面向供應鏈應用的物聯網信息服務架構研究①

北京物資學院 劉丙午 趙光光 李俊韜

物聯網技術的日益發展給供應鏈研究帶來了很多解決問題的新思路，但也面臨很多問題：RFID系統產生的數據量巨大，現有信息系統很難滿足這樣的處理需求[1]；在商業領域應用方面，可操作的信息和企業響應之間缺乏有效的管理機制，企業無法及時響應供應鏈系統中發生的變化[2]。信息差距需要彌補，同時對于供應鏈變化的響應機制也應建立，復雜事件(CEP)[3]的研究為解決這些問題提供了新的方式。

本文采用基于SOA的應用架構，選用Web Service作為實現方案，提出了基于物聯網技術的供應鏈信息服務框架方案。利用RFID中間件對原始數據進行處理，事件的檢測機制定義了信息的流向以及處理機制，在分布式的環境下不僅使信息存儲的機制得到規范，而且也建立了供應鏈節點與中央處理區的協同機制，最后達到供應鏈整體和局部之間的協調、高效運作。

1 系統架構研究

企業內部供應鏈中原有的應用系統與物聯網“感知”系統本質上是絕對異質化的，為了實現供應鏈中各個參與者信息服務的建立，采用基于SOA的應用架構，建立信息服務機制，通過Web Service滿足不同企業用戶的需求。同時，RFID事件和其他提取的原始事件是低層次的，需要語義規范為可執行的業務層面信息，通過定義規范的復雜事件檢測模式才能實現業務層面的信息轉換，從而本文提出了面向供應鏈應用的物聯網信息服務架構。

在整個架構中，RFID中間件承擔著最主要的處理任務，而復雜事件引擎是整個中間件系統的核心。

處理基礎設備架構中的數據——RFID基礎架構包含的各個設備都需要注冊、配置和服務監控。這一層面的中間件負責自動化或者半自動化的控制、配置、監控以及組織眾多設備，把它們部署到整個網絡中來有效地解決在企業應用中的需求。由于RFID是實例級的識別，并且瞬間從RFID原始數據流中捕獲產品信息，所以必須包括數據過濾和聚合功能。這個層面還需要做的就是降低臨時性的讀取錯誤以及做數據平滑來降低時間和空間的復雜性，優化業務流程。

本系統架構從底部到頂部分別為RFID基礎設施架構層、原始數據處理和設備管理中間件、事件感知和事件處理層、Web Service管理層，四個層面分別承擔不同的任務。RFID基礎設施架構層是整體架構的基石，所有的信息采集都來自它。

圖1 系統架構圖

1.1 情境感知和事件處理

情境感知和事件處理包含了事件處理(EP)以及語義感知(CA)，進一步解釋：EP包括定義、注冊和檢測維護事件之間的關系事件；CA包括定義事件發生的背景，理解語義，并觸發基于識別的語義的應用行為。所以，CAEP就是實時挖掘事件價值，來支持RFID信息在事件和應用層面之間的聚合。

1.2 RFID數據發布、數據管理

考慮到2、3特性，RFID數據的傳輸是自然特征，它被評為RFID中間件必要的實現功能。一旦一個被定義好的語義事件得到執行，經過篩選的信息就應該被發送到有該請求的應用。數據傳播(DD)就成為了一個非常關鍵的任務，把從RFID讀寫器中整合的信息傳送到基于上下文語義的企業級應用當中去。為進一步提高數據處理能力，數據管理有必要捕獲和存儲數據。

1.3 應用程序接口(API)

不斷接入供應鏈管理和企業管理系統的RFID數據，需要RFID中間件提供API這項功能。事實上，當卓越的RFID中間件產品出現在企業和客戶之間的時候，都會讓彼此夸贊對方。在不同的合作伙伴之間分享的RFID數據，需要像管弦樂一樣在企業間的應用系統間協同。

1.4 Web服務管理(WSM)

Web服務的本質是它可以提供在網絡中可互操作的機器對機器的交互，并對事件觸發的及時響應。WSM負責照顧中間件的核業務，例如，語義感知和事件處理(CAEP)、RFID數據發布、數據管理(DM)，通過網絡服務可以完成特定的設計方面需求，例如交互性、開放、聯盟等等。WSM一個很大的優勢在于，當基于RFID中間件解決方案時，部署在分布式環境中，它可以減輕不同區域的工作人員的頻繁交流。

2 系統的關鍵實現

2.1 復雜事件機制

事件可以從服務、數據庫、RFID和活動中提取。事件可以簡單地歸類為原始事件和復雜事件，它們都可以根據屬性進行歸類，同時它們之間也有因果關系。運算符將事件結合在一起，從而形成復雜事件或情形。操作符包括邏輯運算符、時間運算符、因果運算符以及RFID運算符。事件語境包含語義區、工作流模型、不同層面的抽象層次等。本文中，事件語境用來表示那些需要從低層面轉化為高層面的信息。語義區是一個相對獨立的事件的語境，由發起事件和終止事件綁定在一起構成。發起事件的產生生成語義空間，終止事件的產生終止這個語義空間。同時，語義空間包含人物、地點、角色、狀態等其他相對獨立的語境信息。

為了執行的順暢，工作流模型就有必要引入事件語境。工作流中的信息可以被用來規劃RFID標簽標識的物品流，可以檢驗是否和實際工作流程相同。

2.2 復雜事件檢測模型

復雜事件的處理有很多關鍵部分，比如事件的提取、事件的整合、事件的響應等。對于供應鏈信息系統來講，復雜事件的檢測是上層服務實現的關鍵，在分布式的系統結構下，本文提出了如圖2所示的事件檢測模式。

供應鏈事件分類表：對上層服務的請求都作為供應鏈的復雜事件，并且歸類，每一種實例都會有系統配置的處理資源，并且對用戶的每次請求都做記錄，當記錄超過一定期限時，根據超時策略進行銷毀。

復雜事件分類表：節點中每一種類型的復雜事件對應一個復雜事件分類表，包含了每種復雜事件的描述，并且把事件類型作為一個組合操作符。當一個復雜事件描述被編輯和調整時，它就會被存儲于操作符的復雜事件分類表，例如CE1=AND(E1，E2)，CE2=AND(E1，E3)，復雜事件分類表E1包含事件CE1和CE2，表E2只包含CE1，表E3只包含CE2。

共享池：不同的事件檢測通常是由很多相同的子表達式構成的，共享池的建立為復雜事件檢測的優化提供了基礎。例如：如果AND(A1，A2)事件第一次被檢測，就會向節點發出檢測請求并緩存在共享池中，對于復雜事件CE2=OR(AND(A1，A2)，A3)的檢測，當檢測到共享池中有AND(A1，A2)時，只需要向節點請求A3事件即可，避免了對AND(A1，A2)事件的重復檢測。

用戶通過Web服務端向信息服務層發出請求，該請求會通過事件篩選器判斷請求類型，并指向該類事件的處理區域；當檢測到事件處理方法后，會首先在信息服務層的共享池中查找是否有該類請求的結果，如果池中有之前生成請求的結果，把結果反饋給用戶端即可；如果是第一次請求就生成新的任務，向供應鏈響應節點發出指令調取響應數據，其中節點調取數據的方法是通過中央處理區向節點發送URL實現，調取成功后會將結果整合緩存在共享池中，方便其他復雜事件檢測的調取。

2.3 Web Service應用服務

基于RFID的物聯網系統架構提供的信息服務很廣泛，不僅針對不同的參與者有不同的功能需求，對于不同業務也有很大的不同。例如對于庫存管理業務而言，一些典型的應用應包括整體庫存管理、店內促銷管理、需求預測、防偽等[6]。由于WEB應用的錯綜復雜，接入企業應用層的RFID數據就需要統一的數據交互規范以及安全協議，同時，不同的服務應用都需要注冊和管理。

人們采用Web服務協議或更精確的服務水平協議以達到服務的整體交互性，并且在一個應用程序為中心的工作流程的不同服務之間進行無縫集成。首先，Web服務包含了網絡服務的操作功能和目的。針對不同的服務應用，架構中有一個命名空間對應各項服務。第二，Web服務協議包含了信息在服務間的轉換和交換。第三，底層的數據模型已經規范了提供給網絡服務應用的信息的結構，可以確保這些信息可以在網絡服務應用中接收和傳送。第四，它包括適用于服務調用約束集，最后，它包含的信息有關如何以及在何處可以訪問服務。這里本文提出采用WS-API接口來解決數據交互規范和安全問題，利用WSM(Web服務管理)負責功能應用的注冊和配置，同時監控各個服務的健康狀況，確保整個Web服務在健康狀態。

3 結語

本文在深入研究供應鏈信息服務現狀的基礎上，通過提出一個面向供應鏈服務的物聯網信息架構，來建立整個系統的層次結構；同時提出復雜事件的檢測機制，對于供應鏈中的復雜事件存儲及檢測給予規范。并且，在此基礎上也給出了面向供應鏈的Web Service應用服務，對信息的檢測和規范使得信息服務更加準確和及時，保證了供應鏈各個參與者都可以得到可靠的信息服務。

[1] Bornhovd C,Tao L,Haller S & Schaper J.Integrating smart items with busines s processes:An experience report,in Proceedings of the 38th Annual Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS),2005,Vol.8.

[2] Jürgen Dunkel,Alberto Fernández.Event-driven architecture for decision support in traffic management systems[J].Expert Systems with Applications,2011,Vol.38.

[3] Worapot Jakkhupan,Somjit Arch-int,Yuefeng Li.Business process analysis and simulation for the RFID and EPCglobal Network enabled supply chain:A proof-of-concept approach[J].Journal of Network and Computer Applications,2011,Vol.34.

[4] Jong Myoung Ko,Choonjong Kwak.Adaptive product tracking in RFID-enabled large-scale supply chain[J].Expert Systems with Applications,2011,Vol.38.

[5] Benatallah B,Casati F.Special issue on Web services.Distributed and Parallel Databases,2002,Vol.12.

[6] Maria Chaudhry,Ali Hammad Akbar.SOARware:Treading through the crossroads of RFID middleware and SOA paradigm.2011(34).