往年11屆師兄師姐朱v9

1、分類號密級重慶郵電大學(xué)題目基于聲表面波技術(shù)的煤礦安全管理的中間件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)Design and Implemenion of英文題目Middleware of Coal Mine SafetyManagement based on surface acoustic wave朱教授指導(dǎo)教師通信與信息系統(tǒng)學(xué)科專業(yè)提交日期年 月答辯日期年 月評閱人答辯年 月日獨(dú) 創(chuàng) 性本人所呈交的是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，中不包含其他人已經(jīng)或撰寫過的成果，也不包含為獲得 重慶郵電大學(xué) 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或而使用過的材料。與我一同工作的對本做的任何貢

2、獻(xiàn)均已在中作了明確的說明并表示謝意。作者簽名：簽字日期：年月日使用書本作者完全了解重慶郵電大學(xué)有關(guān)保留、使用保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交的復(fù)印件和磁盤，允許的規(guī)定，被查閱和借閱。本人重慶郵電大學(xué)可以將的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等保存、匯編。(的在后適用本書)作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日摘 要目前，煤礦事故仍然是制約我國煤礦企業(yè)發(fā)展的主要，在產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時在造成極其惡劣的影響。為改善煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀，保護(hù)煤礦中的人身安全，射頻識別（RFID）技術(shù)、聲表面波技術(shù)（SAW）和傳感器技術(shù)相結(jié)合的 RFID 系統(tǒng)被引入到煤礦安全管理

3、系統(tǒng)中，該系統(tǒng)對煤礦中工作人員、設(shè)備運(yùn)行狀況和環(huán)境參數(shù)等全面實(shí)時，保障煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。RFID系統(tǒng)硬件設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不一并且產(chǎn)品種類繁多，數(shù)據(jù)量大且格式不，不同硬件設(shè)備為煤礦上層應(yīng)用提供的服務(wù)不同，這些都使得在煤礦安全生產(chǎn)中應(yīng)用 RFID技術(shù)受限。中間件被引入到 RFID 系統(tǒng)中兼容不同的硬件設(shè)備，兼容不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)據(jù)處理，簡化上層應(yīng)用的復(fù)雜性。本文通過對現(xiàn)有煤礦安全管理系統(tǒng)中有線傳輸分析 Wifi、ZigBee 和 RFID 三種無線傳輸方案進(jìn)行分析，對比技術(shù)，在煤礦安全管理系統(tǒng)中使用有線傳輸與 RFID 相結(jié)合的進(jìn)行分析，選擇合適的中間件開發(fā)技術(shù)方案。本文對系統(tǒng)中中間件的功能需求并結(jié)合煤

4、礦系統(tǒng)特點(diǎn)對中間件架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，對中間件架構(gòu)中的各層詳細(xì)分析設(shè)計。硬件管理層中主要實(shí)現(xiàn)對不同讀卡器的兼容，與對異常的多種通信方式，對的，采用中斷的方式，實(shí)現(xiàn)自動修復(fù)并上報修復(fù)結(jié)果。數(shù)據(jù)事件處理層對不同對象的進(jìn)行分組，改進(jìn)一種算法對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余數(shù)據(jù)處理，根據(jù)上層應(yīng)用的需要，對區(qū)域，隨機(jī)運(yùn)動和軌跡三種事件模型進(jìn)行分析與設(shè)計。應(yīng)用程序接口為上層應(yīng)用提供的服務(wù)接口。本文通過搭建系統(tǒng)測試對文中所做的工作進(jìn)試與評估，對的配置、連接操作、的分組與冗余數(shù)據(jù)的過濾、事件的生成和其他基本功能進(jìn)試，對進(jìn)行分析，中間件軟件滿足設(shè)計要求。本文最后對全文工作進(jìn)行總結(jié)，并對本文的后續(xù)工作進(jìn)行展望，作。完善此中間件還需要

5、繼續(xù)做的工關(guān)鍵字：中間件，管理，數(shù)據(jù)處理，煤礦安全管理AbstractCurrently, coal mine accidents were still the main factors restricting thedevelopment of Chinas coal mine entrises, which caused huge economic losses andan extremely bad influencecoal mine, and protect thehe country. In order to improve the safety production ofal s

6、afety of mine workers, the radio frequencyidentification (RFID) technology, surface acoustic wave technology (SAW) and sensortechnology combined with the RFID system wasroducedo the safety managementsystem of the coal mine, which monitored coal mines staff, equipment andenvironmental parameters and

7、so on to ensure the safety and production of coal mine. However, a wide variety of RFID system hardware, different standards, large and tagdata formats were not unified, and it needed to provide appropriate servifor theupper application of the mine according to the hardware, which limited the wide u

8、se ofRFID system in the safety of coal mine. Middleware wasroducedo the RFIDsystem to compatible with differenrdwares and different technical standards, topros tag data, to simplify the complexity of the upper application.This thesis based on theysis of the wired transmit dollection program ofthe ex

9、isting coal mine safety management system, and contrasted to three wirelesstransmisdata collection program of Wifi, ZigBee and RFID, the system of coalmine safety management which combined cable transmiswith RFID datacollection scheme was proed. This thesisyzed of functional requirements,selected th

10、e appropriate middleware development technology platform combined with the characteristics of the coal system and designed architecture of the middleware, yzed and designed the layers of middleware architecture. The hardware management mainly realized on the compatible of different readers, a variet

11、y ofcommunication with readers, various operations on the reader, and monitoringabnormal reader witherrupting the way to achieve automatic repair and restorationreported results. Data evenndling layer grouped the label from different monitoringobjects, improved algorithm for massive redundancy data

12、prosing, according to theneeds of the upper layer applications,yzed and designed three ms of the labelevents, regional monitoring event, random motion monitoring event and trajectorymonitoring event. Application programmingerface for upper-layer applications.erface provided a unified serviceThe thin

13、gshis thesis were tested and evaluated, such as the configuration andthe connection operation of reader, filtering and groulabels redundant data,generating events and other basic functions were tested by building a platform forsystem, and thenyzed the test results, it foundt middleware software coul

14、dachieve the desired effect. Finally, this thesimmarized the work which had done,outlooked the follow-up work of the subject, and noticed the job which continued to doto improve this middleware.Key Words: Middleware, Reader Management, Data ProManagementsing, Coal Mine Safety目 錄摘 要IAbstractIII. IX.

15、XI插圖附表縮略語XIII第一章 緒論1.4第二章2.12.2課題背景1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2主要內(nèi)容3結(jié)構(gòu)4煤礦安全管理系統(tǒng)與分析7煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀7煤礦安全管理系統(tǒng)方案分析8方案8方案.22.2.3基于有線傳輸?shù)幕跓o線傳輸?shù)姆桨傅倪x擇142.3煤礦安全管理系統(tǒng)中中間件的應(yīng)用15煤礦SAW RFID 系統(tǒng)中待解決的問題15中間件及其在煤礦中的應(yīng)用15本章小結(jié)17煤礦安全管理系統(tǒng)中間件的總體設(shè)計19煤礦安全管理系統(tǒng)中間件需求分析19煤礦安全管理系統(tǒng)中間件功能分析202.4第三章中間件技術(shù)選擇21中間件架構(gòu)設(shè)計22硬件管理層

16、23數(shù)據(jù)事件處理層..43.6.5數(shù)據(jù)收集25數(shù)據(jù)分組26數(shù)據(jù)過濾26事件生成和封裝27數(shù)據(jù)庫283.73.8第四章4.1應(yīng)用程序接口28本章小結(jié)30煤礦安全管理系統(tǒng)中間件的詳細(xì)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)31數(shù)據(jù)庫表設(shè)計、創(chuàng)建和數(shù)據(jù)庫連接3.24.1.3數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計31數(shù)據(jù)庫表的創(chuàng)建32數(shù)據(jù)庫的連接334.2硬件管理層的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)3..44.2.5通口類設(shè)計33配置實(shí)現(xiàn)35連接實(shí)現(xiàn)35操作實(shí)現(xiàn)40設(shè)計414.3數(shù)據(jù)事件處理層的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)4.24.3.3分組44數(shù)據(jù)過濾46數(shù)據(jù)事件處理484.4應(yīng)用程

17、序接口534.4.1 COM 組件的創(chuàng)建過程534.4.2服務(wù)組件544.5第五章5.1本章小結(jié)55軟件測試及分析57測試方案的介紹與選擇57測試方案介紹57測試方案選擇58測試環(huán)境搭建58測試內(nèi)容及結(jié)果分析5..35.3.4硬件管理功能的測試59數(shù)據(jù)事件處理功能的測試63整體應(yīng)用測試64穩(wěn)定性測試655.4第六章6.1本章小結(jié)65總結(jié)與展望67全文總結(jié)676.2 展望68致 謝69參考文獻(xiàn)71附錄 A 攻讀學(xué)位期間科研成果及.75的插圖第二章圖 2. 1 2002-2013 年度我國煤炭產(chǎn)量與百萬噸率圖7圖 2. 2 20 世紀(jì)以來中國與煤礦人數(shù)對比圖8

18、圖 2. 3圖 2. 4圖 2. 5圖 2. 6圖 2. 7圖 2. 8圖 2. 9第三章圖 3. 1圖 3. 2圖 3. 3圖 3. 4圖 3. 5圖 3. 6基于有線傳輸網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖9煤礦 3D 圖10基于ZigBee 無線傳輸基于 Wifi 的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖基于11網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖12基于 RFID 的煤礦安全管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖13中間件在 RFID 系統(tǒng)中的位置16在煤礦安全管理系統(tǒng)中應(yīng)用中間件163D 圖20煤礦中間件架構(gòu)圖22硬件管理層結(jié)構(gòu)圖24數(shù)據(jù)處理流程圖25時間冗余27空間冗余27圖 3. 7 COM 組件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖29第四章圖 4. 1圖 4. 2圖 4. 3圖

19、4. 4圖 4. 5圖 4. 6圖 4. 7圖 4. 8圖 4. 9圖 4. 10圖 4. 11圖 4. 12通信方式34接口實(shí)現(xiàn)類圖34串口通信連接初始化流程圖36基于TCP 協(xié)議的網(wǎng)口通信連接過程圖39異常數(shù)據(jù)過程流程圖42無數(shù)據(jù)過程流程圖43數(shù)據(jù)事件處理層工作流程圖44分組流程圖45冗余數(shù)據(jù)過濾流程圖47區(qū)域區(qū)域事件模型48事件流程圖49隨機(jī)運(yùn)動事件模型50圖 4. 13圖 4. 14圖 4. 15隨機(jī)運(yùn)動事件流程圖50軌跡軌跡事件模型51事件流程圖52圖 4. 16 COM 組件創(chuàng)建過程圖54圖 4. 17第五章圖 5. 1圖 5. 2圖 5. 3圖 5. 4圖 5. 5圖 5. 6圖

20、 5. 7圖 5. 8圖 5. 9服務(wù)組件與客戶程序協(xié)作流程圖54中間件測試環(huán)境示意圖58添加 刪除 修改 系統(tǒng)中添加錄入信息測試圖59信息測試圖60信息測試圖60基本信息顯示測試圖61連接配置測試圖62連接配置信息測試圖62.63測試規(guī)則制定圖63圖 5. 10 數(shù)據(jù)過濾.64圖 5. 11定位顯示界面圖65附表第一章表 1. 1 國外廠家中間件產(chǎn)品2表 1. 2 國內(nèi)廠商中間件產(chǎn)品3第二章表 2. 1 ZigBee、Wifi 和 RFID 參數(shù)比較13第三章表 3. 1表 3. 2表 3. 3第四章表 4. 1表 4. 2表 4. 3表 4. 4表 4. 5表 4. 6表 4. 7表 4.

21、 8第五章表 5. 1表 5. 2中間件在煤礦安全管理系統(tǒng)中的功能需求20三種中間件技術(shù)的對比21三種數(shù)據(jù)庫的比較28基本信息表31信息表32事件信息表32配置的接口函數(shù)35串口開發(fā)操作類功能表36中間件請求數(shù)據(jù)通信協(xié)議40應(yīng)答數(shù)據(jù)協(xié)議40基本類型分類44白盒與黑盒測試方案特性比較57中間件測試應(yīng)用環(huán)境58縮略語英文縮寫 RFID SAW CAN WIFIAPISO/IEC英文全稱Radio Frequency Identification Surface Acoustic Wave Control Area NetworkWireless Fidelity中文全稱射頻識別聲表面波控制器局域網(wǎng)

22、絡(luò)無線高保真接入點(diǎn)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/ 國際電工通用串行總線組件對象模型Acs Poernationalanization for Standardization/ernational Electrotechnical CommisUSBCOM CORBAUniversal Serial Bus Component Object MCommon Object Request Broker Architecture公共對象請求結(jié)構(gòu)體系J2EE DCOM MTS OMG IPID DLL RPC API TCP UDPCLSIDJava 2 Platform, Entrise EditionJava企

23、業(yè)版Distributed Component Object M分布式組件對象模型微軟事務(wù)處理服務(wù)器對象管理組織網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議標(biāo)識號Tranion ServerObject Management Group ernet ProtocolIdentityDynamic Link LibraryRemote Procedure Call Application Programming動態(tài)庫過程調(diào)用應(yīng)用程序編程接口傳輸控制協(xié)議用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議類的唯一標(biāo)識erfaceTransmisControl ProtocolUser Datagram ProtocolClaentity第一章 緒論1.1 課題

24、背景目前，煤炭是我國能源結(jié)構(gòu)的主體，而在我國一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中，煤炭大約占 73。煤炭工業(yè)承載著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步和民族振興的歷史重任。隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭的需求量也在逐年遞增，在未來 20 年中煤炭仍會是中國能源消費(fèi)的主體，因此煤炭作為主要能源的地位在未來時期仍然不會改變1。煤炭工業(yè)是推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源來源，頻繁發(fā)生的事故威脅到礦工人數(shù)為 1049的生命安全。根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng)的統(tǒng)計，2013 年在煤礦事故中余人，在給我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時也為安全生產(chǎn)敲響了警鐘，煤礦安全生產(chǎn)已經(jīng)成為煤礦產(chǎn)業(yè)中主要的問題。為了防治煤礦事故的發(fā)生和提高煤礦安全生產(chǎn)水平，關(guān)于煤礦安全生產(chǎn)

25、的法律相繼被、國家安監(jiān)和煤監(jiān)頒布，我國所有的煤礦和非煤礦山都需要按照安全生產(chǎn)控系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、井下信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)等技術(shù)裝備2。在制定并實(shí)施安全生產(chǎn)技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)，安裝監(jiān)測監(jiān)、供水施救系統(tǒng)、緊急避險系統(tǒng)和通關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)工作的系統(tǒng)，儲備自救互救器材3。目前按照意見中，要求煤礦要按規(guī)定建設(shè)六大要求各煤礦中的六大系統(tǒng)建設(shè)完成，由于技術(shù)問題導(dǎo)致煤礦生產(chǎn)中安全檢測還有很大缺陷，例如量單一、系統(tǒng)整體運(yùn)行能力差和存在盲區(qū)等問題。煤礦安全管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性和系統(tǒng)的兼容性等與世界發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)水平相比還是比較落后。為了解決煤礦安全生成中的缺陷提高安全生產(chǎn)效率，RFID（Radio Frequen

26、cy Identification，無線射頻識別）技術(shù)、SAW（Surface Acoustic Wave，聲表面波）技術(shù)和傳感器技術(shù)被引入到煤礦安全生產(chǎn)中。RFID 是一種利用射頻信號實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的非接觸式自動識別的技術(shù)4。SAW 是物體表面的一種彈性波，其速度是電磁波的萬分之一，容易取樣和處理5。傳感器技術(shù)是將不易測量和傳輸?shù)奈锢砹炕蚧瘜W(xué)量轉(zhuǎn)換成容易利用的電信號的技術(shù)。由這幾種技術(shù)集成的SAW RFID和 RFID 傳感，在煤礦生產(chǎn)中實(shí)時全面地監(jiān)測環(huán)境參數(shù)、機(jī)車和設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)煤礦安全全方位的管理，擴(kuò)展了 RFID 技術(shù)在煤礦行業(yè)和其他行業(yè)的應(yīng)用6。RFID 系統(tǒng)結(jié)合 RFID、SAW 和

27、傳感器技術(shù)的應(yīng)用給煤礦安全提供了新的發(fā)展機(jī)會，但同時也有新的問題需要去解決，即如何實(shí)現(xiàn)不同通信協(xié)議和通信方式的硬件設(shè)備在同一系統(tǒng)中良好兼容，如何從海量的 RFID 數(shù)據(jù)中獲取上層應(yīng)用所需的信息，如何為不同應(yīng)用提供的傳輸接口等。RFID 系統(tǒng)中的這些需求正好與中間件技術(shù)功能吻合，為了保證 RFID 系統(tǒng)更好地應(yīng)用在煤礦安全管理系統(tǒng)上，為其提供一種有效的中間件尤為重要。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前，國外比較有影響的 RFID 中間件開發(fā)企業(yè)中有IBM、Oracle、SAP、Sybase 和 BEA 等，并已有相關(guān)的 RFID 中間件產(chǎn)品和 RFID 整Sun、體解決方案出現(xiàn)7。IBM、Oracle、

28、SAP 和 Sun 都是在 Java上開發(fā) RFID 中間件，其中 IBM 提供一整套基于 Java并遵循 J2EE 企業(yè)架構(gòu)開發(fā)的開放式中間件產(chǎn)品，其處理數(shù)據(jù)量大、處理速度快，并廣泛運(yùn)用到醫(yī)療、物流和零售等相關(guān)產(chǎn)業(yè)。Oracle 則是依托于Oracle 數(shù)據(jù)庫，在其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫資源中，能輕松應(yīng)對海量 RFID 數(shù)據(jù)的、分析和處理，并向客戶提供智能化的管理界面，根據(jù)客戶的需要可以自行設(shè)定 RFID的數(shù)據(jù)周期和數(shù)據(jù)的過濾周期等。而則是以 SQL 數(shù)據(jù)庫和 Windows 系統(tǒng)為基礎(chǔ)開發(fā) RFID 中間件，主要運(yùn)行在微軟的Windows 系列操作系統(tǒng)上，其提供基于 XML 和 Web Servi的

29、開放式接口，在開發(fā)語言上，支持 C+、.Net 和 VB.Net 等不同的開發(fā)語言，而在數(shù)據(jù)處理方面，則在系統(tǒng)級層面上對 RFID 數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化8。BEA 在成功收購了 RFID 中間件技術(shù)成ConnecTerra 公司之后，BEA 的 RFID 技術(shù)發(fā)展迅速，成為 RFID 中間件行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)最具競爭力之一，BEA 向客戶提供一套完整的解決方案，幫助客戶快速完成整個項(xiàng)目。國外部分廠家的 RFID 中間件產(chǎn)品如表1.1 所示。表 1. 1 國外廠家中間件產(chǎn)品國外企業(yè)都擁有比較深厚的技術(shù)儲備，他們開發(fā)出來的產(chǎn)品先在經(jīng)過多次測試，達(dá)到要求后再投入到企業(yè)實(shí)地測試，經(jīng)過反復(fù)測試后，產(chǎn)品的性能很公司R

30、FID 中間件產(chǎn)品IBMWebSphere RFID Device Infrastructure WebSphere RFID Premises ServerIBMWebSphere RFID Information CenterOracleOracle Sensor Edge ServerSunSun Java System RFIDBizTalk RFIDSybaseRFID AnywhereBEABEA WebLogic RFID Product Family穩(wěn)定。但是煤礦企業(yè)或其他應(yīng)用企業(yè)需要產(chǎn)品才能使用，對大多數(shù)中小型企業(yè)來說存在限制并造成原有技術(shù)浪費(fèi)。RFID 技術(shù)在物流、零售、制

31、造業(yè)、服裝業(yè)、醫(yī)療、交通、食品和軍事等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了 RFID 中間件技術(shù)在我國的大力發(fā)展，很多企業(yè)和都加入到RFID 中間件的和開列中。RFID 中間件技術(shù)已經(jīng)被列入科技部“十二五”規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目中，也得到 863 計劃政策支持，在國家 863“射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用”課題項(xiàng)目公告中，交通大學(xué)、華南理工大學(xué)和同方股份公司等都提出可重構(gòu) RFID 中間件技術(shù)的和開發(fā)項(xiàng)目，促進(jìn)了我國RFID中間件的發(fā)展9。國內(nèi)一些廠商成RFID 中間件產(chǎn)品如表 1.2 所示。表 1. 2 國內(nèi)廠商中間件產(chǎn)品雖然我國在 RFID 中間件技術(shù)方面已經(jīng)取得一定成果，并也研發(fā)出一些產(chǎn)品，但是我國與開發(fā)中

32、間件技術(shù)時間不長，和開發(fā)還處于初級階段，在各方面與世界發(fā)達(dá)國家相比還存在一些差距，在市場使用情況上國內(nèi)廠商還是處于下風(fēng)。1.3主要內(nèi)容本課題來源于重慶郵電大學(xué)和重慶委重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“基于聲表面波技術(shù)的煤礦安全綜合合作的重慶市科系統(tǒng)”。項(xiàng)目以煤礦安全規(guī)程和煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為開發(fā)依據(jù)，致力于和開發(fā)基于 SAW 技術(shù)的無源，SAW RFID的硬件模塊和中間件的軟件模塊，完成技術(shù)更新，擴(kuò)展性更好，穩(wěn)定性更高的煤礦安全管理系統(tǒng)。公司或機(jī)構(gòu)RFID 中間件產(chǎn)品青島恒信HIFA-RMS RFID 中間件系統(tǒng)HIFP RFID 數(shù)據(jù)后處理HIFA-DGS 電子數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)Reva“Tap”中間件與

33、管理軟件方軟件ezONE RFID 中間件ezCAS (應(yīng)用套件) ezONE ezFramework 基礎(chǔ)應(yīng)用套件電子工業(yè)RFID 中間件科識通KTI RFID 中間件華技大學(xué)Smarti 中間件群碩QSMSC-900U RFID 中間件本文主要內(nèi)容是設(shè)計及實(shí)現(xiàn)基于聲表面波技術(shù)的煤礦安全管理的中間件，解決和改善SAW RFID 技術(shù)應(yīng)用在煤礦安全中的缺陷，實(shí)現(xiàn)兼容系統(tǒng)不同RFID 硬件設(shè)備和為上層應(yīng)用提供服務(wù)接口，并按照上層應(yīng)用制定的規(guī)則實(shí)現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的分組、過濾和事件生成。本文主要工作內(nèi)容如下：分析煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀技術(shù)，分析有線傳輸在煤礦安全管理系統(tǒng)中采用有線傳輸和無線方案在煤礦中使用的局

34、限性，在煤礦傳輸安全管理系統(tǒng)中采用Wifi、ZigBee 和RFID 三種無線傳輸析。詳細(xì)分析基于 SAW RFID 的煤礦安全管理系統(tǒng)，重點(diǎn)分析在煤礦中應(yīng)用RFID 技術(shù)需要解決的問題，在煤礦安全管理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求并結(jié)合中間件的功能需求給出適合于煤礦安全管理應(yīng)用的中間件設(shè)計方案。技術(shù)的對比分不同廠家生產(chǎn)的硬件同的接口類，系統(tǒng)兼容多種硬件的通信協(xié)議和通信方式不同，需要為其創(chuàng)建不，提供多種通信方式，對設(shè)備進(jìn)行并對的工作狀態(tài)。分析煤礦安全管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)量和特點(diǎn)，根據(jù)上層應(yīng)用的需求制定規(guī)則對原始數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)、分組和過濾，并生成相應(yīng)的事件數(shù)據(jù)，為上層應(yīng)用提供更便捷的調(diào)用方式。為上層應(yīng)用提供

35、的應(yīng)用程序接口，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實(shí)時上傳，使整個煤礦安全管理系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可擴(kuò)展能力強(qiáng)、易和更新升級。在搭建的測試環(huán)境中完成中間件各個功能測試，并對進(jìn)行分析。1.4結(jié)構(gòu)本文主要設(shè)計與實(shí)現(xiàn)煤礦安全管理系統(tǒng)中間件軟件，致力于開發(fā)出穩(wěn)定性更好，兼容性更強(qiáng)，可擴(kuò)展性更好的煤礦安全管理系統(tǒng)。整個文章組織結(jié)構(gòu)如下：第一章：緒論。簡要介紹了煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的情況，對比分析國內(nèi)外 RFID中間件的發(fā)展現(xiàn)狀，對課題來源以及主要內(nèi)容簡單介紹。第二章：煤礦安全管理系統(tǒng)與分析。介紹目前我國煤礦安全生產(chǎn)存在的問題，分析有線傳輸方案在煤礦中使用的局限性，在煤礦安全管理系統(tǒng)中采用Wifi、ZigBee 和RFID 三種無線傳輸

36、技術(shù)的對比分析，分析煤礦中使用RFID 技術(shù)存在的問題并詳細(xì)分析利用中間件技術(shù)對解決問題。第三章：煤礦安全管理系統(tǒng)中間件的總體設(shè)計。根據(jù) RFID 技術(shù)在煤礦中應(yīng)用存在的問題，對中間件在煤礦安全管理中的應(yīng)用進(jìn)行了功能需求分析。根據(jù)中間件功能特點(diǎn)選擇合適的技術(shù)成各層的功能具體設(shè)計。后進(jìn)行分層架構(gòu)設(shè)計。根據(jù)每一層功能需求完第四章：煤礦安全管理系統(tǒng)中間件的詳細(xì)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。首先根據(jù)煤礦安全管理系統(tǒng)中間件需求分析對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計和創(chuàng)建。然后分別詳細(xì)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)中間件硬件管理層、數(shù)據(jù)事件處理層和應(yīng)用程序接口，完成的通信方式、操作、分組、過濾和生成事件，配置和工作狀態(tài)，按照制定的規(guī)則對數(shù)據(jù)最后對應(yīng)用程序接口進(jìn)

37、行設(shè)計并實(shí)現(xiàn)。第五章：軟件測試及分析。選擇合適的測試方案，并搭建測試環(huán)境，對煤礦安全管理系統(tǒng)中間件的功能和運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)試，最后對分析。第六章：總結(jié)與展望?？偨Y(jié)本文的成果，展望下一步工作。第二章 煤礦安全管理系統(tǒng)與分析我國是一個煤炭量位居世界第三，煤炭開采量居世界第一的煤炭資源大國。我國也是煤礦事故高發(fā)的國家，由于煤礦生產(chǎn)自動化水平低、井下多，煤礦中使用的安全系統(tǒng)技術(shù)相對于國外發(fā)達(dá)國家比較落后，礦下安全生產(chǎn)形勢非常嚴(yán)峻，尋求更有效的煤礦安全監(jiān)測業(yè)未來發(fā)展。解決方案和產(chǎn)品左右著煤礦企2.1 煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀我國占據(jù)著全球 34%的煤炭產(chǎn)量，卻占據(jù)著全球 80%的煤礦事故人數(shù)。2002-2013 年

38、度我國煤炭產(chǎn)量與百萬噸率如圖 2.1 所示，2012 年生產(chǎn)煤炭 36.5億噸，1384 余人，百萬噸率為 0.374。2013 年生產(chǎn)煤炭 37 億噸，1049 余人，百萬噸率為 0.293，首次降到 0.3 以下，同比下降 21.7%。在國家和煤礦企業(yè)提高對煤礦生產(chǎn)的重視程度情況下，加強(qiáng)煤礦安全監(jiān)察機(jī)制管理和出臺一系列煤礦安全，我國煤礦在穩(wěn)定生產(chǎn)的同時，百萬噸率保持持續(xù)下降，但人數(shù)每年仍然在以上，煤礦安全問題仍然是制約我國煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要。圖 2. 1 2002-2013 年度我國煤炭產(chǎn)量與百萬噸率圖與世界發(fā)達(dá)國家先進(jìn)煤礦安全管理系統(tǒng)技術(shù)水平相比，我國煤礦安全生產(chǎn)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。作為世界第

39、二大產(chǎn)煤國，在過去 10 多年中，在保證煤炭年產(chǎn)量穩(wěn)定在 10 億噸左右的同時，百萬噸率卻長期控制在 0.1 以下。澳大利亞作為率僅為 0.014 上下。近十世界第四大產(chǎn)煤國和最大的煤炭出口國，其百萬噸幾年里，煤礦事故人數(shù)最多的 2006 年也只有 47 人，2009 年人數(shù)僅僅為 18 人10。進(jìn)入 20 世紀(jì)以來，我國與煤礦人數(shù)對比如圖 2.2 所示，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，近十年來通過不斷地努力，在加大對煤礦安全的整治力度，引進(jìn)先進(jìn)科技技術(shù)等措施下，我國在煤礦安全生產(chǎn)方面已經(jīng)有了明顯改善。但是通過與相比，我國煤礦安全生產(chǎn)水平還很低，還有很高空間，煤礦安全還需要加大發(fā)展力度。圖 2. 2 20

40、世紀(jì)以來中國與煤礦人數(shù)對比圖我國煤礦地形復(fù)雜，事故發(fā)生后難以控制，安全事故主要有瓦斯、粉塵、水害事故、頂板冒裂和火災(zāi)等，其中瓦斯事故在這些事故中位居第一，在每年的煤礦事故中瓦斯必定赫然在列。大多數(shù)礦井由于安全實(shí)時差而導(dǎo)致煤礦安全事故，發(fā)生煤礦事故時，不援信息。做出反應(yīng)，不能提供及時救2.2 煤礦安全管理系統(tǒng)方案分析煤礦中的真實(shí)情況，根據(jù)端的數(shù)據(jù)是整個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來源，直接反映了煤礦中方案的不同可以劃分煤礦安全管理系統(tǒng)的類型。本文所述的方案是各類傳感器及其傳輸方式的總稱。目前，煤礦安全基于有線傳輸?shù)幕跓o線傳輸?shù)南到y(tǒng)中采用的方案方案方案主要有以下兩種類型：2.2.1 基于有線傳輸?shù)姆桨冈趥鹘y(tǒng)煤礦

41、安全管理系統(tǒng)中采用有線傳輸網(wǎng)絡(luò)，各個分站利用RS485 或者CAN（Control Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線等有線傳輸方式接收傳感器底層設(shè)備的數(shù)據(jù)，各個分站將數(shù)據(jù)匯聚后傳輸?shù)较到y(tǒng)上層應(yīng)用11。煤礦安全管理系統(tǒng)中采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)膱D 2.3 所示。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖如采用有線通信方式，一般是鋪設(shè)帶來很大的不便，由于覆蓋有限，電纜或光纜實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，這樣將給布線節(jié)點(diǎn)比較分散，不能全面煤礦情況，存在盲區(qū)。新巷道的開拓以及老巷道的廢棄，導(dǎo)致礦井巷道變化很大，增加了新舊節(jié)點(diǎn)的安裝拆卸，系統(tǒng)造價高，升級更新能力差。發(fā)生煤礦安全事故時，分散不易定位，救援難度大。圖 2. 4煤礦 3D 圖

42、2.2.2 基于無線傳輸?shù)姆桨附陙頍o線傳輸技術(shù)發(fā)展迅猛，日益趨于成熟，無線傳輸技術(shù)被到煤礦安全管理系統(tǒng)中來解決有線傳輸網(wǎng)絡(luò)無法解決的問題。當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有ZigBee 技術(shù)、Wifi（Wireless Fidelity，無限保真）技術(shù)和 RFID 技術(shù)等。相比于有線的優(yōu)勢主要為以下幾點(diǎn)：傳輸網(wǎng)絡(luò)的缺陷，無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建造相對容易，在復(fù)雜的煤礦地形中，在新巷道開拓和老巷道廢棄而造成統(tǒng)區(qū)域變化時只需增減無線終端和變得相對簡單。節(jié)點(diǎn)，減少了布線的工作量，使系系統(tǒng)布局組網(wǎng)方便，不必過多的考慮布線約束，減少了電纜和光纜的使用而減少了因漏電而引起的瓦斯和火災(zāi)事故。在整個煤礦中搭建無

43、線網(wǎng)絡(luò)，可減少監(jiān)測盲區(qū)，全面的多種環(huán)境參數(shù)、對準(zhǔn)確定位和掌握機(jī)車的運(yùn)行情況。下面分別對ZigBee、Wifi 和 RFID 三種無線傳輸1) ZigBeeZigBee 技術(shù)是基于IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的一種低功耗、高可靠的雙向無線通信技術(shù)，適用于短距離、低速、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、高容量和低功耗等的無線傳輸環(huán)境中。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)系統(tǒng)的不同需求可以將 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)組成不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D結(jié)構(gòu)，如ZigBee 星狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)或網(wǎng)狀網(wǎng)等13。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備由三部分組成分別為：ZigBee 協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)和終端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行介紹。節(jié)點(diǎn)。基于 ZigBee 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的工作原理為：在礦井內(nèi)

44、部安放一定數(shù)量的 ZigBee 路由節(jié)點(diǎn)，被監(jiān)測目標(biāo)通過攜帶 ZigBee 終端設(shè)備把數(shù)據(jù)收集處理，然后終端設(shè)備通過對附近路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詢問、查找，確定路由節(jié)點(diǎn)之后建立通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，多個路由節(jié)點(diǎn)組成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸給 ZigBee 協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理后利用工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)將整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳到上層應(yīng)用。基于ZigBee 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 2.5 所示。相連的技術(shù)?；赪ifi 的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)中需要在井下建立無線局域網(wǎng)，布局 Wifi 信號收發(fā)設(shè)備，主要由帶 Wifi 模塊的終端設(shè)備（如環(huán)境參數(shù)無線傳感s Po，接入點(diǎn)）組成14?；?Wifi 的無線傳輸器，Wifi等）和

45、AP（Ac網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 2.6 所示。身帶有電池供電，能自己提供能量，主動發(fā)送信號被接收。接收到是利用所發(fā)信息后通過工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到上層進(jìn)行處理。SAW聲表面波技術(shù)而制作的無源，與一般普通的傳感工作方式有所不同，SAW在監(jiān)測目標(biāo)時主要是利用SAW 器件中不同的物理結(jié)構(gòu)17。SAW RFID數(shù)據(jù)過程為：向范圍內(nèi)發(fā)送一定頻率的射頻電磁波信號，SAW 標(biāo)簽接收到電磁波信號后獲得工作能量，進(jìn)行電-聲-電轉(zhuǎn)換后，SAW發(fā)送一定頻率的反射電磁波信號給，接收到電磁波信號后，將電磁波信號解析為可用數(shù)據(jù)后傳輸給上層應(yīng)用18?；?RFID 無線傳輸2.7 所示。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖通過對三種無線傳輸?shù)幕?Wi

46、fi 的無線傳輸方案對比和分析，三種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如下：方案優(yōu)勢在于傳輸速度快、距離遠(yuǎn)、覆蓋廣和兼容性好等。Wifi 設(shè)備工作功耗太大，每隔幾天就需要對終端設(shè)備進(jìn)行充電，在煤礦實(shí)際應(yīng)用中將造成大量的人力物力浪費(fèi)，不方便，Wifi 終端比較差，在煤礦惡劣環(huán)境中使用會導(dǎo)致數(shù)據(jù)安全性差，通信質(zhì)量不高19。能力基于ZigBee 的無線傳輸方案的優(yōu)勢在于功耗低、通信頻帶多和網(wǎng)絡(luò)容量大等。ZigBee 可以自組網(wǎng)的優(yōu)勢更加適合礦井內(nèi)部低速移動目標(biāo)的定位監(jiān)測（比如定位），ZigBee 節(jié)點(diǎn)的密度越大、分布越廣，定位越精確，但也增加了成本。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相對復(fù)雜，ZigBee 通信速率比較低

47、并且礦井內(nèi)部干擾比較嚴(yán)重，因此不適于遠(yuǎn)距離通信?；?RFID 的無線傳輸方案優(yōu)勢在于功耗低、設(shè)備耐用、成本低、可識別運(yùn)動目標(biāo)、力強(qiáng)和通信頻帶多等。RFID 傳輸距離短，為保障讀卡器對的率就必須增加的個數(shù)，這樣之間可能產(chǎn)生電磁干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常，數(shù)據(jù)安全性較差。但是目前針對電磁干擾問題已經(jīng)有成撞算法來解決，并對數(shù)據(jù)加密后傳輸，使得數(shù)據(jù)安全性大大提高。防碰本文綜合分析Wifi、ZigBee 和 RFID 三種無線傳輸技術(shù)參數(shù)，結(jié)合功耗、傳能力和成本等，在煤礦安全管理系統(tǒng)中使用 RFID輸速率、傳輸距離、技術(shù)優(yōu)于另外兩種無線傳輸技術(shù)。2.2.3方案的選擇無線傳輸技術(shù)作為有線傳輸方案的改進(jìn)被引入到煤

48、礦安全系統(tǒng)，可以彌補(bǔ)有線方案的缺陷，也是煤礦安全管理系統(tǒng)未來發(fā)展方向的趨勢。由于目前 RFID 傳感技術(shù)在煤礦中使用還不夠成熟，現(xiàn)在 RFID 傳感所能測的參數(shù)有限，而傳統(tǒng)有線傳感器發(fā)展成熟，能夠滿足煤礦安全管理系統(tǒng)中各種參數(shù)測量的需要，因此本系統(tǒng)中采取有線傳輸和無線傳輸相結(jié)合的方案，將有線傳感器和 RFID 傳感設(shè)備搭配使用。系統(tǒng)具有很好的兼容性，更換設(shè)備方便，對于以后 RFID 傳感技術(shù)的不斷成熟，能夠在不影響其他模塊的前提下，對端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)802.15.4802.1lISO18000有效距離/米7510020成本高高低通信頻帶868MHz915MHz2.4GHz2.4GHz433MHZ91

49、5MHZ2.45GHZ進(jìn)行獨(dú)立升級。2.3 煤礦安全管理系統(tǒng)中中間件的應(yīng)用2.3.1 煤礦 SAW RFID 系統(tǒng)中待解決的問題在煤礦安全管理系統(tǒng)中應(yīng)用 RFID 技術(shù)可有效提高煤礦井下在引入新技術(shù)的同時也有幾個問題需要去解決：的安全性，SAW RFID的傳輸距離相對于有源比較短，但是有源需要電池供電，使用相對于無源短。如何提高傳輸距離的同時降低有源標(biāo)簽功耗，都將成為在煤礦中應(yīng)用 RFID 系統(tǒng)需要和解決的問題20。目前煤礦中使用的是ISO/IEC 18000RFID 標(biāo)準(zhǔn)，不同 RFID 廠商的硬件設(shè)備所使用的通信協(xié)議、通信方式和數(shù)據(jù)格式等都不一樣。煤礦企業(yè)在使用不同廠家的和設(shè)備時會存在很多

50、問題，這就對 RFID 系統(tǒng)兼容性有很高的要求，能兼容不同廠商的設(shè)備、通信協(xié)議和通信方式等。煤礦安全管理系統(tǒng)中不同職能的對系統(tǒng)的應(yīng)用不同，如、環(huán)境參數(shù)、設(shè)備工作狀態(tài)和提示等，這就要求系統(tǒng)的應(yīng)用具有很強(qiáng)的對象提供不同的應(yīng)用服務(wù)。多樣性，要求 RFID 系統(tǒng)能為不同煤礦井下系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大。以中型煤礦為例，煤礦安全綜合系統(tǒng)最多能容納 64 個分站，每個分站有兩個以上的 CAN 總線接口，每路 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)能連接 32 個以上的節(jié)點(diǎn)，每個平均覆蓋 6 個 RFID，按照平均每 10 秒一次數(shù)據(jù)，每分鐘的總數(shù)據(jù)量將達(dá)到 147456 條，這些數(shù)據(jù)中包含瓦斯?jié)舛?、溫度、風(fēng)壓、設(shè)備參數(shù)和信息等。

51、RFID數(shù)據(jù)容易被篡改和，RFID數(shù)據(jù)的安全性和可靠性將21。成為影響 RFID 技術(shù)廣泛應(yīng)用需要解決的為解決這些問題，本文主要兼容不同的 RFID 底層硬件設(shè)備，對海量數(shù)據(jù)的處理和，為不同上層應(yīng)用提供的接口，這些與中間件的功能不謀而合，促使在煤礦安全系統(tǒng)中采用中間件。2.3.2 中間件及其在煤礦中的應(yīng)用中間件位于硬件設(shè)備與上層應(yīng)用軟件之間，兼容不同標(biāo)準(zhǔn)、不同底層硬件設(shè)備和為多樣化的上層軟件系統(tǒng)提供連接，解決 RFID 系統(tǒng)中的問題，對海量數(shù)據(jù)的處理22-23。中間件在 RFID 系統(tǒng)中的位置如圖 2.8 所示，在整個 RFID 系統(tǒng)中，無論是底層硬件設(shè)備的增減，數(shù)據(jù)量的變化，還是上層應(yīng)用軟件

52、的升級或改變，都不會對 RFID 系統(tǒng)的整體運(yùn)行造成任何影響，使 RFID 系統(tǒng)性能更加的穩(wěn)定，為RFID 技術(shù)廣泛應(yīng)用提供了堅實(shí)的技術(shù)支持24-25。在圖 2.9 中，煤礦安全管理系統(tǒng)由設(shè)備層、層和管理層組成。中間件位于層中，通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與底層硬件設(shè)備交互，收集上傳數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理，為管理層中各下：部分提供分組后數(shù)據(jù)服務(wù)。整個煤礦安全管理系統(tǒng)工作流程如利用無線線道以電磁波的方式將的數(shù)據(jù)發(fā)送給。中間件與之間通過工業(yè)以太網(wǎng)或 CAN 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)不同的硬件設(shè)備和不同的數(shù)據(jù)傳輸方式，可以采用不同的通信方式，如串口通信和網(wǎng)口通信等。中間件接收底層上傳的數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)，然后對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處

53、理，的數(shù)據(jù)服務(wù)接口。包括分組、和過濾等，并為上層應(yīng)用提供上層應(yīng)用接收中間件提供的應(yīng)用服務(wù)后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、實(shí)時顯示和預(yù)警等應(yīng)用。2.4 本章小結(jié)本章首先對我國煤礦安全事故進(jìn)行分析并與進(jìn)行對比，為遏制煤礦事故在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)是必然趨勢；然后對煤礦安全管理系統(tǒng)中的有線和無線傳輸出有線傳輸方式進(jìn)行詳細(xì)分析，通過對煤礦實(shí)際環(huán)境和數(shù)據(jù)量分析得方式中存在的問題，對比分析三種無線傳輸技術(shù)在煤礦安全管理系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢，經(jīng)過比較并結(jié)合煤礦的實(shí)際情況，選擇基于有線與 RFID 無線傳輸技術(shù)相結(jié)合的煤礦安全管理系統(tǒng)；最后分析得出在煤礦中應(yīng)用 RFID 需要解決的問題，并通過使用中間件來解決。第章 煤礦

54、安全管理系統(tǒng)中間件的總體設(shè)計本章主要完成煤礦安全管理系統(tǒng)中間件的整體設(shè)計，首先對中間件在煤礦安全管理系統(tǒng)中的功能需求進(jìn)行分析，然后通過對技術(shù)的對比選擇合適的中間件技術(shù)設(shè)計。，最后完成煤礦安全管理系統(tǒng)中中間件架構(gòu)設(shè)計并對各模塊功能進(jìn)行3.1 煤礦安全管理系統(tǒng)中間件需求分析RFID 應(yīng)用范圍廣泛，遍及物流、零售、制造業(yè)、服裝業(yè)、醫(yī)療、交通、食機(jī)構(gòu)都投身于 RFID 的品和軍事等。國內(nèi)外很多企業(yè)和與開發(fā)中，已經(jīng)取得了一些成績，但是在煤礦中應(yīng)用 RFID 還存在一些問題。首先，關(guān)于RFID 技術(shù)的相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)主要有三種尚未，不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID廠家生產(chǎn)的設(shè)備各不相同，并且互不兼容。主要有以下幾方面：RF

55、ID與上位機(jī)之間不同的通信協(xié)議和接口，例如串口、網(wǎng)口、CAN和 USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）等。不同的 RFID不同的 RFID編碼規(guī)則。與之間的空中接口協(xié)議。其次，目前由于設(shè)備通信協(xié)議數(shù)據(jù)格式的不同，大多數(shù)的企業(yè)使用固定廠家的硬件設(shè)備，隨著功能更強(qiáng)大的設(shè)備出現(xiàn)，企業(yè)對系統(tǒng)進(jìn)行升級時，企業(yè)只能重新整套產(chǎn)品，這樣企業(yè)將負(fù)擔(dān)的成本支出，影響企業(yè)的長期發(fā)展。最后，的原始數(shù)據(jù)量十分巨大。如圖 3.1 所示為某一煤礦的 3D圖，圖中紅色光圈處為節(jié)點(diǎn)，在煤礦復(fù)雜的地形中，節(jié)點(diǎn)分布繁多。例，每個如一個中型礦區(qū)可以接 64 個分站，每個分站可以接 8 個6 種參數(shù)的ID、，

56、假設(shè)的數(shù)據(jù)和與一個通信的時間為 50 毫秒，而每條數(shù)據(jù)包括：的時間等信息。每條數(shù)據(jù)的大小大約為 20 字節(jié)，根據(jù)計算，一天的數(shù)據(jù)量大約為 16G。每秒被好幾次，在煤礦環(huán)境中的環(huán)境參數(shù)在 1 秒內(nèi)基本不會有變化，這樣到的數(shù)據(jù)只有很少的部分是對用戶有意義。如果不對這些冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行處理而直接傳輸給上層應(yīng)用程序，將給整個 RFID 系統(tǒng)帶來很大的負(fù)擔(dān)，對處理器的處理速度也是一個極大地。三圖 3. 1 煤礦3D 圖3.2 煤礦安全管理系統(tǒng)中間件功能分析中間件的作用在于兼容 RFID 系統(tǒng)中不同底層硬件設(shè)備、處理和海量RFID 數(shù)據(jù)和為上層應(yīng)用提供服務(wù)接口等，以保證軟件系統(tǒng)的相對穩(wěn)定，減輕企業(yè)二次開發(fā)的負(fù)

57、擔(dān)26。中間件在煤礦安全管理系統(tǒng)中應(yīng)滿足的功能需求如表3.1 所示。表 3. 1 中間件在煤礦安全管理系統(tǒng)中的功能需求實(shí)現(xiàn)功能描述種類不同廠家的差異性；提供不同的通信方式。操作選擇通信方式并配置相應(yīng)的通信參數(shù)；新接入時在系統(tǒng)中進(jìn)行添加；損壞時在系統(tǒng)中刪除該；對工作狀態(tài)，出現(xiàn)異常情況時，上傳異常故障并啟動自動修復(fù)，發(fā)送修復(fù)。數(shù)據(jù)處理對不同通信方式的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和；緩存接收到的原始數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)根據(jù)不同對象進(jìn)行分組根據(jù)上層應(yīng)用需要制定的規(guī)則對數(shù)據(jù)過濾；根據(jù)上層應(yīng)用對不同數(shù)據(jù)的不同需求提供多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；數(shù)據(jù)庫服務(wù)根據(jù)應(yīng)用需求選擇數(shù)據(jù)庫服務(wù)，如、Sql server 2005 和Oracle 等；提

58、供對信息，信息的；為了完成上述中間件的功能，下面為中間件選擇合適的技術(shù)開發(fā)。3.3 中間件技術(shù)選擇當(dāng)前支持中間件技術(shù)開發(fā)的主要有 CORBA（Common Object RequestBroker Architecture，公共對象請求體系結(jié)構(gòu)）、J2EE（Java 2 Platform，Entrise Edition，Java企業(yè)版）和+（Component Object M，組件對象模型）三種，下面分別簡單介紹這三種技術(shù)，如表 3.2 所示。表 3. 2 三種中間件技術(shù)的對比中間件開發(fā)描述CORBAOMG（Object Management Group，對象管理組織）制定，用于分布式環(huán)境下

59、硬件與軟件互聯(lián)的一種面象體系標(biāo)準(zhǔn)，由對象請求 、公共對象服務(wù)和公共設(shè)施三部分組成。可以跨 運(yùn)行，開發(fā)效率高，但是 CORBA 缺乏多線程處理規(guī)范，不同語言兼容性差，技術(shù)門檻高。J2EE由 SUN 公司推出，整個包括一整套服務(wù)、應(yīng)用程序接口和協(xié)議，解決了不同和應(yīng)用的兼容性問題。使用客戶層、WEB 層、業(yè)務(wù)層和企業(yè)信息層的多層分布式應(yīng)用模型，解決傳統(tǒng)兩層模式的缺陷。J2EE 把業(yè)務(wù)邏輯按功能劃分為分布在不同層上的組件，以容器的方式提供各種服務(wù)給組件，將應(yīng)用開發(fā)變得更容易，加快開發(fā)效率。+由微軟公司推出，是一種面 象的組件規(guī)范。COM組件可以以動態(tài) 庫 DLL 或應(yīng)用程序 EXE 的形式存在，上層應(yīng)

60、用調(diào)用 DLL 或 EXE 以獲取服務(wù)。COM+是由 COM 組建發(fā)展而來，集合了 、（Distributed Component Object M ，分布式組件對象模型）和 MTS（ Tran ion Server，微軟提供對上層應(yīng)用制定的規(guī)則提供各項(xiàng)數(shù)據(jù)庫基本操作，包括增、刪、查、改等；提供對數(shù)據(jù)的緩存、查詢和調(diào)用。應(yīng)用程序接口服務(wù)避免現(xiàn)有企業(yè)的再開發(fā)，兼容現(xiàn)有服務(wù)接口；為上層應(yīng)用提供服務(wù)接口來完成信息交互。三種技術(shù)都是目前中間件開發(fā)中常用的技術(shù)大，發(fā)展并不成熟；J2EE 雖然具有較好的跨且由于出現(xiàn)得較晚，仍然處于發(fā)展階段；，其中 CORBA 開發(fā)難度較能力，但其跨語言能力較差，并+在不斷