一種基于數據過濾的RFID中間件

蔡映雪，胡輝，陳伽，陳軍，胡松，蔡昭權

（惠州學院，惠州　516007）

一種基于數據過濾的RFID中間件

蔡映雪，胡輝，陳伽，陳軍，胡松，蔡昭權

（惠州學院，惠州516007）

在IC卡種類繁多的今天，無線射頻識別RFID技術被應用于身份證、一卡通、物流管理等領域。然而由于基于RFID技術的產品種類繁多且互不兼容，使得RFID產品的數據在不同領域不同應用中難以互通共用，實時采集的RFID也可能出現冗余和不可靠等問題。提出一種基于RFID中間件的數據過濾方法，有效地解決不同類型RFID產品之間數據整合和冗余性問題。

RFID；數據過濾；數據冗余

0　引言

在IC卡被大量使用的而今天，無線射頻識別RFID技術自然也滲透到人們的日常生活中，而隨著物聯網的發展和“互聯網+”概念的推廣，可以預見到不久的將來，所有能夠連接到互聯網的設備或個體都將被一一識別和區分標記，可想而知RFID在未來將會以標記符號的角色維系著個體與個體之間的關系，同時區別它們的特性［1］。數以億計的RFID將會為人們帶來巨額的工作量，如何合理管理和整合這些來自RFID的數據，過濾冗余性數據就成為了討論的焦點［2］。

本文提出了一種基于數據過濾的RFID中間件，通過采用閱讀器范圍過濾，標簽范圍過濾，標簽冗余過濾，標簽事件過濾四種過濾方法，使得數據過濾的邏輯更為靈活，解決了不同類型RFID產品之間數據整合和冗余性問題。

1　國內外研究現狀

美國的企業在應用RFID技術的項目中發現將RFID數據正確錄入并處理復雜度很高，不僅費時費力，效率也不高，于是提出了RFID中間件的概念，希望通過RFID中間件可以將捕獲的數據預處理后再交由系統錄入管理，從而達到流水作業的效果［3］。由此促使了一些企業開始研發RFID中間件，其中較為典型的中間件有BEA公司的Weblogic RFID Software［4］、IBM的WebSphere RFID Solution、MIT的Auto-ID中心的EPC系統［5］。

在國內，首屆中國國際EPC與物聯網高層論壇首先將RFID技術引入，國家的科技計劃和政策也給予了大力支持，但技術差距還較為明顯［6］。但國內的一流大學仍然不甘人后，上海交大面向物流的數據集成和管理開發了可重構的RFID中間件RRI3.0，浙江大學研發的錢塘RFID中間件實現了較為復雜的事件處理引擎。

2　數據過濾方法

（1）閱讀器范圍過濾

閱讀器范圍過濾方法可以實現從眾多標簽數據中，過濾出用戶指定閱讀器范圍的標簽數據。如在倉儲管理中，用戶可以使用該過濾方法，通過獲取某個貨柜的標簽信息來了解該貨柜的物品信息。在RFID系統把每個閱讀器對應的閱讀器ID和掩碼作為閱讀器范圍過濾的依據，按照閱讀器的掩碼的不同，來判斷哪些是用戶指定的閱讀器。

（2）標簽范圍過濾

標簽過濾方法負責從大量的標簽數據中過濾出用戶指定產品的標簽數據。按照RFID系統的標簽編碼規范，全球范圍內的每一個產品都可以根據其標簽編碼的識別ID進行識別。通過判別所有標簽消息EPC碼，從中選出滿足用戶需要了解的標簽數據。

（3）標簽冗余過濾

該過濾器采用平滑過濾方式。該方法通過將在規定短時間內出現次數超過某個閾值的標簽作為真正出現的標簽，阻止一些偶爾在遠處出現過一次又被閱讀器監測到的標簽上報，從而達到數據的平滑。

（4）標簽事件過濾

這種過濾方法通過新出現的標簽、消失的標簽、當前的標簽和經過的標簽四種標簽標記不同事件。標簽的狀態和在讀寫器范圍停留的時間可以用來判斷標簽的模式，根據事件類型和計數值來判定標簽的模式，進而確定標簽的類型的方法，達到分類過濾的目的。

3　基于數據過濾的RFID中間件

3.1過濾算法設計

（1）閱讀器范圍過濾方法

閱讀器范圍過濾方法維護三張表格。一張為輸入表格，接收經過適配層統一格式處理過的標簽數據，供給過濾模塊實用，此時表格中標簽數據的結構如下：

一張為輸出表格，存儲經過閱讀器過濾方法過濾后的數據，供給后面的程序模塊實用；第三張為閱讀器地址和掩碼存儲表，存儲客戶命令讀取的閱讀器的地址和掩碼。算法如下：

步驟1：輸入數據。

步驟2：比較標簽節點的閱讀器ID和掩碼。

步驟3：輸出列表。

圖1　閱讀器范圍過濾算法流程圖

（2）標簽范圍過濾方法

標簽范圍過濾方法與閱讀器范圍過濾大致相同，不過需要注意的是：用戶輸入的標簽ID可以是一個，也可以是一組。當是一組掩碼時，只要滿足任何一個ID的標簽，都算是滿足要求的標簽。另外，EPC過濾器比較的是標簽節點中的標簽ID，閱讀器過濾器中比較的是標簽節點中的閱讀器的ID。

（3）標簽冗余過濾方法

該過濾規則維護兩張表格：表一（如表1）和表二（如表2）。閱讀器讀取一次標簽數據，將數據存入表一，表一的第二項表示該標簽在此次掃描中是否出現。過濾方法開始工作時，清空表格一，當標簽被閱讀器讀取時，存入表格一，并將表一的第二項置為1，把數據存入到表二，拋上跳事件。在下一個閱讀器讀取周期中，將標簽數據和表一進行比較，如果表一中的標簽數據又被閱讀器掃描到，則將該標簽在表一中的第二項置1；如果是表格中沒有，而被掃描到的數據，認為是新出現的標簽數據，則加入該項，并置1，那么向表二拋出一個上跳事件。如果表一中的標簽數據在這次讀取中沒有出現，則將表一的第二項置0。

定時輪詢一次表一，如果該第二項為0，那么說明在前一秒該標簽沒出現，則認為發生了一次下跳，那么把該表項清除，向后面的表二拋出下跳事件。在該次輪詢中，把所有的1設置為0。

表2中的第二項用來表示標簽數據的狀態，上跳表示該標簽數據進入讀寫器范圍，下跳表示標簽離開讀寫器范圍。第三項用計數器來表示標簽的狀態和在讀寫器范圍內停留的時間，依此來判斷當前數據是否為需要被清除的冗余數據或偶爾出現的數據。

表1　標簽的狀態

表2　標簽的模式

（4）標簽事件過濾方法

標簽事件過濾方法與標簽冗余過濾方法大致一樣，不同的是在表二中根據事件類型和計數值來判定標簽的模式，進而確定標簽的類型的方法。需要說明的是，離開模式和消失的標簽相對應；加入模式和新出現的標簽相對應；停留模式與通過模式和通過的數據標簽相對應，區別是經過閱讀器覆蓋范圍的時間不同。至于當前標簽，就是此時刻表一中的所有標簽數據。

3.2數據過濾模塊設計

數據過濾模塊的由三部分組成。

（1）數據處理線程：每個邏輯讀寫器都有自己的數據處理線程。它把從自己代表的讀寫器接收到的數據分析成系統中統一的格式，調用在創建讀寫器時候設定的過濾方法，對標簽進行邏輯過濾。標簽會被保存到本地數據庫。該線程是每個邏輯讀寫器私有的線程。每個邏輯讀寫器都有這么一個線程，用來處理來自該邏輯讀寫器的標簽數據。該線程主要完成下面三項工作：

讀寫器初始化工作：由于每個讀寫器可能都需要一個初始化過程，而該線程是每個讀寫器的私有線程，因此該線程最適合對各個讀寫器進行初始化工作。在這個線程的開始處，會調用讀寫器預先設定的讀寫器初始化函數對讀寫器進行初始化工作。

讀寫器標簽解析工作：由于各種讀寫器的標簽信息可能格式各不相同，需要把標簽解析成系統中統一的格式。這是通過創建讀寫器時候預設的函數來完成，例如對于alien讀寫器，這個函數就是alien_data_parse函數。

讀寫器標簽過濾工作：數據處理線程通過調用預設的數據過濾函數來完成數據過濾工作。

（2）過濾方法：每個邏輯讀寫器在創建的時候都可以預設自己需要的過濾方法。過濾方法由數據處理線程調用。在數據過濾方法中，每個讀寫器可以使用特殊的過濾邏輯，而不干擾其他讀寫器的過濾行為。

（3）數據庫刷寫線程：該線程的地位比較特殊。它既需要在數據庫模塊中把標簽信息寫入到本地的數據庫中，又需要在數據庫操作中完成對標簽數據狀態的判斷工作。該線程最后生成的標簽狀態變化信息，就是最后完成一系列過濾以后，最后上報的數據。

4　結語

通過對基于閱讀器范圍、標簽范圍、標簽冗余和標簽事件四類數據過濾算法以及數據過濾模塊的設計，提出了一種基于數據過濾的RFID中間件研發思路。本文提出了一種基于數據過濾的RFID中間件，通過采用閱讀器范圍過濾、標簽范圍過濾、標簽冗余過濾、標簽事件過濾四種過濾方法，使得數據過濾的邏輯更為靈活，解決了不同類型RFID產品之間數據整合和冗余性問題。

［1］李滿意，劉培國.萬物互聯時代RFID應用與安全并重——訪國防科技大學劉培國教授［J］.保密科學技術，2016（2）.

［2］Ma J，Sheng Q Z，Xie D，et al.Efficiently Managing Uncertain Data in RFID Sensor Networks［J］.World Wide Web-Internet&Web Information Systems，2015，18（4）：819-844.

［3］摩托羅拉公司.RFID加速美國服裝零售店的庫存周轉［J］.信息與電腦，2009（5）：30-31.

［4］鄧海生，李軍懷.基于SOA的RFID中間件的研究與實現［J］.電子技術應用，2007，33（10）：131-134.

［5］吳孟佳.一種新的RFID互相認證機制符合EPC Class 1 Generation 2標準［J］.亞洲大學光電與通訊學系學位論文，2011.

［6］賀彩玲，張翠花.RFID國內外發展現狀與趨勢探究［J］.電子測試，2013（8）：217-218.

A Kind of RFID Middleware Based on Data Filtering

CAI Ying-xei，HU Hui，CHEN Jia，CHEN Jun，HU Song，CAI Zhao-quan
（Huizhou University，Huizhou 516007）

In a wide variety of IC card today，radio frequency identification（RFID）technology has been used in identity cards，card，and logistics management.However，due to RFID-based product range and are not compatible，so that the data of the RFID products in different applications in different areas difficult to communicate a common，real-time acquisition of RFID redundant and reliable problem may also occur.Proposes a data filtering method based on the RFID middleware，effectively solves the data integration between different types of RFID products and redundancy problem.

RFID；Data Filtering；Data Redundancy

廣東省教科規劃項目（No.11JXZ012，14JXN065）、廣東省自然科學基金項目（No.S2013010013432、No.S2013010015940）、廣東省教育廳項目（No.2013LYM00874）、廣東省高校優秀青年創新人才培養計劃資助項目（No.2013LYM_0087）、惠州市科技計劃項目（No.2013B020015008、No.2014B020004026、No.2014B050013016、No.2014B020004023）、肇慶市科技計劃目（No.2015B010902009）

1007-1423（2016）26-0077-04DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.26.019

蔡映雪（1983-），女，廣東陸豐人，本科，學士，研究方向為計算機軟件

2016-07-05

2016-09-10