RFID中間件技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用及研究

1、RFID中間件技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用及研究1 概述物聯(lián)網(wǎng)(The Intemet of things)是：通過射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊。以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。EPE(Electronic Product Code)系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)和射頻技術(shù)RFID(Radio freq

2、uency Identification)的基礎(chǔ)上。利用全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼技術(shù)給每一個(gè)實(shí)體對(duì)象一個(gè)唯一的代碼，構(gòu)造了一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)。EPC系統(tǒng)的產(chǎn)生將為供應(yīng)鏈管理提供前所未有的、近乎完美的解決方案，以EPE軟硬件技術(shù)構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)全球的萬事萬物于任何時(shí)間、任何地點(diǎn)彼此相聯(lián)，互相“交流”，將使產(chǎn)品的生產(chǎn)、倉儲(chǔ)、采購、運(yùn)輸、銷售及消費(fèi)的全過程發(fā)生根本性變化。它是條碼技術(shù)應(yīng)用的延伸和擴(kuò)展。如果在每件產(chǎn)品都加上RFID標(biāo)簽之后，在產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸和銷售過程中，讀寫器將不斷收到一連串的產(chǎn)品電子編碼。整個(gè)過程中最為重要，同時(shí)也是最困難的環(huán)節(jié)就如何傳送和管理這些數(shù)據(jù)。為了管

3、理這些巨大的數(shù)據(jù)流，自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品技術(shù)中L'(Auto ID Center)推出了一種分層、模塊化的savant(即RFID中間件)。1.1 RFID中間件的相關(guān)概念RFID中間件是實(shí)現(xiàn)RFID硬件設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸、過濾、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的一種中間程序，將RFID讀寫器讀取的各種數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過中間件提取、解密、過濾、格式轉(zhuǎn)換、導(dǎo)人企業(yè)的管理信息系統(tǒng)，并通過應(yīng)用系統(tǒng)反應(yīng)在程序界面上，供操作者瀏覽、選擇、修改、查詢。中間件技術(shù)也降低了應(yīng)用開發(fā)的難度，使開發(fā)者不需要直接面對(duì)底層架構(gòu)，而通過中間件進(jìn)行調(diào)用。1.2 RFID中間件的特點(diǎn)RbTD中間件是一種消息導(dǎo)向的軟件中間件。信息是以消息的

4、形式從一個(gè)程序模塊傳遞到另一個(gè)或多個(gè)程序模塊。消息可以非同步的方式傳送，所以傳送者不必等待回應(yīng)。RFID中間件在原有的企業(yè)應(yīng)用中間件發(fā)展的基礎(chǔ)之上，結(jié)合自身應(yīng)用特性進(jìn)一步擴(kuò)展并深化了企業(yè)應(yīng)用中間件在企業(yè)中的應(yīng)用。其主要特點(diǎn)是：1.2.1獨(dú)立性，RFID中間件獨(dú)立并介于RFID讀寫器與后端應(yīng)用程序之間，不依賴于某個(gè)RFID系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)，并且能夠與多個(gè)RFID讀寫器以及多個(gè)后端應(yīng)用程序連接，以減輕架構(gòu)及其維護(hù)的復(fù)雜性。1.2.2數(shù)據(jù)流，它是RFID中間件最重要的組成部分，它的主要任務(wù)在于將實(shí)體對(duì)象格式轉(zhuǎn)換為信息環(huán)境下的虛擬對(duì)象，因此數(shù)據(jù)處理是RFID最重要的功能。RFID中間件具有數(shù)據(jù)的采集、過

5、濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的對(duì)象信息傳到企業(yè)后端的應(yīng)用系統(tǒng)。 1.2.3處理流，RFID中間件是一個(gè)消息中問件，功能是提供順序的消息流，具有數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)與管理的能力。在系統(tǒng)中需要維護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸路徑，數(shù)據(jù)路由和數(shù)據(jù)分發(fā)規(guī)則。同時(shí)在數(shù)據(jù)傳輸中對(duì)數(shù)據(jù)的安全性進(jìn)行管理，包括數(shù)據(jù)的一致性，保證接收方收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送方一致。同時(shí)還要保證數(shù)據(jù)傳輸中的安全性。2 RFID中間件關(guān)鍵技術(shù)RFID中間件在物聯(lián)網(wǎng)中處于讀寫器和企業(yè)應(yīng)用程序之間，相當(dāng)于該網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)系統(tǒng)。Savant系統(tǒng)采用分布式的結(jié)構(gòu)，以層次化進(jìn)行組織、管理數(shù)據(jù)流，具有數(shù)據(jù)的搜集、過濾、整合與傳遞等功能，因此能將有用的信息傳送到企業(yè)后端

6、的應(yīng)用系統(tǒng)或者其他Savant系統(tǒng)中。各個(gè)Savant系統(tǒng)分布在供應(yīng)鏈的各個(gè)層次節(jié)點(diǎn)上，如生產(chǎn)車間、倉庫、配送中心以及零售店，甚至在運(yùn)輸工具上。每一個(gè)層次上的Savant系統(tǒng)都將收集、存儲(chǔ)和處理信息，并與其他的Savant系統(tǒng)進(jìn)行交流。例如：一個(gè)運(yùn)行在商店的Savant系統(tǒng)可能要通知分銷中心還需要其他的產(chǎn)品，在分銷中心的Savant系統(tǒng)則通知一批貨物已經(jīng)于一個(gè)具體的時(shí)間出貨了。由于讀寫器異常或者標(biāo)簽之間的相互干擾，有時(shí)采集到的EPC數(shù)據(jù)可能是不完整的或是錯(cuò)誤的，甚至出現(xiàn)漏讀的情況。因此，Savant要對(duì)Reader讀取到的EPC數(shù)據(jù)流進(jìn)行平滑處理，平滑處理可以清除其不完整和錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，將漏讀的

7、可能性降至最低。讀寫器可以標(biāo)識(shí)讀范圍內(nèi)的所有標(biāo)簽，但是不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。RFID設(shè)備讀取的數(shù)據(jù)并不一定只由某一個(gè)應(yīng)用程序來使用，它可能被多個(gè)應(yīng)用程序使用(包括企業(yè)內(nèi)部各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)甚至是企業(yè)商業(yè)伙伴的應(yīng)用系統(tǒng))，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)還可能需要許多數(shù)據(jù)的不同集合。因此，Savant需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理(比如冗余數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)聚合)。在研究RFID中間件中需要解決的問題很多，在這里主要討論三個(gè)關(guān)鍵問題：數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)聚合和信息傳遞。2.1 數(shù)據(jù)過濾Savant接收來自讀寫器的海量EPC數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)存在大量的冗余信息，并且也存在一些錯(cuò)讀的信息。所以要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，消除冗余數(shù)據(jù)，并且過濾掉“無用”信息以

8、便傳送給應(yīng)用程序或上級(jí)Savant以“有用”信息。冗余數(shù)據(jù)包括：2.1.1 在短期內(nèi)同一臺(tái)讀寫器對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)上報(bào)。如在倉儲(chǔ)管理中，對(duì)固定不動(dòng)的貨物重復(fù)上報(bào)，在進(jìn)貨出貨的過程中，重復(fù)檢測到相同物品。2.1.2多臺(tái)臨近的讀寫器對(duì)相同數(shù)據(jù)都進(jìn)行上報(bào)。讀寫器存在一定的漏檢率，這和閱讀器天線的擺放位置、物品離閱讀器遠(yuǎn)近、物品的質(zhì)地都有關(guān)系。通常為了保證讀取率，可能會(huì)在同一個(gè)地方相鄰擺放多臺(tái)閱讀器。這樣多臺(tái)讀寫器將監(jiān)測到的物品上報(bào)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)重復(fù)。除了上面的問題外，很多情況下用戶可能還希望得到某些特定貨物的信息、新出現(xiàn)的貨物信息、消失的貨物信息或者只是某些地方的讀寫器讀到的貨物信息。用戶在使用數(shù)

9、據(jù)時(shí)，希望最小化冗余，盡量得到靠近需求的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，這就要靠Savant來解決。 對(duì)于冗余信息的解決辦法是設(shè)置各種過濾器處理。可用的過濾器有很多種，典型的過濾器有四種：產(chǎn)品過濾器、時(shí)間過濾器、EPC碼過濾器和平滑過濾器。產(chǎn)品過濾器只發(fā)送與某一產(chǎn)品或制造商相關(guān)的產(chǎn)品信息，也就是說，過濾器只發(fā)送某一范圍或方式的EPC數(shù)據(jù)。時(shí)間過濾器可以根據(jù)時(shí)間記錄來過濾事件，例如，一個(gè)時(shí)間過濾器可能只發(fā)送最近lO分鐘內(nèi)的事件。EPC碼過濾器可以只發(fā)送符合某個(gè)規(guī)則的EPC碼。平滑過濾器負(fù)責(zé)處理那些出錯(cuò)的情況，包括漏讀和讀錯(cuò)。根據(jù)實(shí)際需要過濾器可以像拼裝玩具一樣被一個(gè)接一個(gè)地拼接起來，以獲得期望的事件。例如，

10、一個(gè)平滑過濾器可以和一個(gè)產(chǎn)品過濾器結(jié)合，將反盜竊應(yīng)用程序感興趣的事件分離出來。2.2 數(shù)據(jù)聚合從讀寫器接收的原始RFID數(shù)據(jù)流都是些簡單零散的單一信息，為了給應(yīng)用程序或者其他的RFID中間件提供有意義的信息，需要對(duì)RFID數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合處理，可以采用復(fù)雜事件處理CEP技術(shù)來對(duì)RFID數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以得到有意義的事件信息，復(fù)雜事件處理是一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域，用于處理大量的簡單事件，并從其中整理出有價(jià)值的事件，可幫助人們通過分析諸如此類的簡單事件，并通過推斷得出復(fù)雜事件，把簡單事件轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的事件，從中獲取可操作的信息。2.3 信息傳遞經(jīng)過過濾和聚合處理后的RFID數(shù)據(jù)需要傳遞給那些對(duì)它感興趣的實(shí)體，

11、如企業(yè)應(yīng)用程序、EPC信息服務(wù)系統(tǒng)或者其他RFID中間件，這里采用消息服務(wù)機(jī)制來傳遞RFID信息RFID中間件是一種面向消息的中間件(MOM)，信息以消息的形式從一個(gè)程序傳送到另一個(gè)或多個(gè)程序，信息可以以異步的方式傳送，所以傳送者不必等待回應(yīng)，面向消息的中間件包含的功能不僅是傳遞信息，還必須包括解釋數(shù)據(jù)、安全性、數(shù)據(jù)廣播、錯(cuò)誤恢復(fù)、定位網(wǎng)絡(luò)資源、找出符合成本的路徑、消息與要求的優(yōu)先次序以及延伸的除錯(cuò)工具等服務(wù)。通過J2EE平臺(tái)中的java消息服務(wù)(JMS)實(shí)現(xiàn)RFID中間件與企業(yè)應(yīng)用程序或者其他Savant的消息傳遞結(jié)構(gòu)。這里采用JMS的發(fā)布訂閱模式，RFID中間件發(fā)布給一個(gè)主題發(fā)布消息，企業(yè)應(yīng)用程序和其他一個(gè)或者多個(gè)Savant都可以訂購該主題信息，其中消息是物聯(lián)網(wǎng)的專用語言物理標(biāo)示語言PML格式。這樣一來，即時(shí)存儲(chǔ)RFID標(biāo)簽信息的數(shù)據(jù)庫軟件或增加RFID讀寫器種類等情況發(fā)生，應(yīng)用端都不需要修改也能進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，省去了多對(duì)多連