基于SOA的RFID中间件设计

无线射频识别RFID(Radio Frequency Identification)技术近年来得到了快速的发展，目前已进入商业化应用阶段。

企业实施RFID方案的最终目的是将RFID产生的海量信息为业务所用。这就需要解决企业现有的业务系统如何与RFID系统接口的问题，包括连接RFID设备、处理RFID数据、将其转换成业务信息等。为了避免因标签种类变化、系统业务逻辑改变而需要重新编写业务信息的情况，需要将RFID硬件模块的连接控制、中间数据处理与上层应用软件分开，因此引入了RFID中间件的概念。

此外,利用SOA系统具有可扩展性高、可维护性好的特点，以便为用户提供灵活的维护服务，还引入了面向服务体系架构SOA（Service Oriented Architecutures)。

基于上述分析,本文提出了一种基于SOA的RFID中间件方案。该方案可把各个应用RFID技术的功能抽象成服务，应用基于J2EE构建方法，综合应用JMX、JMS、Struts等技术。企业应用系统通过请求服务的方式来获取RFID中间件提供的服务。用XML进行数据传输，并提供Web Service接口。

1 技术基础

1.1 RFID中间件

RFID中间件是实现RFID硬件设备与应用系统之间数据传输、过滤、数据格式转换的一种中间程序，将RFID阅读器读取的各种数据信息，经过中间件提取、解密、过滤、格式转换、导入企业的管理信息系统，并通过应用系统反映在程序界面上，供操作者浏览、选择、修改、查询。中间件技术也降低了应用开发的难度，使开发者不需要直接面对底层架构，而是通过中间件进行调用。

RFID中间件是一种消息导向的软件中间件，信息是以消息的形式从一个程序模块传递到另一个或多个程序模块。消息可以非同步的方式传送，所以传送者不必等待回应。RFID中间件是在企业应用原有的中间件发展的基础上，结合自身应用特性进一步扩展并深化了中间件的应用,使得RFID应用系统的开发变得更容易，提高了软件的可移植性，增强了系统的可维护性和可靠性，所以它的架构设计解决方案是RFID应用的一项极为重要的核心技术[1]。

目前提供RFID中间件平台的厂商主要有IBM、Oracle、Microsoft、SAP、Sun公司。对于这些厂商，RFID中间件只是其现有软件的扩展,其RFID产品可以迅速方便地与各自现有的软件产品线集成在一起。但缺点是其产品对该厂商其他软件产品的依赖性比较大。

1.2 面向服务的体系结构SOA

面向服务的体系结构是一种技术架构风格，它代表了一种开放的、敏捷的、可扩展的、可组合的架构[2]，定义了服务提供者和消费者之间的松散耦合关系。其业务敏捷的特点，帮助企业把业务变得更加灵活，能够适时、快速地响应变化。SOA的核心概念就是服务[3]，其基本结构如图1所示。其中包含服务的3个基本角色:服务提供者、服务请求者和服务注册。在这些角色之间使用了3种操作：服务发布、服务发现和服务绑定。作为SOA的一种实现技术，Web Services提供了基于XML的标准接口，具有完好的封装性、松散的耦合性、协议规范的标准性以及高度的可集成性等特点，能够良好地满足SOA应用模式的需求。

1.3 JMX和JMS

Java管理扩展JMX(Java Management Extensions)是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架。在JMX规范中，管理组件是一个能代表管理资源的Java对象，遵从一定的设计模式，实现该规范定义的特定的接口。该定义保证了所有的管理组件以一种标准的方式来表示被管理资源。管理接口就是被管理资源暴露出的一些信息，通过对这些信息的修改能够控制被管理资源。管理接口包括：能被接触的属性值、能够执行的操作、能发出的通知事件等[4]。

JMS(Java Message Service)是访问企业消息系统的标准API,定义了Java中访问消息中间件的接口，但JMS只是接口，并没有给予实现，实现JMS接口的消息中间件称为JMS提供者(JMS Provider)。在JMS框架中运转的方法如下：

(1)得到1个JNDI初始化上下文(Context)。
(2)根据上下文以查找1个连接工厂。
(3)从连接工厂得到1个连接(Connect)。
(4)通过连接以建立1个会话(Session)。
(5)查找目的地(Topic/Queue)。
(6)根据会话以及目的地以建立消息制造者(TopicPublisher/QueueSender)和消费者(TopicSubscrib-er/QueueReceiver)。

2 基于SOA的RFID中间件架构

利用SOA松耦合、面向业务的特点,结合RFID中间件实现的应用系统集成的方案可提供丰富的接口，能够帮助实现对RFID设备的管理以及对数据的处理，简化了对底层设备应用的支持,避免了对底层设备的低级别接口的处理。利用Web Service技术实现RFID中间件与企业系统的集成，完成两者的松耦合集成。

基于SOA的RFID中间件架构，其基础架构层分为设备管理层、事件处理层和服务接口层，并通过Web Service技术包装了每1层相应的功能，且进行了具体实现。本文重点介绍该RFID中间件架构中的基础架构的3个功能层[5]。这3个层次有着明确的功能划分和层间的交互接口。RFID中间件架构如图2所示。


中间件设计包括RFID设备管理组件和事件过程管理组件。RFID设备管理组件是分布式的代理，负责第1级的事件过滤;设备管理包括设备询问器，对每1个阅读器和传感器设备，代理必须互相作用。过程管理组件是通过RFID事件下一级的过滤，把事件放置到交易环境中，然后发布应用层事件ALE(Application Layer Event)[5]。

2.1设备管理层

设备管理层位于架构的最底层，直接与阅读器交互，实现的主要功能包括：

(1)采集射频卡上的数据。
(2)对于来自不同类型的阅读器的数据进行适配处理，得到统一的、格式化的数据，并进行数据校验。
(3)将校验无误的数据按照用户定义的协议进行封包，并将消息包发送到事件处理层的消息系统。

依据其实现的功能,分别针对射频卡阅读器模块、阅读器接口、数据校验和数据打包4个方面进行研究和开发。阅读器模块是根据硬件供应商提供的规范进行编码实现的；阅读器接口主要解决将来自协议格式的数据转化为系统所需要的EPC码；数据校验采用CRC校验；数据打包先依据获取的卡片编码中“数据分类”内容，判断出该标签数据属于哪种类型，然后按照这种数据类型将标签数据封装成相应的消息包。

由于每个ALE阅读器事件流可能来自多个物理设备配置表，因此设备管理器为每个设备表创建1个询问器，并通知询问器哪种传感器被绑定到指定的阅读器上。询问器发送传感器事件流到设备管理器，设备管理器将1个或多个传感器事件流构造成阅读器事件。设备管理器把初步处理的阅读器事件发送到ALE服务器。

询问器代理：1个设备管理器的配置由它管理的设备和它要咨询的询问器组成，然后与它所对应的设备管理器交互。每个设备概要表由物理设备属性和询问器配置组成。物理设备属性是被命名过的传感器(例如天线和1个金属传感器)。

事件信息空间：事件信息空间类似于公共的容错事件信息经纪人。它支持异步接收来自设备管理器的事件、ALE事件以及其他来自事件过程管理的配置需求。事件信息空间同时提供一个存储转发机制，确保重要的事件在中断的网络或其他组件失效的情况下不丢失[5]。

在系统中,将每个阅读器模块的远程方法调用封装为1个管理组件(MBean)作为JMX服务器的实例注册到JMX服务器中。通过JMX框架对阅读器进行监控和管理，使RFID中间件系统能提供管理、监控阅读器的功能。本部分描述为阅读器管理组件添加时间服务，以达到定时控制阅读器的目的。

2.2 事件处理层

在RFID系统中，一方面是各种应用程序以不同的方式频繁地从RFID系统中取得数据；另一方面却是有限的网络带宽，其存在的矛盾，使其有必要设计1套消息传递系统，使设备管理层产生的事件能够传递到消息系统中，由事件管理过程进行处理，然后把数据传递到相关的应用系统。在这种模式下，阅读器不必关心哪个应用系统需要什么数据。同时，应用程序也不需要维护与各个阅读器之间的网络通道，仅需要将需求发送到消息系统中即可。由此，设计出的消息系统应具有如下功能：(1)数据缓存功能；(2)基于内容的路由功能；(3)数据分类存储功能[6]。

下面将描述创建一个MBean来实现一个数据处理节点。消息组件可以按照MBean来部署。消息处理组件执行功能：从源队列中获取消息，对消息执行处理，然后将结果消息放置到目标队列。消息处理UML图如图3所示。

JBossMQ是通过xml文件jbossmq-destinations-service.xml进行配置的。以下是获得JBOSS JNDI初始化上下文(Context)的代码：

Hashtable props=newHashtable();
props.put(Context.INITIAL CONTEXT FACTORY,"org.jnp.interfaces.NamingContextFactory");
props.put (Context. PROVIDER URL, ip +":1099");
props.put("java.naming.rmi.security.manager","yes");
props.put(Context.URL PKG PREFIXES,"org. jboss.naming");
Context context=new InitialContext(props);

来自消息系统的消息以临时XML文件的形式和磁盘文件方式保存，供数据接口使用。消息系统完成消息缓存、分类整合、路由转发、临时存放等操作[4]。

事件过程管理EPM(Event Process Managment)由ALE服务、配置管理、复杂事件过程以及交易规则执行组成，对EVP的访问能通过HTTP、JMS以及网络服务接口实现。

EPM登记/订阅其感兴趣的事件，当在信息空间中有事件发生时，即会通知EPM，一旦接收到这些事件，随后会应用复杂事件处理(过滤器)，结合交易规则对这些事件进行处理。另一种情况下是：外部的客户端(如EPC-IS)已经注册接收ALE，这些过滤后的事件会被发送到ALE客户端指定的位置。

2.3 服务接口层

来自事件处理层的数据最终是分类的XML文件。同一类型的数据以XML文件的形式保存,并提供给相应的1个或多个应用程序使用。而服务接口层主要是对这些数据进行过滤、入库操作，并提供访问相应数据库的服务接口。具体操作如下:

(1)将存放在磁盘上的XML文件进行批量入库操作，当XML数据量达到一定数量时，启动数据入库功能模块，将XML数据移植到各种数据库中。
(2)在数据移植前将重复的数据过滤掉。
(3)为企业内部和企业外部访问数据库提供Web Services
接口。

其中,数据过滤过程是在处理临时存放的XML文件的过程中完成的。方法是:将同一个卡号的多条记录按照读入的时间戳进行比较，若相邻记录的时间戳差值小于用户定义的阈值，则认为重复读取发生，剔出后1条记录。依次类推，剔出掉所有冗余数据。利用Web Services技术将对数据库的访问以服务的形式发布，供企业内部应用程序和企业合作伙伴调用[2]。以数据过滤为例，其核心代码如下：

for(int i=1;i<rowcount;i++)
{span=EndTime.Subtract(StartTime);
spantiIDe=sPan.Seconds; //相邻记录的时间戳之差
if(spantime<=0.002)
{subtime[i]=i;}
//若相邻时间戳差值小于2 ms,
//标记第2条记录为冗余数据
else subtime[i]=0;}
for(int j=1;j<rowcount;j++) //删除冗余记录
{if(subtime[j].ToString()!="0")
{ds.Tables[0].Rows[j].Delete();j=j-1;
rowcount=rowcount11;}
}
以下是服务接口层向应用系统发送SOAP响应，返回处理结果的部分代码[7]。
<report xmlns="">
<process procInsID="503" givenID="231" givenName="
ShipOut">
<event eventType="report_tag_event">
<header>Product Quantity Match Success
</header>
<status>success</status>
<tagList>
<tag ID="00110011"detectTime="2008-11-01 T13:13:
00.110+08:00"/>
</tagList>

3 RFID中间件的实现及测试

RIFD中间件系统开发工具采用Eclipse3.2，应用服务器软件采用JBOSS4.0， Web容器为Tomcat5.5。此外，服务器端采用了基于Struts的MVC多层次结构框架，数据服务层则采用MySQL5.0数据库。

实验中，终端通过485网络组网，应用系统使用的是仓库管理系统。仓库管理系统作为服务请求者，根据服务接口层公布的入库信息核对服务WSDL，得到该服务的接口定义和服务端侦听地址，由入库管理模块通过服务代理接口向Web服务发送SOAP请求消息，请求入库信息核对服务，Web服务平台收到该服务请求后，向RFID中间件发送消息，创建一个出库信息核对服务的实例，设备管理层根据服务请求参数，启动相应的RFID阅读器读取标签信息。然后将读取的标签信息经处理后打包传给事件处理层，根据服务请求的参数与捕获的标签信息进行核对处理，处理后向服务接口层返回核对数据正确或者错误的信息,如图4所示。最后，服务接口层向仓库管理系统发送SOAP响应，返回处理结果[5]。


实验表明，原来的应用系统仅仅支持1种固定卡型的阅读器，采用RFID中间件以后，可以在1个系统中采用各种卡型的阅读器，而上层程序不需要再进行修改，增加了系统的可扩展性和易维护性，节约了时间和成本。系统稳定性也有大的提高，有效解决了企业应用中所关心的问题。

本文提出了一个基于SOA，综合应用JMX、JMS等技术的RFID中间件架构，并说明了RFID中间件各部分的含义和作用及基础架构的实现。这种中间件结构能很好地屏蔽低端各种物理设备的信息。由于采取了模块化的结构，可以根据需要进行裁减，在需要的时候再加入相应的模块，例如，可根据需要是否添加认证和安全模块。通过Web Service，可实现对RFID中间件更高层次包装，保证了RFID基础架构中3个功能层之间的相互独立和协同工作。