RFID中間件軟件在RFID系統中的功能和作用

[摘要]在R F I D的應用中，從前端數據的采集，到與后端業務系統的連接，大多是采用定制軟件開發方式，一旦有變化，都需要重新編寫程序，開發效率極低且維護成本高。R F I D中間件應運而生，有效地解決了這些問題。本文著重介紹RFID中間件在RFID系統中的功能和作用。

[關鍵詞]信息識別 自動識別技術 RFID 中間件

一、前言

R F I D中間件就是在企業應用系統和R F I D信息采集系統間數據流入和數據流出的軟件，是連接R F I D信息采集系統和企業應用系統的紐帶，使企業用戶能夠將采集的R F I D數據應用到業務處理中。R F I D中間件扮演R F I D標簽和應用程序之間的中介角色，這樣一來，即使存儲RFID標簽信息的數據庫軟件或后端發生變化，如應用程序增加、改由其他軟件取代或者讀寫R F I D讀寫器種類增加等情況發生時，應用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護復雜性問題。

二、RFID技術簡介

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術，是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術。目前，利用EPC(Electronic Product Code，電子商品代碼)、RFID 通信技術，可實現全球物品跟蹤與信息共享的物聯網。這將在全球范圍從根本上改變對產品生產、運輸、倉儲、銷售各環節物品流動監控和動態協調的管理水平。根據預測，RFID 標簽技術將在未來2～5 年逐漸開始大規模應用。

1.RFID 系統的典型結構

射頻系統兩個主要部分--閱讀器和射頻卡之間通過無線方式通信，它們都有無線收發模塊及天線(或感應線圈)。射頻卡中有存儲器，用來存儲用戶數據和系統數據等。射頻卡可根據閱讀器發出的指令對這些數據進行相應的實時讀寫操作。控制模塊完成接受、譯碼及執行閱讀器命令，控制讀寫數據，負責數據安全等功能。閱讀器中控制模塊往往有很強的處理功能，除了完成控制射頻卡工作的任務外，還需要實現相互認證、數據加密解密、數據校驗、出錯報警及與計算機的通信等功能。

2.RFID 系統的工作原理

RFID 技術的工作原理:射頻卡進入磁場后，接收閱讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中產品信息(無源標簽)，或主動發送某一頻率的信號(有源標簽);閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。

3.RFID網絡框架結構

無線射頻識別網絡的框架結構如圖所示。標簽數據經過中間件的分組、過濾等處理上報給應用系統;應用系統負責事件數據的持久化存儲，以及標簽綁定的業務信息的管理。網絡系統由本地網絡和全球互聯網組成，是實現信息管理、信息流通的功能模塊。EPC系統的信息網絡系統是在全球互聯網的基礎上，通過RFID中間件、對象命名稱解析服務(ONS)和EPC信息服務(EPC IS)來實現全球“實物互聯”。RFID中間件具有一系列特定屬性的“程序模塊”或“服務”，并被用戶集成以滿足他們的特定需求。它是加工和處理來自讀寫器的所有信息和事件流的軟件，是連接讀寫器和企業應用程序的紐帶，主要任務是在將數據送往企業應用程序之前進行標簽數據校對、讀寫器協調、數據傳送、數據存儲和任務管理。圖1描述了RFID中間件組件與其他應用程序的通訊。

圖1 RFID中間件及其應用程序的通訊

三、RFID 中間件技術及其優勢

1.RFID中間件技術概述

中間件是在一個分布式系統環境中處于操作系統和應用程序之間的軟件。中間件作為一大類系統軟件，與操作系統、數據庫孤立系統并稱“三套車”，其重要性不言而喻。基本的RFID系統一般由三部分組成:標簽、閱讀器以及應用支撐軟件。中間件是應用支撐軟件的一個重要組成部分，是銜接硬件設備如標簽、閱讀器和企業應用軟件如企業資源規劃(ERP，Enterprise Resources Planning)、客戶關系管理(CRM，Customer Relationship Management)等的橋梁。中間件的主要任務是對閱讀器傳來的與標簽相關的數據進行過濾、匯總、計算、分組，減少從閱讀器傳往企業應用的大量原始數據、生成加入了語意解釋的事件數據。可以說，中間件是RFID系統的“神經中樞”。

2.RFID中間件的原理

RFID中間件是一種面向消息的中間件(Message-Oriented Middleware，MOM)，信息(Information)是以消息(Message)的形式，從一個程序傳送到另一個或多個程序。信息可以以異步(Asynchronous)的方式傳送，所以傳送者不必等待回應。面向消息的中間件包含的功能不僅是傳遞(Passing)信息，還必須包括解譯數據、安全性、數據廣播、錯誤恢復、定位網絡資源、找出符合成本的路徑、消息與要求的優先次序以及延伸的除錯工具等服務。

RFID中間件位于RFID 系統和應用系統之間，負責RFID 系統和應用系統之間的數據傳遞。解決RFID 數據的可靠性、安全性及數據格式轉換的問題。RFID 中間件和RFID 系統之間的連接采用RFID系統提供的API(應用程序接口)來實現。RFID卡中數據經過閱讀器讀取后，經過API 程序傳送給RFID中間件。RFID中間件對數據處理后，通過標準的接口和服務對外進行數據發布。

3.RFID中間件的特征

一般來說，RFID中間件具有下列的特征:

(1)獨立于架構(Insulation Infrastructure)。RFID中間件獨立并介于RFID讀寫器與后端應用程序之間，并且能夠與多個RFID讀寫器以及多個后端應用程序連接，以減輕架構與維護的復雜性。

(2)數據流(Data Flow)。RFID的主要目的在于將實體對象轉換為信息環境下的虛擬對象，因此數據處理是RFID最重要的功能。RFID中間件具有數據的搜集、過濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的對象信息傳到企業后端的應用系統。

(3)處理流(Process Flow)。RFID中間件采用程序邏輯及存儲再轉送(Store-and-Forward)的功能來提供順序的消息流，具有數據流設計與管理的能力。

(4)標準(Standard)。RFID是自動數據采樣技術與辨識實體對象的應用。EPCglobal(全球物品編碼中心)目前正在研究為各種產品的全球唯一識別號碼提出通用標準，即EPC(產品電子編碼)。EPC是在供應鏈系統中，以一串數字來識別一項特定的商品，通過無線射頻辨識標簽由RFID讀寫器讀入后，傳送到計算機或是應用系統中的過程稱為對象命名服務(Object Name Service，ONS)。對象命名服務系統會鎖定計算機網絡中的固定點抓取有關商品的消息。EPC存放在RFID標簽中，被RFID讀寫器讀出后，即可提供追蹤EPC所代表的物品名稱及相關信息，并立即識別及分享供應鏈中的物品數據，有效地提供信息透明度。

4.RFID中間件的優點

從RFID標簽制造開始，到其信息被RFID閱讀器捕獲，再由RFID中間件進行事件過濾和匯總，然后由EPCIS應用軟件進行RFID事件的業務內容豐富，保存到EPCIS(EPC信息服務)存儲系統，供企業自身和其合作伙伴進行訪問。

(1)標準和規范

在中間的各個環節，EPC global出臺了相關標準和規范:

①RFID標簽和RFID閱讀器之間，定義了EPC標簽數據規范和標簽協議;

②RFID閱讀器和RFID中間件之間，定義了讀寫器訪問協議和管理接口;

③RFID中間件和EPCIS捕獲應用之間，定義了RFID事件過濾和采集接口(ALE);

④EPCIS捕獲應用和EPCIS存儲系統之間，定義EPCIS信息捕獲接口;

⑤EPCIS存儲系統和EPCIS信息訪問系統之間，定義了EPCIS信息查詢接口;

⑥其它關于跨企業信息交互的規范和接口，譬如ONS接口等。

一個典型的RFID應用基本上都會包含這些層面的軟硬件設施，而RFID中間件作為溝通硬件系統和軟件系統的橋梁，在RFID應用環境中尤為重要。

(2)優越性

RFID 中間件扮演RFID標簽和應用程序之間的中介角色，從應用程序端使用 中間件所提供一組通用的應用程序接口(API)，即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數據。RFID中間件接口定義了一個相對穩定的高層應用環境，不管底層的計算機硬件和系統軟件怎樣更新換代，只要將中間件升級更新，并保持中間件RFID采集系統的接口定義不變，應用軟件幾乎不需任何修改，從而保護了企業在應用軟件開發和維護中的重大投資。同時，使用RFID中間件有助于減輕企業二次開發時的負擔，使他們升級現有軟件系統時顯得得心應手，同時能保證軟件系統的相對穩定，及對軟件系統的功能擴展等，簡化了開發的復雜性等，所以商用的RFID中間件的出現正日益引起用戶的關注。

其優越性具體表現如下:

①降低開發難度。企業使用RFID中間件，在做二次開發時，可以減輕開發人員的負擔，使其可以不用關心復雜的RFID信息采集系統，可以集中精力于自己擅長的業務開發中。

②縮短開發周期。基礎軟件的開發是一件耗時的工作，特別是像RFID方面的開發，有別于常見應用軟件開發，不是單純的軟件技術就能解決所有問題，它需要一定的硬件、射頻等基礎支持。若使用成熟的RFID中間件，保守估計可縮短開發周期50%~75%。

③規避開發風險。任何軟件系統的開發都存在一定的風險，因此，選擇成熟的RFID中間件產品，可以在一定程度上降低開發的風險。

④節省開發費用。使用成熟的RFID中間件，可以節省25%~60%的二次開發費用。

⑤提高開發質量。成熟的中間件在接口方面都是清晰和規范的，規范化的模塊可以有效地保證應用系統質量及減少新舊系統維護。

總體來說，使用RIFD中間件帶給用戶的不只是開發的簡單、開發周期的縮短，也減少了系統的維護、運行和管理的工作量，還減少了總體費用的投入。

四、RFID中間件的功能和作用

使用RFID中間件可以讓用戶更加方便和容易的應用RFID技術 ，并使這項技術融入到各種各樣的業務應用和工作流程當中。中間件其中一個功能就是通過為RFID設備增加一個軟件適配層的方法將所有類型的RFID 設備(包括目前使用的RFID 設備，下一代RFID 設備、傳感器以及EPC閱讀器)在平臺上整合成為“即插即用”的模式。

對于應用開發商而言，RFID中間件的重要功能在于產品所特有的強大事件處理和軟件管理機制。事件處理引擎幫助開發者輕松地建立、部署和管理一個端到端的邏輯RFID處理過程，而該過程是完全獨立于底層的具體設備型號和設備間信息交流協議的。因為在事件處理引擎中利用邏輯設備這一模式，使得RFID數據處理過程可以真正的脫離應用部署階段所要面對的設備物理拓撲結構，因而大大降低了設計的復雜性，也不必關心這些設備的供應商和它們之間用的是什么通信協議了。

RFID中間件還可以和諸如企業資源配置(ERP)系統，倉儲管理系統(WMS) 以及其他一些專有業務系統很有效的配合在一起進行業務處理。這種良好的適應性使得應用該框架組建的RFID應用只需要進行非常少量的程序改動就可以和原有的業務系統軟件配合得天衣無縫。

RFID中間件基礎框架的分層結構及其功能為:

1.設備服務供應商接口層

該層是由幫助硬件供應商建立所謂“設備驅動”的可以任意擴展的API生成集合以及允許與系統環境無縫連接的特定接口組成的。為了更容易的發揮整合的效能，中間件通過RFID 軟件開發包(SDK)的形式囊括各種各樣的設備通訊協議并且支持以往生產的所有身份識別設備和各類閱讀器，具有良好的兼容性。 一旦設備供應商采用了軟件開發包編制設備驅動程序，網絡上的任何一個射頻識別設備就都可以被工具軟件發現，配置和管理了。這些設備可以是RFID閱讀器，打印機，甚至是既可以識別條碼又可以識別RFID信號的多用途傳感器。

2.運轉引擎層

這一層是通過消除未經處理的RFID數據中的噪聲和失真信號等手段讓RFID應用軟件在復雜多樣的業務處理過程中充分發揮杠桿作用。比如說，一般情況下設備很難檢測出貨盤上電子標簽的移動方向，或者判明剛剛讀入的數據是新數據還是已經存在了的舊數據。中間件中的運轉引擎層可以通過由一系列基于業務規則的策略和可擴展的事件處理程序組成的強大事件處理機制，讓應用程序能夠將未經處理的 RFID 事件數據過濾、聚集和轉換成為業務系統可以識別的信息。

(1)運轉引擎層的第一部分就是事件處理引擎。這一引擎的核心就是所謂的“事件處理管道”。這一管道為RFID業務處理流程提供了一個電子標簽讀取事件的執行和處理機制，該機制就是把所有的閱讀器進行邏輯分組，比如分為運送閱讀器，接收閱讀器， 后臺存儲閱讀器和前臺存儲閱讀器等。通過使用RFID 對象模型和七大軟件開發工具，應用程序開發者可以構建一棵事件處理進程樹從而使復雜的事件處理流程被刻畫的一目了然。

通過采用事件處理引擎，應用軟件開發者就可以把精力集中于構造處理RFID 數據的業務邏輯而不是擔心那些部署在系統各個環節的物理設備是否運轉正常——這些問題已經在系統運行時被很好的解決了。與此同時，最終用戶可以真正自由的獲取通過處理RFID 數據所帶來的商業利益而不再終日與設備驅動程序纏斗在一起了。所有這一切為處理RFID業務信息提供了一條獨一無二的“一次寫入，隨處使用”的便捷途徑。

另一個事件處理引擎的關鍵組件就是事件處理器。事件處理器也是可擴展的程序構件，它允許應用程序開發商設定特殊的邏輯結構來處理和執行基于實際業務環境的分布式RFID事件。為了能設計出靈活性和擴展性好的組件，事件處理器的設計者使用了預先封裝好的規范化電子標簽處理邏輯，這些邏輯可以自動的依據事件處理執行策略(這些策略都是由業務規則決定的)來處理電子標簽讀取事件所獲得的數據，這些處理通常包括篩選、修正、轉換和報警等，這樣一來所有電子標簽上的數據就可以通過中間件的工作流服務產品融入原有應用系統的工作流程以及人工處理流程了。

(2)運行引擎層的第二個主要組成部分就是設備管理套件。這一部分主要負責保障所有的設備在同一個運行環境中具有可管理性。設備管理套件可以為最終用戶提供監控設備狀態、察看和管理設備配置信息、安全訪問設備數據、在整體架構中管理(增加、刪除、修改名稱)設備以及維護設備的連接穩定等服務。

3.RFID中間件的基礎框架OM/APIs 層

RFID中間件框架提供了對象模型(OM)和應用程序開發接口集(APIs)來幫助應用程序開發商設計、部署和管理RFID 解決方案。它包括了設計和部署“事件處理管道”所必要的工具，而“事件處理管道”是將未經處理的RFID 事件數據過濾、聚集和轉換成為業務系統可以識別的信息所必備的軟件組件。通過使用對象模型和應用程序開發接口集，應用程序開發商可以創建各種各樣的軟件工具來管理RFID中間件基礎框架 。對象模型提供了很多非常有用的程序開發接口，它包括了設備管理、處理過程設計、應用部署、事件跟蹤以及健壯性監測。這些應用程序接口不但對快速設計和部署一個端到端RFID 處理軟件大有裨益，而且可以使應用程序在整個應用軟件生命周期得到更有效的管理。

4.設計工具和適配器層

開發者在開發不同類型的業務處理軟件的時候，可以從RFID 中間件的基礎框架的設計工具和適配器層獲得一組對開發調試很有幫助的軟件工具。這些工具中的設計器可以為創建一個RFID業務處理過程提供簡單、直觀的設計模式。“適配器”可以幫助整合服務器軟件和業務流程應用軟件的軟件實體。適配器使得若干個通過RFID信息傳遞來完成業務協作的應用軟件形成一個有機的整體。

通過使用這些工具，微軟的合作伙伴可以開發出各種各樣具有廣泛應用前景的應用程序和業務解決方案。因為通過使用RFID技術可以使整個物流變得一目了然，因而系統集成商和應用程序開發商可以在眾多需要使用RFID技術的領域創建客戶所需要的業務應用軟件，這些領域包括資產管理，倉儲管理，訂單管理，運輸管理等。

五、結語

盡管近幾年很多行業、很多領域對RFID技術的需求有了驚人的增長，但是面臨諸如難以配置和管理互不兼容的各種電子標簽設備，難以在短時間內開發出實用可靠的應用系統，難以將電子標簽應用程序與后臺業務系統實現整合等實際困難，該項技術的潛能還遠遠沒有被激發出來。要發揮RFID所具有的巨大潛力，必須研發出一系列的軟件工具和完整的基礎架構，才能讓合作伙伴和最終用戶開發出可以用來改進業務處理流程的應用解決方案，例如倉儲管理和貨物跟蹤系統等等。RFID中間件的開發和成熟就能為物流信息管理平臺建立了一個發現、管理電子標簽設備并使之有效通訊的統一渠道，并為RFID 應用與原有業務系統快速整合提供了一個規范的業務規則定制模型。RFID中間件通過建立豐富的、可升級的事件處理軟件架構把未經處理的電子標簽數據轉化成具有實際意義的業務信息，最終將把RFID從邊緣技術帶入主流技術行列。并能讓合作伙伴和最終用戶更簡單、快捷的開發出具有實用性，可擴展性和靈活性的RFID應用系統，為客戶帶來更大的利潤。

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