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基于企业一卡通系统的RFID中间件的试验研究

来源:一卡通世界      作者:吴胜祥 周韶华      2012/7/27 15:22:48

    摘要:基于企业一卡通的应用中,由于各个企业的不同的要求,往往采用定制软件的开发方式。目前在数据采集方面,各厂家的产品提供的接口不尽相同,差别很大,从而为软件开发带来了较大的难度,为以后的升级和维护也带来了诸多不便。RFID中间件在应用软件下一层对不同产品的通讯和数据采集重新封装,对上提供同一的接口、方法。结果表明,RFID中间件很好的解决了企业一卡通系统在底层硬件通讯交流中统一性、易维护性等问题。

    0 前言

    在企业一卡通不同的应用中,如考勤、消费和物流等,各应用使用不同厂家的硬件,则需要根据厂家提供的不同通讯方式,在应用系统的相应模块中进行单独编程,既增加了应用软件的复杂度,又平添了调试的难度,一个地方的改动牵连多个模块,耗时耗力,效率低下。

    近年来,随着中间件技术的快速发展,在射频标识RFID领域,许多著名的跨国公司相继推出了自己的RFID中间件技术和架构,并在有关行业取得了成功的应用。如Sun RFID software和SybaseRFID Edgeware等。但是他们的一整套解决方案往往规模庞大,通用性强,针对具体公司业务灵活性不够,价格不菲,非一般大企业大应用所能承受。

    针对中小规模的RFID应用,各家产品不同的接口,实行同一封装,分层处理。RFID中间件采集来自不同终端的数据,经过分析、格式化处理,提供给上层应用系统并作进一步操作,如信息反馈、数据存储和事件分析等。

    1 概述

    在马钢目前的RFID门禁系统中,只需要读出RFID卡的UID码,对其合法性进行判断,并作出适当动作。其中,标签读写器没有单独的机号,通过串口识别,每个读写器连接一个串口,与计算机通讯。在RFID消费系统中,标签中存储数据,每个刷卡机可以单独编号,并通过RS485总线与计算机进行通讯。

    以上两种应用使用不同厂家的产品,接口方式各异,互不通用。如果独立开发,在数据采集和设备管理部分,两个系统有重复的部分,这无疑增加了开发的复杂度和以后的维护、修改工作。

    在RFID中间件思想指引下,通过分析、整理和归并,从应用软件中抽离出公共、通用的功能,使之成为一个独立层次,以连接底层硬件和上层应用两端,具体分析如下:

    1)独立于架构(Independent of Architecture)。RFID中间件独立地介于RFID读写器与后端应用程序之间,并且能够与多个RFID读写器以及多个后端应用程序连接,以减轻架构与维护的复杂性。
    2)数据流(Data Flow)。主要目的在于对电子标签数据进行采集与处理,因此数据处理是RFID最重要的功能。RFID 中间件具有数据的搜集、过滤、整合与传递等特性,以便将正确的RFID信息传到后端的应用系统。
    3)处理流(Process Flow)。RFID中间件采用程序逻辑及存储再转送(Store-and-Forward)的功能来提供顺序的消息流,具有数据流设计与管理的能力。

    2 RFID中间件的设计与实现

    2.1 基于RFID中间件的应用系统架构

    基本的RFID应用系统一般由3部分组成(见图1):标签、阅读器以及应用支撑软件。中间件是应用支撑软件的一个重要组成部分,是衔接硬件设备如标签、阅读器和企业应用软件如企业物流系统、一卡通系统等的桥梁。RFID中间件的主要任务是对阅读器传来的与标签相关的数据进行处理,为上位软件提供标准的数据结构。可以说,中间件是RFID系统的“神经中枢”。

RFID应用软件的层次

图1 RFID应用软件的层次

    2.2 RFID中间件体系架构设计及功能说明

    RFID中间件体系架构如图2所示。采用分层处理的模式,即硬件接口层、事务处理层和应用程序接口层。按数据流的方向,各层处理特定的事务,协同完成整个流程的工作。

RFID体系架构

图2 RFID体系架构

    其中标签数据经过中间件的分组、过滤等处理上报给应用系统;应用系统负责事件数据的后续处理,如持久化存储、反馈操作等,以及标签绑定的业务信息的管理。RFID中间件是具有一系列特定功能的“程序模块”或“服务”,并被用户集成以满足他们的特定需求。它是加工和处理来自RFID硬件及周边设备的所有信息和事件流的软件,是连接读写器和企业应用程序的纽带。

    2.3 RFID中间件各功能说明及实现方法

    下面对图2中RFID中间件各部分的功能进行详细说明。

    2.3.1 硬件接口部分

    1)功能说明。硬件接口部分位于RFID中间件的最底层,直接和读写器和相关设备交互,主要功能有:
    a.采用统一的标准封装不同硬件厂家提供的接口。
    b.实现与不同厂商的读写器及其周边硬件通讯与管理。
    c.对标签数据进行采集。
    d.与事务处理交互通讯,上传数据、接受指令。’
    2)实现方法。
    a.为每个串口生成一个线程,实时通讯中包含串口信息、设备号(地址)、收发指令信息和数据内容等。
    b.使用统一的方式封装各厂家不同的通讯接口,根据一般RFID应用的情况,分为Initalize(初始化设备)、GetParam(获取设备状态信息)、ReadCardUID(读RFID卡内码)、ReadCardBlock(读RFID卡内数据块)、WriteCardBlock(写RFID 卡数据块)、SetDevice(设置设备参数)和SendOtherOrder(发出其他相应命令动作)等。

    2.3.2 事务处理部分

    1)功能说明。
    a.RFID中间件主要事务处理,包括读卡UID、读卡内数据、写卡数据和处理读写器等硬件设备操作等。
    b.各事务主要功能是:处理数据、转发指令,使RFID内部通讯畅通、有序。
    2)实现方法。
    a.使用独立线程,专门处理各事务,但不参与硬件接口和应用程序接口的通讯工作。
    b.使用独立线程,专做底层硬件与应用程序接口通讯部分。
    C.有限等待,超时则放弃处理,返回结果。

    2.3.3 应用程序接口部分

    1)功能说明。
    a.从事务层接受数据和指令,转发给上层应用软件,并接受处理结果反馈。
    b.接受来自上层应用软件的数据和指令,转发给事务处理层,并接受处理结果反馈。
    2)实现方法。
    a.运用消息导向机制,实现中间件和上层应用软件的双向通讯。
    b.基于Socket技术,通过网络与上层应用软件通讯。
    c.使用单独线程,只转发上下指令,不做具体事务处理,以保持通讯的高效。
    d.每个事务包含的信息有:事务号、命令类型、返回信息和数据。
    e.实现与多语言程序的通讯,如DELPHI、VC、C#和JAVA等。

    3 结语

    本试验以消息通讯机制为基础,利用匿名管道技术,实现了在同一台计算机上RFID中间件与上位应用软件交互通讯,并得出如下结论:

    1)RFID中间件实现全部与底层硬件的通讯,从而保证了上位应用软件架构稳定,不会因为更换不同厂家产品导致应用软件的修改。只需在RFID中间件的硬件接口层修改部分代码,较大地提高了效率,较好的方便了以后的维护。
    2)在使用和不使用RFID中间件的两种情况下,多个读写器同时、连续、长时间负载测试,系统运行速度都达到了毫秒级。
    3)长时间运行的稳定性方面,测试一个月,系统运行良好。
    4)因为目前应用系统运行的情况,没有测试RFID中间件和上位应用软件跨网络通讯,这将会在下一步继续深人试验。(马鞍山钢铁股份有限公司 吴胜祥 周韶华)

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