基于應用技術實現RFID中間件的設計解決方案

無線射頻識別RFID（Radio Frequency Identification）技術近年來得到了快速的發展，目前已進入商業化應用階段。

企業實施RFID方案的最終目的是將RFID產生的海量信息為業務所用。這就需要解決企業現有的業務系統如何與RFID系統接口的問題，包括連接RFID設備、處理RFID數據、將其轉換成業務信息等。為了避免因標簽種類變化、系統業務邏輯改變而需要重新編寫業務信息的情況，需要將RFID硬件模塊的連接控制、中間數據處理與上層應用軟件分開，因此引入了RFID中間件的概念。

此外，利用SOA系統具有可擴展性高、可維護性好的特點，以便為用戶提供靈活的維護服務，還引入了面向服務體系架構SOA（Service Oriented Architecutures）。

基于上述分析，本文提出了一種基于SOA的RFID中間件方案。該方案可把各個應用RFID技術的功能抽象成服務，應用基于J2EE構建方法，綜合應用JMX、JMS、Struts等技術。企業應用系統通過請求服務的方式來獲取RFID中間件提供的服務。用XML進行數據傳輸，并提供Web Service接口。

1 技術基礎

1.1 RFID中間件

RFID中間件是實現RFID硬件設備與應用系統之間數據傳輸、過濾、數據格式轉換的一種中間程序，將RFID閱讀器讀取的各種數據信息，經過中間件提取、解密、過濾、格式轉換、導入企業的管理信息系統，并通過應用系統反映在程序界面上，供操作者瀏覽、選擇、修改、查詢。中間件技術也降低了應用開發的難度，使開發者不需要直接面對底層架構，而是通過中間件進行調用。

RFID中間件是一種消息導向的軟件中間件，信息是以消息的形式從一個程序模塊傳遞到另一個或多個程序模塊。消息可以非同步的方式傳送，所以傳送者不必等待回應。RFID中間件是在企業應用原有的中間件發展的基礎上，結合自身應用特性進一步擴展并深化了中間件的應用，使得RFID應用系統的開發變得更容易，提高了軟件的可移植性，增強了系統的可維護性和可靠性，所以它的架構設計解決方案是RFID應用的一項極為重要的核心技術。

目前提供RFID中間件平臺的廠商主要有IBM、Oracle、Microsoft、SAP、Sun公司。對于這些廠商，RFID中間件只是其現有軟件的擴展，其RFID產品可以迅速方便地與各自現有的軟件產品線集成在一起。但缺點是其產品對該廠商其他軟件產品的依賴性比較大。

1.2 面向服務的體系結構SOA

面向服務的體系結構是一種技術架構風格，它代表了一種開放的、敏捷的、可擴展的、可組合的架構，定義了服務提供者和消費者之間的松散耦合關系。其業務敏捷的特點，幫助企業把業務變得更加靈活，能夠適時、快速地響應變化。SOA的核心概念就是服務，其基本結構如圖1所示。其中包含服務的3個基本角色：服務提供者、服務請求者和服務注冊。在這些角色之間使用了3種操作：服務發布、服務發現和服務綁定。作為SOA的一種實現技術，Web Services提供了基于XML的標準接口，具有完好的封裝性、松散的耦合性、協議規范的標準性以及高度的可集成性等特點，能夠良好地滿足SOA應用模式的需求。

1.3 JMX和JMS

Java管理擴展JMX（Java Management Extensions）是一個為應用程序、設備、系統等植入管理功能的框架。在JMX規范中，管理組件是一個能代表管理資源的Java對象，遵從一定的設計模式，實現該規范定義的特定的接口。該定義保證了所有的管理組件以一種標準的方式來表示被管理資源。管理接口就是被管理資源暴露出的一些信息，通過對這些信息的修改能夠控制被管理資源。管理接口包括：能被接觸的屬性值、能夠執行的操作、能發出的通知事件等。

JMS（Java Message Service）是訪問企業消息系統的標準API，定義了Java中訪問消息中間件的接口，但JMS只是接口，并沒有給予實現，實現JMS接口的消息中間件稱為JMS提供者（JMS Provider）。在JMS框架中運轉的方法如下：

（1）得到1個JNDI初始化上下文（Context）。

（2）根據上下文以查找1個連接工廠。

（3）從連接工廠得到1個連接（Connect）。

（4）通過連接以建立1個會話（Session）。

（5）查找目的地（Topic/Queue）。

（6）根據會話以及目的地以建立消息制造者（TopicPub

lisher/QueueSender）和消費者（TopicSubscrib-er/QueueReceiver）。

2 基于SOA的RFID中間件架構

利用SOA松耦合、面向業務的特點，結合RFID中間件實現的應用系統集成的方案可提供豐富的接口，能夠幫助實現對RFID設備的管理以及對數據的處理，簡化了對底層設備應用的支持，避免了對底層設備的低級別接口的處理。利用Web Service技術實現RFID中間件與企業系統的集成，完成兩者的松耦合集成。

基于SOA的RFID中間件架構，其基礎架構層分為設備管理層、事件處理層和服務接口層，并通過Web Service技術包裝了每1層相應的功能，且進行了具體實現。本文重點介紹該RFID中間件架構中的基礎架構的3個功能層。這3個層次有著明確的功能劃分和層間的交互接口。RFID中間件架構如圖2所示。

中間件設計包括RFID設備管理組件和事件過程管理組件。RFID設備管理組件是分布式的代理，負責第1級的事件過濾;設備管理包括設備詢問器，對每1個閱讀器和傳感器設備，代理必須互相作用。過程管理組件是通過RFID事件下一級的過濾，把事件放置到交易環境中，然后發布應用層事件ALE（Application Layer Event）。

2.1設備管理層

設備管理層位于架構的最底層，直接與閱讀器交互，實現的主要功能包括：

（1）采集射頻卡上的數據。

（2）對于來自不同類型的閱讀器的數據進行適配處理，得到統一的、格式化的數據，并進行數據校驗。

（3）將校驗無誤的數據按照用戶定義的協議進行封包，并將消息包發送到事件處理層的消息系統。

依據其實現的功能，分別針對射頻卡閱讀器模塊、閱讀器接口、數據校驗和數據打包4個方面進行研究和開發。閱讀器模塊是根據硬件供應商提供的規范進行編碼實現的；閱讀器接口主要解決將來自協議格式的數據轉化為系統所需要的EPC碼；數據校驗采用CRC校驗；數據打包先依據獲取的卡片編碼中“數據分類”內容，判斷出該標簽數據屬于哪種類型，然后按照這種數據類型將標簽數據封裝成相應的消息包。

由于每個ALE閱讀器事件流可能來自多個物理設備配置表，因此設備管理器為每個設備表創建1個詢問器，并通知詢問器哪種傳感器被綁定到指定的閱讀器上。詢問器發送傳感器事件流到設備管理器，設備管理器將1個或多個傳感器事件流構造成閱讀器事件。設備管理器把初步處理的閱讀器事件發送到ALE服務器。

詢問器代理：1個設備管理器的配置由它管理的設備和它要咨詢的詢問器組成，然后與它所對應的設備管理器交互。每個設備概要表由物理設備屬性和詢問器配置組成。物理設備屬性是被命名過的傳感器（例如天線和1個金屬傳感器）。

事件信息空間：事件信息空間類似于公共的容錯事件信息經紀人。它支持異步接收來自設備管理器的事件、ALE事件以及其他來自事件過程管理的配置需求。事件信息空間同時提供一個存儲轉發機制，確保重要的事件在中斷的網絡或其他組件失效的情況下不丟失。

在系統中，將每個閱讀器模塊的遠程方法調用封裝為1個管理組件（MBean）作為JMX服務器的實例注冊到JMX服務器中。通過JMX框架對閱讀器進行監控和管理，使RFID中間件系統能提供管理、監控閱讀器的功能。本部分描述為閱讀器管理組件添加時間服務，以達到定時控制閱讀器的目的。

2.2 事件處理層

在RFID系統中，一方面是各種應用程序以不同的方式頻繁地從RFID系統中取得數據；另一方面卻是有限的網絡帶寬，其存在的矛盾，使其有必要設計1套消息傳遞系統，使設備管理層產生的事件能夠傳遞到消息系統中，由事件管理過程進行處理，然后把數據傳遞到相關的應用系統。在這種模式下，閱讀器不必關心哪個應用系統需要什么數據。同時，應用程序也不需要維護與各個閱讀器之間的網絡通道，僅需要將需求發送到消息系統中即可。由此，設計出的消息系統應具有如下功能：（1）數據緩存功能；（2）基于內容的路由功能；（3）數據分類存儲功能。

下面將描述創建一個MBean來實現一個數據處理節點。消息組件可以按照MBean來部署。消息處理組件執行功能：從源隊列中獲取消息，對消息執行處理，然后將結果消息放置到目標隊列。消息處理UML圖如圖3所示。

JBossMQ是通過xml文件jbossmq-destinations-service.xml進行配置的。以下是獲得JBOSS JNDI初始化上下文（Context）的代碼：

Hashtable props=newHashtable（）;

props.put（Context.INITIAL CONTEXT FACTORY，“org.jnp.interfaces.NamingContextFactory”）;

props.put （Context. PROVIDER URL， ip +“：1099”）;

props.put（“java.naming.rmi.security.manager”，“yes”）;

props.put（Context.URL PKG PREFIXES，“org. jboss.naming”）;

Context context=new InitialContext（props）;

來自消息系統的消息以臨時XML文件的形式和磁盤文件方式保存，供數據接口使用。消息系統完成消息緩存、分類整合、路由轉發、臨時存放等操作。

事件過程管理EPM（Event Process Managment）由ALE服務、配置管理、復雜事件過程以及交易規則執行組成，對EVP的訪問能通過HTTP、JMS以及網絡服務接口實現。

EPM登記/訂閱其感興趣的事件，當在信息空間中有事件發生時，即會通知EPM，一旦接收到這些事件，隨后會應用復雜事件處理（過濾器），結合交易規則對這些事件進行處理。另一種情況下是：外部的客戶端（如EPC-IS）已經注冊接收ALE，這些過濾后的事件會被發送到ALE客戶端指定的位置。

2.3 服務接口層

來自事件處理層的數據最終是分類的XML文件。同一類型的數據以XML文件的形式保存，并提供給相應的1個或多個應用程序使用。而服務接口層主要是對這些數據進行過濾、入庫操作，并提供訪問相應數據庫的服務接口。具體操作如下：

（1）將存放在磁盤上的XML文件進行批量入庫操作，當XML數據量達到一定數量時，啟動數據入庫功能模塊，將XML數據移植到各種數據庫中。

（2）在數據移植前將重復的數據過濾掉。

（3）為企業內部和企業外部訪問數據庫提供Web Services接口。

其中，數據過濾過程是在處理臨時存放的XML文件的過程中完成的。方法是：將同一個卡號的多條記錄按照讀入的時間戳進行比較，若相鄰記錄的時間戳差值小于用戶定義的閾值，則認為重復讀取發生，剔出后1條記錄。依次類推，剔出掉所有冗余數據。利用Web Services技術將對數據庫的訪問以服務的形式發布，供企業內部應用程序和企業合作伙伴調用。以數據過濾為例，其核心代碼如下：

for（int i=1;i＜rowcount;i++）

{span=EndTime.Subtract（StartTime）;

spantiIDe=sPan.Seconds; //相鄰記錄的時間戳之差

if（spantime＜=0.002）

{subtime［ i］=i;}

//若相鄰時間戳差值小于2 ms，

//標記第2條記錄為冗余數據

else subtime［ i］=0;}

for（int j=1;j＜rowcount;j++） //刪除冗余記錄

{if（subtime［j］.ToString（）！=“0”）

{ds.Tables［0］.Rows［j］.Delete（）;j=j-1;

rowcount=rowcount11;}

}

以下是服務接口層向應用系統發送SOAP響應，返回處理結果的部分代碼。

＜report xmlns=“”＞

＜process procInsID=“503” givenID=“231” givenName=“

ShipOut”＞

＜event eventType=“report_tag_event”＞

＜header＞Product Quantity Match Success

＜/header＞

＜status＞success＜/status＞

＜tagList＞

＜tag ID=“00110011”detectTime=“2008-11-01 T13:13：

00.110+08:00”/＞

＜/tagList＞

3 RFID中間件的實現及測試

RIFD中間件系統開發工具采用Eclipse3.2，應用服務器軟件采用JBOSS4.0， Web容器為Tomcat5.5。此外，服務器端采用了基于Struts的MVC多層次結構框架，數據服務層則采用MySQL5.0數據庫。

實驗中，終端通過485網絡組網，應用系統使用的是倉庫管理系統。倉庫管理系統作為服務請求者，根據服務接口層公布的入庫信息核對服務WSDL，得到該服務的接口定義和服務端偵聽地址，由入庫管理模塊通過服務代理接口向Web服務發送SOAP請求消息，請求入庫信息核對服務，Web服務平臺收到該服務請求后，向RFID中間件發送消息，創建一個出庫信息核對服務的實例，設備管理層根據服務請求參數，啟動相應的RFID閱讀器讀取標簽信息。然后將讀取的標簽信息經處理后打包傳給事件處理層，根據服務請求的參數與捕獲的標簽信息進行核對處理，處理后向服務接口層返回核對數據正確或者錯誤的信息，如圖4所示。最后，服務接口層向倉庫管理系統發送SOAP響應，返回處理結果。

實驗表明，原來的應用系統僅僅支持1種固定卡型的閱讀器，采用RFID中間件以后，可以在1個系統中采用各種卡型的閱讀器，而上層程序不需要再進行修改，增加了系統的可擴展性和易維護性，節約了時間和成本。系統穩定性也有大的提高，有效解決了企業應用中所關心的問題。

本文提出了一個基于SOA，綜合應用JMX、JMS等技術的RFID中間件架構，并說明了RFID中間件各部分的含義和作用及基礎架構的實現。這種中間件結構能很好地屏蔽低端各種物理設備的信息。由于采取了模塊化的結構，可以根據需要進行裁減，在需要的時候再加入相應的模塊，例如，可根據需要是否添加認證和安全模塊。通過Web Service，可實現對RFID中間件更高層次包裝，保證了RFID基礎架構中3個功能層之間的相互獨立和協同工作。

責任編輯：gt