RFID中間件技術(shù)在智能超市中的應(yīng)用

王 亮

（江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211168）

1 智能超市

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)“Internet of things”，是通過射頻識別（RFID）、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備按照約定，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別定位跟蹤監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[1]。其中互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物與物之間的進(jìn)行信息交換和通訊。

1.2 智能超市概念

2003年，沃爾瑪首次提出用RFID 技術(shù)取代傳統(tǒng)的條形碼，成為超市商品的信息載體，其他的零售商巨頭如Tesco、麥德隆等也緊跟沃爾瑪之后。報告顯示，這項技術(shù)已經(jīng)給沃爾瑪在庫存管理、銷售管理和售后服務(wù)方面每年節(jié)約了近85 億美元的成本[2]。

隨著各類制造業(yè)的不斷發(fā)展，商品種類不斷增加。商品種類的增多為超市的管理帶來了更多的工作量，管理人員需要花費(fèi)更多的時間對商品、貨架進(jìn)行管理，同時顧客在面對多種類的商品時需要花費(fèi)更多的時間去尋找自己所需要的，并在結(jié)賬時花費(fèi)大量排隊時間。國內(nèi)的大型超市例如蘇果、大潤發(fā)、歐尚、家樂福等目前仍然在使用條碼技術(shù)，而條碼技術(shù)的讀取效率較低，這就帶來了超市管理效率的下降、成本的上升。在結(jié)賬時收銀員需要對顧客所購商品依次進(jìn)行條碼掃描，造成了結(jié)賬時間過長，特別是在節(jié)日、假日等超市客流量較大時，經(jīng)常性的排起長隊，顧客需花費(fèi)大量時間在排隊結(jié)賬中，而現(xiàn)在的顧客對購物的體驗、效率側(cè)更為注重。RFID 技術(shù)正是能夠?qū)Τ泄芾硇?、購物體驗、購物效率帶來革新的技術(shù)。

1.3 RFID 技術(shù)

當(dāng)前廣泛應(yīng)用的自動識別技術(shù)主要是條碼和RFID 技術(shù)。其中條碼技術(shù)成本低，實(shí)現(xiàn)較為簡單。主要適用于數(shù)量需求大且不需更改數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)，但缺點(diǎn)也較為明顯，例如容易磨損造成信息缺失，數(shù)據(jù)一次性打印無法更改，數(shù)據(jù)存儲量較小，采集效率低等。RFID 標(biāo)簽由于其技術(shù)特性其擁有無需接觸即可讀取數(shù)據(jù)，抗干擾能力很強(qiáng)，識別速度和效率高，受外界環(huán)境影響有限，操作方便等特點(diǎn)。隨著RFID 技術(shù)的成熟和成本的降低在制造、物流、零售以及電子信息等產(chǎn)業(yè)中實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用，成為世界各大國重點(diǎn)發(fā)展的科技產(chǎn)業(yè)。近幾年來RFID 產(chǎn)品的體積、價格逐漸從大而高向小而低方向過渡，未來RFID 標(biāo)簽會取代條形碼被嵌入任何物件中。

2 RFID 中間件關(guān)鍵技術(shù)

如果為每件商品都增加RFID 標(biāo)簽，在產(chǎn)品的生產(chǎn)運(yùn)輸和銷售過程中，就可以通過讀寫器獲得記錄產(chǎn)品信息的一連串的EPC（產(chǎn)品電子編碼）。其中最重要的環(huán)節(jié)就如何傳送和管理這些數(shù)據(jù)信息。為了管理讀寫器的大量數(shù)據(jù)流，自動識別產(chǎn)品技術(shù)中心（AUTO ID CENTER）推出了一種分層模塊化的RFID 中間件。RFID 中間件是一種介于RFID 硬件設(shè)備與企業(yè)后臺應(yīng)用系統(tǒng)之間的一種中間程序，主要用于數(shù)據(jù)的傳輸、過濾、聚集、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等處理操作。首先通過RFID讀寫器讀取的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過中間件處理后導(dǎo)入企業(yè)的數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)，并通過應(yīng)用系統(tǒng)為用戶提供操作程序。使用中間件技術(shù)降低了應(yīng)用開發(fā)的難度，開發(fā)者不需要直接操作底層架構(gòu)，只需對中間件進(jìn)行調(diào)用即可完成應(yīng)用開發(fā)。當(dāng)前RFID 中間件的發(fā)展主要分為三個階段，第一階段為應(yīng)用程序階段，該階段主要實(shí)現(xiàn)后端系統(tǒng)與讀寫器相連。第二階段為基礎(chǔ)架構(gòu)階段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)搜集、過濾、聚合等功能。第三階段為解決方案階段，能根據(jù)不同用戶的需求提供不同的功能。

2.1 中間件的特點(diǎn)

RFID 中間件是一種消息軟件中間件，使用非同步消息方式的形式將信息從一個程序模塊傳遞至另一個或多個程序模塊，發(fā)送端無需等待接收端回應(yīng)。RFID 中間件可以建立在企業(yè)原有的應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步擴(kuò)展企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的功能，作為企業(yè)RFID 系統(tǒng)的重要組成部分其主要特點(diǎn)是[3]：

（1）獨(dú)立性，RFID 中間件獨(dú)立并介于讀寫器與后端應(yīng)用程序之間，不依賴于某個RFID 系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)，即使存儲數(shù)據(jù)的后臺數(shù)據(jù)庫或者讀寫器種類、數(shù)量發(fā)生了變化，也無需修改后端應(yīng)用，減輕了架構(gòu)及其維護(hù)的復(fù)雜性。

（2）數(shù)據(jù)流，主要功能是將實(shí)體對象格式轉(zhuǎn)換為信息環(huán)境下的虛擬對象，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、過濾、聚合與傳遞等特性，將正確的對象信息傳遞到企業(yè)后端的應(yīng)用系統(tǒng)。

（3）處理流，提供順序的消息流，具備數(shù)據(jù)流設(shè)計與管理的能力。數(shù)據(jù)傳輸時維護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸路徑、數(shù)據(jù)路由和數(shù)據(jù)分發(fā)規(guī)則，同時為數(shù)據(jù)傳輸中的安全性提供保障。

2.2 中間件關(guān)鍵技術(shù)

RFID 中間件中主要解決的問題主要有：

（1）數(shù)據(jù)過濾

來自讀寫器的海量數(shù)據(jù)存在大量的冗余信息，同時也存在一些錯誤信息，對此需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾。祛除冗余數(shù)據(jù)，過濾無用信息后的有用數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)用系統(tǒng)。其中冗余數(shù)據(jù)包括，同一貨物數(shù)據(jù)的重復(fù)傳送；具有相同產(chǎn)品名稱、型號的貨物；同一時間內(nèi)不同讀寫器讀取相同貨物的重復(fù)信息。解決冗余信息的辦法是設(shè)置各種過濾器來處理?？捎玫倪^濾器有很多種，應(yīng)用的較多的主要有：產(chǎn)品過濾器、時間過濾器、EPC 編碼過濾器、平滑過濾器。

（2）數(shù)據(jù)聚合

因不同讀寫器所讀取的信息較為分散，而后臺應(yīng)用系統(tǒng)需要完整的有意義的信息，所以通常在數(shù)據(jù)讀取后需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合處理。使用復(fù)雜事件處理技術(shù)在原始數(shù)據(jù)中選出有價值的信息，并將多個不同數(shù)據(jù)來源的信息進(jìn)行整合。

（3）信息傳遞

RFID 中間件是一種面向消息的中間件，使用非同步消息的方式的形式將信息從一個程序模塊傳遞至另一個或多個程序模塊，發(fā)送端無需等待接收端回應(yīng)。經(jīng)過RFID 中間件過濾、聚合的數(shù)據(jù)通過消息服務(wù)機(jī)制將RFID 信息傳遞給企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)、EPCIS 或者其他的RFID中間件。

圖1 智能超市RFID 中間件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

3 RFID 中間件在智能超市中的應(yīng)用

智能超市的發(fā)展的根本是為了提高超市的管理效率和顧客的購物體驗，采用RFID 技術(shù)，不需人工對所購商品進(jìn)行條碼掃描。顧客推著購物車通過收銀區(qū)域，RFID 閱讀器一次性完成所有RFID 標(biāo)簽識別并結(jié)賬，該模式區(qū)別于普通超市收銀員逐個掃描商標(biāo)條碼的識別方式，能夠節(jié)省大量時間，實(shí)現(xiàn)快速結(jié)賬。RFID 中間件在完成數(shù)據(jù)收集、過濾、整合的同時與后臺的業(yè)務(wù)系統(tǒng)相連接，將數(shù)據(jù)傳送各業(yè)務(wù)模塊。從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中不同業(yè)務(wù)模塊之間的數(shù)據(jù)同步、收集和統(tǒng)計工作。

利用上述RFID 中間件來構(gòu)建智能超市應(yīng)用系統(tǒng)簡單而快速。RFID 中間件在智能超市管理應(yīng)用的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。RFID 中間件與外部的通信通道主要由企業(yè)應(yīng)用程序接口、讀寫器接口、EPC 信息服務(wù)系統(tǒng)接口、ONS 服務(wù)接口、其他中間件連接接口、其他服務(wù)接口組成。讀寫器讀取的商品數(shù)據(jù)信息通過讀寫器與RFID 中間件的API 接口進(jìn)行傳遞，傳遞的數(shù)據(jù)由RFID 中間件中的用戶自定義處理模塊進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)通過應(yīng)用軟件接口傳遞至各類業(yè)務(wù)模塊。

銷售管理模塊。商品在銷售時通過讀寫器讀取商品的RFID 標(biāo)簽獲得EPC 信息，通過將EPC 信息傳遞給RFID 中間件處理從而獲取商品的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時RFID 中間件將讀取的多個商品的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、整合操作，最后將處理后的數(shù)據(jù)交給商品銷售模塊，商品銷售模塊根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)完成商品的結(jié)賬同時更新數(shù)據(jù)庫信息。

倉儲管理模塊。貨物進(jìn)出倉庫時，通過掃描貨物RFID 標(biāo)簽，得到標(biāo)簽的Tag ID，RFID 中間件通過ONS 系統(tǒng)訪問RFID 標(biāo)簽所對應(yīng)的EPCIS，根據(jù)Tag ID 與EPC 碼的關(guān)聯(lián)，獲取該批次貨物的屬性，貨物屬性所包括每種商品的數(shù)量等信息，并將該信息傳遞給倉儲管理模塊，處理后完成數(shù)據(jù)的更新。同時倉儲管理模塊將此信息與出、入單據(jù)進(jìn)行比對，如果數(shù)據(jù)不一致將及時發(fā)出提醒。

貨物完成銷售時銷售管理模塊將所銷售商品的信息傳遞給倉儲管理模塊，倉儲管理模塊將此信息處理，完成倉儲信息的更新。

4 總結(jié)

作為智能超市的中樞系統(tǒng)，RFID 中間件為底層硬件讀寫器與上層超市管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了溝通的橋梁。使用RFID 中間件技術(shù)在提高了超市的銷售、倉儲效率的同時也降低了整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)、運(yùn)維的成本。在未來面對企業(yè)多元化業(yè)務(wù)需求時，通過RFID 中間件也可以輕松地將硬件與業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行整合。

［1］張萍，徐紅，張宗國.物聯(lián)網(wǎng)在零售業(yè)中的應(yīng)用[J].福建電腦，2011（1）：18-19.

［2］李春華.基于RFID 技術(shù)的智能超市構(gòu)架方案[J].軟件工程師，2010（2）：14-116.

［3］董麗峰.RFID 中間件技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用及研究[J].黑龍江科技信息，2010（10）：73-74.