食品安全電子溯源中間件建設(shè)方案研究

金志剛++王瑋健

背景及意義

目前，我國食品電子溯源系統(tǒng)多是基于單個(gè)企業(yè)實(shí)際需求定制開發(fā)的內(nèi)部溯源系統(tǒng)，滿足本企業(yè)溯源需求尚可。由于多個(gè)部門通過不同渠道在不同區(qū)域推行不同系統(tǒng)，大多數(shù)企業(yè)但較難與其他部門共享溯源信息，形成溯源區(qū)域壁壘。

通過食品安全溯源中間件的實(shí)現(xiàn)，一方面，中間件起到了承上啟下的作用，解決了企業(yè)食品溯源數(shù)據(jù)的異構(gòu)性，規(guī)范了企業(yè)上傳食品安全溯源數(shù)據(jù)的格式，降低了企業(yè)上傳食品溯源數(shù)據(jù)的冗余性和雜質(zhì)，提高了企業(yè)上傳食品溯源數(shù)據(jù)的格式和規(guī)范，為國家食品監(jiān)管的各類應(yīng)用分析提供底層的數(shù)據(jù)支持；另一方面食品安全溯源中間件的實(shí)現(xiàn)，可以屏蔽不同企業(yè)ERP系統(tǒng)的差異性，滿足企業(yè)已建食品溯源系統(tǒng)接入國家食品安全溯源監(jiān)管平臺的需求，減輕已建食品溯源系統(tǒng)企業(yè)為了適應(yīng)國家食品監(jiān)管平臺要求而進(jìn)行ERP系統(tǒng)個(gè)性化改造的成本和負(fù)擔(dān)。

食品安全電子溯源中間件國內(nèi)外研究

RFID中間件技術(shù)對于解決食品安全電子溯源中硬件設(shè)備數(shù)據(jù)采集、不同應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)異構(gòu)、上層應(yīng)用系統(tǒng)對底層數(shù)據(jù)調(diào)用等起到關(guān)鍵性的作用，為食品安全電子溯源不同類型數(shù)據(jù)庫的建立提供了強(qiáng)大的軟件支持。現(xiàn)在RFID中間件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品安全電子溯源的乳品、肉制品、白酒、糧食等領(lǐng)域，為每個(gè)食品生產(chǎn)、流通和銷售環(huán)節(jié)的追溯記錄起到了關(guān)鍵的作用。

最早提出RFID中間件的是美國，其中代表性產(chǎn)品主要是：BEA的Web Logic RFID Edge Server、Compliance Express、Enterprise Server、基于Savant的RFID中間件和IBM的Web Sphere RFID DeviceInfrastructure 、Premises Server。

BEA RFID中間件產(chǎn)品的介紹主要是對數(shù)據(jù)采集中間件（Web Logic RFID Edge Server）架構(gòu)和功能的說明，除了包含IBM RFID中間件產(chǎn)品邊緣層的功能，還拓展了數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)與現(xiàn)有平臺無縫集成等功能。

美國麻繩理工學(xué)院自動(dòng)識別中心在2003年出臺了EPC Network相關(guān)規(guī)范，其中提出把Auto_ID Savant specification1.0作為Savant中間件的相關(guān)規(guī)范。規(guī)范中明確了相關(guān)的接口、運(yùn)行機(jī)制和Savant內(nèi)部模塊。

IBM RFID中間件產(chǎn)品架構(gòu)主要可分為邊緣層和集成層。邊緣層對接各類硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不同RFID硬件設(shè)備的管理、信息的讀取和數(shù)據(jù)過濾，以及產(chǎn)生ALE（應(yīng)用事件管理協(xié)議）事件上傳至到集成層。集成層則實(shí)現(xiàn)對各類ALE事件的整合和調(diào)度分配。

郭洪役、酈蘇丹對IBM和BEA的RFID中間件產(chǎn)品的總體架構(gòu)分別進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對兩種產(chǎn)品的性能進(jìn)行了對比分析，為不同應(yīng)用場景下RFID中間件產(chǎn)品的選擇提供了依據(jù)。由于IBM RFID中間件產(chǎn)品和BEA RFID中間件產(chǎn)品都是一套完整的產(chǎn)品集，作者從整體性能對兩個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行了對比分析，主要不同點(diǎn)集中在WEB服務(wù)器支持、緩存重用性和擴(kuò)展性等方面。

梁嘉、王東指出所有的RFID中間件都應(yīng)該遵守應(yīng)用層事件（ALE）標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)范，針對ALE標(biāo)準(zhǔn)在滿足應(yīng)用系統(tǒng)定義獲取底層RFID數(shù)據(jù)的時(shí)間、地方、周期、過濾規(guī)則等基本功能的基礎(chǔ)上，如何為應(yīng)用系統(tǒng)提供快速可調(diào)用的接口方式，提出了一種基于OSGI（Open Systems Gateway Initiative）框架的可重構(gòu)的ALE引擎實(shí)現(xiàn)方式，采用事件驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)對各類觸發(fā)器的統(tǒng)一管理，降低各模塊之間的耦合度，增強(qiáng)引擎的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

王冰、陳庭貴為了提高上層應(yīng)用調(diào)用底層設(shè)備通訊數(shù)據(jù)的靈活性和可靠性，構(gòu)建了Tgent中間件服務(wù)程序，和上面梁嘉、王東提出的思想基本一致，只不過采用實(shí)現(xiàn)方式不太相同。

需求分析

為了解決已建企業(yè)ERP系統(tǒng)（比如金蝶、用戶、SAP、oracle等ERP）與IOTIS（物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)平臺）的數(shù)據(jù)對接問題，如何減少已建溯源系統(tǒng)企業(yè)的改造負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)各異構(gòu)溯源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一清洗、轉(zhuǎn)換、處理、傳輸和存儲等，為IOTIS提供統(tǒng)一規(guī)范化的食品安全溯源數(shù)據(jù)，減少上層IOTIS數(shù)據(jù)處理壓力。

根據(jù)食品監(jiān)管部門對食品安全電子溯源的數(shù)據(jù)需求，開發(fā)的數(shù)據(jù)中間件需要滿足下述功能要求：

（1）滿足不同類型企業(yè)ERP溯源異構(gòu)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)接入

在食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，由于不同企業(yè)ERP系統(tǒng)不盡相同，有的是用友、金蝶、Oracle等，不同的ERP系統(tǒng)企業(yè)溯源數(shù)據(jù)格式存在差異，這就要求中間件能夠支持異構(gòu)數(shù)據(jù)的清洗、處理、轉(zhuǎn)換等，規(guī)范不同企業(yè)上傳的溯源數(shù)據(jù)格式，為IOTIS提供其所需的溯源數(shù)據(jù)。且對于上層應(yīng)用系統(tǒng)，食品安全電子溯源中間件應(yīng)該具有整合和處理異構(gòu)數(shù)據(jù)的能力，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)間的互聯(lián)互通?！按送猓虚g件對于上層應(yīng)用系統(tǒng)不僅具有匯總異構(gòu)數(shù)據(jù)的功能，而且還具備處理異構(gòu)數(shù)據(jù)的功能，從而能夠完成異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的通信?！?/p>

（2）滿足不同類型企業(yè)ERP系統(tǒng)間異構(gòu)數(shù)據(jù)的可靠性接入

在食品企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過程中，因?yàn)椴煌氖称沸袠I(yè)相關(guān)的企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中多多少少都會(huì)存在著異構(gòu)數(shù)據(jù)，所以這就決定了中間件除了高校穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳遞機(jī)制之外，更需要提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，從而實(shí)現(xiàn)了能夠統(tǒng)一傳輸異構(gòu)數(shù)據(jù)，因而保證了數(shù)據(jù)發(fā)送的準(zhǔn)確性。至于消息中間件能夠?qū)崿F(xiàn)對異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一發(fā)送，是因?yàn)樗С忠孕问降臄?shù)據(jù)跨平臺發(fā)送，除此之外，還可以支持異步通信，因而在一定程度上增加了數(shù)據(jù)發(fā)送的響應(yīng)效率。

（3）適應(yīng)頻繁的數(shù)據(jù)交互

在面向不同企業(yè)的食品溯源系統(tǒng)，上傳的溯源數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)與中間件頻繁的數(shù)據(jù)交互，在企業(yè)ERP系統(tǒng)和iotls之間的過濾機(jī)制，主要對不同企業(yè)ERP系統(tǒng)上傳的食品溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，剔除重復(fù)和無用數(shù)據(jù)，減少iotls數(shù)據(jù)處理壓力，提高數(shù)據(jù)處理效率。endprint

中間件設(shè)計(jì)方案

根據(jù)已建食品安全電子溯源系統(tǒng)企業(yè)上傳溯源數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，針對企業(yè)內(nèi)部已運(yùn)行了追溯系統(tǒng)的企業(yè)，為了不增加企業(yè)負(fù)擔(dān)，有效利用已有的數(shù)據(jù)資源，有條件的企業(yè)可以根據(jù)系統(tǒng)對企業(yè)數(shù)據(jù)要求，對原有系統(tǒng)進(jìn)行改造，達(dá)到本系統(tǒng)建設(shè)要求，并向公共平臺推送數(shù)據(jù)。特針對已建溯源系統(tǒng)或者ERP系統(tǒng)的企業(yè)開發(fā)此中間件。

要求溯源企業(yè)提供企業(yè)ERP管理系統(tǒng)的相關(guān)溯源需要的數(shù)據(jù)接口，包括有：企業(yè)基本信息上傳接口、原料進(jìn)廠信息上傳接口、原料自檢信息上傳接口、投入產(chǎn)出信息上傳接口、出廠檢驗(yàn)信息上傳接口、出廠銷售信息上傳接口、不合格產(chǎn)品處理信息上傳接口、產(chǎn)品召回事件信息上傳接口、產(chǎn)品召回跟蹤信息上傳接口、批次、單品信息上傳接口等。

iotIS建設(shè)中數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)識數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)都是按照國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定的，而溯源企業(yè)內(nèi)部管理系統(tǒng)ERP是無法直接對接。為減輕企業(yè)的開發(fā)成本，本文檔的目的是制定食品生產(chǎn)企業(yè)ERP系統(tǒng)與中間件數(shù)據(jù)交換的接口規(guī)范，滿足食品電子溯源網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫（iotIS）對數(shù)據(jù)交換的要求。

中間件軟件的總體結(jié)構(gòu)如圖所示：

本項(xiàng)目中間件分為三個(gè)層次，分別為：食品安全電子溯源中間件接口服務(wù)層，食品安全電子溯源中間件數(shù)據(jù)處理層，食品安全電子溯源中間件數(shù)據(jù)通信層。

食品安全電子溯源中間件接口服務(wù)層面向多樣的企業(yè)自建ERP系統(tǒng)或者溯源系統(tǒng)，滿足對不同技術(shù)和接口方式的封裝，對上一層數(shù)據(jù)傳輸提供了統(tǒng)一的通信接口。且接口服務(wù)層面向多樣的企業(yè)ERP系統(tǒng)，數(shù)據(jù)格式各異，以規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，將對不同企業(yè)上傳溯源數(shù)據(jù)格式的支持封裝為對異構(gòu)數(shù)據(jù)的支持以為單位進(jìn)行開發(fā)，完成了中間件對不同企業(yè)溯源數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)接入的需求。

食品安全電子溯源中間件數(shù)據(jù)處理層包含數(shù)據(jù)過濾和數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一。冗余數(shù)據(jù)過濾是建立在企業(yè)ERP系統(tǒng)和iotls之間的過濾機(jī)制，主要對不同企業(yè)ERP系統(tǒng)上傳的食品溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，剔除重復(fù)和無用數(shù)據(jù)，減少iotls數(shù)據(jù)處理壓力。數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一是通過調(diào)用相應(yīng)的組件進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和轉(zhuǎn)換，將不同ERP系統(tǒng)上傳的原始溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗轉(zhuǎn)換和處理，再根據(jù)上層iotIS所需要的企業(yè)基本信息、原料進(jìn)廠信息、原料自檢信息等進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和格式規(guī)范化處理，然后將規(guī)范化之后的數(shù)據(jù)提交至數(shù)據(jù)通信層，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和封發(fā)。

食品安全電子溯源中間件數(shù)據(jù)通信層主要實(shí)現(xiàn)中間件和iotIS系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的同步或者異步通信。

本方案中的食品安全電子溯源中間件與RFID中間件還存在一定的不同，主要是滿足食品生產(chǎn)企業(yè)與食品安全電子溯源物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)庫服務(wù)（iotIS）數(shù)據(jù)交換的需要，滿iotIS系統(tǒng)對數(shù)據(jù)交換的要求。中間件向下對接已建企業(yè)不同的ERP或者溯源系統(tǒng)接口，向上對接IOTIS系統(tǒng)，滿足食品溯源數(shù)據(jù)的傳輸和交換，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一傳輸，進(jìn)一步規(guī)范企業(yè)溯源數(shù)據(jù)和監(jiān)管需求溯源數(shù)據(jù)之間的交互。endprint