无线射频识别RFID中间件技术

1、-作者xxxx-日期xxxx无线射频识别RFID中间件技术【精品文档】无线射频识别RFID中间件技术作 者：王振宇 杜江 张建 无线射频识别(RFID)技术是一种快速、实时、准确的信息采集与处理技术，通过射频信号对实体对象进行唯一有效的标识，可广泛应用于生产、零售、物流、交通、医疗、国防、畜牧、采矿等各个行业。 基本的RFID系统一般由3部分组成：标签、阅读器以及应用支撑软件。中间件是应用支撑软件的一个重要组成部分，是衔接硬件设备如标签、阅读器和企业应用软件如企业资源规划(ERP)、客户关系管理(CRM)等的桥梁。中间件的主要任务是对阅读器传来的与标签相关的数据进行过滤、汇总、计算、分组，减少

2、从阅读器传往企业应用的大量原始数据、生成加入了语意解释的事件数据。可以说，中间件是RFID系统的“神经中枢”。 对于RFID中间件的设计，有诸多问题需要考虑，如：如何实现软件的诸多质量属性、如何实现中间件与硬件设备的隔离、如何处理与设备管理功能的关系、如何实现高性能的数据处理等等。 1 RFID网络框架结构 无线射频识别网络的框架结构如图1所示。 标签数据经过中间件的分组、过滤等处理上报给应用系统；应用系统负责事件数据的持久化存储，以及标签绑定的业务信息的管理。 RFID系统共享公共服务平台提供根节点对象名称服务(ONS)、企业应用鉴权管理、标签信息发现和企业授权码管理等公共服务。其中，根节点

3、ONS连同所有企业级RFID系统的内部ONS，组成一个ONS树，任何一个标签都可以在ONS树上找到标签所对应的标签信息库的地址，即可以进一步访问到标签对应的详细信息。 2 中间件功能及实现原理 一言蔽之，中间件的功能就是接受应用系统的请求，对指定的一个或者多个阅读器发起操作命令如标签清点、标签标识数据写入、标签用户数据区读写、标签数据加锁、标签杀死等，并接收、处理、向后台应用系统上报结果数据。 其中，标签清点是最为基本、也是应用最为广泛的功能。 标签清点的工作流程可简单描述为： 应用系统以规则的形式定义对标签数据的需求，规则由应用系统向中间件提出，由中间件维护。规则中定义了：需要哪些阅读器的清

4、点数据，标签数据上报周期(事件周期)的开始和结束条件，标签数据如何过滤，标签数据如何分组，上报数据为原始清点数据、新增标签数据还是新减标签数据，标签数据包含哪些原始数据等。 应用系统指定某项规则，向中间件提出对标签数据的预订。 中间件根据应用系统对标签数据的预订情况，适时启动事件周期，并向阅读器下发标签清点命令。 阅读器将一定时间周期(读取周期)中清点到的数据，发送给中间件。读取周期可由中间件与阅读器制定私下协商确定。 中间件接由收阅读器上报的数据。 中间件根据规则的定义，对接收数据做过滤、分组、累加等操作，并在事件周期结束时，按照规则的要求生成数据结果报告，发送给规则的预订者。过滤过程可去除

5、重复数据、应用系统不感兴趣的数据，大大降低了组件间的传输数据量。 此流程可参见图2。 此处，需要说明一下逻辑阅读器的概念。 中间件将事件源抽象为一个逻辑概念逻辑阅读器，一个逻辑阅读器可以包含多个物理阅读器，甚至可更细化为包含多个物理阅读器的多个天线。 逻辑阅读器的划分可以根据实际的系统部署情况来确定，比如，某一个仓库两个出口部署了4个阅读器，可根据需要将这4个阅读器配置成为一个逻辑阅读器，不妨命名为“仓库出口”。应用系统在需要仓库出口的标签数据时，可基于这个逻辑阅读器下发清点命令，而逻辑阅读器名称作为部分应用程序接口(API)调用的参数。 如前所述，规则是整个中间件功能的关键元素。规则相当于应

6、用系统发给中间件的订货单，定义了对货品(标签数据)的时间(事件周期)和规格(如何过滤、如何分组、报告样式等)的要求，原理描述部分参考EPCglobal相关内容1。 规则、报告有自身的信息模型，表征其承载的信息，同时，规则拥有其自身的状态机模型。在接受应用系统的长期预订、单次预订时，这些预订操作会激发规则的状态变迁，如从“未被请求”状态跃迁到“已被请求”状态。 规则由应用系统通过API定义。 (1) 规则信息模型 规则信息模型的描述采用了统一建模语言(UML)，如图3所示。 在面向对象的语境中，规则可表征为一个类(ECSpec)。从信息模型描述中可看出，一个规则类，与其他多个类具有关联关系，或者

7、说拥有如下属性：一个或者多个逻辑阅读器的列表(readers)、事件周期边界定义(boundaries)、一个或者多个报告的定义(reportSpecs)、是否在报告中包含规则本身的标记(includeSpecInReports)。 (2) 报告信息模型 与规则信息模型类似，报告信息模型如图4所示。 其中，事件报告组类(ECReports)拥有如下属性：规则名称(specName)、时间上报时间(date)、事件周期时长(totalMilliseconds)、事件周期结束条件(terminationCondition)、规则定义类实例(spec)、一个或者多个报告类的实例列表(reports)

8、。 报告类(ECReport)中包含了具体的标签数据信息。 (3) 标签清点API 应用系统下发的定义规则、预订数据等请求，以调用中间件提供的API的方式完成。API调用过程可采用Java RMI、SOAP等相关具体技术实现，其中最重要的API参见表1。 其中，poll操作相当于subscribe操作收到一个事件周期的数据之后调用unsubscribe操作；immediate操作相当于define操作定义规则之后，调用poll操作，然后调用undefine操作。 (4) 规则状态机模型 规则从其定义开始，可能存在于3种状态：未被请求状态(Unrequested)、已被请求状态(Requeste

9、d)、激活状态(Active)。 当规则创建之后，还没有被任何客户端(即应用系统)预订，规则处于Unrequested状态；对规则的第一个预订动作将使规则跃迁到Requested状态；当事件周期开始条件满足时，规则进入Active状态；当事件周期结束条件满足时，如果规则存在预订者，则跃迁到Requested状态，否则跃迁到Unrequested状态。 3 中间件系统架构 中间件系统作为一个软件系统(或称组件)，在实现一定功能、性能要求之外，可理解性、可扩展性、可修改性(或称可重构性)、可插入性、可重用性等质量属性都将作为软件设计的要求被提出来。 近十余年来，面向对象思想几乎全面占领软件设计领域

10、，成为最主流的分析、设计方法。而近数年来，对设计模式的研究也已日臻完善，模式几乎已成为一种“更高级编程语言”(相比于Java、C+等高级编程语言)被广泛应用。 面向对象思想、设计模式都是以实现软件的可理解、可扩展、可修改、可插入、可重用等目标为己任的，本文也将应用面向对象思想、参考模式语言，对中间件的软件架构做一个初步的探讨，下文的例子如涉及高级编程语言，均采用Java语言2。 3.1封装、隔离处理流程中的各个节点 将中间件的业务流程中的各个节点分作不同模块处理，可以获得封装、高内聚、低耦合等优势，参见图5。 其中，报告上传模块，负责实现不同类型的报告上传方式，如HTTP、JMS等；API接口

11、模块，负责隔离应用系统和中间件核心业务逻辑处理模块，向应用系统提供中间件API接口；中间件核心业务逻辑处理模块，负责中间件核心业务，包括数据接收过滤、数据分组、报告生成、规则对象的状态跳转等；阅读器通信模块，负责中间件系统与阅读器的通信。 3.2门面模式、工厂模式对外部暴露API接口 为了避免后台应用系统，即中间件的客户端过分耦合，采用门面模式(Facade)对系统内部、外部实现清晰的隔离。处理流程可参见图6所示的序列图。客户端仅仅与Facade类建立联系，如果Facade接口定义得足够清晰，客户端可以对中间件的内部实现一无所知，这体现了面向对象中的封装性。 类的设计参见源代码示例，从中可以看

12、出，采用简单工厂模式(Simple Factory)能够在客户端不知情的情况下，灵活地替换API实现类的版本。中间件API接口清晰地定义了中间件提供的操作，客户端只须知道工厂类(APIFactory)能够得到中间件API接口的实例即可。 中间件API接口MiddlewareAPI： publicinterfaceMiddlewareAPI void define(String specName, ECSpec spec); void undefine(String specName); void subscribe(String specName, String uri); void unsu

13、bscribe(String specName, String uri); EPCReports poll(String specName); EPCReports immediate(ECSpec spec); 工厂类APIFactory： publicclassAPIFactory publicstaticMiddlewareAPIgetAPIInstance() API的实现类A： publicclassClient publicstaticvoidmain(String args) MiddlewareAPI api = APIFactory.getAPIInstance(); api

14、.define(a new spec, new EPCSpec(); 规则在其生命周期中拥有不同的状态，在每个状态对一系列操作都有着不同的表现，于是可以利用状态模式(state)来模拟规则的状态机，将不同状态的不同表现作为可变化因素封装起来，参见代码示例。 规则状态接口ECState： publicinterfaceECState voidsubscribe(StringspecName,String uri); voidunsubscribe(StringspecName,String uri); EPCReportspoll(StringspecName); 未被请求状态类ECStateU

15、nrequested： publicclassECStateUnrequestedimplements ECState 已被请求状态类ECStateRequested： publicclassECStateRrequestedimplements ECState 激活状态类ECStateActive： publicclassECStateActiveimplements ECState 规则类ECSpec： publicclassECSpec privateECStatestate; publicECStategetState() return state; publicvoidsetStat

16、e(ECStatestate) this.state = state; 这样，在针对规则实施相应操作的时候，就可以直接把相应操作委派给其状态属性(ECState)去做即可。比如，ECSpec的subscribe操作，只需一行代码“state.suscribe(specName, uri);”即可。其中，specName、uri为临时变量，具体取值在方法调用之前确定。 由面向对象的多态性特征，根据state字段目前所指向的对象来动态确定由ECState接口的哪一个具体的实现类的代码来完成工作。ECState接口的实现类根据实际情况确定是否需要在处理过程中修改ECSpec对象的状态属性(state

17、)，此处在应用状态模式时，需要设计多个定时器类来辅助状态机的跳转3。 3.4策略模式切换多种报告上传、命令下发方式 事件周期结束之后，中间件需要组装报告上传给规则的预订者，即应用系统。上传的方式有多种，如HTTP、Socket、JMS等等。中间件的核心逻辑处理模块不应该关心具体的上传技术，相应工作应交给报告上传模块来做，核心逻辑处理模块只须完成自己的工作，然后把一定格式的数据通过报告上传模块发送，参见代码示例。 报告发送接口ReportSender： publicinterfaceReportSender voidsendReport(ECReportsreports); 通过Http方式发送

18、报告的ReportSender接口实现类ReportSenderByHttp： publicclassReportSenderByHttpimplements ReportSender public void sendReport(ECReports reports) 通过Socket方式发送报告的ReportSender接口实现类ReportSenderBySocket： publicclassReportSenderBySocketimplements ReportSender publicvoidsendReport(ECReportsreports) 通过JMS方式发送报告的Repor

19、tSender接口实现类ReportSenderByJms： publicclassReportSenderByJmsimplements ReportSender publicvoidsendReport(ECReportsreports) 报告发送示例客户端类 SendReportWorker： publicclassSendReportWorker privateReportSendersender; privateECReportsreports; publicvoidsetReports(ECReportsreports) this.reports = reports; publicstaticvoidmain(String args) SendReportWorker worker = new