引言

在一個(gè)典型的倉(cāng)庫(kù)里，卡車回到塢門(mén)卸下托盤(pán)上的貨物，該托盤(pán)或者集裝箱都有無(wú)線射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)標(biāo)簽(目前，低價(jià)商品還不能擁有自己的標(biāo)簽)。倉(cāng)庫(kù)內(nèi)被劃分為具有相應(yīng)識(shí)別電子碼的不同貨位，RFID閱讀器可安裝在倉(cāng)庫(kù)的出入門(mén)和倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部。整個(gè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)及各出入門(mén)附近都由網(wǎng)絡(luò)(無(wú)線或有線)覆蓋，以實(shí)現(xiàn)信息共享。

一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)由射頻電子標(biāo)簽(RFID Tag)、讀寫(xiě)器(RFID Reader)及應(yīng)用支撐軟件組成。電子標(biāo)簽由芯片與天線組成，每個(gè)芯片都有唯一的標(biāo)識(shí)碼。標(biāo)簽可附著在被標(biāo)識(shí)的物品上，當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的被識(shí)別物品經(jīng)過(guò)讀寫(xiě)器的可識(shí)讀范圍內(nèi)時(shí)，讀寫(xiě)器自動(dòng)識(shí)別該標(biāo)簽并將信息發(fā)送給后端軟件，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別物品或自動(dòng)收集物品標(biāo)志信息的功能。

介于前端RFID讀寫(xiě)器硬件模塊和后端數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用軟件之間的中介，稱為RFID 中間件(RFID Middhware)。應(yīng)用程序端使用中間件所提供的一組通用的應(yīng)用程序接口(API)，即能連接到RFID讀寫(xiě)器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。中間件實(shí)現(xiàn)對(duì)底層設(shè)備的精確控制，實(shí)時(shí)采集原始數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，并在其中封裝典型的應(yīng)用邏輯，使系統(tǒng)接口簡(jiǎn)單透明，從而達(dá)到系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。

1 模擬倉(cāng)庫(kù)環(huán)境

開(kāi)發(fā)中間件，首先要模擬倉(cāng)庫(kù)環(huán)境。由于標(biāo)簽的價(jià)格原因，我們不可能在每個(gè)貨物上都貼上標(biāo)簽，只能通過(guò)標(biāo)示托盤(pán)來(lái)追蹤貨物。如圖1所示，在每個(gè)托盤(pán)、叉車和出入庫(kù)人員上安裝和佩戴射頻標(biāo)簽卡，并在車間和倉(cāng)庫(kù)出入口安裝讀寫(xiě)器，通過(guò)讀寫(xiě)器獲取RFID標(biāo)簽經(jīng)過(guò)出入口的情況，從而將托盤(pán)上所屬倉(cāng)庫(kù)的信息與射頻卡捆綁輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)記錄叉車和人員的出入庫(kù)情況。在出入I：1安裝攝像頭，判斷通過(guò)出入口的貨物數(shù)量。

圖1 倉(cāng)庫(kù)環(huán)境
系統(tǒng)通過(guò)RFID標(biāo)簽的類別來(lái)區(qū)別出人庫(kù)對(duì)象，通過(guò)倉(cāng)庫(kù)管理人員及工作人員共同遵守的規(guī)則，在讀取RFID標(biāo)簽時(shí)，判斷出人庫(kù)情況，并通過(guò)視頻圖像判斷托盤(pán)的狀態(tài)(空或滿及裝載貨物數(shù)量)，從而計(jì)算產(chǎn)品出人庫(kù)數(shù)量。定期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為管理人員提供決策支持，并在異常情況發(fā)生時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

2 RFID中間件設(shè)計(jì)

RFID中間件位于企業(yè)應(yīng)用程序與底層設(shè)備之間，提供統(tǒng)一的應(yīng)用邏輯接口與設(shè)備接口，在實(shí)際應(yīng)用中起到讀寫(xiě)器的管理和數(shù)據(jù)的處理、傳遞功能。它的最終目的是數(shù)據(jù)為上層系統(tǒng)所用。如圖2所示，功能上可分為原始數(shù)據(jù)采集層和事件處理層。

圖2 中間件架構(gòu)
2．1 原始數(shù)據(jù)采集層

為屏蔽各類設(shè)備之間的差異，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用對(duì)設(shè)備的透明操作。中間件將每個(gè)設(shè)備(RFID閱讀器，打印機(jī)，傳感器等)用統(tǒng)一的代理來(lái)模擬，由代理和設(shè)備直接交互。不同的設(shè)備，代理處理的消息類型、處理的方法也不同。代理之間通過(guò)UDP／IP上的XML消息來(lái)交流信息。使用XML的優(yōu)點(diǎn)是它的異構(gòu)性、可擴(kuò)展性、靈活性，適用于松耦合特性的分布式系統(tǒng)。

2．1．1 代理

中間件為設(shè)備和應(yīng)用層提供了雙向接口，我們用代理來(lái)模擬設(shè)備接口。閱讀器代理負(fù)責(zé)控制閱讀器驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)查詢、接收標(biāo)簽數(shù)據(jù)列表等工作，把設(shè)備傳進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化格式。用戶可以根據(jù)傳感器類型的不同而擴(kuò)展它，這樣能更好地適應(yīng)客戶需要。打印機(jī)代理負(fù)責(zé)控制打印機(jī)，用戶可根據(jù)需要添加其他類型 。

2．1．2 消息機(jī)制

RFID中間件是消息中間件的一種，它的消息傳遞模式支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式和發(fā)布／訂閱模式。代理和設(shè)備之間多用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，例如啟動(dòng)或關(guān)閉一個(gè)閱讀器時(shí)，使用UDP套接字來(lái)處理點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作；若閱讀器被成功啟動(dòng)，它也會(huì)廣播一個(gè)閱讀器狀態(tài)更新信息。

在事件處理層，應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)發(fā)布／訂閱機(jī)制獲得感興趣的信息，中間件為完成這一功能設(shè)置了訂閱解析器，提取定義文件的參數(shù)和方法，傳送到事件處理機(jī)制，對(duì)RFID數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2．1．3 緩沖機(jī)制

RFID閱讀器每秒鐘會(huì)閱讀到成千上萬(wàn)的標(biāo)簽，為防止溢出，采用線程來(lái)加速包的卸載，并將數(shù)據(jù)保存在即時(shí)隊(duì)列中。這里線程和數(shù)據(jù)隊(duì)列構(gòu)成了一個(gè)緩沖機(jī)制，以滿足計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)處理要求，它可以平滑從閱讀器接收到的大量簡(jiǎn)單重復(fù)無(wú)序數(shù)據(jù)，按要求進(jìn)行處理。每個(gè)閱讀周期 (讀周期是和讀寫(xiě)器交互的最小單位)線程接收一組EPCs(標(biāo)簽EPC，閱讀器ID，時(shí)間戳)組合，將其發(fā)送到消息隊(duì)列，對(duì)其進(jìn)行事件有效性驗(yàn)證，檢查是否出現(xiàn)讀寫(xiě)錯(cuò)誤或漏讀，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的初步過(guò)濾。

2．2 事件處理層

事件處理層位于原始數(shù)據(jù)采集層和業(yè)務(wù)邏輯之間。它根據(jù)上層系統(tǒng)發(fā)送的定義文件和回發(fā)地址，生成報(bào)告文件，按發(fā)布／訂閱機(jī)制將報(bào)告反饋給系統(tǒng) J。原始數(shù)據(jù)采集層提供了硬件的統(tǒng)一接口，事件處理層則定義了應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)RFID中間件的標(biāo)準(zhǔn)訪問(wèn)方式。它對(duì)原始RFID數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為上層系統(tǒng)需要的形式。圖3為RFID數(shù)據(jù)處理流程。

圖3 數(shù)據(jù)處理流程
數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)緩沖機(jī)制后，還存在著大量的冗余信息，需要對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾、聚合，提取出有意義的事件。我們按解析機(jī)制發(fā)來(lái)的事件周期T對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行操作，按上層定義的業(yè)務(wù)規(guī)則判斷事件類型，并存儲(chǔ)在相應(yīng)的表格中。

2．2．1 過(guò)濾機(jī)制

經(jīng)過(guò)緩沖機(jī)制后的數(shù)據(jù)流還存在著大量的重復(fù)，即閱讀器重復(fù)和標(biāo)簽重復(fù)。標(biāo)簽位于一個(gè)閱讀器識(shí)讀范圍內(nèi)時(shí)，閱讀器就會(huì)不斷地讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)，直到標(biāo)簽離開(kāi)為止，稱為標(biāo)簽重復(fù)；另外，當(dāng)標(biāo)簽同時(shí)處于多個(gè)閱讀器的識(shí)讀范圍內(nèi)時(shí)，它的數(shù)據(jù)也會(huì)被不同的閱讀器重復(fù)讀取。圖4為閱讀器重復(fù)。

為解決上述問(wèn)題，對(duì)標(biāo)簽重復(fù)，我們只記錄標(biāo)簽第一次出現(xiàn)和最后一次出現(xiàn)的時(shí)間；對(duì)閱讀器重復(fù)，一是在布置閱讀器位置時(shí)考慮到交疊情況，盡量用最少的閱讀器數(shù)量覆蓋全部區(qū)域。但為了提高識(shí)讀率，往往不能避免交疊。這里采取的是虛擬閱讀器的方法，同一地區(qū)的多個(gè)閱讀器組成一個(gè)虛擬閱讀器。如圖4的R1，R2，R3，R4共同組成一個(gè)虛擬閱讀器V0。過(guò)濾后的數(shù)據(jù)存放在表2中，T—Start為V～Reader初次閱讀某標(biāo)簽的時(shí)間，以后再讀到該標(biāo)簽則更新T—End和Count值(Coum為標(biāo)簽讀取次數(shù)，有時(shí)為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，可略去)。