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RFID中间件技术在物联网中的应用及研究

来源:一卡通世界      作者:董丽峰      2010/7/8 21:08:10

  1 概述

  物联网(The Intemet of things)是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯。以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通讯。

  EPC(Electronic Product Code)系统是在计算机互联网和射频技术RFID(Radio frequencyIdentification)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,构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。

  EPC系统的产生将为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变化。它是条码技术应用的延伸和扩展。

  如果在每件产品都加上RFID标签之后,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如何传送和管理这些数据。为了管理这些巨大的数据流,自动识别产品技术中推出了一种分层、模块化的savant(即RFID中间件)。

  1.1 RFID中间件的相关概念

  RFID中间件是实现RFID硬件设备与应用系统之间数据传输、过滤、数据格式转换的一种中间程序,将RFID读写器读取的各种数据信息,经过中间件提取、解密、过滤、格式转换、导人企业的管理信息系统,并通过应用系统反应在程序界面上,供操作者浏览、选择、修改、查询。中间件技术也降低了应用开发的难度,使开发者不需要直接面对底层架构,而通过中间件进行调用。

  1.2 RFID中间件的特点

  RFID中间件是一种消息导向的软件中间件。信息是以消息的形式从一个程序模块传递到另一个或多个程序模块。消息可以非同步的方式传送,所以传送者不必等待回应。RFID中间件在原有的企业应用中间件发展的基础之上,结合自身应用特性进一步扩展并深化了企业应用中间件在企业中的应用。其主要特点是:

  1.2.1 独立性,RFID中间件独立并介于RFID读写器与后端应用程序之间,不依赖于某个RFID系统和应用系统,并且能够与多个RFID读写器以及多个后端应用程序连接,以减轻架构及其维护的复杂性。

  1.2.2 数据流,它是RFID中间件最重要的组成部分,它的主要任务在于将实体对象格式转换为信息环境下的虚拟对象,因此数据处理是RFID最重要的功能。 RFID中间件具有数据的采集、过滤、整合与传递等特性,以便将正确的对象信息传到企业后端的应用系统。

  1.2.3 处理流,RFID中间件是一个消息中问件,功能是提供顺序的消息流,具有数据流设计与管理的能力。在系统中需要维护数据的传输路径,数据路由和数据分发规则。同时在数据传输中对数据的安全性进行管理,包括数据的一致性,保证接收方收到的数据和发送方一致。同时还要保证数据传输中的安全性。

  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或者其他Savant系统中。

  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

  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:

  2.1.1 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。

  2.1.2 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lO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,可以采用复杂事件处理CEP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。

  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。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一个或者多个Savant都可以订购该主题信息,其中消息是物联网的专用语言 ————物理标示语言PML格式。这样一来,即时存储RFID标签信息的数据库软件或增加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的问题。

  结束语

  本文简单介绍了物联网及RFID在物联网中的应用,阐述了RFID三个特点及三个关键技术关键技术的解决办法,作为物联网的神经系统的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的问题。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。

分享到新浪微博         责任编辑:苏洁   投稿邮箱:editor@yktworld.com
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