（计算机软件与理论专业论文）rfid中间件关键技术的研究与实现.pdf

摘要 摘要 r f i d 技术被认为在二十一世纪最有发展潜力的技术之一，目前在很多领域 得到了应用，作为r f i d 应用的中枢系统，r f i d 中间件的性能直接影响到整个 r f i d 系统的实施。而中间件系统性能的一个重要衡量标准在于从海量的读标签 事件快速地得到用户感兴趣的事件。规则引擎是从专家系统的推理引擎发展而 来，由于规则引擎采用了模式匹配领域最高效的r e t e 算法，将规则引擎用于r f i d 中间件系统中可以提高事件过滤效率，另一方面，规则引擎实现了业务决策和 业务处理的分离，这使得用户在不对底层实现做任何改动的情况下，可以根据 自身需求的改变而调整业务决策。 文中提出了一种新的规则引擎设计方案，它主要由三部分组成，事实输入、 规则推理和规则执行器。事实输入中的原子事件可以使用一个三元组( 时间、 地点和具体信息) 来描述。使用x m l 技术实现可配置的规则库，包括规则名、 规则算法、事实参数等配置信息。将规则加载入规则推理后，经过编译生成用 于模式匹配的a l p h a 网络和b e t a 网络，然后组合成一个鉴别网络用于r e t e 算 法的模式匹配。规则引擎在接收事实输入的时候，需要为其设置一个数据缓冲 池，用于协调原始数据和结论数据共同完成规则匹配。在规则匹配过程中，当 有多个规则能够完全匹配时，采用冲突消解机制来选择执行的规则。 本文在对r f i d 中间件技术研究的基础上，提出了一种基于规则过滤的r f i d 中间件解决方案，方案中使用代理技术很好地解决了不同厂商阅读器的接入和 监控问题，同时使用规则引擎将业务决策与业务处理分离，解决了传统硬编码 带来的系统灵活性差和不可重构的问题，针对规则引擎远端执行能力差的问题， 结合s o a 思想，对规则引擎的调用方式进行了扩展，提出了一个能够在r f i d 分 布式应用中实现规则复用的规则引擎集成平台方案，并设计了一能够集成在该 平台下的规则引擎原型，一定程度上提高了r f i d 应用中事件处理和部门间协作 的能力。 关键词：r f i d 中间件；事件过滤；规则引擎；分布式系统 a b s t r a c t a b s t r a c t r f i di sc o n s i d e r e da so l l eo ft h et e c h n o l o g i e sw h i c hh a sg r e a tp o t e n t i a lf o r d e v e l o p m e n ti nt h et w e n t y f i r s tc e n t u r y , i sb e i n ga p p l i e di nm a n yf i e l d s a st h e c e n t r a ls y s t e mo fr f i da p p l i c a t i o n s ，r f i dm i d d l e w a r ep l a yav e r yi m p o r tr o l e si n t h ei m p l e m e n to fr f i ds y s t e m h o we f f e c t i v et h a tt h em i d d l e w a r es y s t e mc a n o b t a i n e de v e n t so fi n t e r e s tt ou s e rf r o mh u g en u m b e ro ft a g j e a de v e n t si sa n i m p o r t a n tm e a s u r e m e n to ft h er n i d d l e w a r ep e r f o r m a n c e 1 1 1 er u l e se n g i n e t h a t d e v e l o p e df r o me x p e r ts y s t e mi n f e m n c ee n g i n ep e r f o r mw e l li nt h ef i e l do fp a t t e m m a t c h i n gf o ru s i n gt h em o s te f f i c i e n tr e t ea l g o r i t h r n t h er u l e se n g i n et h a tu s e di n r f i dm i d d l e w a r es y s t e mc a l li m p r o v et h ee v e n tf i l t e r i n ge f f i c i e n c y , o nt h eo t h e r h a n d ，t h er u l e se n g i n ea c h i e v et h eb u s i n e s sd e c i s i o n - m a k i n ga n db u s i n e s sp r o c e s s e s ， a n di ta l l o w st h eu s e rn o tt om a k ea n yc h a n g e si na c h i e v i n gt h eu n d e r l y i n gc a s e ， a c c o r d i n gt ot h e i rn e e d st oa d j u s tc h a n g e si nb u s i n e s sd e c i s i o n s t h i sp a p e rp r o p o s e san e wm e t h o df o rt h ed e s i g no fr u l e se n g i n e i tm a i n l y c o n s i s t so ft h r e ep a r t s ，t h ef a c ti n p u t , r u l eb a s ea n dr u l e b a s e dr e a s o n i n g t h ea t o m i c e v e n t si nt h ef a c ti n p u tc a l lb ed e s c r i b ea sat r i p l e ( t i m e ，p l a c ea n ds p e c i f i c i n f o r m a t i o n ) x m lt e c h n o l o g yc a nb ec o n f i g u r e dt ou s et h er u l eb a s e ，i n c l u d i n gt h e r u l en a m e ，r u l ea l g o r i t h m s ，t h ef a c tt h a tp a r a m e t e r sa n do t h e rc o n f i g u r a t i o n i n f o r m a t i o n r u l e sw i l lb ec o m p i l e rt ot h ea l p h aa n db e t an e t w o r k ，a n dt h e n c o m b i n e di n t oan e t w o r kf o ri d e n t i t i n gr e t ep a t t e r nm a t c h i n ga l g o r i t h m ab u f f e r p o o ls h o u l db es e tf o rt h ec o o r d i n a t i o no f r a wd a t aa n dc o n c l u s i o n sj o i n t l yc o m p l e t e t h er u l e m a t c h m gd a t a s i nt h er u l em a t c h i n gp r o c e s s ，i ft h e r ea r em u l t i p l er u l e sc a n b ef u l l ym a t c h e d ，t h ec o n f l i c tr e s o l u t i o nm e c h a n i s mw i l lb eu s e dt os e l e c tt h er i g h t i m p l e m e n t a t i o no ft h er u l e s i nt h i sp a p e r , ai 强i dm i d d l e w a r es o l u t i o nb a s e do i lar u l e b a s e df i l t e r i n gi s p r e s e n t e d ，a g e n tt e c h n o l o g yi s u s e dt o a d a p tv a r i e t y r e a d e r so fd i f f e r e n t i t a b s t r a c t m a n u f a c t u r e r so fa c c e s sa n dm o n i t o r i n gi s s u e s u s i n gt h er u l e se n g i n es e p a r a t i o no f o p e r a t i o n a ld e c i s i o n - m a k i n g a n db u s i n e s s p r o c e s s e s t os o l v et h et r a d i t i o n a l h a r d - c o d e ds y s t e mf l e x i b i l i t y b r o u g h ta b o u tb yp o o ra n dn o n r e c o n s t r u c t i o n p r o b l e m s c o n s i d e r i n gt h ep o o rr e m o t ee x e c u t i o na b i l i t yo ft h er u l e se n g i n e ，t h i s p a p e rp r o p o s e dad i s t r i b u t e dr f i da p p l i c a t i o n sc a nr e u s et h er u l e st oi m p l e m e n tt h e r u l e se n g i n e ，a n dai n t e g r a t e dp l a t f o r mf o r t h ep r o g r a mb ye x t e n d st h ew a yo fc a l l t h er u l ee n g i n ea p i k e yw o r d s ：r f i dm i d d l e w a r e ，e v e n tf i l t e r i n g ，r u l e se n g i n e ，d i s t r i b u t e ds y s t e m s ； i i i 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 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。据我所知，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，也不包含为获得南昌文学或其他教育 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。 学位论文作者签名( 手写) ：柙芳吩 签字日期可年户月j 归 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的规定，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。本人授权直昌太堂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、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手写) ：押茅魄 导师签名( 手写) ：9 毒 彳玉才 签字日期：沙中年f v 月7 日签字日期：弦9 7 年? 月；1 日 第1 章绪论 1 1 课题背景和研究意义 第1 章绪论 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 ) l l j 技术的出现可以追溯到上 个世纪四十年代，在战争中德军将该技术用于敌我目标的识别，战后这一技术 逐渐淡出人们的视野。上个世纪末，随着全球经济的高速发展，电子和信息领 域技术的不断创新，射频技术重新受到人们的关注。与以往的物品标识技术相 比，r f i d 具有同时识别多个目标，识别距离远等优点，在物品识别领域被广泛 应用，逐渐占据主导地位，并有替代其他识别技术的趋势，当前部分发达国家 提出的智慧星球的构想，正是架构在r f i d 和互联网的基础上。 自动识别中心( a u t o l d c e n t e r ) 2 1 ，麻省理工大学下属的一个研究机构，在- 。 上个世纪末就与物流领域世界著名的产业领袖和机构共同提出了电子标签码；。 ( e p c ) 的概念，并致力于设计一个能给物流领域带来重大变革的射频识别系薯 统。在此之后许多世界知名大学的研究机构和更多的国际大公司也加入到研究! e p c 系统的行列，这个系统也开始被运用在一些公司的实际生产中。2 0 0 3 年，+ e p c 系统的应用已初具规模，为了能够更好地将系统在实际应用中得到推广， 还专门成立了一个新的研究机构e p c g l o b f l 。之后，一直承担e p c 系统研发工 作的a u t o i d c e n t e r 也演变成了e p c g l o b a l 下属的一个组织a u t o l d l a b 。 随着研究的深入及系统在应用中的推广，e p c 系统最终演化成了如今的物 联网。物联网是构建在e p c 码、r f i d 技术和基于r f i d 系统标准的支持软件1 3 j 的基础之上的一个新型物流网络。依托互联网，利用r f i d 技术，世界所有物 件都能够在物联网上用e p c 编码来索引识别和追踪。任何一个商品都可以用 e p c 来标识，而且这种标识标准是一个开放型标准，基于这一标准建立的物联 网，将给商品产业链的每个环节带来巨大变革，这也必然会为全球商品供应带 来巨大机遇【4 | 。 信息采集系统，即r f i d 系统，是e p c 系统的基本组成部分，它负责实现 e p c 的数据采集功能模块，标签和阅读器是该系统的主要组成部件。e p c 码被 储存在标签中，用来标识产品及产品制造商。它比条形码等标识码功能更强大， 第l 章绪论 可以明确标识出单件商品。标签在使用时只需存储e p c 码信息，使得标签可以 灵活标识物品的同时保持低制造成本【5 】。r f i d 标签携带的e p c 码可以唯一标 识一个物品，由于其编码规则的开放性，得到了很多厂商的支持，以e p c 来编 码的标签可全球流通。中间件提供阅读器到应用系统的连接，阅读器与标签通 过空中协议接口进行交互，阅读器可以在不接触标签的情形下识别多个物品， 另外还可以识别高速行进中的物体。 r f i d 中间件是连接前端信息采集系统与后端应用系统的纽带，其主要功能 是为后端系统提供对标签数据进行处理以及控制和管理设备的相关接口，后端 通过使用相关接口函数，一方面完成标签信息过滤、分组以获取其感兴趣的标 签信息，另一方面，还可以管理和控制前端设备。由于中间件独立于后端应用， 当应用系统功能发生改变或前端设备需要调整时，只需要对中间件进行一些简 单的配置，系统依然能健壮地运行。将中间件技术运用于r f i d 系统中，极大 地降低了应用r f i d 的复杂度，以及运营和维护整个系统所需的成本。 随着中间件功能的强大，和新功能的不断加入，中间件本身也变得越来越 复杂。这种将应用的复杂性转嫁到中间件的方式，导致中间件本身的维护也变 得困难，这是违背中间件设计初衷的。功能模块化，和可定制是r f i d 中间件 未来的一个发展方向。只运行用户需要的功能，才能使用中间件在满足要求的 基础上，得到最佳的运行效率。以上这些都要求在当前的中间件架构和设计方 法上有所创新。 r f i d 技术涉及到信息和制造两大领域，其应用领域广泛，在民用和军工都 有应用。乐观的应用前景，吸引了许多国家和大型企业在这一领域投入大量的 人力和财力。近年来，我国也加紧了对相关技术的研究，并在一些领域得以应 用，但这种应用还不成熟。如当前使用的新一代居民身份证，和旧证相比，新 证在防伪和信息安全方面得到增强，但相关配套设施发展滞后，新证并没有发 挥出应有的功能。我国是一个出口大国，物流是我国经济发展的支柱产业，成 功地将r f i d 技术运用到相关领域中，会给相关产业带来可观的经济效益。总 之，r f i d 在我国的发展潜力是巨大的。 2 第1 章绪论 1 2r f i d 中间件发展历程及研究现状 1 2 1 发展历程 早期的r f i d 系统中，将阅读器读到的数据快速准确地导入到应用系统成 为r f i d 项目实施的最大难题，在不断的研究和探索后，采用中间件方式 将这部分问题单独用一个组件来处理，被认为是解决这一问题较优的方法。因 此，r f i d 中间件的出现是r f i d 技术应用逐步成熟的必然选择，而且也将伴随 着r f i d 技术的发展而逐步完善。 从发展趋势看，r f i d 中间件的发展大致要经历应用程序中间件，架构中间 件和解决方案中间件三个阶段【6 】。 在应用程序中间件阶段，阅读器供应商通过提供一些a p i ，方便用户将设 备接入到系统中，通过这些a p i 可以获取标签数据并对阅读器进行简单操作， 由于阅读器只是简单地将获得的标签数据传输到后端，大量的原始数据导致这 个时期的r f i d 只是在一些简单环境下应用，应用规模很小，而且只能是做到 单点间的连接。 架构中间件阶段是r f i d 中间件逐步形成和发展的阶段，这一时期r f i d 在 物品识别领域的诸多优点不断被发掘，国防和大型零售厂商的介入，使得相关 的研究进展迅速，这个时期的中间件已具备简单的过滤、平台管理及企业应用 间互联的功能。 解决方案阶段，随着r f i d 硬件设备在可靠性和效率上的提高，及价格的 降低，r f i d 供应商或专门的软件公司可以针对具体的应用范围和行业提出相应 的解决方案，例如将r f i d 中间件所有功能嵌入到硬件控制器的做法，解决了 小规模r f i d 应用中r f i d 接入到应用系统的所有问题。目前在部分厂商就是通 过这种方式将r f i d 系统快速融入到已有的企业系统中。 1 2 2 国内外发展现状 r f i d 技术的广泛运用，促使许多国际上知名的软件公司和研究机构，尤其 是一些提供中间件服务提供商，纷纷提出了支持r f i d 的中间件解决方案。 e p c g l o b a l 在r f i d 中间件研发领域已经取得了很多成绩，r f i d 应用级别 3 第1 章绪论 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 ) 7 】就是该组织提出来的，这是一个针对应 用端的r f i d 事件而建立的规范，其内容重点是描述数据上报到应用时采用的 方式和相关格式等。 剑桥大学的自动识别技术中心( a u t o i dc e n t e r ) 的研究主要集中在实时 r f i d 的时间性能上。其应用也主要集中在对实时性要求较高的自动控制中。 加州大学洛杉矶分校移动企业无线i n t e m e t 联盟( u c l a w d i m e c ) 设计的 中间件，核心是运用x m l 和s o a p 技术构建在分布式架构上的w e b 服务。它 实现了r f i d 中间件所需的一些基本功能，包括对标签数据的平滑、过滤和分 组功能，该系统目前还处于实验阶段。 基于e p c 网络构架，s u n 开发了自己的r f i d 中间件，这是一个端到端的 中间件解决方案【8 捌。该系统完全支持e p c 的a l e 标准，可以用于需要处理大 量数据的r f i d 应用中。中间件对r f i d 数据采集端的数据进行了过滤和聚合处 理，极大地降低了数据在网络中占用的通信量。 用信息总线的方式取代传统的分层结构，i b m 设计了一种轻量级的r f i d 中间件架构方法【l0 1 。基于这中间件架构，i b m 开发了一套r f i d 中间件产品。 该中间件严格遵循j a v a 2 的企业级标准，完全按照严格的标准来开发组件，在 应用中能够方便地与企业已有的信息系统无缝集成，并且支持对海量r f i d 数 据的处理。将该中间件应用于企业r f i d 项目的实施，可极大地简化项目实施 步骤，同时也为项目的实现节约时间和成本。 微软设计的r f i d 中间件是基于层次结构来划分的，各层从上到下依次是 解决方案层、服务接口层、流程管理层、数据收集和集成层和设备层l l 。 甲骨文在其已有的应用服务软件的基础上，设计了针对r f i d 应用的组件 叫f i d 边缘服务器，边缘服务器具备数据采集、过滤、分组及数据转发功能， 其中还可以对转发前的数据进行相关处理。 基于公司已有的相关产品，s y b a s e 公司也设计了自己的r f i d 中间件，和 上面两个产品一样也是采用了分层结构，面向用户的主要有一些用于报警、管 理和通告的组件和用于对数据进行建模的工具组件。下层核心组件包括表示层、 整合层、处理层、r f i d 网络层以及物理设备层。 r f i d 技术在国内的发展时间不长，很多工作都还只是刚刚起步。尽管政府 在“十一五规则中给予了相关政策支持，并将相关研究工作列入到了解国家 8 6 3 重大项目发展计划中，给予了相应的资金支持。但和国外相比，技术上的 4 第1 章绪论 差距还很明显。 在国家8 6 3 计划中无线射频课题“无线射频关键技术研究与开发 的支持 下，国内很多高校也加入到研发自己的中间件产品的行列，华中科大的中间件 产品支持多通信平台；中科院自动化研究所研发的中间件基础架构软件主要是 针对药品和食品的追溯管理；上海交大开发的中间件主要被用于物流领域系统 的集成。另外，一些企业也开始介入，目前有代表性的产品有清华同方的e z r f i d 中间件和与其配套的基础组件e z o n e e z f r a m e w o r k t l 2 】，以及东方励格的 l y n k o a l e 。当前对r f i d 中间件的研究进入了较热阶段，并已有拥有一定规 模的中间件产品，不过跟国外的中间件产品相比，还只能算是实验性质的，并 没有形成应用规模。 此外，这些公司和研究机构的中间件产品多数提供的是通用领域的r f i d 中间件，只负责初步处理r f i d 硬件设备收集的原始数据，进行简单的过滤处 理，企业应用系统在集成这些r f i d 中间件时，仍然需要开发人员自己处理r f i d 数据，大大降低了r f i d 系统应用集成的效率。因此，对r f i d 中间件的研究还 是很不成熟的，其研究前景也是相当大的。 1 3 本文的主要内容 本文的主要研究内容是r f i d 中间件的设计思想、模块功能定义及规则过滤 在r f i d 中的应用方面的技术。设计一个能有效管理并传输数据的、方便管理 r f i d 读写器并支持业务定制和中间件间规则复用的r f i d 中间件软件。 本文的组织结构如下： 第一章阐述了课题研究的背景和意义 第二章对r f i d 中间件进行了概要性的介绍。 第三章探讨了并设计了适合于在r f i d 中间件中使用的规则引擎。 第四章提出了一种支持事件驱动和规则过滤的中间件系统的解决方案。 第五章在前面分析的基础上实现了一个规则引擎原型。 第六章对全文进行总结，并提出了下一步的研究工作的重点。 5 第2 章r f i d 技术及中间件 第2 章r f i d 技术及中间件 2 1 射频识别系统概述 2 1 1r f i d 系统构成 如图2 1 所示，基本的r f i d 系统由r f i d 标签( t a g ) 、r f i d 阅读器( r e a d e r ) 及应用支撑软件( r f i d 中问件) 等几部分组成。 标签 | 、 由渤1 、 。o 。 r - 1 ) ? 、 口圳 口 j 、 口训 o ，d 、胡 图2 - 1r f i d 系统示意图 r f i d 标签( t a g ) ：由芯片与天线( a n t e n n a ) 组成，每个标签具有唯一的 电子编码并能够携带一定的信息，物体贴上标签后，标签可以用于标识和跟踪 该物品。r f i d 标签分为被动标签( p a s s i v et a g s ) 和主动标签( a c t i v et a g s ) 两种。主 动标签自身带有供电电池，读写距离较远同时体积较大，与被动标签相比成本 更高，也称为有源标签，主要应用在大宗货品，识读距离较远的情形下，如货 物托盘。被动标签由阅读器产生的磁场中获得工作所需的能量，成本很低并具 有很长的使用寿命，比主动标签更小也更轻，读写距离则较近，也称为无源标 签，针对以上特征，这种标签通常用于对成本要求严格的场合，如图书管理和 电子客票等。 r f i d 阅读器( r e a d e r ) ：通过相关协议，向标签发送控制信号，读写标签 信息，并对信息解码。根据不同的应用需求，市场上存在手持和固定两种阅读 6 第2 章r f i d 技术及中间什 器。当前的阅读器兼容性较羞，阅读器只能获取到某一频段下工作的标签，有 些阅读器甚至读取不到其他厂商生产的在同一频段工作的标签。兼容性好，价 格低是未来阅读器发展的一个主要方向。 支撑软件( r f i d 中间件) ：介于应用和阅读器之间，屏蔽底层硬件差异给 上层应用带来的接入和管理方面的问题，为上层应用托管所有设备，对接收到 的数据进行基础过滤，去重，分组及路由等功能。同时还提供系统与其他中间 件或系统的交互功能。 2 1 2r f i d 技术标准及编码体系 为了在r f i d 技术发展上不受其他国家的束缚，各国和相关组织都加紧提 出自己的r f i d 技术标准，当前业界发展的比较成熟的标准有三个，分别出自 a u t oi d 中心、u b i q u i t o u s i d 中心和国际标准化组织。 从应用的角度，r f i d 系统通常被划分为前端信息采集和后端应用两块。目 前的技术标准重点关注前端信息采集部分，其内容= j 三要包括阅读器与应用端通 讯的数据格式，标签与阅读器的通信协议接口和相关硬件的性能测试规范等。 以下是几种编码的相关介绍，主要内容是是识别号的编码方式和信息格式： 1 、电子产品码e p c 该标准由全球电予产品玛( e p cg l o b a l ) 组织制定，全球电子产品码组织 的前身是麻省理工大学创立的a u t o i d 中心，收归美国统一代码委员会( u c c ) 旗下后与国际物品编码委员会合作，并下式更名为e p cg l o b a l 。 该标准将标签分划分为五个等级，各等级的标签在功能和智能上依次增强。 e p c 编码标准为商品和物流领域大部分物件进行了归类并编码，表2 一i 是e p c 一个型号标签的编码方案。第一个字段用于区分标准的版本，应用在得到版本 信息后才能进行后面字段的解析。第二个字段是标签生产厂商的标识，接下来 的字段标识出物品所属类别，最后的3 6 个比特是用来唯一标识物品的【1 ”。 表2 - 1e p c 编码示例 2 、e a n u c c 第2 章r f i d 技术及中间件 总部位于布鲁赛尔的国际编码委员会( e a n ) ，是一个国际性的非营利机构， 协会成立于上世纪七十年代，其成立的目的是建立全球通用的一套物品、位置 和服务的标识体系和通信体系，即当前的e a n u c c 系统。该系统的会员如今 已经遍布全球，部分国家的编码组织和许多公司都已经加入到系统中。为了进 一步推广系统，e a n 也在不断加强与国际上影响力较大的编码协会的合作。 3 、g b1 8 9 3 7 ( n p c ) 【1 4 】 n p c 的全称是全国产品服务统一码，g b1 8 9 3 7 强制标准是由国务院制定并 于2 0 0 3 年实施的，对这一产品与服务统一码的作出的相关编码结构及使用范围 的规则，按照这个规则编制的标识码已经在我国很多领域得到应用。 为了尽可能地与目前业界主流标准兼容同时保持编码的简洁，全国产品服 务码采用了十四位编码方式，其中包括包括一个校验位。采用这种编码方式的 产品标识码管理和维护起来都相对容易。 2 2r f i d 中间件功能要求 r f i d 中间件是连接r f i d 硬件与企业应用的中介软件，在r f i d 应用中扮 演以下角色：首先，为r f i d 设备实现一个统一的抽象接口，方便不同类型设 备接入到系统中，其次，处理从阅读器端传送来的大量数据，在对数据进行除 错和去重这些基本处理后，再按照应用的要求处理数据，并将其发送到应用指 定的容器中，再次，提供给应用应用级别的统一接口，通过这个接口上层应用 可以实现对r f i d 设备的控制和管理。 随着r f i d 在各个领域的广泛应用，r f i d 中间件在应用中所起到的作用更 加不容忽视。在降低系统复杂性方面r f i d 中间件起到了明显的效果，企业在 现有的系统上引入r f i d 应用变得简单，r f i d 中间件的作用越来越受到重视【l 引。 随着国际上各大厂商及研究机构研究的深入，对r f i d 中间件的功能及在系统 所处的地位上，逐步达成一些共识。在前期研究的基础上，在功能要求方面业 界对r f i d 中间件已有部分共同的要求，主要体现在以下几个方面 1 6 1 ： 1 、获取标签信息及写标签，管理设备的功能 对标签信息的获取是r f i d 中间件最基本且必不可少的功能，另外，当前 大部分标签都支持写的功能，对于这类标签，中间件要为应用提供相应的a p i ， 通过对这些a p i 的调用，间接实现写标签的功能。目前市场上r f i d 阅读器种 8 第2 章r f i d 技术及中间件 类繁多，在接入方式和通信协议上存在很大的差别，中间件必须在屏蔽掉这些 差异的同时，为应用端提供一个统一的设备管理机制。 2 、标签数据过滤 由于r f i d 本身信息获取的技术特性，很容易发生误读的情况，另外对于 停留在阅读器范围内的标签，在很小的时间间隔中有可能被读到多次，这些有 缺陷或重复的数据对后端应用不但没有意义，反而会加重应用在数据处理上的 负担。所以中间件必须合理地过滤掉这部分数据。 3 、标签数据整合 标签原始数据只是一段十六进制编码，应用系统所需要的数据通常是标签 标的物的一些属性信息，中间件必须能够为应用提供相关属性信息的统计和整 合功能。 4 、支持多应用和数据路由功能 r f i d 系统中，一个阅读器经常被接入到多个部门或多个业务合作伙伴的系 统中，如在超市管理系统中，出口处阅读器既要连结到结算系统中，也要连结 到防盗报警系统。当前的发达国家正在研发的物联网，在有授权的情形下，系 统可以通过网络订阅任何一个阅读器接收到的数据。以上这些的功能都由r f i d 中间件提供，中间件必须提供相应的编程接口，相关应用通过调用这些接口达 到在不影响到其他已有的应用的前提下，将阅读器接入到系统的目的。 一个阅读器接入到多个应用，一个应用与多个阅读器连接，让应用能够获 得其感兴趣的数据，中间件系统必然要有一套完全的对多个应用的管理和数据 路由功能。 5 、数据安全 r f i d 的应用领域对安全性有很高的要求，尤其通过网络实现信息共享的 r f i d 系统，如美国国防部为现役军人建立起来的基于r f i d 的身份信息库，涉 及国家机密和个人隐私，信息泄漏将造成不可估量的损失。中间件必须提供加 密等相关方法保障数据的安全。 6 、负载均衡 阅读器通过网络与多个应用连接，应用需要从网络得到多个阅读器读到的 大量数据，在基于阅读器与多个应用端组成的多级复杂网络中，处理所有数据 的r f i d 中间件，与底层和应用不断进行大量的数据交换。均衡负载，保证不 会因过载导致数据出错等也是r f i d 中间件必须具备的功能。 9 第2 章r f i d 技术及中间件 2 3r f i d 数据特征分析 r f i d 中间件平台在供应链管理系统( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，s c m ) 中 得到了广泛的应用。与传统的识别方式不同，r f i d 阅读器能够同时读写多个标 签，通常通过阅读器产生的原始数据量会很大，而原始数据对管理者并没有太 大的价值，企业管理者真正需要的是原始数据背后蕴含的商业逻辑以及可以帮 助进行决策的高级信息。所以目前对r f i d 中间件的研究主要集中在r f i d 数据 处理。通过与普通业务流数据的比较，得出r f i d 数据具有以下特点： 1 、海量性。r f i d 应用中数据是以流的形式传递到给接收端的，如果要监 控某个物品，就必须保存这个物品的所有历史数据，这些历史数据累积在一起， 就要求其具备海量数据处理的能力。以一个部署了5 0 个阅读器的小型货仓为 例，要达到e p c 的标准【1 7 1 8 】规定的每秒捕获3 0 0 个标签的要求。一秒钟就有1 5 万左右的数据产生，按一条数据占2 0 字节计算，则一天就产生2g b 数据。可 见r f i d 数据具有海量的特征。 2 、时态性、动态性。当标签发生时，总是和一个特定时间和一个特定的阅 读器联系在一起，而特定的阅读器标识了地理上的特定区域， 3 、关联性。r f i d 数据彼此之间并不是独立的，标签总是在不同的时间被 阅读器读到，这种时间上的先后使得数据之间产生了时态关联。同样被不同的 阅读器读到，通过阅读器间的位置关系，r f i d 数据间产生了空间关联。 4 、丰富的语义。通过r f i d 标签中存储的e p c 码，可以得到该产品的很多 相关信息，只有把r f i d 数据和跟它相关的语义信息联系起来，r f i d 才能在业 务处理在发挥作用。 5 、不准确性。由于射频本身易受干扰等原因，r f i d 应用中始终存在漏读、 脏数据和多读引起的数据不准确问题。 实际应用中，系统在对r f i d 数据的处理只是停留在对标签读取事件的处 理上，如数据过滤、聚合等，在业务层的处理上，都是以硬编码的方式，这种 方式在系统实施初期能够带来一些好处，如代码编写容易，提供给应用的调用 变得简单，这样却给系统维护带来困难，一旦业务上有变更，业务部分功能模 块必然要进行重新编码。 1 0 第2 章r f i d 技术及中间件 2 4r f i d 业务层数据的特点及其处理方式 r f i d 业务层的关键任务是通过对基本事件的处理，得到符合要求的事件。 对基本事件的处理主要有数据驱动和事件驱动两种策略。下面分别介绍这两种 策略的具体实现。 2 4 1 数据驱动方法 数据驱动方法很早就被用于r f i d 事件处理，它是基于数据库技术的一种 改进。首先建立起r f i d 数据的模型，以便于数据库能够存储r f i d 数据，之 后扩展数据库管理系统，使其同时支持对r f i d 事件的检测。采用这种方式来 检测r f i d 事件的中间件有西门子r f i d 中间件【l9 】和加州伯克利大学的h i f i 中 间件【2 0 】其中后一个系统是将一个事件检测器加入到了数据流处理系统中。 为了描述r f i d 数据，西门子提出了一个基于时态的实体关系的模型 ( d i 迮r 模型) ，该模型不但可以描述初始数据，也能够描述系统的业务逻辑， 由于采用了支持分片存储的数据库，系统具有良好的扩展性。将规则作用于原 始数据，数据被过滤、解析和分组，使得到的数据具有更丰富的语义信息，是 这种模型检测复杂事件的原理。 基于时态的实体关系模型是在原有数据库e r 模型上的改进，将原本实体 间静态的关系扩展成动态的。 从图2 2 不难发现，在所有实体间的关系都和一个时间戳或和一组开始结 束时刻联系在一起，这也是动态实体关系模型以普通实体关系不同的地方，模 型中的实体主要有阅读器，阅读器位置，标签标识物( 即矩形框中的对象) ，和 事务。关系包括阅读器与阅读器位置问的关系，这个关系上加入了一个开始和 结束时刻的属性，这样当阅读器位置发生变化时，这种变化将被保存到数据库 中；阅读器与所读取到的标签标识的物品间的关系，这个关系扩展了一个时间 属性，即发现一个物体进行阅读器范围，不但要记录物品，还会保存读到物品 的具体时间；另外就是标识物之间的关系，如在仓库管理中，货架和货架上所 装的货物之间便存在一个包含关系识物问的包含关系，当货物发生转移时这种 包含关系也就结束，所以这种关系也是与时态相关的。基于时态扩展的e r 关 系模型管理r f i d 数据，能满足对实时性要求不高的r f i d 应用系统的数据存储 和检索要求。 】1 第2 章r f i d 技术及中间件 图2 - 2r f i d 动态实体关系图 时态扩展的动态实体关系模型实现上也比较简单，只需要在保存数据同时 记录下相应的时间字段。由于这种记录下的时间字段所采用的是数据库所在系 统的当前时刻，而数据从阅读器被读取到进行数据库会经过缓存或许还会经过 网络传输，这种时刻的精度就不高，由此可见，这种动态扩展模型适用于只对 r f i d 历史数据处理的系统，并不适合对实时性要求高的系统，如用于控制门的 开关等的r f i d 预警系统。 2 4 2 事件驱动方法 和数据驱动方法不同，事件驱动方法的事件模型不是建立在数据库上，而 是建立在数据流之上，这种方法不是对数据进行处理，而是直接处理事件。事 件驱动较数据驱动方法，在数据处理的效率更高。通过对基本事件的操作还可 以处理更加复杂的r f i d 事件。 事件驱动方法是在对当前计算机领域数据处理方法综合的基础上提出来 的。以事件驱动方法处理r f i d 数据，要对r f i d 事件进行建模，并能够将基本 的事件复合成语义更丰富的事件，同时还要考虑到事件流的特性，必须能够对 事件流进行快速的查询。对事件建模是主动数据库技术具备的强大功能，但没 有流的处理能力，直接用主动数据库技术【2 m 2 】来处理r f i d 事件显然是行不通 的；发布订阅技术【2 3 埘】在高速和海量数据流的查询上优势明显，但这些系统中 的数据流与r f i d 明显存在不同，发布订阅系统处理的只是基于关系的普通数 据流【2 弛6 1 ，而i 强i d 事件处理的通常是同一个流中事件间的关联。所以可以在 借鉴以上技术的基础上设计出一种有效的符合r f i d 事件特性的事件处理机制。 1 2 第2 章r f i d 技术及中间件 用事件驱动方法解决r f i d 中数据处理的问题，难点在于建立的数据模型 能够支持基本事件的复合，即对复杂事件的处理。目前，在主动数据库的研究 领域，已经有很多支持复杂事件检测的模型，以下详细对各模型进行介绍。 ( 1 ) 自动机模型，自动机通常用来为确定的状态问转换的关系建模，一个 自动机可以用正则表达式来描述，复杂事件的描述和正则表达式在形式上相近， 所以自动机也可用来表达事件间状态的转换。在主动数据库领域，最早引入自 动机对事件进行建模的，并可以进行复杂事件检测的是o d e 系统口7 1 ，其原理 是用所有基本事件的状态建立起一个自动机模型，当复杂事件需要满足的一个 基本事件发生，根据建立起来的模型计算状态的改变，直到状态跃迁移到可接 受状态，这是便可断定一个复杂事件已经发生。自动机在进行状态事件匹配的 过程中，为了加快效率，已参与匹配的事件将被丢弃。而r f i d 基本事件还要 考虑到它们之间时序上和数值上的关联。这就要求用自动机为r f i d 事件建模 的过程中将这些信息保存在另外的数据结构中。 ( 2 ) p e t r i 网模型，和自动机模型相似，基本事件编入网络的输入端结点， 复杂事件用输出端结点表示。在进行事件检测时，当一个基本事件进入网络时， 给它分配一个令牌，记录下令牌在网络上的位置，当令牌跃迁到输出端结点位 置，说明此时有一个满足输入结点到输出结点的复杂事件发生。这种模型已经 被用到一些主动数据库系统和事件处理系统中，如文献 2 8 , 2 0 l 中描述的s a m o s 、 h i f i 等。 ? ( 3 ) 匹配树模型，用根节点表示要检测的复杂事件，叶子节点表示基本事 件，非叶子节点的所有孩子节点事件都发生时，便可以将标识该节点，直到根 节被标识，说明检测到了一个复杂事件，这种模型在事件复合层次较深的情况。 这种事件处理模型也在一些系统中得到了应用，如用于海关提单的r e a d y 【2 9 j 系统和用于处理事件响应的y e a s t 3 0 j 通用组件。 ( 4 ) 有向图模型，事件用节点表示，规则用边表示，一个复杂事件被描述 成一个有向无环图。文献【3 1 3 2 】中描述的s e n t i n e l 和e v e 系统就是建立在这一 模型之上。 通过前面的分析，不难发现，建立在p e t r i 网和自动机上的事件处理模型 只能对顺序到达的事件进行匹配，使用匹配树和有向图建立的模型以不能兼顾 到事件到达的顺序，应用在事件处理中都有各自的优点和局限性。 基于以上这些模型的事件检测方法是对复杂事件的检测与过滤基本事件分 1 3 第2 章r f i d 技术及中间件 开处理的，如果能将这两类事件集成处理，将提高复杂事件的检测效率，文献 【3 3 1 中所