RFID中间件的研究现状与展望

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欢迎访问e展厅 展厅 6 数据采集/无线通讯展厅 通讯卡, 数据采集卡, 无线通讯模块, 远程监控系统, RFID, 信号隔离器, 转换器... 自2004年以来，与RFID技术相关的文章在各个媒体上不断涌现，相关的报道让这个历史其实并不短的技术在短时间内成为国际追逐的焦点。从全球巨型商业帝国沃尔玛，到国际IT巨头IBM、HP、微软等等，从美国国防部到中国国家标准委，全都在RFID魔棒的指挥下舞蹈起来。 RFID产业潜力无穷，应用的范围遍及制造、物流、医疗、运输、零售、国防等等。Gartner Group认为，RFID是2005年建议企业可考虑引入的十大策略技术之一，然而其成功之关键除了标签（Tag）的价格、天线的设计、波段的标准化、设备的认证之外，最重要的是要有关键的应用软件（Killer Application），才能迅速推广。而中间件（Middleware）可称为是RFID运作的中枢，因为它可以加速关键应用的问世。 RFID中间件（即RFID Edge Server）也是EPC global推荐的RFID应用框架中相当重要的一环，它负责实现与RFID硬件以及配套设备的信息交互与管理，同时作为一个软硬件集成的桥梁，完成与上层复杂应用的信息交换。目前，EPC global已推出相应的规范（ALE，应用级别事件）来统一和规范化这一层面的软件实现。本文在对RFID中间件的定义、框架分类、特征、发展阶段及应用方向进行详细介绍的基础上，将着重描述ALE规范以及基于ALE规范的RFID中间件的参考实现。 1 RFID中间件介绍 RFID是2005年建议企业可考虑引入的十大策略技术之一，而中间件（Middleware）可称为是RFID运作的中枢，因为它可以加速关键应用的问世。 1.1 什么是RFID中间件 看到目前各式各样RFID的应用，企业最想问的第一个问题是：“我要如何将我现有的系统与这些新的RFID Reader连接？”这个问题的本质是企业应用系统与硬件接口的问题。因此，通透性是整个应用的关键，正确抓取数据、确保数据读取的可靠性、以及有效地将数据传送到后端系统都是必须考虑的问题。传统应用程序与应用程序之间（Application to Application）数据通透是通过中间件架构解决，并发展出各种Application Server应用软件；同理，中间件的架构设计解决方案便成为RFID应用的一项极为重要的核心技术。 RFID中间件扮演RFID标签和应用程序之间的中介角色，从应用程序端使用中间件所提供一组通用的应用程序接口（API），即能连到RFID读写器，读取RFID标签数据。这样一来，即使存储RFID标签情报的数据库软件或后端应用程序增加或改由其他软件取代，或者读写RFID读写器种类增加等情况发生时，应用端不需修改也能处理，省去多对多连接的维护复杂性问题。 RFID中间件是一种面向消息的中间件（Message-Oriented Middleware，MOM），信息（Information）是以消息（Message）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（Asynchronous）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（Passing）信息，还必须包括解译数据、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。 1.2 RFID中间件的分类 RFID中间件可以从架构上分为两种： 以应用程序为中心（Application Centric） 的设计概念是通过RFID Reader厂商提供的API，以Hot Code方式直接编写特定Reader读取数据的Adapter，并传送至后端系统的应用程序或数据库，从而达成与后端系统或服务串接的目的。 以架构为中心（Infrastructure Centric） 随着企业应用系统的复杂度增高，企业无法负荷以Hot Code方式为每个应用程式编写Adapter，同时面对对象标准化等问题，企业可以考虑采用厂商所提供标准规格的RFID中间件。这样一来，即使存储RFID标签情报的数据库软件改由其他软件代替，或读写RFID标签的RFID Reader种类增加等情况发生时，应用端不做修改也能应付。 1.3 RFID中间件的特征 一般来说，RFID中间件具有下列的特色： 独立于架构（Insulation Infrastructure） RFID中间件独立并介于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。 数据流（Data Flow） RFID的主要目的在于将实体对象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中间件具有数据的搜集、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。 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。 标准（Standard） RFID为自动数据采样技术与辨识实体对象的应用。EPC global目前正在研究为各种产品的全球惟一识别号码提出通用标准，即EPC（产品电子编码）。EPC是在供应链系统中，以一串数字来识别一项特定的商品，通过无线射频辨识标签由RFID读写器读入后，传送到计算机或是应用系统中的过程称为对象命名服务（Object Name Service，ONS）。对象命名服务系统会锁定计算机网络中的固定点抓取有关商品的消息。EPC存放在RFID标签中，被RFID读写器读出后，即可提供追踪EPC所代表的物品名称及相关信息，并立即识别及分享供应链中的物品数据，有效率地提供信息透明度。 1.4 RFID中间件的发展阶段 从发展趋势看，RFID中间件可分为3大类： 应用程序中间件（Application Middleware）发展阶段 RFID初期的发展多以整合、串接RFID读写器为目的，本阶段多为RFID读写器厂商主动提供简单API，以供企业将后端系统与RFID读写器串接。以整体发展架构来看，此时企业的导入须自行花费许多成本去处理前后端系统连接的问题，通常企业在本阶段会通过Pilot Project方式来评估成本效益与导入的关键议题。 架构中间件（Infrastructure Middleware）发展阶段 本阶段是RFID中间件成长的关键阶段。由于RFID的强大应用，Wal Mart与美国国防部等关键使用者相继进行RFID技术的规划并进行导入的Pilot Project，促使各国际大厂持续关注RFID相关市场的发展。本阶段RFID中间件的发展不但已经具备基本数据搜集、过滤等功能，同时也满足企业多对多（Devices-to-Applications）的连接需求，并具备平台的管理与维护功能。 解决方案中间件（Solution Middleware）发展阶段 未来在RFID标签、读写器与中间件发展成熟过程中，各厂商针对不同领域提出各项创新应用解决方案，例如Manhattan Associates提出“RFID in a Box”，企业不需再为前端RFID硬件与后端应用系统的连接而烦恼，该公司与Alien Technology Corp在RFID硬件端合作，发展Microsoft .Net平台为基础的中间件，针对该公司900家的已有供应链客户群发展Supply Chain Execution（SCE）Solution，原本使用Manhattan Associates SCE Solution的企业只需通过“RFID in a Box”，就可以在原有应用系统上快速利用RFID来加强供应链管理的透明度。 1.5 RFID中间件的应用方向 根据ABI Research Inc.的预测，2008年之前全球各产业的需求所创造出来的RFID市场规模可达到200亿美元，其中软件市场约占47亿美元，2007年RFID的整合服务收入将超越RFID产品收入。随着硬件技术逐渐成熟，庞大的软件市场商机促使国内外信息服务厂商莫不持续注意与提早投入，RFID中间件在各项RFID产业应用中居于神经中枢，特别受到国际大厂的关注，未来在应用上可朝下列方向发展： Service Oriented Architecture Based RFID中间件 面向服务的架构（SOA）的目标就是建立沟通标准，突破应用程序对应用程序沟通的障碍，实现商业流程自动化，支持商业模式的创新，让IT变得更灵活，从而更快地响应需求。因此，RFID中间件在未来发展上，将会以面向服务的架构为基础的趋势，提供企业更弹性灵活的服务。 Security Infrastructure RFID应用最让外界质疑的是RFID后端系统所连接的大量厂商数据库可能引发的商业信息安全问题，尤其是消费者的信息隐私权。通过大量RFID读写器的布置，人类的生活与行为将因RFID而容易追踪，Wal Mart、Tesco（英国最大零售商）初期RFID Pilot Project都因为用户隐私权问题而遭受过抵制与抗议。为此，飞利浦半导体等厂商已经开始在批量生产的RFID芯片上加入“屏蔽”功能。RSA Security也发布了能成功干扰RFID信号的技术“RSA Blocker标签”，通过发射无线射频扰乱RFID读写器，让RFID读写器误以为搜集到的是垃圾信息而错失数据，达到保护消费者隐私权的目的。目前Auto-ID Center也正在研究Security机制以配合RFID中间件的工作。相信Security将是RFID未来发展的重点之一，也是成功的关键因素。 2 RFID中间件的实现 在RFID标准制定和推广方面，EPC global作为一个受业界委托而成立的非盈利组织，由国际物品编码协会（EAN）和美国统一代码委员会（UCC）共同投资，主要负责 EPC网络的全球化标准，以便快速、自动、准确地识别供应链中流通的商品。目前，该组织在标准制定和推广上与其它的RFID标准组织相比，占据了领导者的地位。 为了加快RFID技术的发展和应用，EPC global领导制定了众多的标准，涉及到RFID软硬件的各个层面。关于RFID中间件，EPC global于2005年9月推出了ALE （应用级别事件，Application Level Event）规范，规范其技术实现。 2.1 RFID应用框架 从RFID标签制造开始，到其信息被RFID阅读器捕获，再由RFID中间件进行事件过滤和汇总，然后由EPCIS应用软件进行RFID事件的业务内容丰富，保存到EPCIS存储系统，供企业自身和其合作伙伴进行访问。在中间的各个环节，EPC global出台了相关标准和规范。 •RFID标签和RFID阅读器之间，定义了EPC标签数据规范和标签协议； •RFID阅读器和RFID中间件之间，定义了读写器访问协议和管理接口； •RFID中间件和EPCIS捕获应用之间，定义了RFID事件过滤和采集接口（ALE）； •EPCIS捕获应用和EPCIS存储系统之间，定义EPCIS信息捕获接口； •EPCIS存储系统和EPCIS信息访问系统之间，定义了EPCIS信息查询接口； •其它关于跨企业信息交互的规范和接口，譬如ONS接口等。 一个典型的RFID应用基本上都会包含这些层面的软硬件设施，而RFID中间件作为沟通硬件系统和软件系统的桥梁，在RFID应用环境中尤为重要。因此，如何实现、评估一个优秀的RFID中间件，对企业RFID技术实施的长远意义起着中流砥柱的作用。 2.2 ALE接口介绍 EPC global推荐的ALE接口可以由以下的状态图进行描述，基本上包含了以下几个部分： •ECSpec定义/取消定义； •ECReport获取； •其它辅助接口。 在阐述其工作原理之前，先描述一下读写器的工作机制，RFID中间件和RFID读写器之间存在一个读周期（Read Cycle），每个读周期，RFID中间件会发送读取RFID标签指令给读写器，读写器控制读写天线发送电磁信号，一旦RFID标签内置天线在其信号工作范围内获得这一电磁信号，会激活其芯片上的信息发送逻辑，发送电磁响应，读写器的读写天线就会捕获到RFID标签信息，发送给RFID中间件。这个读周期是可控的，可由RFID中间件进行配置管理。 ALE接口规范定义了一个事件周期（Event Cycle），一个事件周期包含一个或多个读周期，因此，RFID中间件在这一事件周期内读取的所有标签信息被聚合起来，然后通过过滤机制，发布成为一个ECReport。ECSpec用来描述事件周期间隔或事件触发机制，ECReport的格式，事件过滤和组合规则等。ECReport是EPC事件的汇集，还包括其它相关的信息，譬如逻辑阅读器名称，ECSpec信息等。从上图描述的ALE工作机制，大家可以看到，有两种机制（同步和异步）之分。 在同步工作机制下，客户端直接调用immediate（）接口，通知Edge Server开始工作，若需要触发器触发，其状态切换到请求状态，若无需触发器触发，其状态直接切换到工作状态；在需要触发器触发的情况下，基于ECSpec定义的采集方式（或触发器启动，或周期轮询），聚合单一事件周期内所有读周期获取的EPC信息，生成ECReport，发送给客户端，其状态切换到工作状态。 在异步工作机制下，第一步是定义ECSpec，告诉Edge Server如何生成ECReport，其状态切换到未请求状态；第二步是通过调用subscribe（订阅）或者poll（抽取），告诉Edge Server其采集EPC操作开始工作，若需要触发器触发，其状态切换到请求状态，若无需触发器触发，其状态直接切换到工作状态；在需要触发器触发的情况下，基于ECSpec定义的采集方式（或触发器启动，或周期轮询），聚合单一事件周期内所有读周期获取的EPC信息，生成ECReport，发送给客户端，其状态切换到工作状态。其它辅助接口包括查看当前Edge Server上定义的的ECSpec列表，单一ECSpec信息，ALE标准版本，ECSpec订阅列表等。 2.3 RFID中间件的技术实现 一个典型的基于ALE规范的RFID中间件基本上需要包括以下功能： •实现ALE规范的所有必需要求 - 实现ALE接口规范所描述的工作状态机 - 支持多类EPC事件接收客户端（HTTP，TCP，FILE） - 处理ECSpec，ECReport等XML，为第三方应用提供Web Service接口 •集成业界主流的RFID读写器 - Symbol/Matrix读写器 - Zebra读写器 - Intermec读写器 - ThinkMagic读写器 - Alien读写器 - Avery读写器 - SAMSys读写器 - Printronix读写器 •提供RFID中间件自身的配置管理 - 配置读写器集成参数，实现不同读写器的集成 - 配置ALE接口参数，实现第三方应用的访问 - 配置Edge Server工作参数，实现RFID中间件在特殊环境下适应性工作 - 提供集中管理 •提供对RFID读写器的监控、基本配置和管理 - 支持多个RFID读写器的同时访问，监控 - 支持对不同RFID读写器的基本配置和管理 •提供灵活扩展的框架，支持ALE规范的升级和快速集成新的RFID读写器 - 提供版本维护机制，支持ALE规范的升级 - 提供开发工具包，快速集成新的RFID读写器 •提供企业级运行品质，稳定，高效，安全，可管理，扩展，互联 - 由于RFID中间件运行在企业边缘层，在进行RFID中间件集中管理的同时，需要自身提供足够高的可用性 - 海量级的EPC信息采集需要RFID中间件高效工作，支持多RFID读写器并行操作 - 业务上的安全要求其EPC信息的采集行为必须是安全的 - 简洁直观的管理风格有助于企业更好的管理RFID中间件及其相关RFID硬件设施 - 扩展能力，除了前面提到的对标准和硬件的兼容性之外，需要在性能提升方面通过多个RFID中间件并行工作来进一步优化性能。 - 良好的互联性，实现与第三方应用的协同工作。 图4描述的是RFID中间件在RFID应用系统中的定位，实现RFID上层应用和底层RFID硬件的信息交换，可以明确，支持ALE标准仅仅是一个RFID中间件的一项工作，其它方面的技术实现也相当重要，缺一不可。 4 结束语 不同公司提供的RFID硬件设施各自有其独特的优势和局限性，随着企业实施RFID应用的深入展开，其应用环境复杂度的加剧，将导致企业在不同应用环境下采用不同公司提供的RFID硬件解决方案。同时，与企业核心业务系统之间的信息交互不断加强，RFID中间件也需要满足众多业务系统的集成要求，因此，如何选择一个适合企业自身应用环境的RFID中间件，成为企业成功实施RFID应用的重要一环。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/4/2008)