基于射頻識(shí)別技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中間件的設(shè)計(jì)

楊永生

(陜西省行政學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，西安 710068)

射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)的應(yīng)用能夠大大提高企業(yè)工作效率、降低運(yùn)營(yíng)成本、提高企業(yè)的自動(dòng)化程度、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，因此RFID技術(shù)在物流管理中的應(yīng)用得以蓬勃發(fā)展［1］，尤其當(dāng)世界頭號(hào)零售商沃爾瑪公司宣布大范圍使用RFID以及美國(guó)軍方宣布軍需物品需使用RFID進(jìn)行跟蹤、識(shí)別后，RFID的研究與應(yīng)用得到了極大的推動(dòng)［2］。中國(guó)的RFID技術(shù)和市場(chǎng)起步較晚，應(yīng)用前景卻異常巨大。因此，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)RFID的發(fā)展及其應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究［3-4］。但由于其成本的原因，基于RFID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)還處于初期階段。據(jù)世界著名的咨詢機(jī)構(gòu)The Standish Group在一份研究報(bào)告顯示，由于采用了中間件技術(shù)，應(yīng)用系統(tǒng)的總建設(shè)費(fèi)用可以減少50%左右［5］。中間件帶給應(yīng)用系統(tǒng)的不只是開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)周期的縮短，也減少了系統(tǒng)維護(hù)、運(yùn)行和管理的工作量，還減少了硬件設(shè)備總體費(fèi)用的投入。因此中間件的研究得到廣泛的關(guān)注，目前國(guó)外比較知名的中間件廠商有IBM、Oracle、Microsoft、Sun等企業(yè)。國(guó)內(nèi)方面，在物聯(lián)網(wǎng)中間件和公共服務(wù)方面已進(jìn)行了一些工作，如中科院自動(dòng)化研究所開(kāi)發(fā)了RFID公共服務(wù)體系基礎(chǔ)架構(gòu)軟件和血液、食品、藥品可追溯管理中間件;華中科技大學(xué)開(kāi)發(fā)了支持多通信平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)中間件產(chǎn)品Smarti;上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)了面向商業(yè)物流的數(shù)據(jù)管理與集成中間件平臺(tái)等［6］。

上述中間件設(shè)計(jì)方案大多是基于自己目前所研發(fā)的核心產(chǎn)品或技術(shù)的應(yīng)用，或者針對(duì)某一行業(yè)的特點(diǎn)而開(kāi)發(fā)，有太大的依賴性和較小的擴(kuò)展性等問(wèn)題。本文針對(duì)物流倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了較為簡(jiǎn)單實(shí)用的中間件系統(tǒng)，為物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中間件的設(shè)計(jì)和進(jìn)一步的應(yīng)用提供參考。

1 RFID中間件功能分析

中間件(Middleware)作為RFID技術(shù)的核心部分，是連接RFID硬件與企業(yè)應(yīng)用的軟件，是在RFID部署中收集數(shù)據(jù)的重要工具［8］，已經(jīng)成為構(gòu)建RFID網(wǎng)絡(luò)分布式異構(gòu)信息系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。RFID中間件是一種面向消息的中間件，信息是以消息的形式、以異步的方式，從一個(gè)程序傳送到一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用。應(yīng)用程序端使用中間件所提供的一組應(yīng)用程序接口(API)，能與RFID閱讀器相連，從而讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。其功能不僅是傳遞信息，還必須考慮數(shù)據(jù)解譯、數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)分發(fā)、錯(cuò)誤恢復(fù)等問(wèn)題。

圖1 RFID中間件的基本功能與架構(gòu)示意

RFID中間件扮演了RFID標(biāo)簽、閱讀器同應(yīng)用程序之間的中介角色，是RFID系統(tǒng)動(dòng)作的中樞，可以加速RFID關(guān)鍵應(yīng)用的開(kāi)發(fā)與實(shí)施。它的作用是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運(yùn)行與開(kāi)發(fā)的環(huán)境，幫助用戶靈活、高效地開(kāi)發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。其基本功能結(jié)構(gòu)包含了與RFID前端硬件模塊(從RFID標(biāo)簽到RFID讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)資料自動(dòng)搜集)以及與后端數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用軟件(如ERP、CRM、WMS、EPC和MIS等)之間的中間應(yīng)用軟件環(huán)境，它提供了業(yè)務(wù)過(guò)程管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資料的過(guò)濾與匯集、事件管理、安全管理、數(shù)據(jù)的路由與集成以及讀寫(xiě)器的協(xié)同管理等多種功能與機(jī)制。基于RFID中間件的應(yīng)用模式架構(gòu)以及RFID中間件的基本結(jié)構(gòu)與功能如圖1所示。

從圖1可以發(fā)現(xiàn)RFID中間件最主要的功能是:1)操縱控制RFID讀寫(xiě)設(shè)備按照預(yù)定的方式工作，保證不同讀寫(xiě)設(shè)備之間很好地配合協(xié)調(diào)。2)按照一定的規(guī)則篩選過(guò)濾數(shù)據(jù)，篩除大部分冗余數(shù)據(jù)，將真正有效的數(shù)據(jù)通過(guò)合適的網(wǎng)絡(luò)傳送給后臺(tái)的應(yīng)用信息系統(tǒng)。3)能夠支持上層高端用戶的異構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)之間對(duì)RFID數(shù)據(jù)、事件的共享以及彼此業(yè)務(wù)流程之間的應(yīng)用協(xié)同。

采用RFID中間件可以有效地屏蔽RFID設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，消除不同來(lái)源的RFID標(biāo)簽同讀寫(xiě)器硬件設(shè)備與通信協(xié)議之間的特性以及其他的差別，能夠?yàn)楹笈_(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供強(qiáng)大的支持，驅(qū)動(dòng)更廣泛和更豐富的RFID應(yīng)用。

2 中間件主要功能模塊設(shè)計(jì)

RFID中間件不僅可以為應(yīng)用程序提供集成的功能，還要提供數(shù)據(jù)過(guò)濾功能以減少?gòu)淖x寫(xiě)器到應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)量，同時(shí)它還要保證系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性和及時(shí)性。筆者設(shè)計(jì)的中間件主要包括3大功能模塊:通信管理、數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用程序接口。

2.1 通信管理模塊

2.1.1 模塊功能與結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)通信模塊負(fù)責(zé)完成中間件與讀寫(xiě)器和數(shù)據(jù)庫(kù)之間信息的傳遞，而上層軟件不需要考慮具體的信息交換問(wèn)題，只關(guān)心如何實(shí)現(xiàn)自己的功能即可，使得程序的模塊化易于編寫(xiě)、調(diào)試和維護(hù)。通信管理模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 通信管理模塊結(jié)構(gòu)

通信管理模塊的主要功能是連接各種不同類(lèi)型的RFID讀寫(xiě)器并從中讀取電子標(biāo)簽信息。由于不同的廠商提供的RFID讀寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，因此該模塊的設(shè)計(jì)要具備有通用的讀寫(xiě)器接口來(lái)適配各種RFID閱讀器。筆者設(shè)計(jì)的通信管理模塊與讀寫(xiě)器的通信主要處理網(wǎng)口和串口2種方式，并支持其他自定義的通信方式。通信管理模塊連接到需要進(jìn)行讀取的RFID讀寫(xiě)器，并將從讀寫(xiě)器獲得的RFID標(biāo)簽信息傳送給中間件的數(shù)據(jù)管理模塊。建立數(shù)據(jù)連接之后要針對(duì)不同的RFID讀寫(xiě)器的底層通信協(xié)議建立相應(yīng)的類(lèi)，并實(shí)現(xiàn)其中的命令函數(shù)。用類(lèi)的方式實(shí)現(xiàn)，方便以后系統(tǒng)的升級(jí)，當(dāng)加入一種新的連接方式時(shí)，只需再加入一個(gè)實(shí)現(xiàn)該接口方式的通信類(lèi)就可以了，不需要重新開(kāi)發(fā)整個(gè)模塊，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

2.1.2 主要接口函數(shù)

通信管理模塊的主要接口函數(shù)如下所示:

1)打開(kāi)一個(gè)與通訊連接

Bool OpenConnect(int nComType，char*Param)

函數(shù)說(shuō)明:打開(kāi)一個(gè)類(lèi)型為 nComType的連接，參數(shù)為Param。若成功則返回True，否則返回False。

2)關(guān)閉一個(gè)通訊連接

Bool CloseConnect(long hHandle)

函數(shù)說(shuō)明:關(guān)閉句柄為hHandle的連接，若成功則返回True，否則返回False。

3)從通訊連接發(fā)送數(shù)據(jù)

WriteConnect(long hHandle，BYTE*byBuffer，int nSize，const char*strToIp=NULL，int nToPort=0，BOOL isBroadcast=FALSE)

函數(shù)說(shuō)明:將byBuffer中的nSize個(gè)數(shù)據(jù)，發(fā)送到句柄為hHandle的連接中，返回發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

4)從通訊連接接收數(shù)據(jù)

ReadConnect(long hHandle，BYTE*byBuffer，int nSize，char*stripFrom=NULL，int*nPortFrom=NULL)

函數(shù)說(shuō)明:從句柄為hHandle的連接中讀取nSize個(gè)數(shù)據(jù)到byBuffer中。

5)讀標(biāo)簽數(shù)據(jù)

ReadTag(long hConnect，BYTE byAddr，BYTE byMode，char*chUID，BYTE byBeginBlock，BYTE byBlocks，BYTE ＆byDB_N，BYTE ＆byDB_Size，char*chData，BYTE byDataFormat)

函數(shù)說(shuō)明:提供中間讀取讀寫(xiě)器中標(biāo)簽數(shù)據(jù)的接口，按byMode方式根據(jù)byAddr地址，從byBeginBlock開(kāi)始讀取chUID的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，根據(jù)byDataFormat的格式，將讀取到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

6)寫(xiě)標(biāo)簽數(shù)據(jù)

WriteTag(long hConnect，BYTE byAddr，BYTE byMode，char*chUID，BYTE byBeginBlock，char*chWriteData，BYTE byDataFormat)

函數(shù)說(shuō)明:實(shí)現(xiàn)中間向標(biāo)簽中寫(xiě)數(shù)據(jù)的接口，按照byAddr的地址，以byMode模式根據(jù)byDataFormat的格式向chUID的標(biāo)簽中寫(xiě)入chWriteData中的數(shù)據(jù)。

7)數(shù)據(jù)庫(kù)連接

Connection2DB(object sender，EventArgs e)

函數(shù)說(shuō)明:該函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接操作。

2.2 數(shù)據(jù)管理模塊

2.2.1 模塊結(jié)構(gòu)和功能

本模塊將設(shè)備和從讀寫(xiě)器采集的標(biāo)簽信息都當(dāng)作數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)待，RFID中間件的信息管理模塊的主要功能是對(duì)從RFID硬件接口模塊傳遞過(guò)來(lái)的電子標(biāo)簽信息進(jìn)行處理，包括對(duì)電子標(biāo)簽信息進(jìn)行過(guò)濾、篩選和存儲(chǔ)。由于在讀寫(xiě)器的可讀范圍內(nèi)，電子標(biāo)簽在某個(gè)時(shí)期內(nèi)會(huì)被閱讀器多次讀到，這會(huì)造成信息重復(fù)，因此數(shù)據(jù)管理模塊必須能夠?qū)χ貜?fù)讀到的信息進(jìn)行“清理”，以防止同一信息被多次存儲(chǔ)。

另一方面數(shù)據(jù)管理模塊還負(fù)責(zé)對(duì)RFID系統(tǒng)中讀寫(xiě)器信息的維護(hù)，以確保每個(gè)設(shè)備都正常工作。該模塊通過(guò)調(diào)用通信管理模塊中的相關(guān)函數(shù)可以進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)的讀寫(xiě)。數(shù)據(jù)管理模塊的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

2.2.2 主要接口函數(shù)

數(shù)據(jù)管理模塊的主要接口函數(shù)如下所示:

1)設(shè)置讀取頻率

圖3 數(shù)據(jù)管理模塊結(jié)構(gòu)

SetReadFrequency(DataTime Interval)

函數(shù)說(shuō)明:定義一個(gè)Interval的時(shí)間間隔，在此間隔內(nèi)同一讀寫(xiě)器讀到的標(biāo)簽信息表示是相同的讀標(biāo)簽事件。

2)數(shù)據(jù)過(guò)濾

DataFilter(BYTE*SourceBuffer，BYTE*TargetBuffer，char*FilterMethod)

函數(shù)說(shuō)明:利用FilterMethod算法，將SourceBuffer中的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，結(jié)果存儲(chǔ)到TargetBuffer中。

3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

SaveData2DB(struKey＆ key，BYTE*dataBuffer，short*nNum=NULL，BOOL Result=FALSE)

函數(shù)說(shuō)明:根據(jù)key，向數(shù)據(jù)庫(kù)中寫(xiě)入dataBuffer中數(shù)據(jù)，根據(jù)Result確定操作的結(jié)果是否成功。

4)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控

GetDeviceStatus(char*devMacAddr，char*devIp，char*devStatus)

函數(shù)說(shuō)明:函數(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)送命令到指定地址的設(shè)備，返回設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

5)設(shè)備參數(shù)讀取

GetDevicePara(char*devMacAddr，char*devIp，char*dev_Tye，Struct Dev_Para devicePara)

函數(shù)說(shuō)明:從指定的地址，按設(shè)備的類(lèi)型讀取相應(yīng)的參數(shù)。

6)設(shè)備參數(shù)設(shè)定

SetDevicePara(char*devMacAddr，char*devIp，char*dev_Tye，Struct Dev_Para devicePara)

函數(shù)說(shuō)明:根據(jù)指定的地址，按設(shè)備的類(lèi)型設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。

2.3 應(yīng)用程序接口模塊

應(yīng)用程序接口模塊主要處理RFID中間件與其他企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的集成問(wèn)題。通過(guò)相關(guān)的接口，能夠?qū)?shù)據(jù)信息從RFID中間件傳遞到其他的應(yīng)用系統(tǒng)中，從而最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息的集成。企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)接口起的作用就是將RFID中間件的信息格式與企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的信息格式統(tǒng)一起來(lái)。通過(guò)對(duì)企業(yè)的指令信息進(jìn)行翻譯，再將它傳遞給應(yīng)用程序管理模塊。將從應(yīng)用程序管理模塊得到的標(biāo)簽信息編碼為企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)可以接收的格式。

應(yīng)用程序接口要達(dá)到如下要求:

1)跨系統(tǒng)、平臺(tái)，無(wú)論應(yīng)用系統(tǒng)是在何種系統(tǒng)上運(yùn)行的，可以對(duì)接收到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行解析;

2)跨語(yǔ)言，無(wú)論應(yīng)用系統(tǒng)將要用何種語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，可以對(duì)中間件提供的應(yīng)用程序接口進(jìn)行訪問(wèn)。

使用中間件有助于減輕企業(yè)二次開(kāi)發(fā)時(shí)的負(fù)擔(dān)，使企業(yè)方便升級(jí)現(xiàn)有軟件系統(tǒng)，同時(shí)能保證軟件系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定，及對(duì)軟件系統(tǒng)的功能擴(kuò)展，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性。本模塊設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的Web訪問(wèn)接口、其他應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)接口和Web Service服務(wù)接口。

3 結(jié)論

RFID中間件是RFID技術(shù)的核心，在倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中起到了承上啟下的作用，可直接對(duì)讀寫(xiě)器采集數(shù)據(jù)信息，并提供多通信平臺(tái)數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口。本文針對(duì)中間件在倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中的3個(gè)主要作用:實(shí)現(xiàn)對(duì)閱讀器的管理、對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾和倉(cāng)儲(chǔ)并提供上層應(yīng)用程序接口，對(duì)中間件進(jìn)行了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，以求實(shí)現(xiàn)中間件的簡(jiǎn)單適應(yīng)性，為基于RFID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)便捷開(kāi)發(fā)提供參考。

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