（系统工程专业论文）RFID中间件的研究与实现.pdf

l j f 东l j 学硕卜f 妒沦文 摘要 无线射频识别( r o u l d ) 是新一代识别技术的代表，被全球高科技领域誉为 最有市场前景的技术之一。它的应用领域非常广泛，包括产品质量安全跟踪、 物流仓储管理，零售及供应链管理，航空行李管理、自动化等各个领域。随着 r f i d 技术研究的不断深入和应用逐步拓展，作为r f i d 应用必不可少的中间环 节，r f i d 中间件设计成为了业界研究的热点。 r f i d 中间件可以为企业信息系统提供实时有效、可靠的标签信息，减轻信 息系统的负担。虽然r f i d 技术在很多领域得到了广泛应用，但其中间件技术还 没有完全成熟，未形成一个统一的标准和体系。目前r f i d 中间件技术还存在以 下问题：对不同协议读写器的兼容性差、大量标签管理和过滤技术有待提高、 标签信息安全性较差和标签空间利用率低。针对这些问题，本文研究出一套普 遍适用的r f i d 中间件，将促使r f i d 得到更广泛的应用。 本文提出了基于底层通信协议的r f i d 中间件概念，开发了基于c o m + 的r f i d ( cr f i d ) 中间件。本文详细研究了各种r f i d 设备的底层通信协议和命令格式， 在不使用r f i d 生产商提供的开发包基础上通过串口和网口发送命令控制读写 器。在系统结构方面采用了基于c o m + 技术的分布式设计，使系统具有较高的可 扩展性和应用无关性。在标签过滤方面，系统通过设定时间窗来过滤读取标签 产生的事件和数据。在数据安全策略方面采用了双层保护机制，一方面给读写 器赋予相应的权限，在读写的时候验证读写器的身份；另一方面进行数据加密 和解密，使数据更加安全可靠。本文在加密算法上进行了一定的研究和改进， 增强了中间件的安全等级，同时符合标签读写的效率要求。最后，针对标签容 量要求较高的行业应用( 如航空物流、托盘一贯制等) ，本文的c _ r f i d 中间件 增加了标签数据压缩功能，有效利用了标签空间，降低了企业成本。 本文在最后对c _ r f i d 中间件进行了实验和应用测试。测试结果表明c r f i d 中间件能与w m s 系统进行良好的对接，各部分功能均得到验证，读取准确性达 到1 0 0 。通过使用中间件对标签进行过滤，减轻了上层应用系统的负担。本中 间件使非法读写器无法读取标签内容，对标签信息起到了很好的保护作用，整 个系统具有较好的稳定性和可扩展性。 关键词：r f i d 中间件；c o m + ；标签过滤；数据安全；数据压缩 l jj 东大学硕 学伊论文 a b s t r a c t r f i di so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt e c h n o l o g i e si na u t o m a t i o n i ti sr e g a r d e da s t h em o s tp o t e n t i a lt e c h n o l o g yi nt h ef u t u r eb yt h ef i e l do fh i g ht e c h n o l o g y i ti su s e d w i d e l yi nc h i n a ，s u c ha st r a c k i n go fp r o d u c tq u a l i t ya n ds e c u r i t y , w a r e h o u s i n g m a n a g e m e n t ，r e t a i l a n ds u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，a i rb a g g a g em a n a g e m e n t ， a u t o m a t i o ne t c a st h er e s e a r c ha n du s eo fr f i db e c o m em o r ee x t e n s i v e ，d e s i g no f r f i dm i d d l e w a r ew h i c hi st h ee s s e n t i a lp a r to fr f i da p p l i c a t i o nb e c o m et h e h o t s p o to ft h i sf i e l d r f i dm i d d l e w a r ec a np r o v i d er e a l t i m ea n dr e l i a b l et a gi n f o r m a t i o nf o r a p p l i c a t i o n s t h i sc a na l l e v i a t et h eb u r d e no fa p p l i c a t i o ns y s t e m a l t h o u g hr f i d h a sb e e nu s e di nm a n yf i e l d s ，t h et e c h n o l o g yo fr f i dm i d d l e w a r ei si m m a t u r ea n d t h e r ei sn ou n i f o r ms t a n d a r d t h e r ea r es o m et y p i c a lt e c h n o l o g i c a lp r o b l e m sw h i c h i n c l u d et h el o wc o m p a t i b i l i t yo fd i f f e r e n tr f i df a c i l i t i e s ，u n s a t i s f i e dm a n a g e m e n t a n df l i t t i n gt e c h n o l o g yo fm a s st a g s ，b a dd a t as e c u r i t ya n dl o wu t i l i z a t i o nr a t eo ft a g m e m o r y t h i sp a p e rd e v e l o p sas u i to fu n i v e r s a lr f i dm i d d l e w a r et os o l v et h e s e p r o b l e m s t h et h e s i s p r o p o s e st h ec o n c e p to fr f i dm i d d l e w a r eb a s e do nb o t t o m c o m m u n i c a t i o na n dd e v e l o p sr f i dm i d d l e w a r eb a s e do nc o m + ( c r f i d ) t h e t h e s i sr e s e a r c h e st h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l sa n dc o m m a n df o r m a to fs e r i a lr f i d f a c i l i t i e s c r f i dc o n t r o l sa n dm o n i t o r st h er e a d e rb ys e n d i n gm e s s a g e s c o m + i s u s e di nd i s t r i b u t e df r a m e w o r k t i m ew i n d o wm e t h o di su s e dt of i l t e rt h er e a d i n g e v e n t sa n dd a t a t h es y s t e mu s e sd o u b l ed e c kp r o t e c t i o n - r e a d e ra u t h o r i z a t i o na n d t a gd a t ae n c r y p t i o nt op r o t e c tt h et a gi n f o r m a t i o n t h et h e s i si m p r o v e se n c r y p t i o n a l g o r i t h ma n dm a k e st h em i d d l e w a r em o r es e c u r ea n dr e l i a b l e c r f i di n c r e a s e d d a t ac o m p r e s s i o nf u n c t i o nf o rt h ea p p l i c a t i o n sw h i c hn e e dh i g hc a p a c i t yt a gl i k e a v i a t i o nl o g i s t i c sa n dc o m b i n e dt r a n s p o r t a t i o n t h i sm e a s u r em a k e st h eu s eo ft a g m e m o r ym o r es u f f i c i e n ta n ds a v e st h ec o s t t h et h e s i st e s tc r f i dm i d d l e w a r ei nt h el a s tp a r t t h et e s tr e s u l t si n d i c a t e t h a tc r f i dc a nw o r kw i t hw m sc o m p a t i b l y e v e r yf u n c t i o ni nc r f i ds y s t e m h a sb e e nv e r i f i e da n dt h ec o r r e c t n e s so fr e a d i n gw a s10 0 t h es y s t e ma l l e v i a t et h e i i i 尔人。学硕 j 学f 节论文 b u r d e no fa p p l i c a t i o ns y s t e mb yt a gf l i t t i n g c r f i dc a np r o t e c tt h et a gi n f o r m a t i o n w e l l t h ew h o l es y s t e mh a sg o o ds t a b i l i t ya n de x p a n s i b i l i t y k e y w o r d s ：r f i dm i d d l e w a r e ，c o m + ，t a gf i l t r a t i o n ，d a t as e c u r i t y ，d a t a c o m p r e s s i o n i v 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：丝i l j i 堑, 越- 互, 诅i 曰 期：趁蕴：上丝 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：刍忿4 出国导师签 i b 东大学硕卜学位论文 1 1 课题背景 第一章绪论 r f i d 的中文名称为无线射频识别，是英文“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 ” 的缩写，为非接触式自动识别技术的一种。r f i d 是当今自动信息化技术的重 要组成部分，对社会运行效率有巨大作用，正迅速地渗透到社会的各个角落。 在接下来的几年中将为世界上所有物品贴上标签，将全世界的物品联网，形成 “物联网1 2 j ，r f i d 将在各方面不断深入人们的生活。 近几年，r f i d 技术发展十分迅速，它集印刷、信息、计算机、电子技术于 一体，并由单一的防伪功能向物流管理、航空行李管理、超市商品管理、自动 化生产线部件管理等方向发展。在即将到来的奥运会中也确定了奥运食品跟踪、 票证防伪等均使用r f i d 技术，可见r f i d 应用之广。由于r f i d 标签可以唯一地 标识商品，在物流领域中，通过同计算机技术、网络技术、数据库技术等的结 合，可以在物流的各个环节上跟踪货物，实时掌握商品的动态信息。应用r f i d 技术，可以获得以下很好的效益，如缩短作业时间、改善盘点作业质量、增大 配送中心的吞吐量、降低运转费用、实现可视化管理和使信息的传送更加迅速、 准确。航空行李管理和超市商品管理等领域中采用r f i d 技术不仅能够提高效 率，减少出错率，而且能够实现企业数据的自动化处理，并使企业从分析这些 信息中获得收益，从而进一步优化业务流程。 随着市场运作和技术的发展，国家对r f i d 的重视程度也越来越高。r f i d 作为将要渗透人们最基础的生活中的新型技术，不仅蕴藏着巨大商业利益更甚 攸关国家信息安全。基于此因，国家发布了中国r f i d 技术政策白皮书，并 设立多个r f i d 标准组，涵盖r f i d 产业的各个方面。标准的制定将使r f i d 技术 更加成熟，也将促使其应用更加广泛。 在广泛应用r f i d 时，企业面临的首要问题是如何将企业现有的系统与这些 新的r f i d 设备连接，r f i d 中间件的出现满足了这种需求。由于中间件能够将 数据有效地收集并供给其它应用系统使用，是一个很重要的中介，因此从某种 意义上说，中间件的设计是r f i d 应用的一项极为重要的核心技术，而它的通用 性，数据安全性，数据可靠性则是这种核心技术的关键。 l l j 尔人学硕 j 学f 一论文 曼曼! 曼皇! 曼鼍曼曼曼曼! ! ! ! 皇曼曼蔓! ! ! 皇! 曼曼曼曼i i 曼曼曼曼! 曼! 曼曼曼曼曼曼! 曼! 皇! ! 曼! ! 曼! 曼! ! 曼! ! 曼曼! 曼曼曼! 曼皇曼鼍曼曼 1 2r fld 中间件研究现状 1 2 1 国外研究现状 r f i d 中间件的概念是随着r f i d 的应用而提出的，从研究来看，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。经过一些企业和 研究机构的多方研究和实验，最终找到了一个比较好的解决方法，那就是r f i d 中间件，从此对r f i d 中间件的研究也就应运而生了。 目前国外很多知名厂商都投入到了r f i d 中间件的开发中，包括i b m 、s a p 、 s u n 、m i c r o s o f t 、b e a 等各大软件公司，他们都提出了包括中间件在内的r f i d 软件整体解决方案。 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 、，a 并遵循j 2 e e 企业架构开发的一套开放 式r f i d 中间件产品，可以帮助企业简化实施r f i d 项目的步骤，满足企业处 理海量货物数据的要求。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，不仅提高了供应链商品的流转速度、减少了产品的差错 率，还提高了整个供应链的服务水平。现在，i b m 与i n t e r m e c 公司合作，将i b m r f i d 中间件成功地嵌入i n t e r m e c 的i f 5r f i d 读写器中，为共享企业提供一整 套r f i d 企业或供应链解决方案。 2 s a p r f i d 中间件 s a pr f i d 中间件产品也是基于j a 、，a 语言和基于j 2 e e 企业架构开发的产 品。s a pr f i d 中间件产品具有两个显着的特征，一是系列化产品，二是一个 整合中间件，可以将其它厂商的r f i d 中间件产品整合在一起，作为s a p 整个 企业信息系统应用体系的一部分进行实施。 s a p 中间件主要包括以下三部分： s a p 自动身份识别基础设施软件 s a p 事件管理软件 s a p 企业门户 s a p 还联合s u n 和s y b a s e 并将其产品整合到了s a pr f i d 中间件中，提高 了自身数据传输的安全性和功能。 2 l l l 东人学硕十学位沦文 3 s u nr f i d 中间件 s u n 公司是j a 、，a 语言的先驱，j a 、，a 语言得到了很多企业的支持，在r f i d 中间件火热的今天，s u n 自然也加入了这个行列。s u nr f i d 中间件从1 0 版本 开始经历了一系列的完善和测试已经完全达到了设计要求。随着r f i d 标准 g e n 2 的推出，s u nr f i d 中间件也推出了2 0 版本。s u nr f i d 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。 目前，s u n 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 中间件产品种功能和到一起，使r f i d 中间件更加完善。 4 m i c r o s o f tr f i d 中间件 微软投入巨资组建了r f i d 实验室，着手进行了r f i d 中间件和r f i d 平台 的开发，并以微软s q l 数据库和w i n d o w s 操作系统为依托，向企业提供r f i d 中间件解决方案。与其它软件厂商运行的j a 、，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 中间件产品 拥有了更大的竞争优势。 5 b e a r f i d 中间件 b e ar f i d 中间件是目前r f i d 中间件领域中最具有竞争力的产品之一，尤 其是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 之后，b e a 将 其中间件整合进自己的中间件产品中，使得b e ar f i d 中间件功能得到了极大 扩展。 b e a 的r f i d 解决方案由四个部分组成： b e a w e b l o g i cr f i de d i t i o n ：现今的e p c 中间件，支持多达1 2 个读写 器提供商的主流读写器，支持e p cc l a s s 0 、0 + 、1 ，i s 0 15 6 9 3 ， i s 0 18 0 0 0 6 b ，g e n 2 等规格的电子标签。 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 “j 巧：人巧更十位论文 b e ar f i d 解决方案工具箱：实施r f i d 解决方案的加速器，包含快速 配置和部署的r f i d 应用系统所必需的代码、文档和最佳实践路线。主 要内容包括实践模型框架、消息总线架构、预置的p o r t l e t 等。 为开发、配置和部署该解决方案提供帮助的咨询服务。 b e a 中间件的架构如图1 1 所示，其中间件架构主要分为三大部分，b e a w e b l o g i cr f i de d g es e r v e r ，b e aw e b l o g i cr f i dc o m p l i a n c ee x p r e s s ，b e a w e b l o g i cr f i de n t e r p r i s es e r v e r 。b e a 的架构符合e p c i s 标准，但是它完全 依赖于w e b l o g i c ，平台依赖性太强，并且不具备开放性，难以与其他系统集成。 n b e a u p r o d u c t n p a r t n e li p r o d u c t 、 r f l d a t e n t e r p r i s e r f i da t e d g e 图1 - 1b e a 中i 司件架构 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。 在学术研究方面，也有很多高校和个人在进行相关的研究和开发。2 0 0 3 年9 月，a u t o - i d 发表了“a u t o i ds a v a n ts p e c i f i c a t i o n1 0 【3 】，这是最早的关于r f i d 中间件的分布式网络架构。该文献定义t e p c 编码、对象名字服务等技术，还 提出了r f i d 中间件的事件表达规范a l e 。s h a r y nl e a v e r ( 2 0 0 4 ) 在文献【4 】中提 出t r f i d q b 间件的定义：r f i d 中间件是介于标签读写器或者其它自动识别设 4 1 ij 力：人7 ：硕十：! ：伊论文 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。在架构方面，y i k i m 5 】 等提出了一种面向普适计算的r f i d 架构，这种架构能更好地捕捉环境中的对象 信息并实时提供给应用系统，但是功能较为单一。 1 2 - 2 国内研究现状 国内对r f i d 技术的研究还处于起始阶段，虽然国家在十一五规划和8 6 3 计划中对r f i d 技术应用提供了政策支持，使r f i d 技术在国内得到了较快的 发展；但是与国际r f i d 技术相比仍存在一定的差距，尤其是在r f i d 中间件 研究方面，这个差距更为突出。 国内的很多公司已经进入了对r f i d 中间件的研究阶段，清华同方的e z r f i d 中间件、深圳立格公司的a i tl y n k o a l e 中间件都是较为成熟的产品【6 j 。清华 同方的e z r f i d 是基于j 2 e e 7 】的中间件平台，它可以整合企业应用和商业伙伴的 r f i d 和传感器数据，但是只具备了硬件管理及基本事件数据过滤和传输功能， 没有对各类r f i d 产品的整合，缺少底层通信的研究。深圳立格公司的中间件是 基于开放式架构设计的模块化的、可升级的数据处理系统，主要用来加工和处 理来自读写器的信息和事件，实现了对数据的捕获、监控和传送，但是同样没 有对各种r f i d 底层通信作相关的研究。 在学术方面，我国对r f i d 中间件和公共服务方面也做了一些研究，包括中 科院自动化所开发的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，华中科技大学开发的支持多通信平台的r f i d 中间件产品s m a r t i ， 上海交通大学开发的面向商业物流的数据管理与集成的中间件平台1 8 】。2 0 0 5 年， 香港大学和华南理工大学等内地三所大学开展了r f i d 中间件的研究合作。范文 兵等【9 1 研究 r f i d 中间件的标准化与实现方法，主要依赖于具体应用提出的。 许炜等提出了一种自适应的阅读窗口平滑过滤器，用于读写器准确捕捉标 签。李小平等f 1 研究了一种新的i u i d 中间件平台，将设计分为3 个层次，白底 向上依次为数据采集层、事件处理层、信息发布层。刘丽华【1 2 1 研究了集成多协 议r f i d 的中间件，但仅仅是用 r f i d 设备自带的函数和开发包。 1 3 研究的目的和意义 通过对目前中间件产品的分析不难看出，国外大多数产品都是从流程及架 构两个层面实现。从其功能来看，多数是将数据转换为有效的业务信息的阶段， 满足企业用户连接r f i d 系统前后端实现数据的捕获、监控。国内的大部分产 5 l l 磊：人学硬一扣学铲沦文 。, 1 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 i i i i ii i i i i i i i iu li。i i i i i i i ii i i i ii i i i i i i i i i i i i i ：i i i i i i i i 攀笪曼曼曼! 曼! 曼燃燃鬯等量 品和研究也仅仅是领域内的特性应用和产品的单一化，缺乏分层处理机制和产 品兼容性。这些r f i d 中间件产品虽然初具规模，但是仍然不完善，在不同读 写器的兼容方面和中闻件的安全方面的研究不足。本论文就是在此基础上提出 的侧重于中间件安全和企业集成的r f i d 中间件。 r f i d 中间件将企业级中间件技术延伸到r f i d 领域，是r f i d 产业链的关 键共糕技术。它屏蔽了r f i 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 i d 中间件技术重点 研究的内容包括：并发访阀技术、基录服务及定位技术、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，浓缩了采用r f i d 技术必须面对的复杂技术问题。此外，由于目前国际上r f i d 的技术标准繁多， r f i d 中间件的生产商也有各自采用的标准和特点，还没有形成一个真正统一 的国际标准，这样就给我国建立自己的国家标准创造了很好的机会。 鉴于国内的中间件产品还不成熟，很多企业选择的都是国外的中间件软件。 因此，在业赛大规模实旌r f i d 项目之前研究患一套成熟霹靠的r f i d 中间件 方案是必要的，可以为发展我国的r f i d 技术做出贡献。r f i d 中间件可以兼容 各个不同技术标准和识别不同厂家的r f i d 标签，同时兼容不同的硬件和操作 系统平台，通过使用r f i d 中间件，可以大大节约社会资源和企业开发的投入。 因此对r f i d 中闻件的研究有很重要的理论和实用价值。 1 4 本文主要研究内容及结构 本文昀研究内容包括r f i d 中间件的架构标准，基本功麓，标签过滤和处 理，信息安全设计，数据压缩等。在广泛研究的基础上提出了新型的基于c o m + 并使用底层通信的中间件系统cr f i d ，系统集成了几种主要的r f i d 中间件设 备并屏蔽不同设备之间通信协议的差异性。本文在数据过滤和安全方面进行了 深入的研究并有所突破，提供了快速过滤的方法和双层安全保护机制。在充分 分析了系统应用和性能要求的前提下研究出了适合本系统的加密算法，并予以 实现。本文的另一个重要内容是标签数据压缩，这个功能对扩大r f i d 的应用 也有着重要作用。综上所述，课题所研究的r f i d 中间件是很有价值和必要的。 本文分共为六章，每一章的安排和内容如下： 第一章绪论，酋先分析了本课题研究的背景和意义，然后介绥了国内外在 r f i d 中间件方面的研究现状，在此基础上提出了本课题的研究目的、意义和 6 【l j 东人学硕卜学伊论文 内容。 第二章首先介绍了r f i d 的相关知识，包括r f i d 的基本概念，组成、原 理和应用。接着介绍了r f i d 中问件的相关内容，主要有r f i d 中间件的主要 功能、分类、发展历史等。 第三章详细分析了具体应用对r f i d 中间件的需求。接着提出了基于c o m + 的中间件( cr f i d ) 并对系统架构进行设计。通过采用分层架构的方法使系统 分工明确，并易于系统的扩展和升级。在此基础上确定系统的总体功能，并将 系统分为三个模块通信管理、数据管理、应用程序接口。对各个模块的具 体功能进行了架构设计，满足a l e 规范的基本要求。 第四章在系统结构设计的基础上介绍了系统功能的具体实现方法，包括多 读写器操控，标签过滤的方法，数据加密和解密，数据压缩等采用的算法和部 分代码实现。最终完成了cr f i d 系统的研发。 第五章对所开发的系统搭建了实验测试平台，从多读写器管理和控制、标 签读取、读写安全、标签数据压缩和系统整体性能方面进行了测试，测试项全 面，测试结果表明系统功能完善，证明了本系统时有较高的实用价值。 第六章对本文进行了总结，提出了待研究的问题。 7 第二章r f i d 及其中间件概述 在对r f i d 中间件进行研究之前有必要了解r f i d 的基本概念和原理。本 章主要是对r f i d 的组成及应用等方面的详细介绍。 2 1r f i d 的系统组成 r f i d 系统在具体的应用过程中，根据不同的应用e l 的和应用环境，系统 的组成会有所不同，但从r f i d 系统的工作原理来看，系统一般都由读写器 ( r e a d e r ) 、标签( t a g ) 、天线( a n t e n n a ) 、r f i d 中间件和应用系统软件几 部分组成。 1 读写器 读写器是读取( 有时还可以写入) 标签信息的设备。读写器可设计为固定 式或掌上型。读写器可无接触地读取并识别电予标签中所保存的电子数据，从 而达到自动识别物体的目的。读写器通常与计算机相连，所读取的标签信息被 传送到计算机上进行下一步处理。各种不同的读写器如图2 - 1 、2 - 2 和2 - 3 所示。 玎io 辽 麓 曳 ， 图2 - 】手持读写器剀2 - 2 固定读写器幽2 - 3 车载读写器 读写器的内部构造通常由射频接口、逻辑控制单元部分组成，如图2 - 4 所 射频接1 ：2 1逻辑控制单元 发射器 l 微控制器 i接收器i “ 卜 l 应用接口驱动l 时钟发生器 电压调节器存储单元j 图2 4 读写器内部构造 9 山尔人半硕十 憧| 文 d i 于标签的非接触特征，网此必须山位】应用软件与标签之间的读写器来 实现读写功能，读写器有如下儿项功能”： 1 ) 读写器与标签之问的通信功能：在规定技术条件下，读写器与标签之 间可以进行通信。 2 ) 读写器与计算机系统之间可以通过标准接口进行通信，并通过提供如 下信息以实现多读写器在系统网络中的运行，包括提供每个读写器的 编码、读出标签的实时时删、读出的标签信息。 3 ) 能够在读写区内实现多标签的同行读取，具备防冲撞功能。 4 ) 能够校验读写过程q ，的错误信息。 5 ) 对于有源标签，能够标志电池相关信息。 2 标签 标签相当于条形码技术中的条形码符号，用来存储需要识别传输的信息， 与条形码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动 发射出去。 标签一般是带有线圈、天线、内存与控制系统的低电集成电路。标签的外 形灵活多变，图2 - 5 展示了多个外形各异的标签。 气袈， 幽2 - 5 各种彤状的杯釜 罔2 - 6 表示了标签的内部结构组成，总共分为5 个模块，其中每个模块的 功能如下： 1 ) 调制器：逻辑控制电路所送出的数据经调制电路调制后加载到天线送 给读写器： 2 ) 解调器：把载波去除以取出真正的调制信号； 3 )电压调节器，把由标签读写器送过来的射频讯号转换成d c 电源，并 1 0 “l 东人7 f 顷 _ ”7 ： 专论文 i -i i i 经大电容储存能量，再经稳压电路以提供稳定的电源； 4 ) 逻辑控制单元：用来译码读写器所送过来的信号，并依其要求回送资 料给读写器； 5 1 存储单元：包括e e p r o m 与r o m ，作为系统运行及存放数据的位置。 图2 - 6 标签内部结构 根据不同的分类标准，一般将标签分为如下几类： 1 ) 根据标签的供电形式分为有源标签和无源标签1 1 5 1 有源标签是指标签内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体 积较大、成本较高，且不适合在恶劣环境下工作；无源标签内无电池，它利用 波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为标签内电路供电，其作用 距离相对于有源标签短，但寿命较长且对工作环境要求不高。 2 ) 按照标签的数据调制方式分为主动式、被动式和半主动式 主动式标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器。被动式标签使用 调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该类技 术适合用在门禁或交通系统中，因为读写器可以确保只启动一定范围之内的标 签。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿过障碍 物两次。而主动式标签发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作的标 签主要用于有障碍物的应用中，工作距离更远。 3 ) 根据标签的工作频率分为低频、高频、超高频和微波系统 读写器发送无线电信号时所使用的频率被称为r f i d 系统的工作频率，基 本上可分为四个主要范围：低频( 3 0 k h z 3 0 0 k h z ) 、高频( 3 m h z 3 0 m h z ) 和超高频( 3 0 0 m h z 3 g h z ) 以及微波( 2 4 5 g h z 以上) 。常见的低频标签主要 有1 2 5 k h z 和1 3 4 2 k h z 两种，主要用在短距离、低成本的作业中，如多数的 门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。高频标签主要为1 3 5 6 m h z ，主 1 1 t h 尔人字埘! f 一 何论文 要用于需传送人最数据的应用系统。超高频标签主要为4 3 3 m h z 、9 15 m h z ，微 波主要有2 4 5 g h z 和5 s g h z 等。主要用于需要较长的读写距离和高读写速度 的场合，其大线波束方向较窄且价格较高，主要在火车监控、高速公路收费等 系统中应用。 4 ) 根据标签的可擦写性分为只读、读写和一次写入多次读出标签 根据射频标签内部使j ； j 内存类型的不同可分为只读标签( r e a d o n l y ，r o ) 、 读写标签( r e a d w r i t e ，r w ) 和次写入多次读出标签( w r i t e o n l y r e a d m a n y ， w o r m ) 。 5 ) 根据标签中存储器数据存储能力分为标 = 标签与便携式数据文件 3天线 天线是读写器和电子标签之问信号和能量传递的中介，负责给标签传输能 量，如图2 7 所示。 喇2 7 大线酬 4r f i d 中间件 r f i d 中间件是伴随希r f l d 技术的普及而产生的。由于大量信息的传输将 在其应用过程中产生数据爆炸效应，企业将如何管理并合理使用这些数据，这 完全由应用软件的设计和性能决定6 1 。r f i d 应用软件贯穿了从底层数据采集 到高层资源管理规划和智慧企业经营决策等企业的全部运转过程。为了使r f i d 应用软件和服务质量更为高效呵靠，应用研究了r f i d 中间件技术。 5r f l d 应用软件系统 r f i d 应用软件系统是针对不同行业的特定需求而开发的应用软件，它可 以有效的控制读写器对电予标签信息进行读写，并且对收集到的目标信息进行 集中的统计与处理。r f i d 应用系统软件可以集成到现有的电子商务和电予政 务平台中，与e r p 、w m s 、c r m 以及s c m 等系统结合起来提高各行业的生 1 2 l j j 尔人7 硕十7 ：伊论文 产效率。 2 2r fld 的工作原理 r f i d 系统的工作原理是：标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号， 凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息( 无源标签或被动 标签) ，或者主动发送某一频率的信号( 有源标签或主动标签) ；读写器读取 信息并译码后，送至中央信息系统进行有关数据处理【1 7 】。 从电子标签到读写器之间的通信及能量感应方式来看，系统一般可以分成 两类：电感耦合( i n d u c t i v ec o u p l i n g ) 系统和电磁反向散射耦合( b a c k s c a t t e r c o u p l i n g ) 系统。电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感 应定律；电磁反向散射耦合，即雷达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标后。 反射，同时携带回目标的信息，依据的是电磁波的空间传播规律。r f i d 的工 作原理如图2 8 所示： 2 3 中间件概述 2 3 1 中间件的定义 图2 8r f i d 原理图 随着计算机技术的发展及应用范围的不断扩大，各种各样的应用软件需要 在不同平台之间进行移植，或者一个平台需要支持和管理多种应用软件或系统， 软、硬件平台和应用系统间需要可靠和高效的数据传送或转换，以保证系统的 协同工作。在这种情况下，人们提出了中间件的概念，中间件在系统中的地位 如图2 - 9 所示。 1 3 l l i 尔人学硕卜付论文 应用 应用 应用编程接n a p i 中间件( 分布式系统服务) 平台接口平台接口 操作系操作系 统接口 协议栈统接口协议栈 图2 - 9 中间件在系统中的地位 在众多关于中间件的定义中，普遍被接受的是i d c 的表述中间件是一 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h i 务器的操作系统之上，管理计算资源和网络 通讯。i d c 对中间件的定义表明，中间件是基础软件的一大类，而非一种软件， 属于可复用软件的范畴，中间件是位于操作系统与应用软件之间的通用服务， 主要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【18 1 。 首先要把中间件与支撑软件和实用软件区分开来。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，最突出的特点 是其网络通信功能。 2 3 2 中间件的技术标准 中间件技术的标准主要有c o m ，c o r b a ，j 2 e e 三个标准，这几个标准已 经被大多数企业所应用1 19 1 。 1 c o m 标准 c o m l 2 0 1 ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 最初作为m i c r o s o f t 桌面系统的构件技 术，主要为本地的o l e 应用服务，但是随着m i c r o s o f t 服务器操作系统n t 和 d c o m 的发布，c o m 通过底层的远程支持使得构架技术延伸到了分布应用领 域。c o m 是m i c r o s o f t 提出的一种组件规范，多个组件对象可以连接起来形成 应用程序，并且在运行时，在不重新连接或编译的情况下被卸下或换掉。c o m 既是规范，也是实现，它以c o m 库( o l e 3 2 d l l 和o l e a u t d 1 1 ) 的形式提供访 1 4 l lj 尔人硕十。r f 市论文 问对象核心功能的标准接口及一组a p i 函数，这些a p i 用于实现创建和管理 c o m 对象的功能。m i c r o s o f t 对c o m 的发展包括d c o m 、n i t s ( m i c r o s o f t t r a n s a c t i o ns e r v e r ) 以及c o m + ，c o m 把组件的概念融入到w i n d o w s 中，但 它只能使本机内的组件进行交互；d c o m 则为分布在网络上不同节点上的组件 提供了交互能力【2 1 1 ；n i t s 针对企业w e b 的特点，在c o m d c o m 的基础上添 加诸如事务特性、安全模型等服务；c o m + 把c o m 组件的应用提升到应用层， 它通过操作系统的各种支持使组件对象模型建立在应用层上，把所有组件的底 层细节如目录服务、事务处理、连接池及负载平衡等留给操作系统。 目前尽管有些厂商正在为u n i x 平台使用c o m + 而奋斗，但是总体来说 c o m + 基本上仍是w i n d o w s 家族平台的解决方案。 2 j 2 e e 标准 j a v a 语言由于其优良特性，特别是跨平台特性，逐步得到人们的重视。 j 2 e e 正是基于j a v a 语言而建立的。j 2 e e 是一个标准的体系结构，它特别面 向使用j a v a 程序设计语言进行基于w e b 的企业应用的开发和部署。j a v a 程序 设计语言以及j a v a 平台技术自1 9 9 5 年问世以来在信息技术发展中扮演着越 来越重要的角色。在1 9 9 7 年后期，s u n 、b e a 、i b m 、o r a c l e 、s y b a s e 和一些 j a v a 程序设计语言的爱好者开始将j a v a 技术应用于企业计算，其目标是创 建一个j a v a 平台的