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射頻識別(RFID)是指利用無線電訊號,以非接觸方式對標簽內信息進行讀寫,實現目標識別的一類技術[1],在制造業、物流、醫療、運輸、零售、國防等各個領域得到廣泛應用。

一個典型的RFID應用系統包括標簽、讀寫器與配套硬件及相應支撐軟件。RFID中間件(Middleware)是支撐軟件的一個重要組成部分,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用程序接口(API),能有效集成較大規模應用中涉及的不同種類、眾多采集點的RFID產品,讀寫RFID標簽信息,對標簽信息進行過濾、分組和計數等處理,加入了語意解釋的事件數據,優化數據傳輸,可減少發往信息網絡系統的數據量并防止誤讀、多讀、漏讀信息。中間件是RFID系統的“神經中樞”,在RFID硬件產品數據格式變化情況下,以最小的成本升級應用系統,降低開發難度,縮短開發周期,規避開發風險,節省開發費用,提高開發質量;使用RFID中間件可以讓用戶更加方便的應用RFID技術,更便捷的將此技術融入到各類的業務應用和工作流程當中。

RFID中間件還可以和諸如企業資源計劃(ERP)系統、倉儲管理系統(WMS)、客戶關系管理(CRM)、辦公自動化(OA)及其他專有業務系統很有效的整合。良好的適應性使得應用該框架構建RFID應用只需要進行非常少量的程序設計工作量就可以和其他業務系統軟件無縫對接。

圖1 RFID中間件與系統集成   下載原圖

RFID中間件發展大體劃分為三個階段。

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

第二階段是架構中間件發展階段。通過本階段的發展,RFID中間件不但已經具備基本數據采集、過濾、分組和計數等功能,同時滿足用戶多點收集、多點應用的需求,并具備平臺的管理與維護功能。國內研究成果還涉及到了傳輸協議和安全管理等領域[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RFID在不同領域的應用,提出了解決方案。用戶通過RFID中間件,可以將現有業務系統快速與RFID系統連接,實現對RFID系統可視化管理。此時,中間件即可以部署在靠近閱讀器等網絡邊緣的位置,也可以部署在數據中心,通過廣域網與閱讀器通信。用戶不必過分關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事物中。各大公司提出的方案,大多基于自己目前的核心產品或技術,有太大的依賴性和較小的擴展性,如IBM的Web Sphere,BEA的Web Log-ic等。一些解決方案能夠幫助特定領域的用戶對采集到數據進行一定程度的挖掘。

中間件在未來除了通過硬件、軟件可靠性解決數據臟讀、漏讀等問題外,還將與大數據處理技術密切結合,提供進一步的相關的過濾、提取、傳輸、回溯等功能。

當前RFID中間件主要由IBM、Microsoft、SAP、Sybase、Sun、BEA等國際巨頭把持,國內的中間件產品,主要針對中小企業的應用開發[5],如深圳立格公司產品,清華同方的“ez ONE易眾”中間件,中科院自動化所的RFID公共服務體系基礎架構軟件和部分產品可追溯管理中間件,華中科技大學支持多通信平臺的Smarti和上海交大面向物流的中間件SRM等。

該層由任意擴展的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,幫硬件供應商建立所謂“設備驅動”,對接的設備包括RFID閱讀器、打印機、可識別RFID信號的多用途傳感器等。中間件通過RFID軟件開發包(SDK)的形式兼容各種設備通訊協議并且支持以往生產的所有相關設備,具有良好的兼容性,可以更容易的發揮整合的效能。如果設備供應商采用了軟件開發包編制相應設備驅動程序,網絡上的所有RFID設備就都可以被工具軟件發現和管理。

該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事件數據轉換成為可以識別的信息;通過消除RFID數據中的噪聲、失真和其他干擾信號等手段讓RFID應用軟件在各種復雜的業務處理過程中充分發揮作用,降低配套工具軟件的開發成本。

該層包括了對象模型(OM)和應用程序開發接口集(APIs),可以幫助應用程序開發商設計、部署和管理RFID解決方案,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,包括了設備管理、處理過程、應用部署、事件追蹤以及性能監測等。這些應用程序接口不但對RFID處理軟件的快速設計和部署提高明顯,而且可以使應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”設計和部署所需工具,可將未經處理的RFID事件數據過濾、分組、計數和轉換成為后續業務系統可識別的信息所必備的軟件組件。

該層包含了RFID中間件的基礎框架的設計工具和“適配器”,是開發者在研發不同類型的業務處理軟件開發調試很有幫助的軟件工具。其中設計工具可以創建一個RFID業務處理過程提供簡單、直觀的設計模式;“適配器”可以整合服務器軟件和業務流程應用軟件,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。通過使用這些設計工具和“適配器”,開發商可以設計開發出各種具有廣泛應用前景的應用程序和業務解決方案[6,7,8]。

IBM中間件主要包括邊緣控制器和前端服務器兩部分,架構體系如圖2所示:邊緣控制器由控制器、濾波器、Micro Broker總線和RFID讀寫器代理服務器等組成,主要負責與硬件設備之間的通信,對RFID讀寫器收集的數據進行采集、過濾和整合,并將其提供給前端服務器。前端服務器由服務器、MQ中間件、Micro Broker總線、數據庫和網絡服務器等部分組成,是所有RFID設備采集信息的匯聚中心,存儲數據并與后端應用系統進行數據交互、整合。邊緣控制器。邊緣控制器與前端服務器之間采用發布主題訂閱主題的方式通信。[9]

圖2 IBM RFID中間件結構圖   下載原圖

采用IBM RFID中間件可以使整個物流變得一目了然,極大地簡化了開發工作。在RFID硬件系統中,因為讀寫器可以對粘貼在不同貨品中的標簽信息隨時讀寫,可以采用基于該中間件技術的平臺在倉庫的眾多管理位置實現倉儲物流管理系統對前端各RFID設備的集中智能控制,實現倉儲物流信息的實時管控。

1)出入庫管理:在倉庫門口安裝RFID固定閱讀器,當貨品出入庫經過門口時,讀寫器自動讀取存儲在貨品標簽中EPC(電子編碼),并將其中存儲的貨品信息、出入庫時間寫入數據庫,自動完成出入庫登記操作。

2)日常業務管理:包括各工作日的貨品保存、轉移、交接、訂單管理等。貨品保存是物流業比較重要的一個工作,因此貨品保存業務的規范就顯得尤為重要。這里主要包括每個工作日貨品的狀態記錄、檢査等規范操作登記記錄。

3)查詢與統計:為管理用戶提供查詢和統計服務,可查詢出各工作日貨品的出入庫情況、貨品位置情況等,統計出貨品流向信息報告。

4)貨品盤點:采用便攜式RFID數據采集器和固定RFID閱讀器實現對倉庫內貨品的盤點和統計。便攜式RFID數據采集器方式采集電子標簽上的數據,使用方便快捷靈活,在讀取標簽上信息的同時,可以將數據直接傳送到計算機系統,或者暫時存儲于采集器內,批量傳送到計算機系統。

5)資料管理:建立貨品分類,通過閱讀器對RFID標簽進行信息設置,將EPC(電子編碼)與貨品分類相對應,并利用RFID標簽中剩余存儲空間保存貨品詳細信息。

圖3 倉儲物流管理系統功能   下載原圖

RFID中間件的開發和成熟為倉儲物流信息管理平臺建立了一個發現和管理電子標簽設備,實現倉儲物流信息實時管控的高效渠道,通過建立豐富的、可升級的事件處理軟件架構把眾多單個電子標簽數據轉化成具有實際意義的業務信息,為RFID應用與其他業務系統快速整合提供了一個規范的業務定制模型,是一次重大的技術革新。我國相關企業應該抓住這一機遇,以市場需求帶動RFID中間件軟件水平的提高。