物聯(lián)網(wǎng)RFID中間件中事件提取的研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)RFID中間件以數(shù)據(jù)處理為核心不能為上層運(yùn)用提供事件消息，無(wú)法運(yùn)用到實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的缺陷。建立一套事件提取機(jī)制，供上層運(yùn)用注冊(cè)價(jià)值事件，在中間件中檢測(cè)事件，生成事件并以異步模式傳遞事件消息。建立事件記錄樹(shù)，實(shí)現(xiàn)事件的檢測(cè)和生成。減少上層運(yùn)用的運(yùn)行開(kāi)銷，擴(kuò)展傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)RFID中間件的運(yùn)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：RFID中間件；事件提取機(jī)制；事件記錄樹(shù)

中圖分類號(hào)：TP368.1；TP391.44

物聯(lián)網(wǎng)RFID中間件是運(yùn)行在用戶程序和底層感知設(shè)備之間的獨(dú)立程序，它為用戶程序提供屏蔽底層硬件差異的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)服務(wù)。對(duì)數(shù)據(jù)流的處理是中間件的核心業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)采集、過(guò)濾、存儲(chǔ)等過(guò)程貫穿著整個(gè)運(yùn)行周期。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中部署中間件能極大簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)，節(jié)省工程成本。

物聯(lián)網(wǎng)日新月異的發(fā)展，催生了許多RFID中間件產(chǎn)品。目前的中間件產(chǎn)品大多是基于數(shù)據(jù)服務(wù)的，上層運(yùn)用必須基于數(shù)據(jù)服務(wù)的反饋結(jié)果做分析得出現(xiàn)實(shí)事件再做進(jìn)一步的處理。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這種方式已經(jīng)不能很好滿足各類上層運(yùn)用，例如：門禁系統(tǒng)中，異常標(biāo)簽的出現(xiàn)很可能意味著一個(gè)不速之客的到來(lái)。類似的情況要求物聯(lián)網(wǎng)RFID中間件能夠具備從原始數(shù)據(jù)中分析提取事件并上傳的能力。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者已經(jīng)意識(shí)到現(xiàn)有的RFID中間件無(wú)法提取事件信息的缺陷，開(kāi)始研究基于事件處理的物聯(lián)網(wǎng)RFID中間。文獻(xiàn)[1]提出并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)的中間件平臺(tái)，將中間件分為基層和元層，在元層實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)。但這樣無(wú)法從上層運(yùn)用的層面去認(rèn)知和定義事件。文獻(xiàn)[2]在RFID中間件中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種復(fù)雜事件處理模型，提出了一種基于CEP技術(shù)的自適應(yīng)規(guī)則模型，但誤報(bào)的事件可能會(huì)嚴(yán)重阻塞上層運(yùn)用程序的執(zhí)行流。本文在傳統(tǒng)的RFID中間件基礎(chǔ)上，建立了事件提取模型，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了事件的偵聽(tīng)注冊(cè)，生成，檢測(cè)與發(fā)送。構(gòu)成了一整套的事件提取機(jī)制。

1 事件提取模型的建立

事件從產(chǎn)生、檢測(cè)到回送需要經(jīng)歷復(fù)雜的過(guò)程。事件提取機(jī)制接受用戶的事件描述，生成事件標(biāo)識(shí)，檢測(cè)并回報(bào)事件消息。整個(gè)機(jī)制的模型如圖1所示：

圖1 事件提取機(jī)制模型圖

上層運(yùn)用提供基于SQL標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)句的事件描述。中間件完成事件描述的記錄，約定中間件與上層運(yùn)用間的事件標(biāo)識(shí)（Event Identifier簡(jiǎn)稱“EI”），維護(hù)上層運(yùn)用與中間件之間的鏈接。每個(gè)鏈接都有一個(gè)鏈接標(biāo)識(shí)（Link Identifier簡(jiǎn)稱“LI”），將EI與LI對(duì)應(yīng)，事件檢測(cè)引擎就能基于中間件數(shù)據(jù)庫(kù)中的基本數(shù)據(jù)提取出價(jià)值事件。最終通過(guò)LI回送給上層定制事件消息的運(yùn)用。

2 相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義

2.1 基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

（1）在事件偵聽(tīng)注冊(cè)與生成過(guò)程中，需要記錄LI和每個(gè)LI上需要提取的事件EI。建立一個(gè)鄰接表記錄上述信息。如圖2：

圖2 LI與EI聯(lián)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

（2）事件檢測(cè)引擎運(yùn)行過(guò)程中，需要將提取出的事件和傳送的鏈接對(duì)應(yīng)起來(lái)，放入到一個(gè)隊(duì)列中。事件發(fā)送功能將隊(duì)列中所有已產(chǎn)生的事件發(fā)送到對(duì)應(yīng)的鏈接上。該隊(duì)列的形式如圖3：

圖3 事件發(fā)送隊(duì)列

（3）每個(gè)EI是唯一的，為避免后期注冊(cè)時(shí)反饋回重復(fù)的EI。在每次約定EI時(shí)，都應(yīng)該有專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄已存在的EI。后期約定的EI都應(yīng)當(dāng)跟該結(jié)構(gòu)內(nèi)的EI記錄對(duì)比并保持不同。采用順序容器實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)需求。如圖4：

圖4 EI存儲(chǔ)容器

2.2 建立事件記錄樹(shù)

事件檢測(cè)引擎實(shí)現(xiàn)事件的檢測(cè)需要依據(jù)事件描述。事件檢測(cè)時(shí)都需要一個(gè)樹(shù)形結(jié)構(gòu)來(lái)動(dòng)態(tài)維持上層運(yùn)用，事件描述，事件標(biāo)識(shí)的關(guān)聯(lián)。采用高度為3的事件記錄樹(shù)（Event Record Tree，簡(jiǎn)稱ER-Tree）來(lái)建立并維持這種關(guān)聯(lián)。如下圖所示：

圖5 事件記錄樹(shù)

每個(gè)上層運(yùn)用的事件描述樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)記錄連接標(biāo)識(shí)。第一層主要完成事件描述的記錄，是整棵樹(shù)的核心信息。葉子節(jié)點(diǎn)記錄著對(duì)應(yīng)事件的事件標(biāo)識(shí)。

3 事件提取服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

基于中間件采集的原始數(shù)據(jù)在外圍實(shí)現(xiàn)事件提取服務(wù)。本文提出的事件提取機(jī)制由偵聽(tīng)注冊(cè)、生成、檢測(cè)、發(fā)送四大功能組成，提出采用多線程的思想實(shí)現(xiàn)。事件消息的傳遞應(yīng)當(dāng)安全可靠，對(duì)于每一個(gè)上層運(yùn)用，事件提取服務(wù)都維持一條TCP/IP鏈接，這條鏈接使用LI標(biāo)識(shí)。對(duì)于每一個(gè)事件，事件提取服務(wù)都需要依據(jù)事件描述開(kāi)辟一個(gè)新線程，新線程基于中間件中的基本數(shù)據(jù)依據(jù)事件描述樹(shù)檢測(cè)事件的發(fā)生并將事件消息傳入發(fā)送隊(duì)列。

整個(gè)服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)還需要三個(gè)基本線程：

（1）主線程，偵測(cè)上層運(yùn)用對(duì)價(jià)值事件的注冊(cè)，和事件生成線程一起完成EI和LI的登記注冊(cè)，維護(hù)好與上層運(yùn)用的連接；

（2）事件生成線程主要為事件檢測(cè)引擎生成事件記錄樹(shù)；

（3）事件發(fā)送線程，不斷發(fā)送事件信息到相應(yīng)鏈接上。整個(gè)事件提取服務(wù)的實(shí)現(xiàn)如下圖：

圖6 事件提取服務(wù)實(shí)現(xiàn)

4 基于HOPE-MFIOT物聯(lián)網(wǎng)中間件的測(cè)試與驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文實(shí)現(xiàn)的基于物聯(lián)網(wǎng)RFID中間件的事件提取機(jī)制，在HOPE-MFIOT中間件的服務(wù)器端開(kāi)發(fā)，發(fā)布上述的事件提取服務(wù)。在windows7.0平臺(tái)上編寫測(cè)試程序，測(cè)試程序中提交事件描述：IF EXISTS（SELECT * FROM EPC _DATA WHERE EPC=‘101001011’），該描述的事件意義為：號(hào)碼為101001011的標(biāo)簽出現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)中，用建立鏈接時(shí)的SOCKET標(biāo)識(shí)LI，用EVENT_N（N為隨機(jī)整數(shù)）字符串表示EI。提交事件描述之后，將號(hào)碼為101001011的標(biāo)簽，放入讀寫器的識(shí)別區(qū)。測(cè)試結(jié)果如下圖：

圖7 測(cè)試圖

在識(shí)別區(qū)內(nèi)，HOPE-MFIOT中間件中采集到了目標(biāo)標(biāo)簽數(shù)據(jù)。偵測(cè)到了事件并發(fā)回給了測(cè)試程序。測(cè)試程序顯示了事件標(biāo)識(shí)字符串。由此，驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的事件提取機(jī)制是合理可行的。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在傳統(tǒng)的以數(shù)據(jù)為中心的RFID中間件上，提出并實(shí)現(xiàn)了一種事件提取機(jī)制?；贖OPE-MFIOT物聯(lián)網(wǎng)中間件產(chǎn)品，進(jìn)行了具體實(shí)現(xiàn)和測(cè)試。事件提取機(jī)制，將繁重的基于數(shù)據(jù)的事件處理轉(zhuǎn)移至中間件中，減輕了上層運(yùn)用的負(fù)擔(dān)，擴(kuò)展了物聯(lián)網(wǎng)RFID中間件的運(yùn)用領(lǐng)域。如何簡(jiǎn)化事件描述，提取更加復(fù)雜的事件，將是后期進(jìn)一步探討的問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：范立軍（1975-），男，寧夏石嘴山人，副總經(jīng)理，工程師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；王華（1989-），男，湖北宜昌人，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師，工學(xué)碩士，研究方向：嵌入式系統(tǒng)；劉麗偉（1993-），女，河北唐山人，管理學(xué)學(xué)士，研究方向：信息管理與信息系統(tǒng)。

作者單位：寧夏希望信息產(chǎn)業(yè)有限公司，銀川 750000；北方民族大學(xué)，銀川 750021

基金項(xiàng)目：2012年國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：工信部科[2012]583號(hào)）。