摘 要： 介绍了目前相对成熟的RFID中间件解决方案，包括基于Savant的RFID中间件、IBM RFID中间件和BEA WEBLOGIC RFID中间件，指出了它们的特点和不足。提出了一种基于面向服务架构（SOA)的RFID中间件架构，详细介绍了基础架构" title="基础架构">基础架构层的Edge Server、消息系统和数据接口" title="数据接口">数据接口的具体实现。并针对下一步研究工作做了简单说明。
    关键词： RFID中间件  SOA  Edge Server  消息系统  数据接口

    射频识别RFID（Radio-Frequency Identification）^[1]技术，从总体上而言，其技术已经逐步发展成为一个独立的跨学科的专业领域，它将大量来自不同专业领域的技术综合到一起：如高频技术、电磁兼容性、半导体技术、数据保护和密码学、电信、制造技术等。目前RFID技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。

    基本的RFID系统通常由三部分组成：RFID 标签(tag)、RFID阅读器(reader)及应用支撑软件。其中介于阅读器与企业应用之间的RFID中间件(Middleware)是系统支撑软件中的一个重要组成部分。
    RFID中间件是一种面向消息的中间件MOM(Message-Oriented Middleware)，信息(Information)以消息(Message)的形式从一个程序传送到另一个或多个程序，并且信息以异步（Asynchronous）的方式传送，传送者不必等待回应。RFID中间件作为RFID系统的神经中枢，其主要任务是对阅读器送来的与标签相关的事件、数据,进行过滤、汇集和计算，减少从阅读器送往企业应用的巨量原始数据、增加抽象出的有意义的信息量。
1 RFID中间件研究现状
    参考文献[2]针对应用电子产品编码的议题，确定了EPC NetWork 技术构架，包括数据库操作软件（Savant）、实体标记语言(PML)、物名服务（ONS）。其中，Savant软件技术，相当于该新式网络的神经系统，是连接标签识读器和企业应用程序" title="应用程序">应用程序的纽带，在将数据送往企业应用程序之前，它要对标签数据进行过滤、汇总和计数、压缩数据容量。但参考文献[2]构架缺乏对RFID中间件的支持：功能描述不清，没有统一的事件过滤(filter)规范，不支持高层事件的定义。
    参考文献[3]描述了Sun公司的RFID 中间件，其架构遵循参考文献[2]所提出的EPC网络基本构架，是完全端到端的解决方案。该方案将RFID架构分为表示层、业务流程层、服务层和集成层，每一层都有一组明确的功能，而且定义了明确的接口与其他层次进行交互。该架构的优点是以业界领先的BEA WebLogic Platform为基础，能够经济有效地满足RFID支柱技术的一系列核心要求，同时具有适应不断变化的业务需要的技术灵活性；其缺点是该中间件的功能单薄：即过滤规则简单， 缺少复杂事件的定义和处理能力。
    IBM RFID解决方案提出了一种轻型RFID 中间件架构，其中心思想是通过一条信息总线(RFID Bus)来代替复杂的层次结构。这种RFID中间件架构主要包括：边缘控制器(Edge controller）、前提服务器(Premises Server)两部分。Edge controller 与Premises Server 之间采用发布主题/订阅主题的方式通信。这种解决方案的缺点是:RFID 中间件的设计大多是基于自己目前所研发的核心产品或技术的应用，有太大的依赖性和较小的扩展性。
    虽然目前国外已经有不少的大学和研究团体在做RFID中间件方面的设计和研究，但是，RFID 中间件的研究仍很不成熟。如上所述基于Savant的RFID中间件，Sun公司和IBM公司的RFID中间件解决方案都还存在着或多或少的不足和限制。在国内有关RFID中间件的研究也只能说是刚刚起步,例如，台湾资策会研究所提出的基于SOA的RFID中间件架构只是给出了系统架构，基础架构的分层也还比较粗糙。
2 基于SOA的RFID中间件架构
    台湾资策会研究所构建的基于SOA的RFID中间件架构，其基础架构层分为Edge Server和数据操作软件两层。笔者将其基础架构层细分为Edge Server、消息系统和数据接口三层,并通过Web Services技术包装了每一层相应的功能，且进行了具体实现。本文重点介绍该RFID中间件架构中的基础架构层的三个功能层。这三个层次有着明确的功能划分和层间的交互接口。基于SOA的RFID中间件架构如图1所示。

                          
2.1 Edge Server
    Edge Server位于架构的最底层，直接与读写器" title="读写器">读写器交互。其主要功能包括：(1)对射频卡上数据进行采集。(2)对于来自不同类型的Reader的数据进行适配处理，得到统一的、格式化的数据，并进行数据校验。(3)将校验无误的数据按照用户定义的协议进行封包，并将消息包发送到消息系统。
2.2 消息系统^[4-5]
    消息系统是RFID基础架构的核心层。在RFID系统中，一方面是各种应用程序以不同的方式频繁地从RFID系统中取得数据；另一方面却是有限的网络带宽，其中的矛盾使得设计一套消息传递系统成为自然而然的事情。Edge Server产生事件，并将事件传递到消息系统中，由消息系统决定如何将事件数据传递到相关的应用系统。在这种模式下，读写器不必关心哪个应用系统需要什么数据；同时，应用程序也不需要维护与各个读写器之间的网络通道，仅需要将需求发送到消息系统中即可。由此，设计出的消息系统应具有如下功能:(1) 数据缓存功能。(2)基于内容的路由功能。(3)数据分类" title="数据分类">数据分类存储功能。
    来自消息系统的消息以临时xml文件的形式和磁盘文件方式保存，供数据接口使用。这样，一方面可通过操作临时xml文件，实现数据入库前数据过滤功能；另一方面又实现了RFID数据的批量入库，而不是对于每条来自Edge Server的RFID数据都进行一次数据库的连接和断开操作，减小了因数据库连接和断开而浪费的宝贵资源。
2.3 数据接口
    来自消息系统的数据最终是分好类的xml磁盘文件。同一类型的数据以xml文件的形式保存，并提供给相应的一个或多个应用程序使用。而数据接口主要是对这些数据进行过滤、入库操作，并提供访问相应数据库的服务接口。具体操作如下：
    (1)将存放在磁盘上的xml文件进行批量入库操作，也就是说，当xml数据量达到一定数量时，启动数据入库功能模块，将xml数据移植到各种流行数据库中，如Sql Server、Oracle等。
    (2)在数据移植前将重复的数据过滤掉。
    (3)为企业内部和企业外部访问数据库提供Web Services接口。
3 RFID中间件基础架构实现
3.１数据协议定义
3.1.1 标签数据格式
    将电子标签嵌入物体合适的位置上，标签数据就是电子标签微芯片中惟一存储的数据。标签数据惟一标识物体，这个代码是本系统的核心部分，贯穿整个系统。这里，标签数据格式借鉴了参考文献[6]中EPC-64的思想，自定义了一种新的数据格式以满足系统的需求。唯一标识编码格式如图2所示。

                     
    图中：
    卡号：厂商代码，已经固化，不可更改。本系统采用的格式是8位十六进制，具体数据位数可能会因卡片存储格式的不 同而不同。
    数据分类：该编码可以判断出Reader读取到的数据属于哪类数据，为数据分类提供依据。格式是2位十六进制，可以区分256类数据。
    单个物体编号：用于标识一个物体，范围是0～224。
   以上三个部分就组成了可以惟一标识物体的ID号，最多可以标识4×224个物体。这个数值足够满足企业内部产生的RFID数据条目的个数。因此，这种编码格式可以满足系统的需要。
3.1.2 消息系统中的消息格式
    消息系统要处理的数据必须遵循一定的数据格式，即消息格式。本文设计的消息格式采用了复杂的数据类型Class，其中记录了消息的路由信息、标签中的数据、其他现场信息如Reader编号、读取时间、温度等，其示例图如图3所示。图中，IP、EPCCode、CarId、ReaderId、Timestamp和Operator分别表示消息目的IP、标签数据、卡号、读写器编号、读取时间和操作员，其中消息目的IP、读写器编号和操作员等信息是可以依据需求提前写定的，而标签数据、卡号和读取时间等实时现场信息，可以通过构造函数赋值。

                         
    消息封装、发送过程简单描述如下：取出所得到标签数据的“数据分类”部分，依据“数据分类”内容判断该标签数据属于哪种类型，然后按照这种消息类型将标签数据封装成相应的消息包，发送到消息系统。
3.2 Edge Server的实现
    依据Edge Server实现的功能，本文分别针对射频卡读写器模块、读写器接口、数据校验和数据打包四个方面进行研究和开发。读写器模块是根据硬件供应商提供的dll文件，进行编码实现的；读写器接口主要解决了将来自协议格式数据转化为系统所需要的EPC码的问题；数据校验针对传输信号的畸变问题，采用了CRC校验；数据打包采用了MSMQ技术，实现则是先依据获取的卡片编码中“数据分类”内容，判断出该标签数据属于哪种类型，然后按照这种数据类型将标签数据封装成相应的消息包。Edge Server流程如图4所示。

                           
    以CRC校验为例，所产生的校验码的代码段如下：
　  public void Crc(byte[] buf,int off ,int len)
      { if (buf == null)
          { throw new ArgumentNullException('buf'); }
            if(off<0||len<0||off+len>buf.Length)
            {throw new ArgumentOutOfRangeException(); }
            for (int i = off; i < len ; i ++)
            { Crc(buf[i]); }
    } 
3.3 消息系统的实现
    消息系统的体系结构随着应用的不同而变化，但大体上分为两种：集中模式和分布式模式，本文采用的是集中式模式。这是由于在本文的消息系统中，消息的传递是点对点的传递，而不需要多播机制。
在消息系统的实现中，主要采用了MSMQ和xml相关技术，完成消息缓存、分类整合、路由转发、临时存放等操作，其实现示意图如图5所示。

                               
    经过上述处理后的数据在数据接口中被过滤并送往相应的应用程序。以消息路由转发为例，其核心代码描述如下：
    PubClass cls = new PubClass(参数1,参数2,…);
                                       //实例化消息
    cls.Ip=IP;                         //取消息cls的路由地址
    MessageQueue queue = new MessageQueue(@'FormatName:DIRECT=TCP:' + cls.Ip + '\Private＄\'+QueueName);
                                      //实例化目标地址的消息队列
    System.Messaging.Message message = new System.Messaging.Message(cls);
    message.Priority = MessagePriority.High;    //设置优先级别
    queue.Send(message);                        //发送消息
3.4 数据接口的实现
    数据接口包括数据库移植模块和数据访问接口模块两部分。数据库移植模块实现的功能是对这些数据进行过滤、入库操作，数据访问接口模块则是提供访问相应数据库的服务接口。其中，数据过滤过程是在处理临时存放的xml文件的过程中完成的。方法是：将同一个卡号的多条记录按照读入的时间戳进行比较，若相邻记录的时间戳差值小于用户定义的阀值（例如2ms），则认为重复读取发生，剔出后一条记录。依次类推，剔出掉所有冗余数据。数据入库采用了OleDB数据库访问技术，并结合.NET提供的访问xml的API实现了xml文件到Sql Server 2000、Oracle、Access和Excel等的转换。数据访问接口则是通过ADO.NET数据访问模型，利用Web Services技术将对数据库的访问以服务的形式发布，供企业内部应用程序和企业合作伙伴调用。以数据过滤为例，其核心代码如下：
    for(int i=1;i    {  …
          span=EndTime.Subtract(StartTime);
          spantime=span.Seconds;          //获得相邻记录的时间戳之差
               if(spantime<=0.002)
          {subtime[i]=i;}                       //若相邻时间戳差值小于2ms，
                                                //标记第二条记录为冗余数据
               else {subtime[i]=0;}
          }
          for(int j=1;j          { if(subtime[j].ToString()!='0')
          { ds.Tables[0].Rows[j].Delete();
               j=j-1;
　        rowcount=rowcount-1;}
    }
    参考文献[7]中指出：Web Services技术在RFID系统中的主要应用是在系统的支撑软件上,尤其是介于读写器与企业应用之间的中间件。本文通过Web Services技术，实现了对RFID中间件更高层次包装，保证了RFID基础架构中三个功能层之间的相互独立和协同工作。独立性是指：Edge Server层只需要将来自卡片的数据初步处理后发送到消息系统，而不必考虑消息是如何被进一步处理的；消息系统负责消息的缓存、路由、生成临时xml文件等，其工作过程也是独立与数据接口的。层与层之间协同工作是指：在消息系统层中，一旦临时存储的xml文件记录数达到一定值，可以主动启用数据接口层中的数据移植模块。
    本文简单介绍了RFID中间件，并针对RFID中间件研究现状，列举了几个典型的解决方案，指出了这些解决方案的局限和不足。结合台湾资策会研究所构建的基于SOA的RFID中间件架构，提出了本文的中间件架构，并详细说明了RFID中间件基础架构的实现。
    由于笔者构建的RFID中间件采用的核心技术之一是Web Services,这势必会带来中间件软件性能和数据传输安全性方面的问题。另外，MSMQ在处理实时事务时存在局限性，这些都是下一步需要研究的工作。
参考文献
[1]  ZHONG Shao Chun, SONG Qing Feng, CHENG Xiao Chun．A safe mobile agent system for distributed intrusion detection[C]． Xi’an：Proceedings of IEEE the Second International Conference on Machine Learning and Cybernetics，2003：2009-2014.
[2]  CLARK S, TRAUB K, ANARKAT D． Auto-ID savant specification1.0[R]． Auto-ID Center, 2003.
[3]  BEA．BEA Weblogic RFID解决方案1.0[EB/OL]．http:// www.bea.com, 2005.
[4]  吴正大,魏俊荣,张继新．RFID中间件设计技术初探．邮电设计技术, 2006,(8)：39-42.
[5]  冯涛,刘新天．应用JMS消息中间件实现企业应用集成．天津电力技术, 2006,(2)：9-12.
[6]  Auto-ID Center． EPC tag data specification version1.1[EB/OL]．http://www.epcglobalinc.org/standards_technology/specifications.html.2005.
[7]  赵毅强,曾隽芳.Web services在RFID系统中的应用综述.计算机应用研究,2006,(12):1-4.