（计算机软件与理论专业论文）基于rfid中间件的研究与实现.pdf

摘要 r f i d 技术即无线射频识别技术，是一种高效的数据采集和识别技术。广泛应用于 物流、交通信息、医疗、零售等行业，可大幅度提高管理与运作效率、降低成本。随着 r f i d 白皮书的j 下式发布，我国将迎来r f i d 技术应用高潮。 r f i d 应用系统由r f i d 标签( t a g ) 、r f i d 读写器( r e a d e r ) 及应用支撑软件等几 部分组成，随着r f i d 技术应用的不断深入，应用系统面临许多问题，如本文中所讨论 的设备不兼容问题、数据的前期处理问题、数据的安全问题等，阻碍了r f i d 技术的应 用。r f i d 中间件作为r f i d 的核心技术之一，在将r f i d 系统部署到现实环境中起到非 常重要的作用。它的主要任务是对读写器传来的与标签相关的事件、数据进行过滤、聚 集和发布，减少从读写器传往企业应用系统的巨量原始数据、增加抽象出的有意义的信 息量。它减少了企业对信息系统改造的复杂性，提高了数据采集的准确性，增强了数据 存取的安全性，在r f i d 设备和应用系统之问建立了一座强有力的信息化桥梁。 目前国际国内已展开了对r f i d 中间件的研究，但基本上还处于试验阶段，已经发 布的部分产品或多或少存在不足。本文在对r f i d 技术应用过程中出现的问题进行详细 的分析之后，提出了r f i d 中间件系统架构，即以数据采集层、数据处理层，信息发布 层为核心的系统模型。本文还对r f i d 中间件的设计实现做了大量的研究和探索，对其 在实现过程中所需要的关键技术如消息中间件技术、虚拟空间存储技术、内存数据库技 术和数据发布技术等进行了深入的分析，文章最后初步提出了r f i d 中间件的设计模型 和实现。 关键词：射频识别读写器中间件消息过滤聚集发稚 i l l a b s t r a c t r f i do rr a d i o 嘲u e n c yi d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g yi sa h i g h l ye f f i c i e n td a t ac o l l e c t i o na n d i d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y w i d e l yu s e di n1 0 9 i s t i e s ，t r a n s p o r ti n f o r m a t i o n 、h e a l t hc a r e 、 r e t a i la n do t h e ri n d u s t r i e s ，c o u l ds i g n i f i c a n t l ye q o l h a n c et h em a n a g e m e n ta n do p e r a t i o n a l e f f i c i e n c ya n dl o w e rc o s t s w i t ht h ef o r m a lr e l e a s eo fr f i dw h i t ep a p e r ， c h i n aw i l l c e l e b r a t et h ec l i m a xo f r f i da p p l i c a t i o n s r f i da p p l i c a t i o n ss y s t e mi sm a d el l po f s e v e r a lc o m p o n e n t ss u c h 够r f i d t a g s 、r f i d r e a d e r sa n da p p l i c a t i o ns o f t w a r e e t c a l o n gw i t ht h ec o n t i n u o u sd e e p e n i n go fr f i d a p p l i c a t i o n s ，a p p l i c a t i o ns y s t e mf a c e sm a n yp r o b l e m s ， s u c ha st h ep r o b l e mo f e q u i p m e n t i n c o m p a t i b l e 、t h ep r o b l e mo f d a t ap r e p r o c e s s i n g ，t h ep r o b l e mo fd a t a s e c u r i t y ，w h i c h a r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r ，w h i c h p r e v e n tt h er f i dt e c h n o l o g y r f i dm i d d l e w a r ea s t h ec o r et e c h n o l o g y ，p l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ew h e nr f i ds y s t e m sw i l lb ed e p l o y e di n r e a l i t y i t sm a i nt a s ki st of i l t e r 、a g g r e g a t i o n 、r e l e a s ed a t e w h i c hi sr e l e v a n tt o t a g s c o m i n gf r o mr e a d e r s ，t or e d u c et h em a s s i v ea m o u n to f r a wd a t aw h i c hi st r a n s m i t t e df r o m r e a d e r st o a p p l i c a t i o ns y s t e m ，t o i n c r e a s et h ea b s t r a c tm e a n i n g f u li n f o r m a t i o n i t d e c r e a s e st h ec o m p l e x i t yo ft h ee n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e mr e f o r m 、i m p r o v e st h e a c c u r a c yo fd a t ac o l l e c t i o n a n de n h a n c et h es e c u r i t yo fd a t aa c c e s s i te s t a b l i s h e sa s t r o n gm e s s a g eb r i d g eb e t w e e nr f i de q u i p m e n ta n da p p l i c a t i o ns y s t e m s a tp r e s e n t ，d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c hh a sb e e nd o n eo nt h er f i d m i d d l e w a r e ，b u tw h i c hs t i l li st h et r i a ls t a g e ，r a r e l yh a v em a t u r ep r o d u c t sw h i c ha r e m o r eo rl e s sr e s t r i c t e da n dh a v es h o r t a g e ，t h ep a p e rp u tf o r w a r dr f l dm i d d l e w a r e s y s t e m f r a m e w o r kw h i c hi sm a d eu po ft h ed a t ac o l l e c t i o nl a y e r 、d a t ap r o c e s sl a y e r 、i n f o r m a t i o n d i s t r i b u t i o nl a y e r t h i sp a p e rh a sa l s od o n eal o to fr e s e a r c ha n de x p l o r a t i o no nt h ed e s i g n a n di m p l e m e n t a t i o no fr f i dm i d d l e w a r e ，a n dd oal o to fw o r ki ns o m ek e yt e c h n o l o g i e s s u c ha sm i d d l e w a r et e c h n o l o g y 、v i r t u a ls t o r a g es p a c et e c h n o l o g y 、i n - m e m o r yd a t a b a s e t e c h n o l o g ya n dd a t ad i s t r i b u t i o nt e c h n o l o g y i ta l s og i v eap r e l i m i n a r yd e s i g nm o d e la n d r e a l i z a t i o no f t h er f i dm i d d l e w a r ea tt h ee n d k e y w o r d s ：r f d r e a d e rm i d d l e w a r e m e s s a g e f i l t e ra g g r e g a t i o nd i s t r i b u t i o n v 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导卜独立撰写所：完成的，学位论文没有剽窃、抄袭等违 反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担i 此产t 卜的一切法律责任和法 律后果，特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ：弓瓠蝴 驴占年f 1 月矽同 郑州人学2 0 0 6 年顾l 研究生学位论立基于r f i d 中问件的研究与应用 第1 章引言 2 0 0 6 年6 月9 日，中国官方十五个部委、历时近一年半时间共同编制的中国射 频识别( r f i d ) 技术政策白皮书j 下式发布。白皮书研究分析了国内、国际r f i d 技术发 展的现状与趋势，提出了我国的r f i d 技术战略、r f i d 技术发展及优先应用的领域， 推进产业化战略和宏观环境建设的实现。白皮书的出现标志着r f i d 的大规模应用即将 展开。 r f i d 技术即无线射频识别技术，是一种高效的数据采集和识别技术。r f d 标签 具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点。可支持快速读写、非可视识别、多 目标识别、移动识别、定位及长期跟踪管理。r f i d 技术与互联网、通讯技术结合可实 现全球范围物品跟踪与信息共享。r f i d 技术应用于物流、交通信息、医疗、零售等行 业，可大幅度提高管理与运作效率、降低成本。随着相关技术的不断完善与成熟，r f l d 产业将成为一个新兴的高技术产业群。成为国民经济新的增长点。因此研究r y i d 技术、 发展r f i d 产业对提升信息化水平，促进经济可持续发展、提高人民生活质量、增强公 共安全及国防安全等方面产生深远影响，具有战略性的重大意义。 白皮书阐述了推动中国r f i d 技术应用及发展所应考虑的关键技术研究内容。包 括共性基础技术及静瞻性技术研究、r f l d 产业化技术研究、和r f i d 应用关键技术研 究。其中r f i d 应用关键技术研究是指对r f i d 应用体系架构、r f i d 系统集成与中间件、 r f i d 公共服务体系、r f i d 测试技术与规范等r f i d 应用关键技术进行研究和公关，形 成r f i d 技术发展的支撑服务体系1 。本文着重对r f i d 应用体系架构、r f i d 系统集 成与中间件进行研究。 随着r f i d 系统应用的不断深入，用户系统面临着许多问题。例如r f i d 技术标准 与技术规范存在多个版本，厂家推出的r f i d 产品户不兼容；用户不同的子系统对数据 访问规则不同，造成各个系统独立难于集成；数据的重复读取；标签的重复利用，无 线网路数据传输的特点造成用户数据的泄露；等等，应用系统不得不考虑每个问题，这 势必导致应用系统的复杂性。如何减少应用系统对低级设备的依赖性，减少应用系统的 复杂性，r f i d 中间件必不可少。 郑州人学2 0 0 6 年硕 研究生学位论文 摹于r f i d 中问侔的研究与应用 r f i d 中间件作为r f i d 的核心技术之一，在将r f i d 系统部署到现实环境中起到 非常重要的作用。它减少了企业对信息系统的改造，提高了数据采集的准确性，在r f i d 设备和应用系统之间建立了一座强有力的信息化桥梁。r f i d 中| 日j 件的主要任务是对读 写器传来的与标签相关的事件、数据进行过滤、聚集和发布，减少从读写器传往企业应 用的巨量原始数据、增加抽象出的有意义的信息量。可以说，中问件是r f i d 系统的神 经中枢。然而，r f i d 中间件的设计还面临很多挑战，如何将不同厂商，不同标准的设 备集成、如何实时地对巨量的r y i d 数据进行处理，如何充分挖掘r f i d 数据所包含的 有用信息、如何将不同的系统集成等问题成为亟待研究的重要课题。 虽然目l i 国外已经有不少的大学和研究团体在做r f i d 中间件方面的设计和研究， 一些国际软件巨头如m i c r o s o f t 、i b m 、s y b a s e 和b e a 等已经着手进行r f i d 中间件的开 发，已经有产品出现，但都存在着或多或少的不足和限制。而且由于目前r f i d 设备和 相关的标准并不成熟，r f i d 中间件的研究还只能说是刚刚起步。大多数研究还处于试 验阶段。我国更是刚刚起步。 本文通过对r f i o 技术原理、r f i d 在邮政系统中的应用、中间件技术、及目前主 流的r f i d 中间件产品进行了充分研究之后，对r f i d 应用提出了r f i d 中间件的系统架 构，即以数据采集层、数据处理层、信息发布层为核心的系统模型。本文还对r f i d 中 白j 件的设计实现做了大量的研究和探索，对其在实现过程中所需要的关键技术如消息中 间件技术、虚拟空间存储技术、内存数据库技术和数据发布技术等进行了深入的分析， 文章最后初步提出了r f i d 中自j 件的设计模型和实现。 郑州人学2 0 0 6 年硕f 研究生学位论文基于r f i d 中间件的研究与应用 2 1 研究现状 第2 章r f i d 中间件的现状 目前，许多国外公司例如微软、s u n 、b e a 等开始了r f i d 中间件的研究，国外一 些大学和研究团体也开始了对r f i d 中间件的研究。在可查的各种技术文献中，如会议 论文集、学术刊物和技术报告中记载了一些对r f i d 中间件的研究。 文献 3 所提出的e p c 网络，包括了e p c 编码、对象名字服务( o b j e c tn a m es e r v i c e ， 0 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 ) 、物理标示语言( p h y s i c a lm a r k u p l 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 g l o b a l 是一个非 盈利机构，由若干业界领先厂商组成，使命是为电子产品代码( e p c ) 和r f i d 的开发、 实施和采用建立全球标准。e p c g l o b a l 设计的架构能够识别和共享各种供应链中众多环 节的信息。支持e p c g l o b a l 开发的技术标准意味着e p c g l o b a l 架构的各种组件和技术能 够在全球范围内相互配合使用。e p c 组织还提出了r f i d 中自j 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 le 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 的时问间隔，打包采集到的数据及部分报表的规范等。 m i c r o s o f t 所提出的r f i d 系统的层次结构，包括了设备层、数据收集和管理层、 事件和工作流管理层、基于开放标准的服务接口层和应用与解决方案层等。i b m 应需解 决方案中心则提出了一种轻型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。o r a c l e 设计了内嵌在其应用服务器中的传感器边缘服务器， 其主要包含的特征有数据收集、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。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，包含了物理设备层、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，除此之外还包含了一些探查、警报、通告和管理的部分组 件。 文献 4 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 e r f i d 的时日j 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 5 为s t a n f o r d 大学的d a y i dl u c k h a m 教授所领导和丌创的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 郑州大学2 0 0 6 年硕秘开究生学位论文 摹于r f i d 中间件的研究j 应用 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含对这些事件之问的因果关系：事件模式中办包含有因果 和时日j 的关系。c e p 需要的平台包含：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 l n m e cr f i d 实验室所设计的r f i d 中问件是在分布式 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，主要应用在一些试验性的演示系统上。i b mh a i f a 实验室设计了s i t u a t i o n m 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i i 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 系统的研究m ，。 2 2r f i d 中间件产品 目前大多数研究仍处于实验阶段，很少有成熟产品出现，本文简要介绍目前已推 出的两种产品：s u nj a v as y s t e mr f i d 中间件和b e ar f i d 解决方案。 1 ) s u nj a v as y s t e mr f i d 中间件 s u n 所设计的r f i d 中问件是基于文献【3 】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 as y s t 锄r 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，实现与r f i d 读写设备直接打交道 的软件套件。主要的功能包括r f i d 的读写器数据的提取、过滤和加工以及同其他应用 的集成接口，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 的 s o a 解决方案和软件架构，将s e e b c y o n d 公司的s o a e a i 产品同自己原有的j e s ( j a v a e n t e r p r i s es y s t e m ，一套功能丰富的中间件产品) 整合，推出c a p s ( j a v a c o m p o s i t e a p p l i c a t i o np l a t f o r ms u i t e s ) ，一套全新的、功能全面、简单易用的s o a 软件套件。 s u nj a v as y s t e mr f i ds o f t w a r e 是s u n 公司r f i d 解决方案中的主要中自j 件产品， 由j a v as y s t e mr f i de v e n tm a n a g e r 和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 。j a v as y s t e m 两部分组成。 4 郑州人学2 0 0 6 年颂l 研究生学位论文 基于r f i d 中闸件的研究j 戍用 r f i de v e n tm a n a g e r 用来处理来自一个或多个r f i d 读写器的数据流。在将数据 进一步发送给相关的应用前，r f i de v e n tm a n a g e r 对数据进行过滤和集成的预处理。例 如：一个贴有标签的物品在r f i d 读写器i i r ，即使没有移动，也会被读取多次，产生许 多冗余的数据。使用s u n 公司的r f i de v e n tm a n a g e r 中所提供过滤机制，就可以以编 程的方式抛弃在物品没有移动的时候所产生的读取数据，而仅当物品的状态有所改变时 ( 例如：当物品移动或者有新的物品进入到读写器的扫描范围内) 才真j 下触发一个动作 或者事件。r f i de v e n tm a n a g e r 还提供其他的过滤机制，可以通过编程的方式来实施特 定的业务逻辑。为了就近获得读写器读取的信息，一些地理区域跨度较广的企业，例如： 商场、配送中心或者仓库等，可以使用多个r f i de v e n tm a n a g e r ，也就是为每一场所配 备一个r f i de v e n tm a n a g e r ，这种方式可以大大减轻网络通讯负载：使用r f l de v e n t m a n a g e r 将过滤和处理过的数据通过网络发送，而不是将读写器直接连接到网络，减少 通过网络传输的数据流量。 s u n 公司的r f i de v e n tm a n a g e r 的主要功能模块包括： d e v i c ea d a p t e r ：适配器。允许来自不同厂商的设备能够同r f i de v e n t m a n a g e r 通讯和交互。 f i l t e r ：过滤器。能够过滤r f i d 设备所提供的冗余数据，还可以用来实 施小规模的数据处理和业务逻辑。 _ c o n n e c t o r s ：可以将相关信息发送到文件系统、j m s1 队列，x m l 语言， h t t p ，s o a p 消息，从而可以将r f i d 或者是非r f i d 的相关事件数据通知 给外部系统。 - e n t e r p r i s eg a t e w a y ：该模块可以作为连接企业应用程序的公共接口。 r f i di n f o r m a t i o ns e r v e r 理解成将r f i de v e n tm a n a g e r 和现有的e i s 以及其他的 企业应用系统集成的集成层，由r f i di n f o r m a t i o ns e r v e r 提供了底层的r f i d 数据同高 层业务应用的连接通道。将r f i di n f o r m a t i o ns e r v e r 置于r f i de v e n tm a n a g e r 和其他的 企业应用之日j 就可以针对业务需求的变化、企业应用的变化提供最大的灵活性。 2 ) b e ar f i d 解决方案1 3 5 】 文献 3 6 1 中为b e a 系统公司r f i d 解决方案，此方案是一种集成化的、灵活的 框架，允许将组件插入解决方案。是一种将r f i d 读写器、对象名称服务( o n s ) 、产 品信息管理( p 邛证) 系统和e p c i s 连接起来的连通性资产、是一种面向服务的架构方 郑州人学2 0 0 6 年顾l 研究生学位论文 摹于r f i d 中间件的研究与戍用 法，可以方便不同用户系统集成。此方案可以利用架构灵活的构建、集成和部署功能丰 富的r f i d 产品。框架结构大致分为表示层、业务流程层、服务层、集成层、开发与管 理。 表示层 表示层中所有组件起的都是系统接口的作用。表示层以适于用户阅读 的方式整合第三方e i s 和服务。表示层隐藏了集成和处理的复杂性。与业 务流程、服务和集成层的通信通过定义明确的接口实现。 业务流程层 业务流程层囊括了应用对工作流的所有需要。它提供了使业务流程自 动化和减少或消除为完成业务流程所需要的人工干预的能力。业务流程层 协调服务、数据源以及人之间的交互，从而实现业务流程自动化。业务流 程层中包括事件模型和r f i d 消息总线两个关键组件。事件模型监听与渠 道相关的外部源( 如，e d i 和f t p ) 事件以及包含读写器数据的j m s 事 件。r f i d 消息总线负责将放置在总线上的消息传送给一个或多个感兴趣的 接收者。 这一层的构成中还包含一组与r f i d 相关的业务流程，负责处理那些 到达消息总线的消息。解决方案预封装了如下流程：配送中心处理供应商 的发货通知单( a s n ) 、配送中心处理入库应用级事件( a l e ) 、配送中心 根据a s n 对收到的货物进行验证、处理配送中心到零售店的发货通知单( a s n ) 、处理配送中心出库应用级事件( a l e ) 、零售店处理入库应用级事件、 零售店根据a s n 对收到的货物进行验证、零售店处理从仓库到货架的应用 级事件( a l e ) 等。 本层中的业务流程是消息总线上事件的使用者。个或多个流程可处 理同一个事件。业务流程层的核心是b e aw e b l o g i ci n t e g r a t i o n ，它提供 了在其上创建、执行、管理和监视业务流程的关键基础架构。w e b l o g i c i n t e g r a t i o n 还包括通信和数据转换功能。其他系统因此可以被纳入到业务 流程之中。 _ 服务层 服务层是执行业务逻辑和进行数据处理的地方。它还提供了用于支持 企业应用的重要基础架构。服务层最常见的组件是e n t e r p r i s ej a v ab e a n s 6 郑州人学2 0 0 6 年硕l 二研究生学位论文摹十r f i d 中闯件的研究与戍用 ( e j b ) 和面向w e b 服务接口的定制控件。 一 集成层 集成层提供访问r f i d 应用以外其他企业信息系统( e i s ) 的功能。这一 层隐藏了从架构中级别较高的层次访问外部系统的复杂性。对r f i d 来说， 访问这些外来系统的机制可以多种多样。对数据库的访问通过j a v ad a t a b a c o n n e c t i v i t y ( j d b c ) 来实现。访问目录服务( 如l d a p ) 可以通过标准 的l d a p 应用编程接口( a p i ) 实现。访问内容管理系统可以通过w e b l o g i cp o r t a l 内容管理服务提供商接口( s p o 。访问p i m 、o n s 和e p c i s 可以通过w e b 服务接口实现。 j a v am e s s a g i n gs e r v i c e ( j i s ) 提供了一种以异步方式与外部系统集 成的方法。j m s 使系统能够对后端系统进行异步呼叫；反过来，后端系统 也可以在r f i d 解决方案中发起异步处理。 开发层 r f i d 解决方案的开发层由b e aw e b l o g i cw o r k s h o p 提供。该层涵 盖了表示层、业务流程层、服务层和集成层，因为w e b l o g i cw o r k s h o p 为这四个层次提供的是统一的开发环境。 管理层 管理层控制初始配置和管理功能，并为r f i d 解决方案提供运行和维 护服务。 虽然目前国外已经有不少的大学和研究团体在做r f i d 中间件方面的设计和研究， 但是，r f i d 中问件的研究还只能说是刚刚起步，如上所述的研究还大都处于试验阶段， 还都存在着或多或少的不足和限制。比如：文献f 3 】缺乏对r f i d 中间件的支持：功能描 述不清，没有统一的事件过滤( f i l t e r ) 规范，不支持高层事件的定义；s u n 的中间件的功 能单薄：过滤规则简单，缺少复杂事件的定义和处理能力：而m i c r o s o f t 、m m 、o r a c l e 、 s y b a s e 等厂商所提的r f i d 中间件的设计大多是基于自己目前所研发的核心产品或技术 的应用，有太大的依赖性和较小的扩展性；文献【4 】的研究是基于对自动控制领域的经 验，而并非完全针对r f i d 系统：文献 5 c e p 研究的示范应用主要在网络的入侵侦测与 安全、企业监控和管理两个方面。还没有r f i d 系统的示范应用。文献【3 6 】的研究主要 是为客户实施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， _ 丌发新的应用。 7 郑州人学2 0 0 6 年域l 研究生学位论文基于r f i d 中同件的研究o j 戍用 3 1r f i d r 作原理 第3 章r f l d 技术 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) 是一种非接触式的自 动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干 预，可工作于各种恶劣环境。r f i d 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操 作快捷方便。“。 其基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性、实现对被识别物体的自动识别。 当装有电子标签的物体在距离啦l o 米范围内接近读写器时，读写器受控发出微波查询 信号，安装在物体表面的电子标签收到读写器的查询信号后，将此信号与标签中的数据 信息合成一体反射回电子标签读出装置。反射回的微波合成信号，己携带有电子标签数 据信息。读写器接收到电子标签反射回的微波合成信号后，经读写器内部微处理器处理 后即可将电子标签贮存的识别代码等信息分离读取出来。在耦合通道内，根据时序关系， 实现能量的传递和数据的交换，如图1 所示。 图ir f i d 工作原理 发生在读写器与电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种：电感耦合和电磁反向 散射耦合。电感耦合类似于变压器模型，一般适于中低频工作的近距离射频识别系统。 典型的工作频率有：1 2 5 k h z ，2 2 5 k h z 。电磁反向散射耦合类似雷达原理模型，一般适合 高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：4 3 3 m h z ，9 1 5 m h z 等。无线 射频识别技术还涉及无限射频识别物理学原理、无线射频识别的数据传输协议与安全 性、数据完整性、多标签同时识别与系统防冲撞等问题。出于此类内容设计很多其他专 业的内容，与本文核心内容没有什么联系，此处不再多做解释。 8 郑州大学2 0 0 6 年硕 ：研究生学位论文皋于r f i d 中问件的研究j 戍用 3 2r f i d 应用体系架构 r f i d 应用系统由r f i d 标签( t a g ) 、r f l d 读写器( r e a d e r ) 及应用支撑软件等 几部分组成，如图2 所示。 田 二二二 习 标蓥_ 赠p r ￥ r 回 空嫩日 l 滔呐穗喇i l 应 甲j r i 。_ _ _ 用 帮写 憾一_ i j 卜一 业务程 蛹盼 17 唛射槐州 应用 虢 序 一喜舜噍 接 口 逻帱 图2r f i d 系统组成图 r f i d 标签( t a g ) 由耦合元件及芯片组成，标签中一般保存有约定格式的电子数据， 每个电子标签具有全球唯一的识别号( i d ) ，且终身不得修改。具有持久性、信息接收传 播穿透性强、存储信息容量大、可重复利用、种类多等特点。在实际应用中，无线标签 以任意形式附在被识别的物体的表面。存储在芯片中的电子数据可以由读写器通过以无 线电波的形式非接触的读取。r f i d 无需人工去识别标签，读写器每2 5 0 m s 就可以从标 签中读出位置和商品相关数据。 标签一般只有被识别的功能，即只读功能，但有些情况也具有可写的功能。标签 的数据存储量在几字节到几千字节之间。 r f i d 读写器是读取( 或写入) 电子标签数据信息的设备，可无接触地读取并识别电 子标签中所保存的电子数据，在读写区内可实现数个标签同时识读，并具备防冲撞功能。 读写器与计算机之日j 可以通过标准接口进行通信，也可以和计算机网络通过标准接口连 接。 读写器由射频模块和控制模块组成。射频模块的主要任务是：产生高频发射能量， 激活射频电子标签并为其提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传输给电子标签； 9 郑州人学2 0 0 6 年顾l 。研究生学位论文 基于r f i d 中问俘的研究1 j 应用 接收并调制来自射频电子标签的射频信号。控制模块的主要任务是：与应用系统软件进 行通信，并执行应用系统软件发来的动作指令；控制与射频电子标签的通信过程：信号 的编码与解码：执行防碰撞算法：对数据进行加密解密。 应用程序接口主要包括，接口方式与接口软件。接口方式主要指的是读头和应用 计算机的接口方式。r f i d 应用系统的接口方式非常灵活，包括r s 2 3 2 、r s 4 8 5 、以太 网( r j 4 5 ) 、w l a n 8 0 2 1 l ( 无线网络) 等接口。不同的接口具有不同的应用范围及性能 特征。接口软件一般是由r f i d 设备制造厂商提供的，通过这种软件可以对设备进行测 试，可以直接生产一定格式的数据文件，供用户分析使用，也可以向其他应用软件提供 数据接口。 r f i d 应用系统具体的工作过程是应用系统通过发送应用指令到读写器，读写器通 过编码器、解码器对指令进行处理后，命令响应单元发出标签读写命令，通过天线向标 签发送指令，标签响应后将标签中存储数据经由天线通过空中接口返回到读写器天线， 再经过编码、解码后，命令瞬应单元将读取结果返回到应用系统。 应用系统除了发送读写指令外，还应实现对r f i d 设备的配置工作。 3 3 r f i d 技术应用领域 目前r f i d 技术在我国比较典型的应用主要有防伪、工业自动化、交通信息化管理、 物流与供应链管理等几个方面。 在仿伪领域，r f i d 技术主要应用于各类电子票证、身份鉴别、特殊商品防伪等。 比如2 0 0 4 年开始陆续换发的二代身份证就采用了13 5 6 m h ：的r f i d 技术，军车防伪 中采用的含有电子标签的智能车牌。此外，大学生假期火车购票优惠券、烟酒等特殊物 品的批发售卖中电子标签也已有应用。 在交通信息化方面，主要应用是城市“公交卡通”工程、公路和铁路的调度和统 计系统，以及高速公路的不停车收费系统、智能化停车场等。“公交卡通”工程使用 非接触式i c 卡作为地铁、出租、公交的电子车票，电子标签使用1 3 5 6 m h z 频率下的 i s o i e c l 4 4 4 3 标准，交易便捷，快速通过，可靠性高，而且越来越多的城市难在为准 备使用的电子车票增加更多的功能。铁路方面则是在全国范围内成功应用基于r f i d 技 术的铁路车号自动识别系统，该系统采用国际领先的u h f 频段技术，大大提高了列车 调度管理的信息化水平。 i o 郑州人学2 0 0 6 年硕士研究生学位论文基卡r _ f i d 中闻件的研究j y , y 用 在工业自动化方面，准时制等现代生产方式对各个环节的协同提出了越来越高的 要求，借助r f m 技木能够实现存货管理的自动化，零部件的数量和位置全在掌控之中 当任何一处的存货水平降低到额定值以下时，系统就会自动发出补货指令。目莉国 内的生产制造企业，如一些大的汽车制造企业如北衰现代、上汽集团和第一汽车锘造厂 等汽车生产企业和一些玎生产企业，已在其生产线上采用r f d 电子标签，这些电子 标签的应用有效地改善了生产线的制造工艺，提高了劳动生产效率。 在物流与供应链管理中，从供应商供货到仓库储存以及最终产品销售，r f i d 技术 都有所应用。目前为业内熟知的有海尔立体仓库、白沙物流以及香港溢达棉包物流管理 等。新的应用主要是针对客户订单跟踪管理和即时出货、建立中央数据库储存关于周围 环境的信息和客户需求、记录它们在供应链当中流动时的时间和位置信息。制造商、零 售商以及最终用户都可以利用这个中央数据库来获知产品的实时位置、交付确认信息以 及产品损坏情况等信息。在供应链的各个环节当中，r f d 技术都可以通过增加信息传 输的速度和准确度来节省供应链管理成本。 除此之外，k f i d 技术在全网通讯、民航行李和邮政速递包裹管理、图书和文档管 理、医药卫生、食品安全、检验检疫、港口生产、海关监管、汽车防盗、车辆管理、货 物( 危险品) 和动物体以及人员的追踪管理与监控、运动计时、资产管理等方面也有所 应用，其它一些新的应用也在不断开拓。 3 4r f i d 技术标准现状 标准化是指对产品、过程或服务实现和潜在的问题做出规定，提供可共同遵守的 工作语言，以利于技术合作和防止贸易壁垒。 全球最大的零售商沃尔玛要求旗下1 0 0 多个供货商所提供的产品都装上r f d 标 签，来提高供应链的效率，可是为何沃尔玛在推行p - , f i d 这一技术时，却无法按时实现? 究其技术原因在于r f i d 缺乏统一技术标准。由于缺乏标准，在沃尔玛的仓库中，也许 需要多种读写器，分别处理来自不同硬件提供商生产的不同标签。也就无法保证各种硬 件设备之浏相互兼容。而添加很多的读写器，势必导致数据识别率的下降，因为一种读 写器很可能被另一种读写器所淹没。看来标准的制定势在必行! r f i d 标准体系分为技术标准、和应用标准。技术标准主要由空中接口规范、物理 特性、读写器协议、编码体系、测试规范、应用规范、数据管理、信息安全等标准组成。 郑州人学2 0 0 6 年硕i ：研究生学位论文肇于r f i d 中问件的研究i 戍用 应用标准主要分为动物识别，身份识别、商业、交通、军事等。 目前国际上制订r f i d 标准的主要组织是国际标准化组织( i s 伽e c ) ，i s o i e c j t c i 负责制订与r f i d 技术相关的国际标准，i s o 其他有关技术委员会也制订部分与 r f i d 应用有关的标准，还有一些相关的组织也开展了r f i d 标准化工作。值得注意的 是，相关标准之间缺乏达成一致的基础，国际标准化组织正在积极推动r f i d 应用层面 上的互联互通。 中国在r f i d 技术与应用的标准化研究工作上已有一定基础，目前已经从多个方面 开展了相关标准的研究制定工作。制定了集成电路卡模块技术规范、建设事业i c 卡应用技术等应用标准，并且得到了广泛应用；在频率规划方面，已经做了大量的试 验；在技术标准方面，依据i s 伽e c l 5 6 9 3 系列标准已经基本完成国家标准的起草工作， 参照i s 伽e c1 8 0 0 0 系列标准制定国家标准的工作已列入国家标准制订计划。此外，中 国r f i d 标准体系框架的研究工作也已基本完成。 由于标准的制定涉及各个国家的自身的利益和安全，势必影响各个厂商的市场份 额，进而影响产业链中各个环节的积极互动合作，在r f i d 的规模应用进程中，如何协 调各大厂商利益，如何将分裂的各路诸侯纳入到统一的技术规范中，比解决单纯的技术 问题复杂的多，这也是沃尔玛计划推迟的原因之一。 由于标准接口对于可移植性和标准协议对于互操作性的重要性，中间件已成为许 多标准化工作的主要部分。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i b j 件提供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l 日j 件升级更新，并保持中间件对外接口定义不变， 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。 郑州人学2 0 0 6 年硕i ：研究生学位论文 基于r e i d 中问件的研究畸鹰用 4 1 中间件定义 第4 章中间件技术 中问件最初是用于解决分布式系统中客户与服务器体系的互操作问题，随着计算 机应用与网络的快速发展，各种中间件技术和产品不断涌现，目前很难对中间件进行严 格的定义。但是中间件的内涵与意义已达成共识，即在于抽取分布系统构造中的共性问 题，封装这些共性问题的解决机制，对外提供简单统一的接口，从而减少开发人员在解 决这些共性问题时的难度和工作量。因此中间