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射頻識(shí)別(RFID)是指利用無線電訊號(hào),以非接觸方式對(duì)標(biāo)簽內(nèi)信息進(jìn)行讀寫,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別的一類技術(shù)[1],在制造業(yè)、物流、醫(yī)療、運(yùn)輸、零售、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

一個(gè)典型的RFID應(yīng)用系統(tǒng)包括標(biāo)簽、讀寫器與配套硬件及相應(yīng)支撐軟件。RFID中間件(Middleware)是支撐軟件的一個(gè)重要組成部分,用來加工、處理來自讀寫器的所有信息和事件,使用其提供的一組通用應(yīng)用程序接口(API),能有效集成較大規(guī)模應(yīng)用中涉及的不同種類、眾多采集點(diǎn)的RFID產(chǎn)品,讀寫RFID標(biāo)簽信息,對(duì)標(biāo)簽信息進(jìn)行過濾、分組和計(jì)數(shù)等處理,加入了語(yǔ)意解釋的事件數(shù)據(jù),優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸,可減少發(fā)往信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量并防止誤讀、多讀、漏讀信息。中間件是RFID系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”,在RFID硬件產(chǎn)品數(shù)據(jù)格式變化情況下,以最小的成本升級(jí)應(yīng)用系統(tǒng),降低開發(fā)難度,縮短開發(fā)周期,規(guī)避開發(fā)風(fēng)險(xiǎn),節(jié)省開發(fā)費(fèi)用,提高開發(fā)質(zhì)量;使用RFID中間件可以讓用戶更加方便的應(yīng)用RFID技術(shù),更便捷的將此技術(shù)融入到各類的業(yè)務(wù)應(yīng)用和工作流程當(dāng)中。

RFID中間件還可以和諸如企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)(WMS)、客戶關(guān)系管理(CRM)、辦公自動(dòng)化(OA)及其他專有業(yè)務(wù)系統(tǒng)很有效的整合。良好的適應(yīng)性使得應(yīng)用該框架構(gòu)建RFID應(yīng)用只需要進(jìn)行非常少量的程序設(shè)計(jì)工作量就可以和其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件無縫對(duì)接。

圖1 RFID中間件與系統(tǒng)集成   下載原圖

RFID中間件發(fā)展大體劃分為三個(gè)階段。

第一階段是以應(yīng)用為中心的初級(jí)階段。RFID廠商提供API,幫助用戶完成RFID讀寫器的整合、串聯(lián)。用戶完成后端處理系統(tǒng)與讀寫器API連接、可靠性處理等功能。

第二階段是架構(gòu)中間件發(fā)展階段。通過本階段的發(fā)展,RFID中間件不但已經(jīng)具備基本數(shù)據(jù)采集、過濾、分組和計(jì)數(shù)等功能,同時(shí)滿足用戶多點(diǎn)收集、多點(diǎn)應(yīng)用的需求,并具備平臺(tái)的管理與維護(hù)功能。國(guó)內(nèi)研究成果還涉及到了傳輸協(xié)議和安全管理等領(lǐng)域[2,3,4]。

第三階段是解決方案階段,為中間件的成熟階段,各廠商針對(duì)RFID在不同領(lǐng)域的應(yīng)用,提出了解決方案。用戶通過RFID中間件,可以將現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)快速與RFID系統(tǒng)連接,實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID系統(tǒng)可視化管理。此時(shí),中間件即可以部署在靠近閱讀器等網(wǎng)絡(luò)邊緣的位置,也可以部署在數(shù)據(jù)中心,通過廣域網(wǎng)與閱讀器通信。用戶不必過分關(guān)心通過中間件來提供閱讀器的性能,而是將精力集中在與用戶的商務(wù)事物中。各大公司提出的方案,大多基于自己目前的核心產(chǎn)品或技術(shù),有太大的依賴性和較小的擴(kuò)展性,如IBM的Web Sphere,BEA的Web Log-ic等。一些解決方案能夠幫助特定領(lǐng)域的用戶對(duì)采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行一定程度的挖掘。

中間件在未來除了通過硬件、軟件可靠性解決數(shù)據(jù)臟讀、漏讀等問題外,還將與大數(shù)據(jù)處理技術(shù)密切結(jié)合,提供進(jìn)一步的相關(guān)的過濾、提取、傳輸、回溯等功能。

當(dāng)前RFID中間件主要由IBM、Microsoft、SAP、Sybase、Sun、BEA等國(guó)際巨頭把持,國(guó)內(nèi)的中間件產(chǎn)品,主要針對(duì)中小企業(yè)的應(yīng)用開發(fā)[5],如深圳立格公司產(chǎn)品,清華同方的“ez ONE易眾”中間件,中科院自動(dòng)化所的RFID公共服務(wù)體系基礎(chǔ)架構(gòu)軟件和部分產(chǎn)品可追溯管理中間件,華中科技大學(xué)支持多通信平臺(tái)的Smarti和上海交大面向物流的中間件SRM等。

該層由任意擴(kuò)展的API生成集合以及允許與系統(tǒng)環(huán)境無縫連接的特定接口組成,幫硬件供應(yīng)商建立所謂“設(shè)備驅(qū)動(dòng)”,對(duì)接的設(shè)備包括RFID閱讀器、打印機(jī)、可識(shí)別RFID信號(hào)的多用途傳感器等。中間件通過RFID軟件開發(fā)包(SDK)的形式兼容各種設(shè)備通訊協(xié)議并且支持以往生產(chǎn)的所有相關(guān)設(shè)備,具有良好的兼容性,可以更容易的發(fā)揮整合的效能。如果設(shè)備供應(yīng)商采用了軟件開發(fā)包編制相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,網(wǎng)絡(luò)上的所有RFID設(shè)備就都可以被工具軟件發(fā)現(xiàn)和管理。

該層可以通過由一系列基于業(yè)務(wù)規(guī)則的策略和可擴(kuò)展的事件處理程序組成的強(qiáng)大事件處理機(jī)制,讓應(yīng)用程序能夠?qū)⑽唇?jīng)處理的RFID事件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為可以識(shí)別的信息;通過消除RFID數(shù)據(jù)中的噪聲、失真和其他干擾信號(hào)等手段讓RFID應(yīng)用軟件在各種復(fù)雜的業(yè)務(wù)處理過程中充分發(fā)揮作用,降低配套工具軟件的開發(fā)成本。

該層包括了對(duì)象模型(OM)和應(yīng)用程序開發(fā)接口集(APIs),可以幫助應(yīng)用程序開發(fā)商設(shè)計(jì)、部署和管理RFID解決方案,應(yīng)用程序開發(fā)商可以創(chuàng)建各種各樣的軟件工具來管理RFID中間件基礎(chǔ)框架。對(duì)象模型提供了很多非常有用的程序開發(fā)接口,包括了設(shè)備管理、處理過程、應(yīng)用部署、事件追蹤以及性能監(jiān)測(cè)等。這些應(yīng)用程序接口不但對(duì)RFID處理軟件的快速設(shè)計(jì)和部署提高明顯,而且可以使應(yīng)用程序在全軟件生命周期得到更有效的管理。此外,本層還包括“事件處理管道”設(shè)計(jì)和部署所需工具,可將未經(jīng)處理的RFID事件數(shù)據(jù)過濾、分組、計(jì)數(shù)和轉(zhuǎn)換成為后續(xù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)可識(shí)別的信息所必備的軟件組件。

該層包含了RFID中間件的基礎(chǔ)框架的設(shè)計(jì)工具和“適配器”,是開發(fā)者在研發(fā)不同類型的業(yè)務(wù)處理軟件開發(fā)調(diào)試很有幫助的軟件工具。其中設(shè)計(jì)工具可以創(chuàng)建一個(gè)RFID業(yè)務(wù)處理過程提供簡(jiǎn)單、直觀的設(shè)計(jì)模式;“適配器”可以整合服務(wù)器軟件和業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件,使得若干個(gè)通過RFID信息傳遞來完成業(yè)務(wù)協(xié)作的應(yīng)用軟件形成一個(gè)有機(jī)的整體。通過使用這些設(shè)計(jì)工具和“適配器”,開發(fā)商可以設(shè)計(jì)開發(fā)出各種具有廣泛應(yīng)用前景的應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)解決方案[6,7,8]。

IBM中間件主要包括邊緣控制器和前端服務(wù)器兩部分,架構(gòu)體系如圖2所示:邊緣控制器由控制器、濾波器、Micro Broker總線和RFID讀寫器代理服務(wù)器等組成,主要負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備之間的通信,對(duì)RFID讀寫器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、過濾和整合,并將其提供給前端服務(wù)器。前端服務(wù)器由服務(wù)器、MQ中間件、Micro Broker總線、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等部分組成,是所有RFID設(shè)備采集信息的匯聚中心,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并與后端應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、整合。邊緣控制器。邊緣控制器與前端服務(wù)器之間采用發(fā)布主題訂閱主題的方式通信。[9]

圖2 IBM RFID中間件結(jié)構(gòu)圖   下載原圖

采用IBM RFID中間件可以使整個(gè)物流變得一目了然,極大地簡(jiǎn)化了開發(fā)工作。在RFID硬件系統(tǒng)中,因?yàn)樽x寫器可以對(duì)粘貼在不同貨品中的標(biāo)簽信息隨時(shí)讀寫,可以采用基于該中間件技術(shù)的平臺(tái)在倉(cāng)庫(kù)的眾多管理位置實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)對(duì)前端各RFID設(shè)備的集中智能控制,實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)物流信息的實(shí)時(shí)管控。

1)出入庫(kù)管理:在倉(cāng)庫(kù)門口安裝RFID固定閱讀器,當(dāng)貨品出入庫(kù)經(jīng)過門口時(shí),讀寫器自動(dòng)讀取存儲(chǔ)在貨品標(biāo)簽中EPC(電子編碼),并將其中存儲(chǔ)的貨品信息、出入庫(kù)時(shí)間寫入數(shù)據(jù)庫(kù),自動(dòng)完成出入庫(kù)登記操作。

2)日常業(yè)務(wù)管理:包括各工作日的貨品保存、轉(zhuǎn)移、交接、訂單管理等。貨品保存是物流業(yè)比較重要的一個(gè)工作,因此貨品保存業(yè)務(wù)的規(guī)范就顯得尤為重要。這里主要包括每個(gè)工作日貨品的狀態(tài)記錄、檢査等規(guī)范操作登記記錄。

3)查詢與統(tǒng)計(jì):為管理用戶提供查詢和統(tǒng)計(jì)服務(wù),可查詢出各工作日貨品的出入庫(kù)情況、貨品位置情況等,統(tǒng)計(jì)出貨品流向信息報(bào)告。

4)貨品盤點(diǎn):采用便攜式RFID數(shù)據(jù)采集器和固定RFID閱讀器實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)貨品的盤點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)。便攜式RFID數(shù)據(jù)采集器方式采集電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù),使用方便快捷靈活,在讀取標(biāo)簽上信息的同時(shí),可以將數(shù)據(jù)直接傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng),或者暫時(shí)存儲(chǔ)于采集器內(nèi),批量傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

5)資料管理:建立貨品分類,通過閱讀器對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行信息設(shè)置,將EPC(電子編碼)與貨品分類相對(duì)應(yīng),并利用RFID標(biāo)簽中剩余存儲(chǔ)空間保存貨品詳細(xì)信息。

圖3 倉(cāng)儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)功能   下載原圖

RFID中間件的開發(fā)和成熟為倉(cāng)儲(chǔ)物流信息管理平臺(tái)建立了一個(gè)發(fā)現(xiàn)和管理電子標(biāo)簽設(shè)備,實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)物流信息實(shí)時(shí)管控的高效渠道,通過建立豐富的、可升級(jí)的事件處理軟件架構(gòu)把眾多單個(gè)電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成具有實(shí)際意義的業(yè)務(wù)信息,為RFID應(yīng)用與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)快速整合提供了一個(gè)規(guī)范的業(yè)務(wù)定制模型,是一次重大的技術(shù)革新。我國(guó)相關(guān)企業(yè)應(yīng)該抓住這一機(jī)遇,以市場(chǎng)需求帶動(dòng)RFID中間件軟件水平的提高。