（计算机应用技术专业论文）rfid中间件设计与实现.pdf

上海师范大学硕士学位论文 摘要 摘要 姗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 ) 中间件的设计与系统的多个层相关，如r m 电子标签的数据采集、标签数据管理、泐系统安全等。对于不同层，不同的设计和实 现被具体应用所采纳。然而，以这种方法设计出来的中间件就会缺乏一致性和灵活性， 设计者不能够以一个统一的框架设计r f i d 中间件。面向服务的r f d 中间件架构 s o a ( s e r v i c c o f i e n t e d 觚h i t e c t u r c ) 是一种用于r f i d 各个应用领域软件开发的框架，它是 一种以服务为中心的包含运行环境、编程架构风格在内的一套新的分布式软件系统构造 方法和环境。使用s o a 开发r f i d 中间件，能很好地改善软件设计中的整体性、灵活性 和统一性。 s o a 是r f d 中间件设计的基础，本文针对姗d 中间件设计中存在的一些问题，如 e p c 编码的自动解析、r f l d 读写器的接入、r f m 标签数据的交换或共享、r f m 系统安 全等，提出了面向服务的r f l d 中间件平台架构。 本文用s o a 的设计原则建立r f i d 中间件的软件构架，然后通过系统集成服务的方 式查询服务、调用服务和提供服务清晰地定义出r f m 读写器管理服务、标签信息 服务、r h d 安全服务等。使其适合于不同的r f i d 应用，并且根据e p c g l o b a l 标准实现 e p c 编码的自动解析，这样不仅有助于在不同平台间r f 标签数据的交换和集成，而 且对于不同的应用降低了构建r f i d 系统的难度。 关键词：e m a r k t a g 框架；r f i d 标签信息服务中间件；r f i d 中间件安全；自调节读 取距离中间件 论文类型：软件开发 上海师范大学硕士学位论文 摘要 a b s t r a c t n ed e s 咖o fi 洹d 皿a d i oh q 眦n c yi d e n t i f i c a t i o n ) i i l i d d l e w a 佗i sr e l a t e dt 0m a n yl a y e 玛o ft h e s y s t e m ，s u c ha st h ed a t aa c q u i s i t i o n 丘d mt h er 同dt a g s ，t h em 柚a g e m e n to ft h ed a t a 自o mt h et a 笋翘dt h e c i l r i t y0 ft h er f i ds y s t e m 1 od i 置f e f e n tl a y e 璐，d i 置f e r e n td e s i g 船a n d a l i z a t i o n sa 他a d 叩t e df o rs p e c i f i c a p p l i c a t i o n s h o w e v e r ，t h el l l i d d l c w md e s i 驴e di nt h i sw a yi sl a c ko ft h eu n 讧。珊n ya n dn e 妯i l i t y t 扯 d c s 咖e 璐c 姐n o td e s 咖t h ei i l i d d l e w a r eo fm e r f i di na 蚰i v c r s a lj j r a m e w o r k s e i c e 一0 r i 印t e da r c h i t e c t i l 他 ( s o a ) i sa 丘a 舭w o r kw h i c hc 姐b eu df o rm ci u 如脚a r ed e v e l o p 眦n ti nd i 彘n ta r e 雒1 ti s an e w d i s t d b u t e dc o n s t m c t i o ni m t h o d s 弛de n v i r c h l m e n tf o r m 忸他d e v e l o p 卫n t s o ab a do n i c e 一0 r i e n t e d i n d u d e sm 皿i n ge n v i r o n m e n t 觚ds t y l e so fp r o g 舳甜c h i t e c t u r e e m p l o y i n gt h es o af o rd e v e l o p i n gt h e r j f l dm i d d l e w a r ec 柚s i 印i f i c a n n yi m 】p r 0 v et h ei l l t e 黟a t i ，n e 】【i b i l i t y 勰du n 让o m l i t y0 ft h e f 咐a r c s o ai sm ef o u n d a t i o no f 恤d e s 咖o ft h er f mm i d d l e w a r e i l lt l l i sp a p c f ，a c c o r d 崦t 0 腓e 虹t 吨 p r o b l e 傩，跚c ha sm ep a r s e ro fe p cc o d e 姐t o m t i c a l l y ，此c 0 蛾c t i o n0 ft h er m 佗a d e r s ，l h ee x c h 柚g e 柚ds h a r e0 f t h ei 瞪dt a gd a t a 柚dt h e c l l r 埘0 f t l 圮l 呵ms y s t e m ，w ep r o p 0 s e r v i c e 耐e n l e dr a d i 0 f r e q u e n c ) ，i d e n 衄c a t i m i d d l e w 撒a r c h i t e c t i l r e n e 触蛳w o r ko ft h er f mi n i d m e w 玳i sd e s i 印e d b 撇do nt h ep 咖c i p l e so f 恤s o a r f dr e a d e r m 姐a g e m e n t r v 妣，魄i n f 0 肋a t i o n r v 娩，c i l r i t y r v 妇柚d nb et h c nd e a j l yd e f m e dt h r o u g h t h e s y s t e mi n t e g r a t i o n n ，i n g i n q u i r i n g f v i c e ，c a l l i n g r v i c ca n dp v i d i n g r v i t h e m a k e i t 跚i t a b kf o rd i 疵崩l tr f i da p p l i c a t i 0 她蛆dc 姐a k 的r e a l i 孺e p c d e 叭t o m a t i c a u yp a r s e da c c o r d i n gt ot h c e p 吲0 b a ls t 粗d 缸d i tw i u b ev e r yh e l p f u lf o rn o t 砌y 恤r f m 魄sd a t ae x c h 卸g e 姐di n t e g r a t i o nb a s c d 伽t h ed i 骶心n tp l a 怕眦s ，b u ta l r e d u c i n gt h ed i f 丘c l l l t i c si nc o n s t n i c t i l 培t h er ms y s t e m sf o rd i 彘佗n t a p p l i c a t i 0 鹏 1 【e y w o r d s ：e m a d c l a gl j r a m e w o r k ；t a gi n f 0 珊a t i r v i c ei n i d d l e w a f e ；r f i ds e c 呱t y m i d d l e w a 碥；a u t 0 a d j u s tt h ed i s t a n c co fr e a di i l i d d l e w a 他 论文独创性声明 本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。论文中除 了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究 成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表 示了谢意。 名：和学蹶撕m 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、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、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此 规定。 名蠢t 胆争瘟书腻一2 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 本课题来源于上海市教委项目基于w e b 服务的r f i d 中间件研究。 近年来r f i d 技术被广泛应用于供应链管理和工业控制中，在这些应用中 r f i d 技术与网络、图像、音频和控制技术相结合为企业提供了一种新的解决方 案，特别是在对人员、动物、物品、车辆的管理方案中显示出其独特的优点。在 对人员的管理中涉及安全领域，如：门禁考勤，使用非接触式射频卡省去了插卡、 接触式刷卡的流程；在对动物的管理中，出于动物特殊性的考虑，现在流行的做 法是采用植入式射频标签，直接把标签植入体内，通过对标签识别记录动物的体 重、体温等参数，从而达到疫情监控的目的；在物品管理中，r f i d 标签克服了 条码的不能写入数据和一次只能读一个的缺点，它可以被读写器远距离读取多 个，加快了对物品的读取速度。一个成功的案例是大型的零售商沃尔玛在它的供 应链管理中的应用。在车辆管理中，有e t c ( e 1 e c t r o n i ct 0 1 lc o l l e c t i o n ) 不 停车收费( 5 8 g h z ) 、车辆稽查( 2 4 5 g h z ) 、小区车辆管理等，这些领域的成功 应用为r f i d 技术应用提供了日臻成熟的案例，此外，r f i d 还应用于生产制造、 装配、邮政、仓储和资产管理等领域。 构建一个智能型的r f i d 中间件系统将使得这些应用实施更加高效。然而构 建智能的r f i d 中间件以适合所有的应用场合是复杂而具有挑战性的，因为要牵 涉到很多因素。例如不同的应用行业、企业有不同的协议和编码格式。更主要的 是：r f i d 中间件是一种多层次的系统，数据在各个层之间流动，对于衄中 间件的各个层，有不同的设计方法，而这些方法往往是针对单个方面、单个行业 提出的局部解决方案，没有从全局出发来设计，所以缺乏整体性、统一性，比如 标签数据采集过程或者标签数据共享等。在r f i d 中间件的层与层之间的交互或 者集成过程中便会引发问题。 以服务为核心的架构是r f i d 中间件设计的基础。近几年来，已有不少方法 用于r f i d 中间件的设计，但是这些方法存在以下不足： 1 ) 没有提供一个统一的、标准的机制。 就整个行业的r f l d 应用系统而言，仅从单方面提供局部的解决方案，设计 上海师范大学硕士学位论文 第一章绪论 者很难从统一的、整体的角度对r f i d 中间件进行设计。虽然e p c 百o b a l 正在推 行其标准，但企业界仍然处于不统一的状态。 2 ) 传统中间件的开发模式普遍适用性不高，不利于应用系统间和企业间数据 交换。 r f i d 数据采集中间件产生数据，是r f i d 信息服务中数据的一个重要来源。 但是，由于读写器和标签类型的不同，这些读写器接入应用系统时，又要重新开 发程序，接入不是很方便，标签数据过滤相对单一，不能满足各种应用需要的数 据。系统模块耦合性高，带来企业集成困难，异构性差。 3 ) 没有建立标签数据编码格式自动转换。 4 ) 系统的安全性不高，易受到攻击，导致后端系统服务器瘫痪。 面向服务架构( s o a ) 的出现，有助于中间件设计中统一性问题的解决。s o a 【1 】 是一种以服务为中心包含运行环境、编程架构风格在内的一套新的分布式软件系 统构造方法和环境，面向服务的中间件设计原则与传统的设计有着相当大的不 同，首先传统的应用集成方法有：点对点集成、企业消息总线或l a i 、基于业务 流程的集成等，这些比较复杂、成本高，特别是灵活度不高，难于满足企业现代 业务变化不断拓展产生的定制需求。而基于s o a 的应用开发和集成可以很好地解 决这些问题。因为它的核心是服务，业务服务被组件化，且相对独立，由一个或 多个分布式系统来实现。一个服务以基于标准的方式定义了一个与业务功能或业 务数据相关的接口，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使 得构建在不同系统中的服务可以以一种统一的和通用的方式进行交互和理解。通 过服务注册库( s e r v i c er e g i s t r y ) 和企业服务总线( e n t e r p r i s es e r v i c eb u s ) 来支持动态查询、定位、路由等功能，使得服务之间的交互是动态的，位置是透 明的。这也使得服务的请求者和提供者之间高度的松耦合，当某个服务的内部结 构和实现逐渐发生改变时，不影响其它服务。 针对传统的r f i d 中间件设计方法中存在的不足，本文着重研究了面向服务 为核心的设计思想在r f i d 中间件设计中的应用。本文重点讨论了r 皿中间件 设计的以下几个方面： 1 ) 将s o a 和w e b 2 0 架构的设计思想应用于r f l d 读写器管理服务、标签 信息服务、r f i d 服务器异常监控服务、r f i d 系统集成中。 2 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 2 ) 设计各种编码的自动转换和解析。 3 ) 利用模糊控制技术设计r 兀d 自调节读取距离中间件。 4 ) 设计2 4 5 g h z 远距离电子标签读取中间件、定位中间件。 5 ) 讨论了r f i d 中间件安全。 1 2 研究现状 从8 6 3 射频识别( r f i d ) 技术与应用课题项目公布来看，国内的r f i d 中间 件研究主要集中在可重构r f i d 中间件技术研究与开发上，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 腿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。国内的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 中间件和e z o n ee z f r a m e w o r k 基础 应用套件等，并且开始了规模化的尝试。但总体上来讲，r f i d 市场的中、高端 应用中间件由国外的巨头i b m 、s u n 、b e a 等公司占有，国内的中间件主要针对中 小企业的应用来开发，如数据访问中间件、消息中间件等，过滤处理的能力相对 简单，大型的整合各类中间件技术的r f i d 中间件产品还不多见。 学术上，文献 2 讨论了r f i d 中间件设计与关键技术但未从大型的实际应用 的角度去探讨；文献 3 从a l e ，e p c g l o b a l 应用事件层接口规范的角度去设计和 实现中间件；文献 4 从安全的角度探讨了e p c 中间件中的安全策略，但未实现 一个完整的r f i d 安全中间件架构。文献 5 、 6 主要从应用系统的角度设计和 实现了中间件；文献 7 研究了一个较为完整的中间件平台，并不是一个完整的 s o a 架构平台；文献 8 侧重于研究了e p c 中间件系统；文献 9 给出了一种r f i d 系统前端的实时数据采集处理的方法。 国外的r f i d 中间件研究，在学术上，文献 1 0 提出了一个基于e p c 追踪服务 的代理架构，在e p c 信息服务中引入了一个代理，请求e p c 信息的系统不需要每 次连接远程的e p c 信息服务，就可以本地的访问e p c 信息。文献 1 1 讨论了r f i d 中间件的安全，在r f i d 中间件中的数据访问中间件部分容易遭到s q l 注入的攻 击，而导致整个r f i d 中间件系统无法正常工作。文献 1 2 提出了一种如何给r f i d 事件信息加上语义的方法；文献 1 3 描述了在r f i d 中间件设计中的约束和应该 考虑的问题；文献 1 4 实现了使用w e bs e r v i c e 管理了r f i d 中心业务的中间件。 3 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 国外的中间件有i b m ( r f i dw e b s p h e r e 中间件) 、h p 、微软、s a p 、s y b a s e ( r f i d e n t e r p r is e ) 、s u n ( s u ns y s t e mr f i ds o f t w a r e ) 、b e a 等。 s u n 的j a v a 综合应用平台套件和s a pa u t o i d 架构集成，支持j a v a 平台， 定制化的应用程序接口a l e ( a p p l i c a t i o nl e v e le v e n t s ) ，智能化数据处理过滤 规范。提供集中监测、分布设备管理以及动态联网功能。支持s o l a r i s l 0 ， l i n u x ，w i n d o w s ，嵌入控制器、手柄等。可以在企业周边处理r f i d 数据的智能设 备中，j a v a 的r f i d 软件是根据s o a ( 面向服务的体系结构) 来设计的，并通过 一系列标准，h t t p ，) ( m l ，s o c k e t ，j m s ，s o a p 数据传输帮助推动集成过程，与o r a c l e 数据库较好的集成【1 5 1 。 b e a 支持分布式处理的s o a 构架，编排低级别服务以创建高级别业务服务，构 建可使用服务并将服务展现给最终用户的个性化门户。b e a 的产品由b e a w e b l o g i ce n t e r p r i s ep 1 a t f o 珈r f i d 解决方案加速包为开发、配置和部署该解 决方案提供咨询服务，在一个可靠、可伸缩的运行时环境中执行和管理服务1 1 6 1 。 i b m 中间件，将r f i d 事件与企业的商业模型以及应用程序进行映射。提取 应用程序关心的r f i d 事件和数据，执行业务逻辑，基于j 2 髓的应用程序均可以 运行。动态配置网络拓扑结构、网络中r f i d 阅读器。可以动态的开发j 2 e e 应用 程序，跨平台性能好。基于i b mw e b s p h e r e ，并与其d b 2 数据库紧密联系，成为 其核心【1 7 1 。 m i c r o s o f t 的b i z t a l k 工具在其平台和外设之间搭起一条通道，并做了一些 配套程序，依赖于微软平台。在v i s t a 操作系统中嵌入r f i d 平台，提供给用户 编辑器，并和数据库s q ls e r v e r 相集成【1 7 1 。 e p c 9 1 0 b a l 制定了e p c 中间件标准，它是e p c g l o b a l 网络系统的组成部分， 可实现过滤e p c 阅读器收集的e p c 信息、把读取e p c 电子标签的信息作为事件通 知到e p c i s 各应用终端，控制阅读器，制定了a l ei n t e r f a c er e a d e rp r o t o c o l 和r e a d e rm a n a g e m e n ti n t e r f a c e 接口【1 8 1 。 1 3 论文的主要工作 1 ) 实现基于s q a 和w e b 2 o 架构的i m d 读写器管理服务、标签信息服务、 r f i d 服务器异常监控服务、r f m 系统集成等一系列内容。 使用消息驱动b e a n 实现前端系统的数据过滤分发，使用实体b e a n 实现数据 持久化，使用w e bs e r v i c e 组件进行查询服务；实现e m a r k t a g 框架、服务注册、 4 上海师范大学硕士学位论文 第一章绪论 服务配置和服务组件在网络中的多点部署；使用a j a x 组件进行标签号w e b 实时 显示。 实现了基于r s 2 3 2 串口、u s b 口、t c p i p 通信协议的j a v a 和n e t 平台下的 电子标签数据的读写和过滤中间件，并应用于生物电子标签读取中，与动物实验 室电子标签管理系统、考勤系统相集成。 2 ) 根据e p c 编码描述，实现了e p c 电子标签的编码和各类编码自动解析。 3 ) 实现在w 矾c e 系统中基于x m l 数据文件的标签信息查找、利用模糊控 制技术设计r f i d 自调节读取距离中间件。 4 ) 实现2 4 5 g h z 远距离电子标签读取中间件。 5 ) 设计了2 4 5 g 1 舷远距离识别技术中电子标签定位中间件。 6 ) 讨论了r f l d 中间件的安全。 7 ) 把中间件应用于沈阳项目中，以一个具体的应用为例，说明和测试了中 间件。 1 4 论文的创新点 论文的创新点如下： 1 ) 把r f i d 中间件整合成了一个平台架构。 在读写器管理服务中，定义和设计出相应的不同读写器服务，可以配置 多个读写器，其中集成了e p c 编码标准和非标准的协议，设计和实现了一个 e m a r k t a g 框架，增强了系统的适应性。r f d 标签信息服务较好的与企业信息系 统集成和数据共享，同时集成了手机、p d a 等移动设备，与现有的r f l d 中间件 相比丰富了其功能。 2 ) 2 4 5 g h z 远距离识别技术中电子标签的读取中间件。 2 4 5 g 比远距离识别技术第一次应用于出租车辆稽查中( 从上海市上海科 技查新咨询中心查新报告得出) 不同于以往的接触式读取中间件，实现远距离的 无人干预的非接触式读取，一次可读5 0 2 0 0 多个，负责读取电子标签后传送到 后台系统的中间件与以往的中间件处理方式不同。 3 ) e p c 电子标签的自动解析。 4 ) 使用模糊控制技术设计r f i d 自调节读取距离中间件。 1 5 论文的组织结构 第一章绪论。讨论了论文的背景意义、国内外研究现状和研究目标。 5 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 第二章r f i d 技术与中间件技术。 第三章r f i d 中间件设计与实现。 第四章r f i d 自调节读取距离中间件设计。 第五章总结。 总结本文的工作及进一步的工作。 最后是致谢、参考文献、附录。 6 上海师范大学硕士学位论文第二章r m 技术与中间件技术 第二章r f i d 技术与中间件技术 2 1r f i d 技术 2 1 1r f i d 技术发展现状概要 射频识别( 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 ) 技术，是一种利用射 频通信实现的非接触式自动识别技术( 以下通称r f i d 技术) ，它利用射频信号及 其空间耦合和传递特性，实现对静止或移动的物品自动识别。r f i d 的信息载体 是射频标签，其形式有卡、钮扣、标签等多种类型。r f i d 标签贴在或安装在物 品上，由安装在不同地理位置的读写器读取存储于标签中的数据，实现对物品的 自动识别。r f i d 技术涉及信息、制造、材料等诸多领域，涵盖无线通信、芯片 设计与制造、天线设计与制造、标签封装、系统集成、信息安全等技术【1 9 1 。 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、体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，它支持快速读写、非可视 识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。r f i d 技术与互联网、通 讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享，大幅度提高管理与运 作效率，降低成本。 r f i d 主要使用无线电波的射频频段和微波频段的低端，其中主要以 1 2 5 1 3 4 k h z ( 低频) 、1 3 5 6 删z ( 高频) 、4 3 3 姗z ( 超高频) 、8 6 0 _ _ 9 6 0 删z 、2 4 5 g h z 、 5 8 g h z 为主。对于1 2 5 1 3 4 k h z ，多数国家属于开放频道( i s m ) ，然而数据传输 速度慢，主要使用在宠物、门禁管制和防盗追踪。1 3 5 6 删z 的最佳传输距离为 1 m 以下，主要应用于生产管理、会员卡、识别卡、飞机机票和建筑物出入管理。 8 6 0 _ _ 9 6 0 m h z 最远可达10 l l l 的传输距离，通信质量好，适合供应链管理，然而各 国的频率法规不统一，跨区应用必然会成为现阶段应用的障碍。2 4 5 g h z 的最佳 传输距离为1 0 0 m ，穿透性较差，适合电子收费系统( e t c ) 、实时定位系统( r t l s ) 【2 0 】 o 在r f i d 的标准制定方面，有关r f l d 技术的国际标准的研讨空前热烈，国 际标准化组织i s o i e c 联合技术委员会j t c l 下的s c 3 1 下级委员会成立了r f i d 标准化研究工作组w g 4 。尤其是在1 9 9 9 年1 0 月1 日正式成立的，由美国麻省 理工学院m r r 发起的a u t o i dc e n t e r 非盈利性组织在规范r f l d 应用方面所发 7 上海师范大学硕士学位论文第二章鼬技术与中间件技术 挥的作用将越来越明显。a u t o i dc e n t e r 在对r f i d 理论、技术及应用研究的基 础上，所作出的主要贡献如下【2 1 】： 1 ) 提出产品电子代码e p c ( e l e c t r o l l i cp r o d u c tc o d e ) 概念及其格式规划。为减 化电子标签芯片功能设计，降低电子标签成本，扩大r 兀d 应用领域奠定了基础。 提出了实物互联网的概念及构架，为e p c 进入互联网搭建了桥梁。 劲建立了开放性的国际自动识别技术应用公用技术研究平台，为推动低成 本的r f i d 标签和读写器的标准化研究开创了条件。 我国在r f i d 技术的研究方面也发展很快，比较典型的是在中国铁路车号自 动识别系统建设中，推出了完全拥有自主知识产权的远距离自动识别系统。2 0 0 5 年底上海市利用r f i d 技术实现了对进入上海市场动物产品的有效监控和管理。 在r f i d 应用方面，目前全世界已经安装了约5 0 0 0 个r 皿系统，实际年销 售额约为9 6 4 亿美元，主要用于宠物与野生动物跟踪、公路和停车收费等有限 的领域。事实上，r f d 还有望在高速公路自动收费及交通管理、门禁保安、i 讯m 卡收费、生产线自动化、仓储管理、汽车防盗、防伪、电子物品监视系统、火车 和货运集装箱的识别、物流管理、生产线追踪等领域大展身手，其次还有电子报 站系统、航空包裹识别、汽车防盗器、文档追踪管理、包裹追踪识别、畜牧业、 后勤管理、移动商务、产品防伪、运动计时、票证管理等。 在砒技术研究及产品开发方面，国内已具有了自主开发低频、高频与微 波r h d 电子标签与读写器的技术能力及系统集成能力。与国外r f i d 先进技术 之间的差距主要体现在r f l d 芯片技术方面。尽管如此，在标签芯片设计及开发 方面，国内已有多个成功的低频r f d 系统标签芯片面市【矧。 r f i d 技术研究方面已经取得了许多的砒7 d 基础技术专利f 矧，这些知识产 权专利涉及了读写器和数据存储器之间传送数据的方法、电子标签的识别方法， 如：可同时询问式、自适应轮询式、多标签识读、多解码识读等。还有一些r f i d 系统的知识产权专利，如：物品分类系统、生物电子标签识别系统等。此外，还 有射频通讯方法，通信中的能量节省等。 在技术集成方面，r f i d + g p s g p r s + 无线传感器技术整合集成的无线传感器网 络应用较为广泛。 r f i d 技术也存在一些问题： 8 上海师范大学硕士学位论文第二章r 皿技术与中间件技术 1 ) r f i d 电子标签成本高和标准不统一。 2 ) 各国使用的r f i d 频段不同，不同国家调谐的电子标签在其它国家不能发 挥其频率特性。 3 ) 在高速收费领域识别距离有限、时间稍长。 4 ) r f i d 中间件系统的安全、标签数据的窃取、读写器的防假冒等。 5 ) 在使用r f i d 中间件管理r f i d 数据时操作的简便程度。 2 1 2r f i d 系统组成及通信过程 r m 系统【2 4 】因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签( t a g ) 、 阅读器( r e a d e r ) 和数据交换与管理系统( p r o c e s s o r ) 三大部分组成。电子标签 ( 或称射频卡、应答器等) 由耦合元件及芯片组成，其中带加密逻辑、串行 e e p r o m 、微处理器c p u 以及射频收发及相关电路。电子标签具有智能读写和 加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由 阅读器发出的射频脉冲提供。阅读器，有时也被称为读写器，主要由无线收发模 块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器控制模块的功能包括：与应用系 统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令；控制与电子标签的通信过程 ( 主从原则) ；信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法，对电子标 签与阅读器间要传送的数据进行加密和解密，以及进行射频卡和阅读器间的身份 验证等附加功能。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，可将数据加密， 并将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信 息的存储及管理、对卡进行读写控制等。组成图框图如图2 1 所示。 图2 1 砒仰i 系统组成 r f i d 系统的工作过程为：读写器通过天线发送出一定频率的射频信号；当 r f i d 标签进入读写器工作场时，其天线产生感应电流，从而r f i d 标签获得能 9 上海师范大学硕士学位论文第二章r m 技术与中间件技术 量被激活并向读写器发送出自身编码等信息；读写器接收到来自标签的载波信 号，对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理；计算机系统根据 逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定作出相应的处理和控制，发出指 令信号；r f l d 标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控 制逻辑，控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其它操作。 2 2 中间件技术 2 2 1 中间件概念 为了解决分布异构问题，人们提出了中间件( m i d d l e w 耵e ) 的概念【2 5 1 。中间件 是位于平台( 硬件和操作系统) 和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序 接口和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，可以有符合接口和协议规范的多 种实现。对于应用软件开发，中间件远比操作系统和网络服务更为重要，中间件 提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环境，不管底层的计算机硬件和 系统软件怎样更新换代，只要将中间件升级更新，并保持中间件对外的接口定义 不变，应用软件几乎不需任何修改，从而保护了企业在应用软件开发和维护中的 重大投资。中间件具有以下一些关键特性： 1 ) 屏蔽软硬件平台的异构性； 2 ) 使得所构造的分布式系统有可伸缩性； 3 ) 为最终用户提供一定程度的分布透明性； 改善应用系统的服务质量；提高系统的可用性、可靠性、可维护性； 增强系统的性能和用户友好； 2 2 2 主要中间件分类 中间件所包括的范围十分广泛，针对不同的应用需求涌现出多种各具特色的 中间件产品。根据功能将中间件主要分为：通信处理中间件( 其中包括远程过程 调用中间件和消息中间件) 、事务处理中间件、数据存储中间件、分布式对象中 间件、安全中间件、网络服务中间件( 包括w e b 服务中间件和服务器架构中间件) 以及专用平台中间件等。 1 通信处理中间件 ( 1 ) 远程过程调用中间件 远程过程调用是一种广泛使用的分布式应用程序处理方法。一个应用程序 1 0 上海师范大学硕士学位论文第二章心皿l 技术与中间件技术 使用r p c 来“远程肌执行一个位于不同地址空间里的过程，并且从效果上看和执 行本地调用相同。 ( 2 ) 面向消息的中间件 面向消息的中间件指的是利用高效可靠的消息传递机制进行平台无关的数 据交流，并基于数据通信来进行分布式系统的集成。通过提供消息传递和消息排 队模型，它可在分布环境下扩展进程间的通信，并支持多通讯协议、语言、应用 程序、硬件和软件平台。消息可以采用同步或者异步处理机制来进行通信时，消 息中间件中的消息队列和管理策略可将消息按时、完整、准确地传送到其它应用 的接口，同时提供了事件代理、会话管理、远程管理和日志管理等功能。目前流 行的消息中间件产品有i b m 的m q s e r i e s 、b e a 的m e s s a g e q 等。 2 事务处理中间件 事务处理监控最早出现在大型机上，为其提供支持大规模事务处理的可靠运 行环境。随着分布计算技术的发展，分布应用系统对大规模的事务处理提出了需 求，比如商业活动中大量的关键事务处理。事务处理监控介于c 1 i e n t 和s e r v e r 之间，进行事务管理与协调、负载平衡、失败恢复等，以提高系统的整体性能。 它可以被看作是事务处理应用程序的“操作系统 。 3 数据存储中间件 数据存储中间件是在系统中建立应用程序和数据源之间互操作的模型，实现 异构环境下的数据库联结或文件系统联结的中间件，从而为在网络中虚拟缓冲存 取、格式转换、解压等带来方便。它主要功能包括数据库连接的维护和管理、数 据库访问、数据在线分析、数据增值服务以及数据格式转换等。 4 安全中间件 安全中间件是以公匙基础设施p k i 为核心，建立在一系列相关的国际安全标 准基础上，并对p k i 基本功能，如对称加密和解密、非对称加密和解密、数字签 名等进一步扩充，建立安全服务接口。不但为上层的应用系统提供开发接口，而 且为底层提供密码算法接口。 5 w e b 服务器中间件 浏览器图形用户界面已成为公认规范，然而它的会话能力差、不能作数据写 入、受h t t p 协议的限制等，就必需进行修改和扩充，形成了w e b 服务器中间件， 上海师范大学硕士学位论文第二章r 册技术与中间件技术 开发支持多种通道技术的w 朗服务器会话。在分布式系统中，需要各节点中运行 在不同系统平台上的不同版本的构件集成，并针对不同的应用服务器组成相应的 应用软件。 6 专用平台中间件【1 7 l 专用平台中间件是一种面向应用的特殊中间件，它存在许多标准和协议，并 且有大量的信息交换，典型的产品包括：应用服务器、无线应用中间件、分布式 实时中间件、嵌入式中间件等。 应用服务器：是中间件的一种容器，它能自动完成对象组件访问管理、连接 管理、事务管理、错误管理、集群控制等，程序设计人员只需完成业务流程的实 现就可在应用服务器上部署和管理。 无线应用中间件：它的无线终端设备，如台式计算机、笔记本计算机、手机、 p d a 、家电等具有智能的处理能力。无线中间件的主要特征包括：接入管理、多 协议接入网关、认证服务、连接管理、同步异步数据传送服务、安全管理等。 分布式实时控制中间件：分布实时控制应用，也是中间件重要的应用领域， 广泛应用于工业控制、通信以及军事空间应用。 嵌入式中间件：它与无线和实时控制中间件直接相关，随着超大规模集成电 路的发展，微处理器和微控制器的成本降低，使得应用变得越来越普遍。特别是 r f i d 中间件，其中一部分中间件程序运行在r f i d 读写器上，对读写器进行智能 调节。 2 2 3 中间件功能 1 通信服务：中间件为分布式应用开发者屏蔽了分布式环境中的操作系统和 网络协议的异构性。 2 并发性服务：中间件系统有很多技术和模式来增强并发性，如：在服务器 进程中采用多线程技术和服务池技术。 3 通用服务： ( 1 ) 目录服务：目录服务允许应用查看或发现分布式的资源，例如：命名服 务允许应用通过名字发现资源，而交易服务则通过资源属性来发现资源。目录服 务避免了将网络地址的变更细节硬编码到应用中。目录是自治的，服务不是集中 式，而是应用于一系列主机上，并通过链接形成一个一致的分布式服务。 上海师范大学硕士学位论文第二章r f i d 技术与中间件技术 ( 2 ) 事务服务：事务服务协助应用提交或退回事务，在分布式事件处理系统 中非常关键，中间件通常以分布式事务管理器的形式出现。 ( 3 ) 安全服务：安全服务提供了分布式系统中的认证和授权支持，常用于协 调各个分布式的安全系统，并提供单一的签名功能来为应用提供透明地横跨底层 系统的信任与认证功能。 ( 4 ) 管理服务：管理服务帮助监控和维护运行中的系统，广泛应用于生产领 域。分布式系统中的每个应用可以由操作系统通过一个分布式服务来记录错误、 警告等信息。 ( 5 ) 事件服务：事件服务允许应用传递的事件消息易于被其它的应用所接收， 事件服务构成了警告管理的基础。 ( 6 ) 持久化服务：持久化服务通过管理其不变数据来辅助相关应用。为应用 提供持久化服务的方法有：关系型数据库方法、面向对象数据库方法和非典型的 数据仓库方法。具有这些方法的中间件持久化抽象层能为应用屏蔽掉这些底层的 存储机制。 ( 7 ) 负载均衡服务：负载均衡服务将到达的请求或消息动态地分配给适当的 服务应用映像，以便及时高效地处理该请求。负载均衡服务跟踪每个服务映像的 负载，并透明地将每个请求或消息转发到负载最小的映像服务上。 ( 8 ) 配置服务：配置服务是允许通过非程序的方式来改变或增强中间件相应 功能，为应用增加灵活性和动态性，一般通过管理控制台来进行服务配置。 2 3r f i d 中间件技术 2 3 1r f i d 中间件概念 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 6 】：r f i d 中间件是介于 r f i d 读写器( 或其它自动识别设备) 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 ) ，即能连接到r f i d 读写器实现 r f i d 标签数据的读取。即使存储r f i d 标签信息的数据库软件或后端应用程序发生 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。r f i d 中间件概念结构【2 7 1 如图2 2 所示。 上海师范大学硕士学位论文 第二章r f i d 技术与中间件技术 读写器1 读写器2 读写器n 传感器l 传感器n 应用层服 ，甲放h 事件处理 业务流引 擎 消息管理 服务配置 j m s 客户端 s o a p 客户端 n e t 客户端 e j b 客户端 图2 2r f i d 中间件概念结构 2 3 2r f i d 中间件的特点及分类 1 r f i d 中间件的特点【1 7 】 1 ) 独立于架构( i n s u l a ti o ni n f r a s t r u c t u r e ) r f i d 中间件独立并介于r f i d 读写器与后端应用程序之间，能够与多个r f i d 读写器以及多个后端应用程序连 接，以减轻架构与维护的复杂性。 2 ) 数据流( d a t af l o w ) 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 中间件具有数据的搜 集、过滤、整合与传递等特性，以便将正确的对象信息传到企业后端的应用系统。 3 ) 处理流( p r o c e s sf l o w ) r f i d 中间件采用程序逻辑及存储再转送的功能 来提供顺序的消息流，具有数据流设计与管理的能力。 4 ) 标准( s t 柚d a r d ) r m 为自动数据采样技术与辨识实体对象的应用。 e p c9 1 0 b a l 目前正在研究为各种产品的全球唯一识别号码提出通用标准，即e p c ( 产品电子编码) 。e p c 是在供应链系统中，以一串数字来识别一项特定的商品， e p c 编码信息存放在r 册标签中，被r f i d 读写器读出后，即可提供追踪e p c 所 代表的物品名称及相关信息，并立即识别及分享供应链中的物品数据。 2 r f l d 中间件架构分类【1 7 】 以应用程序为中心：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 ，并传送至后端系统的应用程序或数 据库，从而达成与后端系统或服务串接的目的。 以架构为中心：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 1 4 上海师范大学硕士学位论文第二章r 皿技术与中间件技术 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 标签数据的 数据库软件改由其它软件代替，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