RFID中间件关键技术研究
2008-07-15
作者：甘 勇1, 郑富娥2, 吉 星1
摘 要： 在介绍射频识别技术的基础上，研究了RFID中间件关键技术，并提出了各自的解决办法。
关键词： 无线射频识别 中间件 物联网" title="物联网">物联网 消息服务
无线射频识别(RFID)是一种识别、跟踪和定位物品的技术。推出这项技术的Auto-ID Center的想法是建立一个对单品的通用的惟一标识符。这个惟一的号码称为产品电子码EPC(Electrotic Product Code)，它被封装在RFID标签内。
在计算机互联网和射频技术RFID的基础上，利用全球统一标识系统编码技术，给每一个实体对象一个唯一的代码，构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网，简称物联网(Internet of Things)，即EPC系统。
EPC系统的产生将为供应链" title="供应链">供应链管理提供前所未有的、近乎完美的解决方案，以EPC软硬件技术构建的物联网,可实现全球的万事万物于任何时间、任何地点彼此相联，互相“交流”，将使产品的生产、仓储、采购、运输、销售及消费的全过程发生根本性的变化，包括：更高效的原材料处理过程，消除人工库存清点以及零售商店的自动货架监测和缺货监测。除商业团体可以从RFID技术获益外，消费者同样也可以从中获益。
1 EPC物联网简介
EPC系统是一个非常先进、综合和复杂的系统，其最终目标是为每一个单品建立全球的、开放的标识标准。它主要由EPC标签、读写器" title="读写器">读写器、Savant(RFID中间件)、对象名解析服务ONS(Object Naming Service)、信息服务(EPC IS)五部分组成。物联网网络架构如图1所示。
在EPC系统中，当某个读写器在其读取范围内监测到标签的存在时，就会将标签所含EPC数据传往与其相连的Savant中间件，而Savant首先以该EPC数据为键值，在本地的ONS服务器(或者Internet上的ONS服务器)获取包含该产品信息的EPC信息服务器的网络地址（即IP地址），然后Savant根据该地址查询EPC信息服务器，获得产品的特定信息，进行必要的处理后，把信息传送到后端企业应用程序" title="应用程序">应用程序做更深层次的计算处理，同时，本地EPC信息服务器和源EPC信息服务器对本次读写器读取进行记录和修改相应数据[1]。
如果每件产品都被加上RFID标签，则在产品的生产、运输和销售过程中，读写器将不断收到一连串的产品电子编码。整个过程中最为重要、同时也是最困难的环节就是如何传送和管理这些数据。为此，可用RFID中间件管理这些巨大的EPC数据流。
2 RFID中间件关键技术
RFID中间件在物联网中处于读写器和企业应用程序之间，相当于该网络的神经系统。Savant系统采用分布式的结构，以层次化进行组织、管理数据流，具有数据的搜集、过滤、整合与传递等功能，因此能将有用的信息传送到企业后端的应用系统" title="应用系统">应用系统或者其他Savant系统中[2]。
各个Savant系统分布在供应链的各个层次节点上，如生产车间、仓库、配送中心以及零售店，甚至在运输工具上。每一个层次上的Savant系统都将收集、存储和处理信息，并与其他的Savant系统进行交流。例如：一个运行在商店的Savant系统可能要通知分销中心还需要其他的产品，在分销中心的Savant系统则通知一批货物已经于一个具体的时间出货了。
由于读写器异常或者标签之间的相互干扰，有时采集到的EPC数据可能是不完整的或是错误的，甚至出现漏读的情况。因此，Savant要对Reader读取到的EPC数据流进行平滑处理，平滑处理可以清除其不完整和错误的数据，将漏读的可能性降至最低。
读写器可以标识读范围内的所有标签，但是不对数据进行处理。RFID设备读取的数据并不一定只由某一个应用程序来使用，它可能被多个应用程序使用(包括企业内部各个应用系统甚至是企业商业伙伴的应用系统)，每个应用系统还可能需要许多数据的不同集合。因此，Savant需要对数据进行相应的处理(比如冗余数据过滤、数据聚合)。
在研究RFID中间件中需要解决的问题很多，在这里主要讨论三个关键问题：数据过滤、数据聚合和信息传递。
2.1 数据过滤[3]
Savant接收来自读写器的海量EPC数据，这些数据存在大量的冗余信息，并且也存在一些错读的信息。所以要对数据进行过滤，消除冗余数据，并且过滤掉“无用”信息以便传送给应用程序或上级Savant以“有用”信息。
冗余数据包括:(1)在短期内同一台读写器对同一个数据进行重复上报。如在仓储管理中，对固定不动的货物重复上报，在进货出货的过程中，重复检测到相同物品。(2)多台临近的读写器对相同数据都进行上报。读写器存在一定的漏检率，这和阅读器天线的摆放位置、物品离阅读器远近、物品的质地都有关系。通常为了保证读取率，可能会在同一个地方相邻摆放多台阅读器。这样多台读写器将监测到的物品上报时，可能会出现重复。
除了上面的问题外，很多情况下用户可能还希望得到某些特定货物的信息、新出现的货物信息、消失的货物信息或者只是某些地方的读写器读到的货物信息。用户在使用数据时，希望最小化冗余，尽量得到靠近需求的准确数据，这就要靠Savant来解决。
对于冗余信息的解决办法是设置各种过滤器处理。可用的过滤器有很多种，典型的过滤器有四种：产品过滤器、时间过滤器、EPC码过滤器和平滑过滤器。产品过滤器只发送与某一产品或制造商相关的产品信息，也就是说，过滤器只发送某一范围或方式的EPC数据。时间过滤器可以根据时间记录来过滤事件，例如，一个时间过滤器可能只发送最近10分钟内的事件。EPC码过滤器可以只发送符合某个规则的EPC码。平滑过滤器负责处理那些出错的情况，包括漏读和读错。
根据实际需要过滤器可以像拼装玩具一样被一个接一个地拼接起来，以获得期望的事件。例如，一个平滑过滤器可以和一个产品过滤器结合，将反盗窃应用程序感兴趣的事件分离出来。
2.2 数据聚合
从读写器接收的原始RFID数据流都是些简单零散的单一信息，为了给应用程序或者其他的RFID中间件提供有意义的信息，需要对RFID数据进行聚合处理[4]。可以采用复杂事件处理CEP(Complex Event Processing)技术来对RFID数据进行处理以得到有意义的事件信息。复杂事件处理是一个新兴的技术领域，用于处理大量的简单事件，并从其中整理出有价值的事件，可帮助人们通过分析诸如此类的简单事件，并通过推断得出复杂事件，把简单事件转化为有价值的事件，从中获取可操作的信息[5]。
在这里，利用数据聚合将原始的RFID数据流简化成更有意义的复杂事件，如一个标签在读写器识读范围内的首次出现及它随后的消失，如图2所示。通过分析一定数量的简单数据就可以判断标签进入事件和离开事件。聚合可以用来解决临时错误读取所带来的问题从而实现数据平滑。聚合类型如表1所示。
2.3 信息传递
经过过滤和聚合处理后的RFID数据需要传递给那些对它感兴趣的实体，如企业应用程序、EPC信息服务系统或者其他RFID中间件，这里采用消息服务机制来传递RFID信息。
RFID中间件是一种面向消息的中间件(MOM)，信息以消息的形式从一个程序传送到另一个或多个程序。信息可以以异步的方式传送，所以传送者不必等待回应。面向消息的中间件包含的功能不仅是传递信息，还必须包括解释数据、安全性、数据广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的除错工具等服务。
通过J2EE平台中的Java消息服务(JMS)实现RFID中间件与企业应用程序或者其他Savant的消息传递结构如图3所示。这里采用JMS的发布/订阅模式，RFID中间件发布给一个主题发布消息，企业应用程序和其他的一个或者多个Savant都可以订购该主题消息。其中的消息是物联网的专用语言——物理标示语言PML(Physical Markup Language)格式。这样一来，即使存储RFID标签信息的数据库软件或增加后端应用程序或改由其他软件取代，或者增加RFID读写器种类等情况发生，应用端都不需要修改也能进行数据的处理，省去了多对多连接的维护复杂性问题。
本文简单介绍了物联网，阐述了RFID三个关键技术及其解决办法。作为物联网神经系统的RFID中间件实现了读写器与企业应用程序端的连接，省去了多对多连接的维护复杂性问题，降低了企业整合费用。但是，RFID中间件是一个复杂而又重要的系统，它的进一步推广应用还需要逐步地改进和完善。
参考文献
[1] 王忠敏.EPC技术基础教程［M］.北京:中国标准出版社,2004:15-40.
[2] 陈冀康. RFID技术的神经中枢——中间件［N］.计算机世界报,2006,(2):1-4.
[3] 中国物品编码中心.SAVANT技术说明书[Z]. 2003:6-10.
[4] GOYAL A. Technical report savantTM guide. AUTO-ID CENTER, 2003:3-7.
[5] 杨清,徐建良.基于复杂事件处理技术的RFID系统数据分析[J].微计算机信息.2006,(9):2-4.