伸，它的工作方式类似于电子邮件：发送方只负责消息的发送，消息内涵由接收方 解释并采取可能的行动；消息暂存在消息队列中，如果需要可在任何时候取出，通 信双方不需要同时在线。因为没有同步建立过程，也不需要对调用参数编、解码， 所以消息中间件效率较高。而且它是一种松耦合的组织形式，有更强的扩展性和灵 活性，更适合建立企业级或跨企业的大规模分布式系统。但消息中间件的异步通信 方式可能不适合有实时要求的应用。另外从编程的角度看，它的抽象级别较低，容 易出错，不易调试，因此消息中间件可看作是实际需求和抽象等级间的一种折衷。 消息中间件通常有消息传递消息队列和出版订阅两种类型。在交互模式上，前 者是“推”模式，后者是“拉”模式。典型的消息中间件产品有微软的m s m o 、m m 的消息排队系统m qs 甜e s ，以及s u n 的j a v am e s s a g eq u e u e 。 ( 5 ) 事务处理中间件一个事务是具有原子性、一致性、隔离性和持久性( a c ) 的一个工作单元。事务处理中间件又叫做事务处理监控器，支持分布式组件的事务 处理。它一方面通过复用和路由技术协调大量客户对服务器的访问，提高系统的可 扩展性；另一方面扩展了数据库管理系统的事务处理概念，在各个子系统之间协调 全局事务的处理。例如，当数据库更新时，发送一个消息，同时执行工作队列中的 一个条目。所有这些动作要么一起发生，要么一个也不做。 事务处理监控器通常有请求队列、会话事务、工作流等模式。多数事务监控器支 持负载均衡和服务组件的复本管理，具有事务的分布式两阶段提交、安全认证和故 7 北京工业大学工学硕士学位论文 障恢复等功能。微软的事务服务器和m 的用户信息控制系统c i c s 都属于这一类。 1 3 2 中间件技术的发展 ( 1 ) 反射式中间件无线、手持等移动设备以及多媒体、实时应用的出现，向分 布式计算提出了新要求。这类计算往往要求底层设施感知并适应环境的变化。例如 移动环境下的分布式多媒体应用得到的网络服务质量往往有大幅度波动：当它从宽 带网切换到一个带宽资源紧张的网络时可能需要提高视频压缩算法的压缩比；而当 单向时延变得不稳定时，可能就需要增加一个缓冲区用于平滑音频流的抖动。当前 的中间件技术是“黑箱”式的，既无法根据某个应用领域的需求作配置，也无法在 运行时根据环境的变化重配置，因此不支持这些新的应用需求。反射的概念最近被 用于中间件。反射式中间件就是指通过适当的自我描述能够自动对自身行为进行检 查和调节的中间件系统，这类中间件可提供更多的灵活性和开放性。通过仔细定义 的元对象协议，有可能达到配置、重配置等希望的属性。有些反射式中间件的研究 从实践的角度出发尝试为现有中间件系统增加反射特性；另一些则侧重于理论上的 探讨，如反射中间件体系结构、其系统和应用的形式描述、验证等。 ( 2 ) 嵌入式中间件与普通应用相比，嵌入式系统可用的主存、c p u 、带宽都是 极为有限的，而对它输出结果的实时性、可预见性要求往往更加严格，这些苛刻的 条件限制着嵌入式中间件的大小和功能。评判嵌入式、实时中间件的指标通常是内 存占用率、性能、可预见性，而评价一个企业中间件( 如c o r b a 、d c o m ) 好坏的 标准往往是是否动态可配置、集成新的系统容易不容易等等。有一些传统中间件面 向实时应用的变种，如t a o 。 ( 3 ) 应用服务器在企业应用从客户棚务器二层结构向三层结构转化的过程中， 出现了应用服务器。应用服务器作为三层结构的中间一层，负责处理应用中的业务 逻辑，为连接前端无状态的h t t p 请求与后端有状态的服务器和数据库提供所需的 软件框架和开发工具。通常应用服务器不仅提供业务服务，还包含诸如远程访问、 会话和事务管理、安全控制之类的系统服务。因为应用服务器采用开放的技术标准， 能为用户屏蔽底层复杂的技术细节，支持多种开发工具和运行环境，所以可看作是 设计、开发、部署、运行和管理h l t e m e t 电子商务应用的平台。 ( 4 ) w e b 服务当今中间件面临着易用性、灵活性和高性能等的挑战，也许这 当中最大的挑战还是如何为构建基于h l t e m e t 的大规模分布式系统提供支持。h l t e m e t 的巨大成功促成了一个不同于典型企业应用的分布式计算环境，该环境具有用户、 资源数量庞大、系统各部分属于不同自治实体且彼此互不信任、网络通信设旌不提 供安全或q o s 保证、异构特征明显等一些突出的特点。这些特点需要重新评价现有 的中间件设计思想。w e b 服务的优势在于它是三种成熟技术的综合与发展。第一种 8 第1 章绪论 技术是w w w 。简单对象访问协议( s o a p ) 基于h t t p ，消息结构、服务描述使用 了煳l ，这使得w e b 服务能获得最广泛的支持；第二种技术是中间件。w c b 服务 吸取了成功中间件的基本思想，推崇面向服务的体系结构，同时支持面向r p c 和面 向消息的系统，这给它提供了很大的灵活性；第三种技术是e d i ( 电子数据交换) 。 利用咀，和w e b 设施w 曲服务提供了一种更加廉价、有效且可普遍获得的e d i 形 式，促进商务交易的自动化。如果说，前述各种中间件技术能够在一定条件下隐藏 某些系统异构性的话，这些中间件之间却是异构的。然而，w e b 服务的这种对多样 性和异构性的天然包容能力使它有可能成为“中间件的中间件”。各种技术( 包括 异构的中间件系统) ，都可以通过s o a p 互通。 1 4 国内外研究现状 中间件作为基础软件的重要组成，业已与操作系统、数据库齐头并迸，在世界范 围内呈现出迅猛发展的势头，已经形成一个巨大的产业。r f d 中间件技术拓展了基 础中间件的核心设施和特性，将企业级中间件技术延伸到r f d 领域，是r f d 产业 链的关键共性技术。r f i d 中间件屏蔽了r f d 设备的多样性和复杂性，能够为后台 业务系统提供强大的支撑，从而驱动更广泛、更丰富的r f i d 应用。r f m 中间件技 术重点研究的内容包括：并发访问技术、目录服务及定位技术、数据及设备监控技 术、远程数据访问、安全和集成技术、进程及会话管理技术等。 根据v d c 公司( v e l l t i l r ed e v e l o p m e n tc o r p o r a t i o n ) 分析，r f d 中间件各类市场的 出现，以及用户和r f i d 系统的使用经验总结，越来越明显可以看出对r f d 中间件 的功能有明确的要求。 首先是用户对r f d 中间件提出的功能要求必须具备五种特点： ( 1 ) 能够为r f d 问答机( 一种基础设施) 提供不间断接口标准的接口功能例如 人机网络一应用在r f i d 问答机并不需要，客户对r f d 读取器的功能要求是在以下 几个方面都能适当满足： 在某些应用场合即使只有一个读取器也可以工作； 能够为开发接口层面的软件提供资金，资金可以来自自身或者第三方； 如果因为成本原因，例如没有有效的整合平台，可以不支持某些应用。 ( 2 ) 有数据过滤和输送功能与没有标准接口情况类似，这时用户关心的是在 r f d 系统应用和整合过程中间数据的过滤、汇编、传输是否有效。用户希望r f d 中间件能够面对两者的差别，能够作为读取器引擎以及控制器的核心部件，有可靠 的数据过滤和传输功能。 ( 3 ) 能够管理r f d 读取器问答机( 基础设施) 主要功能应该包括能够实现近 远距离监控；能够实现软件配黉升级；能够完成电源通断和遥控通断。 9 北京工业大学工学硕士学位论文 ( 4 ) 支持多个主平台r f 数据请求r f d 应用项目繁多，应用环境也各有不 同。i t 的基础设施例如e r p 平台、功能模块、使用的电源等也各种各样。数据结构、 交换格式以及各种各样技术规格对r f d 系统必然产生压力，所以r f d 子系统必须 满足多个主平台的数据请求。常见的主平台有仓库管理系统、订货管路系统、运输 管理系统、物流管理系统、流通环节管理系统以及数据库。 ( 5 ) 支持现有系统为使r f i d 项目投资回报最大化，或者客户提出适应性要 求，即客户要求能够支持现有系统，例如各种跟踪和营销设施、网络基础设施、具 体应用项目等。这种支持通常是指对现有系统可以实旌新旧两秭处理方法。 其次是用户和鉴定人员对r f d 中间件供应商提出的要求有三个： ( 1 ) 能够提供有关文件、分享有关经验用户最喜欢与有经验的r f d 系统或 者r f d 中间件供应商一起工作，他们应该对r f d 用途、安装环境、营销环节、业 务模型非常熟悉。这种要求不一定容易对付，因为有些用户非常熟悉r f d ，有些可 能完全是外行。至于流通环节至今还没有成熟的经验可以公开分享，即使秘密分享 也做不到。关于投资回报模型目前的情况是数量很少，即使有也很难在具体客户项 目进行移植。所以成功的供应商应该根据自己的经验和能力与用户实现分享。 ( 2 ) 能够提供完整系统这项要求可能最难实现，因为r f d 技术标准和系统 性能目前还有很多不确定性。许多公司提供的r f d 系统都有独特的应用场合，r f d 本身还很年轻，不很成熟，在性能与效果方面还有许多地方需要改进。所以用户和 鉴定人员讨厌原型试验、探索性或者首次亮相等解决方案是可以理解的。成功的供 应商应该把资金投入到解决方案或者成套产品开发上面，即r f d 系统或者中间件供 应商应该与互补技术和服务的供应商形成伙伴关系，一起为用户服务。 ( 3 ) 真正实现i t 巨头们的期待，提供良好服务许多非产品服务来自用户与i t 巨子的合作经验。例如用户认为与r f d 系统以及中间件供应商合作有利的经验来自 现场的专业服务，详细的软件功能说明、具体的操作经验等。 用户意见的反馈不会对开发优秀软件起重大影响，但对r _ f d 系统或者中间件的 供应商而言，他们的产品要走向市场，就必须考虑用户的意见。另外一个方面，中 间件在某种意义上讲已经有平台化发展的趋势。在单纯的中间件产品无法满足企业 需求的情况之下，中间件的软件平台已经成为必然。中间件将能够成为实现开发、 部署、运行、管理、集成和安全的一体化开放平台。 从发展过程看，r f d 中间件初期的应用程序中间件阶段( a p p l i c a t i o n m i d d l e w a r c ) 多以整合、串接d 读写器为目的，当前的架构中间件阶段 ( h 1 疗a s t m c t u r e 缸d d l e w a r e ) 是r f d 中间件成长的关键阶段，未来的解决方案中间 件阶段( s o l u t i o n m i d d l e w a r e ) 是指在r f d 标签、读写器与中间件发展成熟过程中， 各厂商将针对不同领域提出各项创新应用解决方案。纵览上述不同发展阶段， 1 0 第1 章绪论 m i c r o s o f t ，o r a c l e ，毋m ，s u nm i c r o s v s t e m s ，s a p ，m a l l l l a n a na s s o c i a t e s 等国际大厂 与时俱进，分别针对不同时期推出了相应的r f d 中阊件解决方案，而国内仅有j t 京 东方励格技术有限公司推出了具有完全自主产权的r h d 中间件产品。随着时d 技 术的应用日益广泛，它的分布式特性与处理的大流量相结合，会在可伸缩性、可用 性、安全性、互操作性、集成、管理和消息传递等七个重要领域引发一些严重的技 术挑战。 目前来看，b e a 、m m 、东方通科技三家软件厂商占据市场份额6 3 9 。国内中 间件市场发展势头良好，东方通科技在国内厂商中位居第。目前，中间件在国内 整个软件行业中应该是发展速度最快的市场之一。当然，中国软件产业整体上还比 较弱，整个社会信息化的程度无论在广度、深度方面都还不够，这些自然也限制了 国内软件产业及中间件的市场规模。同国外厂商比较，国内中间件厂商的整体实力 还存在很大的差距，还有相当长的路要走。随着国家信息化建设的不断深入，社会 对应用软件，特别是对网络应用起支撑作用的中间件产品的巨大需求却是不争的事 实，国内中间件的市场才刚刚开始启动，存在巨大的发展机会和空间 ”。 1 5 课题的意义 无线射频识别技术( r a d i of r e q u 吼c yi d c n t i 丘c a i i o n ，简称i 巧d ) 是目前i t 业界 最热门的话题之一，包括m m 、h p 、s u n 公司等在内的i t 巨头都纷纷推出了自己 的肼d 解决方案。r f d 应用的范围遍及制造物流、医疗、运输、零售、国防等等， 根据a b ir e s e a r c h 的调查，到2 0 0 8 年全球将有近四十亿美元的市场，其中一半以上 为软件应用。然而r f i d 成功之关键除了标签的价格、天线之设计、波段之标准化、 设备之认证之外，最重要的是要有r f 皿系统的运作中枢r f d 中间件软件。 中间件软件是相对成熟的技术，作为一种面向消息的r f d 中间件是r f d 各项 产业应用的神经中枢，包含的功能不仅是传递信息，还包括解译数据、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 等服务。它的作用主要体现在两个方面，一是操纵控制r f d 读写设备按照预定的方 式工作，保证不同读写设备之间配合协调；二是按照一定规则过滤数据，筛除绝大 部分冗余数据，将真正有效的数据传送给后台信息系统【。 目前，企业应用r f i d 技术时最想问的问题就是：“我要如何将我现有的系统与 这些新的r f dr e a d c r 连接? ”这个问题的本质是企业应用系统与硬件接口的问题。 因此，通透性是整个应用的关键，正确抓取数据、确保数据读取的可靠性、以及有 效地将数据传送到后端系统都是必须考虑的问题。传统应用程序与应用程序之间 ( a p p l i c a t i o n t oa p p l i c a i i o n ) 数据通透是通过中间件架构解决，并发展出各种 a p p l i c a t i o ns e n t e r 应用软件；同理，中间件的架构设计解决方案便成为i 心d 应用的 北京工业大学工学硕士学位论文 一项极为重要的核心技术，因为它可以加速r f d 应用的问世。 由于r f d 中间件蕴藏着巨大的经济价值，所以在国外r f d 技术已经吸引了无 数个大小公司，m m 、s u n 、甲骨文以及微软等知名国际软件厂商都投入了大量的 资金进行r f m 中间件的开发。目前，m 、微软、甲骨文、s a p 、s l l n 、t m c o 、 w e b m e n l o d s 等中间件软件供应商都陆续宣布了各自r f d 中间件的策略，凭借自身 强大的实力，稳稳地把占着市场的主导地位，属于第梯队。而众多国内软件厂商 如东方通、中刨、普元等只能担当配角，属于第二梯队。同国外厂商比较，国内中 间件厂商的整体实力还存在很大的差距。当前国内的r f d 中间件市场尚不成熟，尤 其是对于安全等深层次功能的提供，各软件供应商还没有明确的措施。 r f d 软件技术的应用不仅可咀活跃经济发展领域，提高企业的科技水平，增强 企业的竞争力，更可以使我国在经济竞争中立于更加有利的位置，加速经济的繁荣。 同时，由于世界各国都在积极应用r f 技术，所以开发应用r f d 软件系统一则可 以自己应用获益，二则可以做好和世界接轨的准备，跟上世界发展的潮流。如果推 广r f d 软件技术研究于应用，第一，可以提高整个供应链和生产作业的管理水平。 第二，在自动仓储库存管理、产品物流跟踪、供应链自动管理、产品装配和生产管 理、产品防伪等多个方面起到非常重要的作用。第三，r f m 软件技术的应用，将在 减少流动资金，降低库存存货，减少最小存货量，减少固定资本需求量，提高固定 资产利用率，在不同的方面给零售业、制造业和运输业带来巨大的潜在利益。 1 6 课题来源 本课题是由机械工业信息研究院、交通部公路科学研究所组织，由中国标准化协 会承担的我国电子商务与现代物流标准研究的课题中的e p c 框架体系结构中r f d 中间件技术的研究。 本课题研究的主要内容是e p c 框架中r f d 中间件的关键技术。设计一个能有 效传输数据的软件和网络结构。 r f m 中间件具有树型等级结构，这种结构可以简化管理，提高系统运行效率。 如图1 3 所示，描述了一个典型砌? d 中间件系统结构。树型结构的叶节点叫做“e d g e r f d 中间件”，树的分支节点叫做“h l t e m a lr f d 中间件”。r f 中间件软件是 处理从一个或多个解读器获得的标签或传感器数据( 事件数据) 流的“中间件”， 是一种企业通用的管理e p c 数据的架构，安装在等级式、分布式的服务器上。它可 以安装在商店、本地配送中心，区域甚至全国数据中心中，具有数据捕获、监控、 传送功能。e d g er f m 是采集实时e p c 数据的r f d 中间件。典型情况下，r f 中 间件软件装在商店、仓库、制造车间，甚至卡车上。e d g e r f d 由它们在网络中的逻 辑位置而得名：它位于r f d 中间件树型结构的最低层是直接与读取器通信的r f d 1 2 第l 章绪论 中间件，e p c 数据只有通过它们才能进入系统。 图l - 3r f i d 中间件网络结构 f i g 1 3n e t w o r ks t r u c t u r eo f r f i dm i d d l e w a r e 为了以后恢复方便，e d g er f i d 不停的捕获、监视、存储数据。在r f i d 中间件 等级结构中，e d g er f i d 总是结构树的叶节点。e d g er f i d 中间件与r f i d 的解读器 相连。解读器不停的从标