面向定位追蹤的RFID中間件設(shè)計

陳必泉

摘? 要：RFID是一種非接觸式自動識別技術(shù)，具有數(shù)據(jù)存儲量大、讀寫速度快和抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點，在定位追蹤方面得到了廣泛應(yīng)用。RFID中間件作為連接讀寫器和應(yīng)用系統(tǒng)的紐帶實現(xiàn)了硬件設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸、過濾、轉(zhuǎn)換，降低了應(yīng)用開發(fā)難度。該文提出一種分層的RFID中間件設(shè)計，將定位追蹤的業(yè)務(wù)邏輯功能以內(nèi)部模塊的方式集成到中間件中，對外提供面向定位追蹤服務(wù)的統(tǒng)一API接口，從而有效地降低了應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部耦合性，加快了開發(fā)速度。

關(guān)鍵詞：RFID;中間件;定位追蹤;API接口

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

RFID是一種非接觸式自動識別技術(shù)，可以快速讀寫、長期跟蹤管理，在智能識別領(lǐng)域有著非常好的發(fā)展前景。RFID中間件實現(xiàn)RFID硬件設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸、過濾、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。RFID中間件技術(shù)的使用降低了應(yīng)用開發(fā)的難度，使應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)者不需要直接面對底層硬件，只需要了解它提供的接口?，F(xiàn)有RFID中間件主要實現(xiàn)了對多種RFID讀寫器的驅(qū)動程序管理和設(shè)備監(jiān)控，解決了RFID數(shù)據(jù)的采集、過濾和收集問題，但是需要應(yīng)用系統(tǒng)承擔(dān)RFID事件與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成工作，這就造成了RFID應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部耦合較高，降低了系統(tǒng)架構(gòu)的靈活性。

該文提出一種可以用于人員和物品定位追蹤的RFID中間件（以下簡稱中間件）設(shè)計，將定位追蹤的業(yè)務(wù)規(guī)則有效融入RFID事件過濾、識別、聚合等管理過程中，然后在具體的業(yè)務(wù)過程上下文中處理這些RFID事件，對外提供訪問接口以方便實現(xiàn)中間件與應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換與集成。

1 需求分析

對人員和物品進(jìn)行區(qū)域定位追蹤是RFID的典型應(yīng)用之一，其基本過程如下。將監(jiān)控范圍劃分為若干獨立區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)安裝RFID讀寫器作為定位基站，將需要定位追蹤的對象與RFID標(biāo)簽進(jìn)行綁定（通常是將一個全局唯一的ID號寫入標(biāo)簽）。每個區(qū)域內(nèi)部署的讀寫器都有自己唯一的地址碼或標(biāo)識，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入定位基站讀卡范圍后，標(biāo)簽信息被讀取并通過讀寫器傳輸?shù)蕉ㄎ蛔粉櫹到y(tǒng)。定位追蹤系統(tǒng)接收到的信息包括讀寫器和標(biāo)簽信息，根據(jù)事先配置好的讀寫器和位置映射表，可以定位出標(biāo)簽所在的位置。

采用了中間件的RFID定位追蹤系統(tǒng)一般包括4個部分。標(biāo)簽、讀寫器、中間件和應(yīng)用系統(tǒng)。中間件作為系統(tǒng)的核心，需要有效解決RFID讀寫器適配、數(shù)據(jù)清洗與過濾、實時性和定位追蹤業(yè)務(wù)流程的集成等關(guān)鍵技術(shù)問題。

2 中間件設(shè)計

中間件采用分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，包括硬件適配層、事件處理層、定位服務(wù)層和接口層。

2.1 硬件適配層

硬件適配層旨在對設(shè)備操作進(jìn)行抽象，屏蔽具體的硬件細(xì)節(jié)，為上層提供統(tǒng)一的訪問接口。該層定義了一個LogicalReader接口，接口包括設(shè)備讀寫和配置方法，并提供設(shè)備類型和實例、線程池等管理功能。在使用時需要針對具體型號的讀寫器開發(fā)設(shè)備適配模塊（實現(xiàn)了LogicalReader接口），中間件啟動后通過解析配置文件對設(shè)備適配模塊進(jìn)行動態(tài)加載。設(shè)備適配模塊向中間件注冊對應(yīng)的設(shè)備類型。當(dāng)激活一個設(shè)備時，中間件通過設(shè)備適配模塊生成設(shè)備實例，并調(diào)用LogicalReader接口方法完成與設(shè)備的交互。

2.2 事件處理層

事件處理層接收從數(shù)據(jù)源（硬件適配層）中發(fā)來的原始標(biāo)簽讀取信息，按照時間間隔等條件累計數(shù)據(jù)，將重復(fù)或不感興趣的數(shù)據(jù)剔除過濾，將結(jié)果封裝成事件報告向上層提交。

2.2.1 事件報告

一個定位事件表現(xiàn)為代表位置的讀寫器在某個時間點讀取到代表被定位目標(biāo)的標(biāo)簽，可以使用一個三元組來表示。例如Reader1在t1時刻讀到tag1，可簡記為（Reader1，t1，tag1）。由于在t1時刻，Reader1可以讀到很多標(biāo)簽（例如tag1和tag2），所以事件處理器層會生成一組三元組（Reader1，t1，tag1），（Reader1，t1，tag2）}。讀寫器輸出的標(biāo)簽數(shù)據(jù)量可能很大和不完整，需要進(jìn)行收集、清洗和過濾。

2.2.2 過濾

事件通過過濾器進(jìn)行處理。過濾器定義了事件過濾規(guī)則，對輸入的事件進(jìn)行識別、剔除。若干過濾器組成鏈表，可對鏈表進(jìn)行插入和刪除操作，鏈表上的過濾器將依次被調(diào)用進(jìn)行事件過濾。過濾器包括了不同的過濾規(guī)則，對數(shù)據(jù)是否完整、是否重復(fù)讀等約束性條件進(jìn)行規(guī)則匹配，對滿足條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行丟棄、合并操作。過濾后的結(jié)果生成事件報告寫入消息隊列。

2.2.3 消息隊列

事件報告被寫入消息隊列，由上層模塊進(jìn)行進(jìn)一步處理。事件處理層的請求數(shù)據(jù)發(fā)送給消息隊列之后立即返回，再由消息隊列的消費(fèi)者從消息隊列中獲取數(shù)據(jù)，異步寫入數(shù)據(jù)庫。由于消息隊列服務(wù)器處理速度快于數(shù)據(jù)庫（消息隊列也比數(shù)據(jù)庫有更好的伸縮性），因此響應(yīng)速度得到大幅改善。因此消息隊列具有很好的削峰作用的功能——即通過異步處理，將短時間高并發(fā)產(chǎn)生的事務(wù)消息存儲在消息隊列中，從而削平高峰期的并發(fā)事務(wù)。

2.3 定位服務(wù)層

定位服務(wù)模塊負(fù)責(zé)解析讀寫器事件，將其解析為業(yè)務(wù)層面的目標(biāo)定位報告并寫入數(shù)據(jù)庫。該層的核心工作包括目標(biāo)綁定、位置綁定、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

2.3.1 目標(biāo)綁定

業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中需要定位追蹤的資產(chǎn)或人員在中間件中被視為目標(biāo)（Target），通過一個追蹤ID（Target ID）進(jìn)行表示。業(yè)務(wù)系統(tǒng)中將需要定位追蹤的目標(biāo)與Target ID進(jìn)行一對一關(guān)聯(lián)，并將Target ID與RFID標(biāo)簽（Tag）進(jìn)行綁定，在中間件中通過此ID對目標(biāo)訪問位置信息。

2.3.2 位置綁定

業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中的定位區(qū)域在中間件中被視為位置（Position），通過一個追蹤ID（Position ID）進(jìn)行表示。業(yè)務(wù)系統(tǒng)中將區(qū)域與Position ID進(jìn)行一對一關(guān)聯(lián)，并將Position ID與讀寫器設(shè)備（Reader ID）進(jìn)行綁定，從此設(shè)備返回的事件視為被定位追蹤目標(biāo)，能夠在此區(qū)域內(nèi)被定位到。

2.3.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

讀寫器事件可以用一個三元組表示，其中Reader表示讀寫器標(biāo)識，T是讀卡時刻，Tag是標(biāo)簽值。定位記錄用一個三元組表示，即目標(biāo)在時刻T出現(xiàn)在方位Position ID。事件需要通過映射表轉(zhuǎn)成定位記錄。映射表存放了，的對應(yīng)關(guān)系。

2.3.4 數(shù)據(jù)處理過程

定位服務(wù)層維護(hù)了一張映射表，以消費(fèi)者的身份從消息隊列中取出事件報告。分析事件報告后生成定位追蹤報告。為了提高對最新定位信息訪問的速度，定位報告首先用于更新緩存中的信息，然后再寫入數(shù)據(jù)庫。

2.4 接口層

接口層為外部應(yīng)用訪問中間件提供統(tǒng)一API接口，內(nèi)容涵蓋設(shè)備管理、目標(biāo)綁定、區(qū)域位置綁定、當(dāng)前位置查詢和歷史數(shù)據(jù)查詢。接口采用基于HTTP協(xié)議的RESTful風(fēng)格，使用JSON作為協(xié)議報文格式。外部應(yīng)用請求首先到達(dá)中間件的接口層，經(jīng)過過濾后（參數(shù)檢查、報文校驗和錯誤處理），按照事先定義好的路由規(guī)則被分發(fā)到具體的服務(wù)模塊中進(jìn)行處理并返回結(jié)果。

3 結(jié)論

RFID中間件為企業(yè)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)提供了更有效的手段。該文提出的RFID定位追蹤中間件采用了分層的架構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了定位追蹤業(yè)務(wù)功能的整合，具有易于集成、并發(fā)性好、實時性強(qiáng)的特點，可以有效降低應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部耦合性，提高開發(fā)速度和系統(tǒng)性能。

參考文獻(xiàn)

[1]楊玉麗.RFID技術(shù)在實驗室資產(chǎn)管理中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（2）：110-109.

[2]程靜，賈銀江，關(guān)靜.RFID中間件在肉牛養(yǎng)殖溯源系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2015（5）：224-228.

[3]吳雯，李士寧，李志剛，等.基于SOA與資源即插即用的RFID中間件[J].計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2014（9）：45-49.

[4]張祎.基于復(fù)雜事件處理的輕量級RFID中間件設(shè)計[J].自動化與儀器儀表，2016（8）：171-174.

[5]班賀，袁紅兵.面向倉儲管理的RFID中間件的設(shè)計與應(yīng)用[J].機(jī)械制造與自動化，2016（3）：121-124.