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基于JMX的RFID中间件设计


第4 0卷第 1期      2 0 1 3年 2月 2 5日

数 字 通 信 D i g i t a l C o m m u n i c a t i o n

V o l 4 0 ,N o . 1 F e b . 2 5  2 0 1 3

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D O I : 1 0 . 3 9 6 9 /

j . i s s n . 1 0 0 1 ? 3 8 2 4 . 2 0 1 3 . 0 1 . 0 1 7

基于 J MX的 R F I D中间件设计
姜怡姝, 黄 俊, 冷芋均
( 重庆邮电大学 信号与信息处理重庆市重点实验室, 重庆 4 0 0 0 6 5 )

摘 要: 根据现有 R F I D设备存在的问题, 以及 R F I D上层应用的多样性和数据的海量性, 提出基于 J M X的分布式 R F I D中间件架构。该中间件架构主要由硬件管理模块、 事件数据处理模块、 应用服务模块和管理控制模块四部分 组成。具体介绍各功能模块的软件设计和实现。结论: 该分布式中间件实现了数据采集和应用的分离, 拥有高度 的伸缩性, 能方便系统的集成和扩充。 关键词: 射频识别技术; R F I D中间件; J M X ; 数据处理 中国分类号: T P 3 1 1 . 1          文献标识码 : A 文章编号 1 0 0 5 ? 3 8 2 4 ( 2 0 1 3 ) 0 1 ? 0 0 7 1 ? 0 3

0  引 言
R F I D ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 技术即无线 射频识别技术, 具有通讯速率高、 抗干扰能力强、 保
1 ] 密性好、 远距离和高速移动物体识别等技术优势[ 。

F I D系统中间件的分析研究, 采用 题, 本文通过对 R J a v a管 理 扩 展 框 架 ( j a v am a n a g e m e n te x t e n s i o n s , J M X ) 和 We bs e r v i c e 技术, 设计了一种可扩展度高、 F I D中间件。 适应性强的分布式 R

R F I D标签附着在待识别物体上, 当 在实际应用中, 标签进入阅读器的读取范围, 阅读器能无接触地识 别和读取标签中的信息, 并将信息发送给上层应用 软件, 从而达到自动识别和收集相关信息的功能。 R F I D作为一种快速、 实时、 准确的非接触式信息采 集与处理技术, 是物联网系统的关键技术之一, 被 广泛应用于生产管理与控制、 物流与供应链管理、
2 ? 4 ] 。 交通管理和控制、 医疗管理等领域 [

1  R F I D中间件架构设计
R F I D中间件是一种消息中间件, 介于前端硬件 设备和后端数据库与应用软件之间, 是应用支撑软 5 ] 件的一个重要组成部分 [ 。本文提出的基于 J M X 框架的分布式 R F I D中间件, 主要由硬件管理模块、 事件数据处理模块、 应用服务模块和管理控制模块 四部分组成, 其中硬件管理模块和事件数据处理模 块属于中间件的边缘代理。 R F I D中间件系统, 由硬件管理模块完成原始 R F I D数据的采集, 匹配不同协议的阅读器驱动, 将 标签数据转换成统一的格式并进行缓存。然后由 事件数据处理模块根据上层客户端制定的规则进 行匹配处理, 形成满足上层需求的事件信息。并由 应用服务模块提供与上层交互的应用程序接口, 实 现数据交互和信息发布。其中, 由管理控制模块完 成对 R F I D阅 读 器 和 整 个 中 间 件 的 配 置 管 理 与 监 控, 实现硬件管理模块、 事件数据处理模块和应用 服务模块的协调控制。中间件在 R F I D系统中的位 置和结构如图 1所示。 J M X可以跨越操作系统、 网络传输协议和系统 体系架构, 灵活地为系统、 设备和应用程序提供管 [ 6 ] 理功能 。 R F I D中 间 件 系 统 中 的 各 功 能 模 块 在 J M X框架下都体现为 M B e a n , 根据需求由 s e r v e r 在 a g e n t 中进行注册管理。J M Xa g e n t 利用各种适配器 ( a d a p t e r ) 和连接器( c o n n e c t o r ) 对M B e a n进行管理, J M Xa g e n t 可以带有任意多个适配器和连接器, 并且

F I D系统开发中, 大多将 R F I D标签数据直 在R 接发送给应用程序, 由应用程序对数据进行处理, 只有少部分企业引入了 R F I D中间件, 不过仍存在 很多问题。第一, 现有 R F I D设备的种类繁多, 生产 F I D系统中 厂家不同, 所使用的标准也不同。当 R 的硬件设备、 上层应用或数据库发生改变时, R F I D 系统的其他部分就必须重新进行部署或开发, 不利 于R F I D系统的升级和维护。第二, R F I D应用从阅 读器获取的海量原始标签信息含有大量的冗余, 并 存在一定的错读和漏读现象, 事件信息量低, 不符 合上层应用对业务的需求, 如不经过过滤, 容易造 成网络传输负担, 所以在数据上传上层客户应用之 F I D 原始数据进行过滤、 分 析、 汇聚等操 前要对 R 作。第三, 现有 R F I D中间件主要针对企业专属构 建, 有的主要负责屏蔽硬件, 有的主要负责数据处 理, 移植能力和可扩展能力不够。为了解决以上问
收稿日期: 2 0 1 2 ? 0 9 ? 2 9  修回日期: 2 0 1 2 ? 1 1 ? 0 7

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数 字 通 信                    第 4 0卷 

F I D阅读 起到底层协议适配作用, 可根据不同的 R 器接口协议, 完成阅读器设备的驱动, 建立网络连 接, 并将阅读器传来的标签数据转换成统一的编码 形式。中间件通过阅读器代理完成其与阅读器之 间的数据交换, 并实现对 R F I D阅读器的状态监控 和管理, 有效地屏蔽了 R F I D底层设备之间的差异, M X架构下, 实现应用层与设备层的透明传输。在 J 可方便地对阅读器代理 M B e a n进行添加和删除, 如 有需要也可以添加传感器代理以适应客户需求。 阅读器代理接收的原始标签数据量十分巨大, 事件数据处理模块的过滤器处理相对复杂, 所以事 件数据处理模块可能无法及时处理阅读器传来的
图1  中间件在 R F I D系统中的位置和结构图

容易进行部署和撤销, 因此可以使用多种不同的方 g e n t , 有效地提高中间件的可扩展能力。 式访问 a 在R F I D中间件系统中, 硬件管理模块与阅读 器之间根据阅读器协议进行通信, 硬件管理模块和 事件数据处理模块内部和相互间的数据传输采用 J M X的 n o t i f i c a t i o n 机制实现, 应用服务模块、 管理控 M X的连接器进行连 制模块和边缘代理之间使用 J bs e r v i c e 接, 应用服务模块与上层客户端则通过 We 接口使用 H t t p 和J M S 等传递 X M L数据。基于 J M X 的R F I D中间件系统组成如图 2所示。

标签数据。为了保证数据的实时处理需求, 防止数 据的溢出, 为阅读器代理分配一个缓冲队列, 将数 据存入缓冲队列进行缓存。 2 . 2  事件数据处理模块 事件数据处理模块介于硬件管理模块和应用 服务模块之间, 是中间件的核心模块。它主要是根 据客户定制的规则, 对原始数据进行处理, 将数据 转换为上层客户端感兴趣的事件信息。事件数据 处理模块包括数据校验单元、 过滤器、 规则接口和消 所示。 息管理模块。事件数据处理模块结构如图 3 数据校验单元负责对缓冲队列中的原始标签 数据进行有效性验证, 丢弃有错误的标签数据, 完 成数据的初步过滤。规则接口则实现规则的新建、 启动、 暂停、 删除与查看已有规则等操作, 完成对事 件规则的管理。消息管理模块主要负责事件生成 的管理, 将有关数据存入数据库并将生成的事件上 传给应用服务模块。 事件数 据 处 理 模 块 最 主 要 的 部 分 是 过 滤 器。 根据业务的需求, 我们可以灵活地设置过滤器, 通 过不同过滤器的组合, 满足上层应用的需求。本文 设计的过滤器主要有以下 4种: 1 ) 冗余过滤器。标签数据冗余可分为时间重 复和空间重复。时间重复即当 R F I D标签在阅读器 读取范围内停留较长时间, 阅读器便会反复读取并

图2  基于 J MX的 R F I D中间件系统组成图

2  系统各模块设计
2 . 1  硬件管理模块 本文设计的硬件管理模块主要包括阅读器代 理和数据缓冲队列, 以保证原始数据的正确采集和 缓存。 R F I D硬件设备的种类繁多, 使用的通信协议也 各有不同( 包括 T C P / I P 、 串口、 U S B等) , 阅读器代理

上报该标签数据。空间重复即标签出现在多个阅 读器的重叠读取区域, 多个阅读器同时上报该标签 数据。 冗余过滤器首先将地理位置相邻的多个阅读 器模拟为一个逻辑阅读器, 并将逻辑阅读器范围内 的所有阅读器数据映射到该逻辑阅读器。然后定 义过滤器时间间隔 T , 当检测到有该逻辑阅读器的 标签数据到来, 查询标签记录是否已存在该标签。 则认为是重复数据并 如存在且在时间间隔 T之内,

 第 1期              姜怡姝等: 基于 J M X的 R F I D中间件设计

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为了实现上层应用对中间件跨平台、 跨语言的 bs e r v i c e 接 访问和控制, 应用服务模块向外提供 We 口。We bs e r v i c e 是一个应用组件, 通过网络协议和 H t t p , X M L , S o a p ) 为应用程序 规定的标准数据格式( 提供数据和服务。应用程序发送请求到 We bs e r v ? i c e 接口, R F I D中间件解析该请求, 并根据 E C S p e c 中定义的数据采集、 过滤和汇聚规则, 进行阅读器 r e p o r t ) 发送回 数据处理, 将处理后的数据生成报告( 应用程序。不同协议、 系统、 语言和平台的应用程 序只要实现该 We bs e r v i c e 接口的调用, 就可以通过 R F I D中间件对 R F I D设备进行访问和控制。 查询服务则是提供接口给某些应用程序直接 查询标签历史数据。 2 . 4  管理控制模块 管理控制模块体现为系统管理界面, 包括 R F I D 阅读器和中间件的配置管理与监控。通过系统管 D 、 名称、 型号、 生产厂商等进行 理界面可对阅读器 I
图3  事件数据处理模块结构图

配置, 对硬件管理模块中阅读器代理、 事件数据处 理模块中过滤器等处理模块进行实时监控, 并对各 模块的连接关系进行配置和管理。当阅读器或者 中间件某个模块出现异常时, 中间件管理控制模块 要及时产生报警, 并完成相应的处理操作, 减少错 误数据。

进行过滤; 如果存在且已超过时间间隔 T , 则认为是 新标签并进行输出; 如不存在该标签, 则记录该标 签并输出。 2 ) 平滑过滤器。平滑过滤器主要是过滤那些 误读的标签数据。通过定义时间阀值 T和计数阀 值N , 只有在时间 T内被读到 N次的标签才算有效 标签。平滑过滤可分为区分阅读器和不区分阅读 器, 区分阅读器需要每个阅读器达到规定要求, 不 区分阅读器只需要多个阅读器读到的次数并满足 要求即可。 3 ) 模式过滤器。可选过滤模式包括阅读器 I D 、 阅读器类型、 标签 I D 、 生产厂家等, 客户选择过滤模 式, 规定需要选择的标签或阅读器, 每当读取到标 签数据, 将该标签与过滤模式相匹配, 选择出符合 客户需求的标签信息。 4 ) 事件过滤器。将标签事件分为新出现 ( n e w ) 、 离开 ( l e f t e v e n t ) 、 当前存在( c u r r e n t e v e n t ) e v e n t 和告警( a l a r me v e n t ) 4种。n e we v e n t 表示这次出现 而上次未出现的标签, l e f t e v e n t 表示上次出现而在 一定时间内没有再次出现的标签, c u r r e n t e v e n t 包括 新出现的标签和上次出现且这次也出现的标签, a ? l a r me v e n t 即该区域不该出现的标签。 2 . 3  应用服务模块 本文设计的 R F I D中间件中, 上层应用可通过 We bs e r v i c e 接口完成与中间件的信息交互, 也可以 通过查询服务实现数据库历史数据的查询。

3  结束语
根据 R F I D系统特点和 R F I D中间件功能需求, M X的分布式 R F I D中间件架构, 并 本文提出基于 J 从R F I D中间件系统整体架构、 各功能模块的软件 设计和实现等方面介绍了其构建方法。该分布式 R F I D中间件实现了数据采集和应用的分离, 通过阅 F I D硬件设备信 读器代理方式, 有效地屏蔽底层 R 息, 并向外提供 We bs e r v i c e 接口, 封装 R F I D中间件 向外逻辑, 实现屏蔽上层应用的功能。动态灵活的 J M X架构, 模块化的设计, 阅读器代理、 过滤器等功 F I D中间 能模块可根据需求进行添加和裁剪, 使R 件拥有高度的伸缩性, 方便系统集成和扩充。 参考文献:
[ 1 ]  中华人民共和国科学技术部等十五部委. 中国射频识 R F I D ) 技术政策白皮书[ R ] . 北京: 科技部, 2 0 0 6 : 别( 1 ? 5 . [ 2 ]  张玉波. R F I D中间件技术纵览[ J ] . 中国自动识别技 2 0 0 8 ( 1 ) : 7 4 ? 7 8 . 术, ( 下转第 7 7页)


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