无线射频识别中间件技术

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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。


                                                                                                                               图1 RFID网络结构框架图

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。

2.1 标签清点功能概述

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。


                                                                                                                     图2 中间件标签清点概要流程图

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。

2.2 标签清点实现原理

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。

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。


                                                                                                                                     图3 规则信息模型图
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