面向RFID的框架化數(shù)據(jù)融合中間件研究與設計

摘 要： 介紹了基于數(shù)據(jù)融合的結構可擴展軟件開發(fā)框架（xDFF）及其規(guī)范體系，在此框架下，主要研究并設計了包括RFID數(shù)據(jù)資源集成與融合應用平臺的建模方法、工具及實現(xiàn)方法，旨在設計一種高效且可擴展的，支持海量RFID數(shù)據(jù)采集、過濾、聚合、事件管理以及存儲、維護、查詢和安全管理等功能的環(huán)境與工具，實現(xiàn)普遍適配，提供二次開發(fā)接口，與企業(yè)數(shù)據(jù)集成并進行統(tǒng)一管理的模塊化框架化RFID數(shù)據(jù)融合中間件產品。

關鍵詞： xDFF框架； 面向射頻識別（RFID）； 數(shù)據(jù)融合； 平臺建模； 中間件產品

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）12-04-03

Research and design of RFID middleware framework of data fusion

Zhang Jing1， He Yueshun2， Li Tianming3

（1. College of Information Engineering， East China Institute of Technology， Nanchang， Jiangxi 330013， China；

2. College of Software， East China Institute of Technology； 3. Jiangxi China coal auger information industry co.， LTD）

Abstract： The extensible software development framework （xDFF）， based on data fusion， and its standard system are introduced. Under this framework， the modeling methods and tools including RFID data resources integration and application integration platform are studied and designed. The purpose is to design a highly efficient and extensible support massive RFID data collection， filtering， aggregation， event management to the storage， maintenance， query and safety management， and other functions of the environment and tools. The universal adapter， providing secondary development interface， with the enterprise data integration for unified management modular framework of RFID data integration middleware products are realized.

Key words： the xDFF framework； for RFID； data fusion； platform modeling； middleware products

0 引言

RFID射頻識別是一種非接觸式自動識別技術，通過射頻信息自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作不需人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID的被動標簽不用電池，使用時沒有接觸，比如刷卡等，所以它不怕弄臟和失去磁性，磨損小，壽命長，RFID芯片密碼無法復制，安全性高。這些特點使RFID的應用空間廣闊，與國民經(jīng)濟各個領域有著千絲萬縷的聯(lián)系，特別是在國民經(jīng)濟結構調整、全社會運用信息技術提高經(jīng)濟運行效益和質量的形勢下，RFID技術將發(fā)揮更加重要的作用。但目前國內的RFID軟件的研發(fā)還存在不足，相關的技術和產品還有很大的發(fā)展空間，主要體現(xiàn)在以下方面[1]。

⑴ 缺乏RFID數(shù)據(jù)管理與集成技術和中間件產品。RFID數(shù)據(jù)管理與集成的關鍵在于處理海量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)上下游信息共享，保證數(shù)據(jù)來源的可靠性?，F(xiàn)有的產品中，對于大量繁雜數(shù)據(jù)的處理缺少有效解決方案，實時數(shù)據(jù)處理和倉儲能力有限?，F(xiàn)有的技術和產品也缺乏能解決多讀寫器RFID數(shù)據(jù)實時準確采集、存儲和查詢功能，缺乏能進行實時消息通信、實時事務調用與并發(fā)控制，缺乏遵循標準開發(fā)，普通適配，模塊化框架化，能提供二次開發(fā)接口，滿足不同RFID應用需求的中間件產品。

⑵ 乏與企業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成和管理。現(xiàn)有的RFID數(shù)據(jù)中間件多是獨立處理來源于RFID設備的數(shù)據(jù)，缺乏與企業(yè)系統(tǒng)如ERP系統(tǒng)產生的數(shù)據(jù)進行融合的能力，造成與現(xiàn)有的企業(yè)業(yè)務過程結合花費太大。無法實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一收集和管理，數(shù)據(jù)處理效率低下，形成信息孤島，阻礙企業(yè)信息的統(tǒng)一應用。

⑶ 安全和隱私問題突出。隨著RFID技術的不斷發(fā)展，RFID系統(tǒng)在制造業(yè)、供應鏈管理、電子支付、傳感通信、身份識別等方面得到廣泛的應用。一個RFID標簽是一個帶天線的微芯片，它可以響應閱讀器的查詢，與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換。RFID帶來效率提高、成本節(jié)約的同時，也造成許多安全和隱私問題。

1 xDFF框架及規(guī)范體系

xDFF（structure-eXtensible Data Fusion based Framework）是基于數(shù)據(jù)融合的結構可擴展的軟件開發(fā)框架，屬于數(shù)據(jù)流處理框架。橫向融合加工處理的對象是廣義的數(shù)據(jù)流，可以是數(shù)據(jù)、本體、對象、代碼等。

xDFF融合器有服務器、處理器、庫所、管道、傳感器、開關、I/O適配器等7大類。這些格具融合器都可以由用戶按面向對象的方式“擴展”，以滿足具體應用的需求。其中，最需要擴展的是服務器。服務器的擴展可改變處理算法，屬于“填充”式的框架。其他融合器的擴展，則是關于框架“結構”的擴展，通過擴展“結構”構造應用系統(tǒng)—結構擴展式框架[2]。

xDFF是一種規(guī)范，它的規(guī)范體系即規(guī)范的總體結構、方式、方法，是具體規(guī)范的準則與框架。xDFF規(guī)范分環(huán)境規(guī)范與用戶規(guī)范兩個方面。環(huán)境規(guī)范是關于xDFF系統(tǒng)的運行環(huán)境的規(guī)范，而用戶規(guī)范是關于用戶使用xDFF開發(fā)軟件的規(guī)范。

每種融合器的實體是“對象類+接口+配置”，即一個融合器是一個類和接口及配置信息的集合。每個具體的融合器，都有一個基類及其若干派生類，另有一個接口及其若干派生接口。融合器的基類描述該類融合器的基本屬性與方法，派生類逐步使基類的屬性與方法具體化?；愅耆上到y(tǒng)定義，各派生類的規(guī)范（形態(tài)）由形態(tài)規(guī)定，具體內容用戶按規(guī)范自定義，以擴展該類融合器。融合器的接口重點給出融合器的功能規(guī)范。規(guī)范也定義融合器與容器以及其他融合器之間的交互協(xié)議?；涌谕耆上到y(tǒng)定義，各派生接口由用戶自定義，以擴展格件功能。每個融合器類都對應一個配置信息，配置信息用XML定義。

2 中間件研究與設計

企業(yè)部署RFID方案，最終目的是為了收集各種來源的數(shù)據(jù)為業(yè)務所用，如果不對讀取的RFID數(shù)據(jù)進行過濾處理，集成分析，就無法產生收益。因而在應用RFID時，企業(yè)用戶要面對怎樣將前端數(shù)據(jù)與對應的后端業(yè)務系統(tǒng)連接起來；怎樣保證所收集到的數(shù)據(jù)能順利的轉換成有效的業(yè)務信息，以及如何確保數(shù)據(jù)采集的安全性等問題。最終目的是可以使企業(yè)充分利用采集到的RFID數(shù)據(jù)，將標簽數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)，業(yè)務流程結合，并同后端的IT系統(tǒng)集成，將數(shù)據(jù)融入ERP、CRM等系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可見性和自動化流程處理，提高效率，降低成本。

2.1 框架與建模方法

融合是通過框架進行的，框架是由提供數(shù)據(jù)通路的數(shù)據(jù)“管道”和加工、處理和控制數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)“站點”構成，框架的具體化是通過對站點和管道的“擴展”而進行的。這里的管道和站點統(tǒng)稱融合器。在格件體系中也稱為格具，是框架支撐部件。橫向融合加工處理的對象是廣義的數(shù)據(jù)流，可以是數(shù)據(jù)、本體、對象、代碼等。

2.2 平臺結構

平臺總體結構如圖1所示。

RFID數(shù)據(jù)源和其他企業(yè)數(shù)據(jù)源在經(jīng)過基礎融合后，再經(jīng)過二次融合形成目標數(shù)據(jù)提供給企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)使用。基礎融合使海量數(shù)據(jù)在“源頭”得到初步的清理、整合、匯總和錯誤處理，有效地提高了數(shù)據(jù)處理的效率。企業(yè)數(shù)據(jù)經(jīng)過融合后可以作為RFID數(shù)據(jù)處理的“語境”，即處理的參考和過濾條件。如通過調用乘客信息系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)，RFID行李處理系統(tǒng)可以將貼有RFID電子標簽的行李準確運上所有者所在航班。RFID數(shù)據(jù)的融合過程如圖2所示。其中，RFID引擎之間可設置成聯(lián)合模式并設置聯(lián)合處理策略。聯(lián)合引擎成員之間可以將篩選出來的有價值的事件提前發(fā)送到聯(lián)合體各成員引擎里，實現(xiàn)橫向融合和聯(lián)合處理分發(fā)。聯(lián)合處理分送用于處理跨越多個引擎的動態(tài)RFID數(shù)據(jù)追蹤處理。如RFID行李處理系統(tǒng)必須在航班到達之前將相關數(shù)據(jù)發(fā)送到目地機場，通過橫向融合，可以實現(xiàn)聯(lián)合引擎之間近實時資源共享，提高數(shù)據(jù)處理效率。

圖1 RFID數(shù)據(jù)融合平臺功能總體結構

圖2 RFID數(shù)據(jù)融合過程

2.3 數(shù)據(jù)同步處理方法

我們采用一種基于增量快照差的迭代增量同步算法。該算法同步與時間密切相關。因為一般情況下，數(shù)據(jù)集內容是隨時間隨機變化的，所以同步應該是“快照”的概念，即數(shù)據(jù)集之間是否達到一致，只是相對于某時間點而言[3]。因為數(shù)據(jù)集變化是動態(tài)隨機的，所以在針對某個時間點的同步過程中，新的變化將不斷產生，處理不好將嚴重影響同步的正確性。

基于增量快照差的迭代增量同步算法的核心思想是為數(shù)據(jù)集的“變化信息”建立快照—增量快照，并且在同步過程中動態(tài)地更新快照，產生最近兩個時間點的增量快照的差—增量快照差，然后，根據(jù)增量快照差進行同步工作。此時，由于增量快照差變得很小，而且快速響應了算法對數(shù)據(jù)集的變化所需的“知情權”，所以可以獲得很高的效率。

2.4 分布式融合和控制方法

在使用RFID的系統(tǒng)中，可能在不同地點裝有大量閱讀器，在系統(tǒng)的不同地點產生大量的分布式海量數(shù)據(jù)。尤其對于大型應用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可能存在于多個不同級別的分支機構或地點，RFID數(shù)據(jù)的集成與融合也需要相應地分級進行，這樣就需要多個處于不同級別位置的融合引擎，因此，存在多個引擎的組織、互操作、分級控制及集成和橫向融合（聯(lián)合處理分發(fā)）的策略配置等問題。

2.5 數(shù)據(jù)過濾方法

我們提出一種基于規(guī)則的框架式組合過濾方法。該方法充分利用企業(yè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過融合后作為RFID數(shù)據(jù)處理的“語境”，從而使RFID數(shù)據(jù)過濾更加靈活和準確，提高海量數(shù)據(jù)的過濾能力[4]。規(guī)則框架過濾算法及其應用“語境”表示成P（v1，v2，…，vn）∧ψ1∧，…，∧ψm的形式，其中P是過濾算法或“語境”謂詞，vi（1≤i≤n）是任何P能接受的變量，ψj（1≤i≤m）是變量限制域。通過這種方式，只要把任何現(xiàn)存的過濾算法和企業(yè)數(shù)據(jù)產生的應用“語境”表示成符合謂詞和限制域的形式都可以插入到規(guī)則框架中，再通過主動規(guī)則的觸發(fā)性，實現(xiàn)過濾策略調整和異常事件自動處理。

3 結束語

本文借鑒基于數(shù)據(jù)融合的結構可擴展軟件開發(fā)框架——xDFF框架建立模型，研究設計了面向RFID數(shù)據(jù)融合的中間件產品。涉及到了RFID海量數(shù)據(jù)集成與融合的分布式建模方法，高速的數(shù)據(jù)過濾和緩沖方法，靈活的數(shù)據(jù)同步關系，高效的數(shù)據(jù)同步算法，數(shù)據(jù)集成與融合的分布式控制。設計出的中間件產品可以應用在各個行業(yè)的RFID數(shù)據(jù)集成和融合中，可作為各類企業(yè)應用RFID資源的業(yè)務平臺，也可作為企業(yè)內部信息資源和RFID資源整合的支撐平臺，應用前景廣闊，可以給社會帶來巨大的經(jīng)濟效益。當海量RFID數(shù)據(jù)處理正日益成為RFID系統(tǒng)應用的主要障礙之際，本論文的研究在某些方面將滿足相關產業(yè)對RFID數(shù)據(jù)處理的需要，填補國內市場在RFID數(shù)據(jù)集成和管理中間件平臺缺乏自主知識產權產品的空白，具有良好的市場前景和發(fā)展空間。

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