射频识别(RFID)是指利用无线电讯号,以非接触方式对标签内信息进行读写,实现目标识别的一类技术[1],在制造业、物流、医疗、运输、零售、国防等各个领域得到广泛应用。

一个典型的RFID应用系统包括标签、读写器与配套硬件及相应支撑软件。RFID中间件(Middleware)是支撑软件的一个重要组成部分,用来加工、处理来自读写器的所有信息和事件,使用其提供的一组通用应用程序接口(API),能有效集成较大规模应用中涉及的不同种类、众多采集点的RFID产品,读写RFID标签信息,对标签信息进行过滤、分组和计数等处理,加入了语意解释的事件数据,优化数据传输,可减少发往信息网络系统的数据量并防止误读、多读、漏读信息。中间件是RFID系统的“神经中枢”,在RFID硬件产品数据格式变化情况下,以最小的成本升级应用系统,降低开发难度,缩短开发周期,规避开发风险,节省开发费用,提高开发质量;使用RFID中间件可以让用户更加方便的应用RFID技术,更便捷的将此技术融入到各类的业务应用和工作流程当中。

RFID中间件还可以和诸如企业资源计划(ERP)系统、仓储管理系统(WMS)、客户关系管理(CRM)、办公自动化(OA)及其他专有业务系统很有效的整合。良好的适应性使得应用该框架构建RFID应用只需要进行非常少量的程序设计工作量就可以和其他业务系统软件无缝对接。

图1 RFID中间件与系统集成   下载原图

RFID中间件发展大体划分为三个阶段。

第一阶段是以应用为中心的初级阶段。RFID厂商提供API,帮助用户完成RFID读写器的整合、串联。用户完成后端处理系统与读写器API连接、可靠性处理等功能。

第二阶段是架构中间件发展阶段。通过本阶段的发展,RFID中间件不但已经具备基本数据采集、过滤、分组和计数等功能,同时满足用户多点收集、多点应用的需求,并具备平台的管理与维护功能。国内研究成果还涉及到了传输协议和安全管理等领域[2,3,4]。

第三阶段是解决方案阶段,为中间件的成熟阶段,各厂商针对RFID在不同领域的应用,提出了解决方案。用户通过RFID中间件,可以将现有业务系统快速与RFID系统连接,实现对RFID系统可视化管理。此时,中间件即可以部署在靠近阅读器等网络边缘的位置,也可以部署在数据中心,通过广域网与阅读器通信。用户不必过分关心通过中间件来提供阅读器的性能,而是将精力集中在与用户的商务事物中。各大公司提出的方案,大多基于自己目前的核心产品或技术,有太大的依赖性和较小的扩展性,如IBM的Web Sphere,BEA的Web Log-ic等。一些解决方案能够帮助特定领域的用户对采集到数据进行一定程度的挖掘。

中间件在未来除了通过硬件、软件可靠性解决数据脏读、漏读等问题外,还将与大数据处理技术密切结合,提供进一步的相关的过滤、提取、传输、回溯等功能。

当前RFID中间件主要由IBM、Microsoft、SAP、Sybase、Sun、BEA等国际巨头把持,国内的中间件产品,主要针对中小企业的应用开发[5],如深圳立格公司产品,清华同方的“ez ONE易众”中间件,中科院自动化所的RFID公共服务体系基础架构软件和部分产品可追溯管理中间件,华中科技大学支持多通信平台的Smarti和上海交大面向物流的中间件SRM等。

该层由任意扩展的API生成集合以及允许与系统环境无缝连接的特定接口组成,帮硬件供应商建立所谓“设备驱动”,对接的设备包括RFID阅读器、打印机、可识别RFID信号的多用途传感器等。中间件通过RFID软件开发包(SDK)的形式兼容各种设备通讯协议并且支持以往生产的所有相关设备,具有良好的兼容性,可以更容易的发挥整合的效能。如果设备供应商采用了软件开发包编制相应设备驱动程序,网络上的所有RFID设备就都可以被工具软件发现和管理。

该层可以通过由一系列基于业务规则的策略和可扩展的事件处理程序组成的强大事件处理机制,让应用程序能够将未经处理的RFID事件数据转换成为可以识别的信息;通过消除RFID数据中的噪声、失真和其他干扰信号等手段让RFID应用软件在各种复杂的业务处理过程中充分发挥作用,降低配套工具软件的开发成本。

该层包括了对象模型(OM)和应用程序开发接口集(APIs),可以帮助应用程序开发商设计、部署和管理RFID解决方案,应用程序开发商可以创建各种各样的软件工具来管理RFID中间件基础框架。对象模型提供了很多非常有用的程序开发接口,包括了设备管理、处理过程、应用部署、事件追踪以及性能监测等。这些应用程序接口不但对RFID处理软件的快速设计和部署提高明显,而且可以使应用程序在全软件生命周期得到更有效的管理。此外,本层还包括“事件处理管道”设计和部署所需工具,可将未经处理的RFID事件数据过滤、分组、计数和转换成为后续业务系统可识别的信息所必备的软件组件。

该层包含了RFID中间件的基础框架的设计工具和“适配器”,是开发者在研发不同类型的业务处理软件开发调试很有帮助的软件工具。其中设计工具可以创建一个RFID业务处理过程提供简单、直观的设计模式;“适配器”可以整合服务器软件和业务流程应用软件,使得若干个通过RFID信息传递来完成业务协作的应用软件形成一个有机的整体。通过使用这些设计工具和“适配器”,开发商可以设计开发出各种具有广泛应用前景的应用程序和业务解决方案[6,7,8]。

IBM中间件主要包括边缘控制器和前端服务器两部分,架构体系如图2所示:边缘控制器由控制器、滤波器、Micro Broker总线和RFID读写器代理服务器等组成,主要负责与硬件设备之间的通信,对RFID读写器收集的数据进行采集、过滤和整合,并将其提供给前端服务器。前端服务器由服务器、MQ中间件、Micro Broker总线、数据库和网络服务器等部分组成,是所有RFID设备采集信息的汇聚中心,存储数据并与后端应用系统进行数据交互、整合。边缘控制器。边缘控制器与前端服务器之间采用发布主题订阅主题的方式通信。[9]

图2 IBM RFID中间件结构图   下载原图

采用IBM RFID中间件可以使整个物流变得一目了然,极大地简化了开发工作。在RFID硬件系统中,因为读写器可以对粘贴在不同货品中的标签信息随时读写,可以采用基于该中间件技术的平台在仓库的众多管理位置实现仓储物流管理系统对前端各RFID设备的集中智能控制,实现仓储物流信息的实时管控。

1)出入库管理:在仓库门口安装RFID固定阅读器,当货品出入库经过门口时,读写器自动读取存储在货品标签中EPC(电子编码),并将其中存储的货品信息、出入库时间写入数据库,自动完成出入库登记操作。

2)日常业务管理:包括各工作日的货品保存、转移、交接、订单管理等。货品保存是物流业比较重要的一个工作,因此货品保存业务的规范就显得尤为重要。这里主要包括每个工作日货品的状态记录、检査等规范操作登记记录。

3)查询与统计:为管理用户提供查询和统计服务,可查询出各工作日货品的出入库情况、货品位置情况等,统计出货品流向信息报告。

4)货品盘点:采用便携式RFID数据采集器和固定RFID阅读器实现对仓库内货品的盘点和统计。便携式RFID数据采集器方式采集电子标签上的数据,使用方便快捷灵活,在读取标签上信息的同时,可以将数据直接传送到计算机系统,或者暂时存储于采集器内,批量传送到计算机系统。

5)资料管理:建立货品分类,通过阅读器对RFID标签进行信息设置,将EPC(电子编码)与货品分类相对应,并利用RFID标签中剩余存储空间保存货品详细信息。

图3 仓储物流管理系统功能   下载原图

RFID中间件的开发和成熟为仓储物流信息管理平台建立了一个发现和管理电子标签设备,实现仓储物流信息实时管控的高效渠道,通过建立丰富的、可升级的事件处理软件架构把众多单个电子标签数据转化成具有实际意义的业务信息,为RFID应用与其他业务系统快速整合提供了一个规范的业务定制模型,是一次重大的技术革新。我国相关企业应该抓住这一机遇,以市场需求带动RFID中间件软件水平的提高。