RFID中間件技術(shù)探秘
無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)是一種快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息采集與處理技術(shù),通過射頻信號(hào)對(duì)實(shí)體對(duì)象進(jìn)行唯一有效的標(biāo)識(shí),可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、零售、物流、交通、醫(yī)療、國防、畜牧、采礦等各個(gè)行業(yè)。
基本的RFID系統(tǒng)一般由3部分組成:標(biāo)簽、閱讀器以及應(yīng)用支撐軟件。中間件是應(yīng)用支撐軟件的一個(gè)重要組成部分,是銜接硬件設(shè)備如標(biāo)簽、閱讀器 和企業(yè)應(yīng)用軟件如企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)、客戶關(guān)系管理(CRM)等的橋梁。中間件的主要任務(wù)是對(duì)閱讀器傳來的與標(biāo)簽相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、匯總、計(jì)算、分 組,減少從閱讀器傳往企業(yè)應(yīng)用的大量原始數(shù)據(jù)、生成加入了語意解釋的事件數(shù)據(jù)??梢哉f,中間件是RFID系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”。
對(duì)于RFID中間件的設(shè)計(jì),有諸多問題需要考慮,如:如何實(shí)現(xiàn)軟件的諸多質(zhì)量屬性、如何實(shí)現(xiàn)中間件與硬件設(shè)備的隔離、如何處理與設(shè)備管理功能的關(guān)系、如何實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)處理等等。
1、RFID網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu) 無線射頻識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1:RFID網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架圖
標(biāo)簽數(shù)據(jù)經(jīng)過中間件的分組、過濾等處理上報(bào)給應(yīng)用系統(tǒng);應(yīng)用系統(tǒng)負(fù)責(zé)事件數(shù)據(jù)的持久化存儲(chǔ),以及標(biāo)簽綁定的業(yè)務(wù)信息的管理。
RFID系統(tǒng)共享公共服務(wù)平臺(tái)提供根節(jié)點(diǎn)對(duì)象名稱服務(wù)(ONS)、企業(yè)應(yīng)用鑒權(quán)管理、標(biāo)簽信息發(fā)現(xiàn)和企業(yè)授權(quán)碼管理等公共服務(wù)。其中,根節(jié)點(diǎn) ONS連同所有企業(yè)級(jí)RFID系統(tǒng)的內(nèi)部ONS,組成一個(gè)ONS樹,任何一個(gè)標(biāo)簽都可以在ONS樹上找到標(biāo)簽所對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽信息庫的地址,即可以進(jìn)一步訪問 到標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的詳細(xì)信息。
2、中間件功能及實(shí)現(xiàn)原理
一言蔽之,中間件的功能就是接受應(yīng)用系統(tǒng)的請(qǐng)求,對(duì)指定的一個(gè)或者多個(gè)閱讀器發(fā)起操作命令如標(biāo)簽清點(diǎn)、標(biāo)簽標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)寫入、標(biāo)簽用戶數(shù)據(jù)區(qū)讀寫、標(biāo)簽數(shù)據(jù)加鎖、標(biāo)簽殺死等,并接收、處理、向后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)上報(bào)結(jié)果數(shù)據(jù)。
其中,標(biāo)簽清點(diǎn)是最為基本、也是應(yīng)用最為廣泛的功能。
2.1 標(biāo)簽清點(diǎn)功能概述
標(biāo)簽清點(diǎn)的工作流程可簡單描述為: 應(yīng)用系統(tǒng)以規(guī)則的形式定義對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)的需求,規(guī)則由應(yīng)用系統(tǒng)向中間件提出,由中間件維護(hù)。規(guī)則中定義了:需要哪些閱讀器的清點(diǎn)數(shù)據(jù),標(biāo)簽數(shù)據(jù)上報(bào)周期 (事件周期)的開始和結(jié)束條件,標(biāo)簽數(shù)據(jù)如何過濾,標(biāo)簽數(shù)據(jù)如何分組,上報(bào)數(shù)據(jù)為原始清點(diǎn)數(shù)據(jù)、新增標(biāo)簽數(shù)據(jù)還是新減標(biāo)簽數(shù)據(jù),標(biāo)簽數(shù)據(jù)包含哪些原始數(shù)據(jù)等。
應(yīng)用系統(tǒng)指定某項(xiàng)規(guī)則,向中間件提出對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)的預(yù)訂。
中間件根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)的預(yù)訂情況,適時(shí)啟動(dòng)事件周期,并向閱讀器下發(fā)標(biāo)簽清點(diǎn)命令。
閱讀器將一定時(shí)間周期(讀取周期)中清點(diǎn)到的數(shù)據(jù),發(fā)送給中間件。讀取周期可由中間件與閱讀器制定私下協(xié)商確定。
中間件接由收閱讀器上報(bào)的數(shù)據(jù)。
中間件根據(jù)規(guī)則的定義,對(duì)接收數(shù)據(jù)做過濾、分組、累加等操作,并在事件周期結(jié)束時(shí),按照規(guī)則的要求生成數(shù)據(jù)結(jié)果報(bào)告,發(fā)送給規(guī)則的預(yù)訂者。過濾過程可去除重復(fù)數(shù)據(jù)、應(yīng)用系統(tǒng)不感興趣的數(shù)據(jù),大大降低了組件間的傳輸數(shù)據(jù)量。
此流程可參見圖2
圖2:中間件標(biāo)簽清點(diǎn)概要流程圖
此處,需要說明一下邏輯閱讀器的概念。
中間件將事件源抽象為一個(gè)邏輯概念——邏輯閱讀器,一個(gè)邏輯閱讀器可以包含多個(gè)物理閱讀器,甚至可更細(xì)化為包含多個(gè)物理閱讀器的多個(gè)天線。
邏輯閱讀器的劃分可以根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)部署情況來確定,比如,某一個(gè)倉庫兩個(gè)出口部署了4個(gè)閱讀器,可根據(jù)需要將這4個(gè)閱讀器配置成為一個(gè)邏輯閱 讀器,不妨命名為“倉庫出口”。應(yīng)用系統(tǒng)在需要倉庫出口的標(biāo)簽數(shù)據(jù)時(shí),可基于這個(gè)邏輯閱讀器下發(fā)清點(diǎn)命令,而邏輯閱讀器名稱作為部分應(yīng)用程序接口 (API)調(diào)用的參數(shù)。
2.2 標(biāo)簽清點(diǎn)實(shí)現(xiàn)原理
如前所述,規(guī)則是整個(gè)中間件功能的關(guān)鍵元素。規(guī)則相當(dāng)于應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)給中間件的訂貨單,定義了對(duì)貨品(標(biāo)簽數(shù)據(jù))的時(shí)間(事件周期)和規(guī)格(如何過濾、如何分組、報(bào)告樣式等)的要求,原理描述部分參考EPCglobal相關(guān)內(nèi)容。
規(guī)則、報(bào)告有自身的信息模型,表征其承載的信息,同時(shí),規(guī)則擁有其自身的狀態(tài)機(jī)模型。在接受應(yīng)用系統(tǒng)的長期預(yù)訂、單次預(yù)訂時(shí),這些預(yù)訂操作會(huì)激發(fā)規(guī)則的狀態(tài)變遷,如從“未被請(qǐng)求”狀態(tài)躍遷到“已被請(qǐng)求”狀態(tài)。
規(guī)則由應(yīng)用系統(tǒng)通過API定義。
(1) 規(guī)則信息模型
規(guī)則信息模型的描述采用了統(tǒng)一建模語言(UML),如圖3所示。
圖3
在面向?qū)ο蟮恼Z境中,規(guī)則可表征為一個(gè)類(ECSpec)。從信息模型描述中可看出,一個(gè)規(guī)則類,與其他多個(gè)類具有關(guān)聯(lián)關(guān)系,或者說擁有如下屬性: 一個(gè)或者多個(gè)邏輯閱讀器的列表(readers)、事件周期邊界定義(boundaries)、一個(gè)或者多個(gè)報(bào)告的定義(reportSpecs)、是否 在報(bào)告中包含規(guī)則本身的標(biāo)記(includeSpecInReports)。
(2) 報(bào)告信息模型
與規(guī)則信息模型類似,報(bào)告信息模型如圖4所示。
圖4:報(bào)告信息模型圖
其中,事件報(bào)告組類(ECReports)擁有如下屬性:規(guī)則名稱(specName)、時(shí)間上報(bào)時(shí)間(date)、事件周期時(shí)長 (totalMilliseconds)、事件周期結(jié)束條件(terminationCondition)、規(guī)則定義類實(shí)例(spec)、一個(gè)或者多個(gè)報(bào) 告類的實(shí)例列表(reports)。
報(bào)告類(ECReport)中包含了具體的標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息。
(3) 標(biāo)簽清點(diǎn)API
應(yīng)用系統(tǒng)下發(fā)的定義規(guī)則、預(yù)訂數(shù)據(jù)等請(qǐng)求,以調(diào)用中間件提供的API的方式完成。API調(diào)用過程可采用Java RMI、SOAP等相關(guān)具體技術(shù)實(shí)現(xiàn),其中最重要的API參見表1。
表1:標(biāo)簽清點(diǎn)應(yīng)用程序接口
其中,poll操作相當(dāng)于subscribe操作收到一個(gè)事件周期的數(shù)據(jù)之后調(diào)用unsubscribe操作;immediate操作相當(dāng)于define操作定義規(guī)則之后,調(diào)用poll操作,然后調(diào)用undefine操作。
(4) 規(guī)則狀態(tài)機(jī)模型
規(guī)則從其定義開始,可能存在于3種狀態(tài):未被請(qǐng)求狀態(tài)(Unrequested)、已被請(qǐng)求狀態(tài)(Requested)、激活狀態(tài)(Active)。
當(dāng)規(guī)則創(chuàng)建之后,還沒有被任何客戶端(即應(yīng)用系統(tǒng))預(yù)訂,規(guī)則處于Unrequested狀態(tài);對(duì)規(guī)則的第一個(gè)預(yù)訂動(dòng)作將使規(guī)則躍遷到 Requested狀態(tài);當(dāng)事件周期開始條件滿足時(shí),規(guī)則進(jìn)入Active狀態(tài);當(dāng)事件周期結(jié)束條件滿足時(shí),如果規(guī)則存在預(yù)訂者,則躍遷到 Requested狀態(tài),否則躍遷到Unrequested狀態(tài)。
3、中間件系統(tǒng)架構(gòu)
中間件系統(tǒng)作為一個(gè)軟件系統(tǒng)(或稱組件),在實(shí)現(xiàn)一定功能、性能要求之外,可理解性、可擴(kuò)展性、可修改性(或稱可重構(gòu)性)、可插入性、可重用性等質(zhì)量屬性都將作為軟件設(shè)計(jì)的要求被提出來。
近十余年來,面向?qū)ο笏枷霂缀跞嬲碱I(lǐng)軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域,成為最主流的分析、設(shè)計(jì)方法。而近數(shù)年來,對(duì)設(shè)計(jì)模式的研究也已日臻完善,模式幾乎已成為一種“更高級(jí)編程語言”(相比于Java、C++等高級(jí)編程語言)被廣泛應(yīng)用。
面向?qū)ο笏枷?、設(shè)計(jì)模式都是以實(shí)現(xiàn)軟件的可理解、可擴(kuò)展、可修改、可插入、可重用等目標(biāo)為己任的,本文也將應(yīng)用面向?qū)ο笏枷搿⒖寄J秸Z言,對(duì)中間件的軟件架構(gòu)做一個(gè)初步的探討,下文的例子如涉及高級(jí)編程語言,均采用Java語言。
3.1 封裝、隔離處理流程中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)
將中間件的業(yè)務(wù)流程中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)分作不同模塊處理,可以獲得封裝、高內(nèi)聚、低耦合等優(yōu)勢(shì),參見圖5。
圖5:中間件系統(tǒng)模塊劃分圖
其中,報(bào)告上傳模塊,負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)不同類型的報(bào)告上傳方式,如HTTP、JMS等;API接口模塊,負(fù)責(zé)隔離應(yīng)用系統(tǒng)和中間件核心業(yè)務(wù)邏輯處理模塊,向 應(yīng)用系統(tǒng)提供中間件API接口;中間件核心業(yè)務(wù)邏輯處理模塊,負(fù)責(zé)中間件核心業(yè)務(wù),包括數(shù)據(jù)接收過濾、數(shù)據(jù)分組、報(bào)告生成、規(guī)則對(duì)象的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)等;閱讀器 通信模塊,負(fù)責(zé)中間件系統(tǒng)與閱讀器的通信。
3.2 門面模式、工廠模式對(duì)外部暴露API接口
為了避免后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng),即中間件的客戶端過分耦合,采用門面模式(Facade)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部、外部實(shí)現(xiàn)清晰的隔離。處理流程可參見圖6所示的序列圖。 客戶端僅僅與Facade類建立聯(lián)系,如果Facade接口定義得足夠清晰,客戶端可以對(duì)中間件的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)一無所知,這體現(xiàn)了面向?qū)ο笾械姆庋b性。
此類的設(shè)計(jì)參見源代碼示例,從中可以看出,采用簡單工廠模式(Simple Factory)能夠在客戶端不知情的情況下,靈活地替換API實(shí)現(xiàn)類的版本。中間件API接口清晰地定義了中間件提供的操作,客戶端只須知道工廠類 (APIFactory)能夠得到中間件API接口的實(shí)例即可。
中間件API接口MiddlewareAPI: publicinterfaceMiddlewareAPI{ void define(String specName, ECSpec spec); void undefine(String specName); void subscribe(String specName, String uri); void unsubscribe(String specName, String uri); EPCReports poll(String specName); EPCReports immediate(ECSpec spec); } 工廠類APIFactory: publicclassAPIFactory{ publicstaticMiddlewareAPIgetAPIInstance(){ } } API的實(shí)現(xiàn)類A: publicclassClient{ publicstaticvoidmain(String[] args) { MiddlewareAPI api = APIFactory.getAPIInstance(); api.define(a new spec, new EPCSpec()); } }
3.3 狀態(tài)模式模擬規(guī)則的狀態(tài)機(jī) 規(guī)則在其生命周期中擁有不同的狀態(tài),在每個(gè)狀態(tài)對(duì)一系列操作都有著不同的表現(xiàn),于是可以利用狀態(tài)模式(state)來模擬規(guī)則的狀態(tài)機(jī),將不同狀態(tài)的不同表現(xiàn)作為可變化因素封裝起來,參見代碼示例。
規(guī)則狀態(tài)接口ECState: publicinterfaceECState{ voidsubscribe(StringspecName,String uri); voidunsubscribe(StringspecName,String uri); EPCReportspoll(StringspecName); } 未被請(qǐng)求狀態(tài)類ECStateUnrequested: publicclassECStateUnrequestedimplements ECState { } 已被請(qǐng)求狀態(tài)類ECStateRequested: publicclassECStateRrequestedimplements ECState { } 激活狀態(tài)類ECStateActive: publicclassECStateActiveimplements ECState { } 規(guī)則類ECSpec: publicclassECSpec{ privateECStatestate; publicECStategetState(){ return state; } publicvoidsetState(ECStatestate) { this.state = state; } }
這樣,在針對(duì)規(guī)則實(shí)施相應(yīng)操作的時(shí)候,就可以直接把相應(yīng)操作委派給其狀態(tài)屬性(ECState)去做即可。比如,ECSpec的 subscribe操作,只需一行代碼“state.suscribe(specName, uri);”即可。其中,specName、uri為臨時(shí)變量,具體取值在方法調(diào)用之前確定。
由面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)性特征,根據(jù)state字段目前所指向的對(duì)象來動(dòng)態(tài)確定由ECState接口的哪一個(gè)具體的實(shí)現(xiàn)類的代碼來完成工作。 ECState接口的實(shí)現(xiàn)類根據(jù)實(shí)際情況確定是否需要在處理過程中修改ECSpec對(duì)象的狀態(tài)屬性(state),此處在應(yīng)用狀態(tài)模式時(shí),需要設(shè)計(jì)多個(gè)定時(shí)器類來輔助狀態(tài)機(jī)的跳轉(zhuǎn)。
3.4 策略模式切換多種報(bào)告上傳、命令下發(fā)方式
事件周期結(jié)束之后,中間件需要組裝報(bào)告上傳給規(guī)則的預(yù)訂者,即應(yīng)用系統(tǒng)。上傳的方式有多種,如HTTP、Socket、JMS等等。中間件的核心邏輯 處理模塊不應(yīng)該關(guān)心具體的上傳技術(shù),相應(yīng)工作應(yīng)交給報(bào)告上傳模塊來做,核心邏輯處理模塊只須完成自己的工作,然后把一定格式的數(shù)據(jù)通過報(bào)告上傳模塊發(fā)送, 參見代碼示例。
報(bào)告發(fā)送接口ReportSender: publicinterfaceReportSender{ voidsendReport(ECReportsreports); } 通過Http方式發(fā)送報(bào)告的ReportSender接口實(shí)現(xiàn)類ReportSenderByHttp: publicclassReportSenderByHttpimplements ReportSender { public void sendReport(ECReports reports) { } } 通過Socket方式發(fā)送報(bào)告的ReportSender接口實(shí)現(xiàn)類ReportSenderBySocket: publicclassReportSenderBySocketimplements ReportSender { publicvoidsendReport(ECReportsreports) { } } 通過JMS方式發(fā)送報(bào)告的ReportSender接口實(shí)現(xiàn)類ReportSenderByJms: publicclassReportSenderByJmsimplements ReportSender { publicvoidsendReport(ECReportsreports) { } } 報(bào)告發(fā)送示例客戶端類 SendReportWorker: publicclassSendReportWorker{ privateReportSendersender; privateECReportsreports; publicvoidsetReports(ECReportsreports) { this.reports = reports; } publicstaticvoidmain(String[] args) { SendReportWorker worker = new SendReportWorker(); worker.sender.sendReport(reports); } publicvoidsetSender(ReportSendersender) { this.sender = sender; } }
這樣,發(fā)送消息的工人類可通過設(shè)置ReportSender的實(shí)例來靈活設(shè)置其發(fā)送方式。
同樣,中間件的清點(diǎn)命令下發(fā),即中間件與閱讀器之間的接口,也存在多種方式,如Socket、SOAP等,也可采用類似的設(shè)計(jì)。
3.5 觀察者模式處理上報(bào)消息 閱讀器的消息上報(bào)轉(zhuǎn)換為消息對(duì)象,對(duì)消息對(duì)象的接收、分發(fā)可采用經(jīng)典的觀察者模式實(shí)現(xiàn)。
4、中間件發(fā)展方向
4.1 與閱讀器管理系統(tǒng)的融合 中間件是閱讀器與后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)之間的橋梁,而閱讀器通常有設(shè)備管理需求,比如軟件版本下載、設(shè)備告警管理、參數(shù)配置等等,閱讀器管理系統(tǒng)也是直接與閱讀器交互的軟件模塊。于是,如何處理好中間件與閱讀器管理系統(tǒng)之間的關(guān)系成為一個(gè)亟待解決的問題。
從軟件部署(部署在同一臺(tái)主機(jī)上)、軟件模塊重用(重用閱讀器通信模塊)等角度考慮,中間件與閱讀器管理系統(tǒng)的融合勢(shì)必成為中間件本身的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
4.2 對(duì)多標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽的支持 RFID技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展和應(yīng)用方興未艾,國際上多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織都試圖統(tǒng)一RFID標(biāo)準(zhǔn),但在一定的時(shí)期內(nèi),勢(shì)必出現(xiàn)多標(biāo)簽并存的情況。于是,對(duì)多標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽的支持也是中間件系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。
4.3 對(duì)多廠商閱讀器的支持 中間件與閱讀器之間的接口、通信方式以及信息格式,也無法做到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)多廠商閱讀器的支持、至少對(duì)少數(shù)幾家主流廠商的閱讀器的支持,已經(jīng)是對(duì)中間件所提出的基本要求。
來源:中國百科網(wǎng)
提交
新大陸自動(dòng)識(shí)別精彩亮相2024華南國際工業(yè)博覽會(huì)
派拓網(wǎng)絡(luò)被Forrester評(píng)為XDR領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)者
智能工控,存儲(chǔ)強(qiáng)基 | 海康威視帶來精彩主題演講
展會(huì)|Lubeworks路博流體供料系統(tǒng)精彩亮相AMTS展會(huì)
中國聯(lián)通首個(gè)量子通信產(chǎn)品“量子密信”亮相!