基于ALE規(guī)范的分布式RFID中間件研究與實(shí)現(xiàn)

應(yīng)　俊　王社周　吉福生

1(重慶郵電大學(xué)光電工程學(xué)院　重慶 400065)2(重慶郵電大學(xué)　重慶 400065)

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基于ALE規(guī)范的分布式RFID中間件研究與實(shí)現(xiàn)

應(yīng)俊1王社周1吉福生2

1(重慶郵電大學(xué)光電工程學(xué)院重慶 400065)2(重慶郵電大學(xué)重慶 400065)

摘要隨著RFID技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，其系統(tǒng)規(guī)模也越來(lái)越大。RFID中間件效率低，且缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。從實(shí)際出發(fā)，采用ALE(Application Level Event)規(guī)范設(shè)計(jì)一個(gè)通用的分布式RFID中間件架構(gòu)。該架構(gòu)不僅可以提供統(tǒng)一的接口，還可以有效地降低系統(tǒng)規(guī)模過(guò)大所帶來(lái)的不良影響。所設(shè)計(jì)的RFID中間件可以應(yīng)用于物流管理、車(chē)輛管理、資產(chǎn)管理、生產(chǎn)制造等多種RFID技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)合。為驗(yàn)證其性能，最后設(shè)計(jì)了基于RFID中間件的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，通過(guò)應(yīng)用驗(yàn)證了基于ALE規(guī)范的分布式RFID中間件的可靠性和高效性。

關(guān)鍵詞ALE規(guī)范事件分布式數(shù)據(jù)過(guò)濾

0引言

經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用和發(fā)展，射頻識(shí)別技術(shù)RFID已經(jīng)成為自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的首選技術(shù)。RFID技術(shù)能夠以很高的速率接收海量的數(shù)據(jù)，它的這種能力使得RFID技術(shù)可以用來(lái)識(shí)別、定位、追蹤以及監(jiān)管非視距內(nèi)的物品[1]。目前RFID技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了的應(yīng)用，如：物流管理、零售、包裹管理以及安全和醫(yī)療等領(lǐng)域[2]，給人們的生活帶來(lái)了極大的便捷。

同時(shí)由于RFID技術(shù)應(yīng)用的深入，以及RFID系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，為了應(yīng)對(duì)日益龐大的數(shù)據(jù)處理量、層次化RFID應(yīng)用系統(tǒng)，RFID中間件應(yīng)運(yùn)而生。目前國(guó)外的RFID中間件產(chǎn)品主要有Oracle RFID中間件、IBM RFID中間件、BEA RFID中間件、SUN RFID中間件。國(guó)內(nèi)的有華中科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的支持多通信平臺(tái)的 RFID 中間件產(chǎn)品Smart，上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的面向商業(yè)物流的數(shù)據(jù)管理與集成中間件平臺(tái)[3]。雖然這些產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，但是還存在如下一些問(wèn)題：(1) 中間件對(duì)某些硬件設(shè)備依賴(lài)較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)通用性；(2) 通信以數(shù)據(jù)流為主；(3) 應(yīng)用領(lǐng)域單一，無(wú)法給企業(yè)應(yīng)用層提供統(tǒng)一的接口，以適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境的變化。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出一種基于應(yīng)用層事件規(guī)范ALE的RFID中間件設(shè)計(jì)方案。ALE規(guī)范由EPCglobal組織于2005年提出，它不針對(duì)某個(gè)應(yīng)用和領(lǐng)域，而是完全作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)存在[4]，ALE規(guī)范通過(guò)對(duì)具體應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行抽象，將應(yīng)用環(huán)境和事件(Event)一一對(duì)應(yīng)，對(duì)外提供符合該規(guī)范的應(yīng)用接口。引入ALE規(guī)范可以有效地解決企業(yè)應(yīng)用需求靈活多變、系統(tǒng)中冗余數(shù)據(jù)量大、底層設(shè)備種類(lèi)繁多、應(yīng)用接口不統(tǒng)一等問(wèn)題，可以讓?xiě)?yīng)用層軟件開(kāi)發(fā)人員快速地開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量、可移植、可擴(kuò)展的應(yīng)用軟件，可以屏蔽底層設(shè)備對(duì)應(yīng)用軟件的影響。基于ALE規(guī)范設(shè)計(jì)RFID中間件對(duì)RFID技術(shù)的推廣應(yīng)用具有極其重要的意義和必要性，但是規(guī)范并沒(méi)有給出設(shè)計(jì)RFID中間件的具體方法，而是定義了一系列接口[5]。本文不僅給出了中間件的設(shè)計(jì)方案，而且在最后開(kāi)發(fā)了基于RFID技術(shù)的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，以驗(yàn)證RFID中間件的性能。

1RFID中間件架構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)軟件的第一步。本文在ALE規(guī)范的基礎(chǔ)上，同時(shí)為了進(jìn)一步擴(kuò)大RFID中間件的應(yīng)用范圍和使用靈活性，設(shè)計(jì)了一種可以適用于分布式、多網(wǎng)關(guān)應(yīng)用環(huán)境的中間件架構(gòu)。該架構(gòu)由兩部分組成：RFID中間件服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)，如圖1所示。

圖1　RFID中間件架構(gòu)圖

本文將RFID中間件服務(wù)器作為服務(wù)提供方，為了能夠更好地提供服務(wù)，減小與應(yīng)用軟件的耦合， RFID中間件服務(wù)器采用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)SOA(Service-Oriented Architecture)，實(shí)現(xiàn)發(fā)布/訂閱模型，屏蔽服務(wù)發(fā)布者和訂閱者。共包括設(shè)備管理、事件管理、觸發(fā)器管理以及狀態(tài)策略管理等四個(gè)模塊，設(shè)備管理模塊用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化及狀態(tài)的監(jiān)管，與其他模塊無(wú)交集。事件管理模塊、觸發(fā)器模塊和狀態(tài)策略模塊以ECSpec作為主線相互影響、相互配合，并最終完成一次應(yīng)用層的請(qǐng)求。事件管理模塊中的ECSpec決定觸發(fā)器的初始化，而觸發(fā)器決定狀態(tài)策略模塊中事件狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，事件的不同狀態(tài)又會(huì)反過(guò)來(lái)影響事件管理模塊的進(jìn)一步操作。三個(gè)模塊之間相輔相成，共同完成RFID中間件服務(wù)器的事件處理功能。

網(wǎng)關(guān)包括設(shè)備注冊(cè)、驅(qū)動(dòng)裝載、設(shè)備巡檢、數(shù)據(jù)過(guò)濾和數(shù)據(jù)組合等模塊，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)的收集及預(yù)處理，以及對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接的監(jiān)控。

2RFID中間件服務(wù)器

作為SOA技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方式，RFID中間件服務(wù)器采用Web Service技術(shù)實(shí)現(xiàn)。Web Service提供了基于XML的標(biāo)準(zhǔn)接口，具有完好的封裝性、松散的耦合性、協(xié)議規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)性以及高度的可集成性等特點(diǎn)，能夠良好地滿足SOA應(yīng)用模式的需求[6]。使用過(guò)程中應(yīng)用系統(tǒng)可以通過(guò)請(qǐng)求服務(wù)的方式獲取RFID中間件提供的服務(wù)。

RFID中間件服務(wù)器連接應(yīng)用層和網(wǎng)關(guān)，對(duì)事件以及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和中轉(zhuǎn)。其中設(shè)備管理模塊用于中轉(zhuǎn)設(shè)備管理指令；事件管理模塊，負(fù)責(zé)事件的處理和報(bào)告的生成；觸發(fā)器模塊，決定事件的開(kāi)始和結(jié)束；狀態(tài)策略模塊，用于管理事件的狀態(tài)。

2.1事件管理模塊

事件管理模塊用于給應(yīng)用層提供接口，將具體的應(yīng)用場(chǎng)景抽象化，并通過(guò)Web Service中不同的函數(shù)和參數(shù)列表來(lái)表示不同的應(yīng)用場(chǎng)景。接口主要分為三種：事件定義、事件訂閱和回調(diào)函數(shù)。應(yīng)用層依次調(diào)用各種接口并配合狀態(tài)策略模塊和觸發(fā)器模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，其流程如下所示：

(1) 事件定義，應(yīng)用層調(diào)用事件定義函數(shù)(define或Immediate函數(shù))將輸入的ECSpec分解存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，保證后續(xù)訂閱者的正常使用；

(2) 事件訂閱，應(yīng)用層訂閱(Subscribe或Poll函數(shù))感興趣的事件，將其從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出轉(zhuǎn)化為一個(gè)事件對(duì)象存儲(chǔ)在內(nèi)存中，不同的事件通過(guò)SpecName進(jìn)行區(qū)分，同時(shí)通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)移模塊改變事件的狀態(tài)；

(3) 事件觸發(fā)，觸發(fā)器模塊激活內(nèi)存中對(duì)應(yīng)的事件，將ECSpec對(duì)象中的SpecName和邏輯讀卡器ID列表組成一個(gè)結(jié)構(gòu)體發(fā)送到網(wǎng)關(guān)中，網(wǎng)關(guān)開(kāi)始讀取標(biāo)簽；

(4) 報(bào)告生成，由觸發(fā)器模塊結(jié)束相應(yīng)的事件，報(bào)告生成模塊將接收到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)組合成一個(gè)XML格式的報(bào)告上傳給應(yīng)用層，或者是等待應(yīng)用層主動(dòng)取走。

除上面提到的接口外，還有取消事件定義(Undefine和AbortImmediate)、取消事件訂閱(Unsubscribe和AbortPoll)、觸發(fā)器接收函數(shù)(PushTrigger)、事件注冊(cè)(UpdateEvent)和網(wǎng)關(guān)上傳數(shù)據(jù)(PushData)等函數(shù)。

其中從功能上看，Poll函數(shù)相當(dāng)于執(zhí)行一次Subscribe函數(shù)，并且事件周期結(jié)束后立即再執(zhí)行一次Unsubscribe函數(shù)，而Immediate函數(shù)相當(dāng)于define函數(shù)加上Poll函數(shù)再加上Undefine函數(shù)依次執(zhí)行一次[7]。工作流程如圖2所示。

圖2　事件管理模塊工作流程

2.1.1事件周期定義

在ALE規(guī)范中，ECSpec是應(yīng)用場(chǎng)景抽象的結(jié)果[8]。ECSpec作為系統(tǒng)的輸入，它的設(shè)置滿足大部分應(yīng)用場(chǎng)景，其字段列表如表1所示。在表中邏輯讀卡器列表是相對(duì)真實(shí)的物理讀卡器而言的，之間呈一對(duì)多的層次關(guān)系。通常將一個(gè)房間或是相對(duì)獨(dú)立環(huán)境中的物理讀卡器定義為一個(gè)邏輯讀卡器，應(yīng)用系統(tǒng)只需操作對(duì)應(yīng)邏輯讀卡器，而不用關(guān)心物理讀卡器。邏輯讀卡器的設(shè)置進(jìn)一步降低了應(yīng)用系統(tǒng)和物理設(shè)備之間的耦合性，物理設(shè)備的增減更加隨意；事件周期邊界ECBoundarySpec(Event Cycle Boundary Specification)定義一個(gè)事件周期的開(kāi)始和結(jié)束，包含決定字符串觸發(fā)器和時(shí)間觸發(fā)器工作形式的條件，而具體的觸發(fā)工作由觸發(fā)器模塊控制；事件周期報(bào)告ECReportSpec(Event Cycle Report Specification)定義在事件周期結(jié)束時(shí)如何生成一個(gè)報(bào)告，即定義生成的報(bào)告中應(yīng)該含有的信息。一個(gè)ECSpec可以生成多個(gè)報(bào)告；includeSpecInReports定義在報(bào)告中是否包含ECSpec的原始定義；primaryKeyFields定義標(biāo)識(shí)標(biāo)簽唯一性的標(biāo)簽字段，如EPC值等。通過(guò)define函數(shù)異步定義的ECSpec，其他用戶可以通過(guò)SpecName使用這個(gè)ECSpec，而Immediate函數(shù)定義的ECSpec只有發(fā)起該請(qǐng)求的用戶可以使用。

表1　ECSpec對(duì)象定義

2.1.2報(bào)告生成模塊

由網(wǎng)關(guān)收集到的數(shù)據(jù)只包含由標(biāo)簽和邏輯讀卡器ID組成的鍵值對(duì)，為了在反饋給應(yīng)用層的報(bào)告中包含在事件周期中發(fā)生的更多信息，報(bào)告生成模塊在接收到這些數(shù)據(jù)后，需要按照對(duì)應(yīng)ECSpec的要求進(jìn)行處理。解析不同參數(shù)的ECSpec，模塊會(huì)生成包含不同信息的報(bào)告，最終報(bào)告以標(biāo)準(zhǔn)的XML格式通過(guò)回調(diào)函數(shù)以同步或者是異步方式返回給應(yīng)用層，XML格式的字段如表2所示。

表2　ECReport對(duì)象定義

2.2狀態(tài)策略模塊

狀態(tài)策略模塊用于輔助事件管理模塊對(duì)事件的狀態(tài)進(jìn)行管理，在設(shè)計(jì)中，將事件的整個(gè)生命周期分為三種狀態(tài)：Unrequested、Requested、Active。Unrequested表示事件已經(jīng)被定義(define函數(shù))，但是沒(méi)有人訂閱該事件；Requested表示至少有一個(gè)人訂閱了該事件，但是還沒(méi)有開(kāi)始閱讀標(biāo)簽；Active狀態(tài)表示物理讀卡器正在讀標(biāo)簽。事件每進(jìn)入和離開(kāi)一次Active狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)告。由定義可知，subscribe函數(shù)訂閱的事件可以多次進(jìn)入和離開(kāi)Active狀態(tài)，而Poll和Immediate函數(shù)只能進(jìn)入和離開(kāi)Active狀態(tài)一次，從而只能產(chǎn)生一個(gè)報(bào)告。此外，由Immediate函數(shù)定義的事件沒(méi)有Unrequested狀態(tài)而是直接進(jìn)入Requested或者是Active狀態(tài)。事件處于不同的狀態(tài)時(shí)，應(yīng)用層調(diào)用同一個(gè)函數(shù)其后繼狀態(tài)不同。狀態(tài)策略模塊會(huì)根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則轉(zhuǎn)換ECSpec的狀態(tài)，具體狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖3所示。

圖3　狀態(tài)轉(zhuǎn)移策略模塊

事件周期的開(kāi)始和結(jié)束對(duì)應(yīng)著進(jìn)入或離開(kāi)Active狀態(tài)，而對(duì)網(wǎng)關(guān)而言當(dāng)事件轉(zhuǎn)移到Active狀態(tài)時(shí)開(kāi)始注冊(cè)事件(UpdateEvent)。當(dāng)離開(kāi)Active狀態(tài)時(shí)取消事件注冊(cè)(和注冊(cè)事件是同一個(gè)接口)，同時(shí)上傳數(shù)據(jù)(PushData)到中間件服務(wù)器。

2.3觸發(fā)器模塊

觸發(fā)器用于決定事件的開(kāi)始和結(jié)束，在本文設(shè)計(jì)的RFID中間件中，將觸發(fā)器定義為兩種：時(shí)間觸發(fā)器和字符串觸發(fā)器，兩者均由ECSpec定義。前者主要是從時(shí)間上定義事件何時(shí)開(kāi)始執(zhí)行、執(zhí)行多長(zhǎng)時(shí)間、何時(shí)結(jié)束、循環(huán)執(zhí)行的間隔；而后者通過(guò)事先約定好的兩個(gè)字符串表示事件的開(kāi)始或結(jié)束。在使用過(guò)程中一個(gè)事件要保證至少存在一種觸發(fā)器。其工作流程如圖4所示，首先是通過(guò)事件管理模塊定義ECSpec；其次是根據(jù)ECSpec初始化兩種觸發(fā)器；最后由先被觸發(fā)的兩個(gè)觸發(fā)器之一改變事件的狀態(tài)，進(jìn)而影響事件管理模塊的操作。

圖4　觸發(fā)器工作流程

2.4設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊功能上獨(dú)立于其他三個(gè)模塊，與事件無(wú)關(guān)。主要是為系統(tǒng)中的設(shè)備初始化和巡檢提供服務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀和寫(xiě)操作。設(shè)備初始化包括對(duì)網(wǎng)關(guān)和閱讀器的初始化，設(shè)備管理模塊根據(jù)輸入的網(wǎng)關(guān)ID以XML格式返回網(wǎng)關(guān)的配置信息，網(wǎng)關(guān)根據(jù)配置信息對(duì)網(wǎng)關(guān)自身及所屬閱讀器進(jìn)行初始化操作。巡檢時(shí)設(shè)備管理模塊為其提供需要巡檢的閱讀器信息，并通過(guò)該模塊將巡檢結(jié)果實(shí)時(shí)地寫(xiě)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)連接射頻網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)，所以網(wǎng)關(guān)的首要任務(wù)是協(xié)議轉(zhuǎn)換、解析并過(guò)濾數(shù)據(jù)。此外，還要負(fù)責(zé)底層設(shè)備的巡視、監(jiān)管及驅(qū)動(dòng)裝載，負(fù)責(zé)事件的具體執(zhí)行。本文所設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)以一個(gè)由SpecName和對(duì)應(yīng)的邏輯讀卡器列表組成的結(jié)構(gòu)體作為輸入，以SpecName和收集到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)組合的結(jié)構(gòu)體作為輸出。網(wǎng)關(guān)在處理過(guò)程中只需要關(guān)心自己所屬的邏輯讀卡器應(yīng)該做什么工作，而不需要操作事件本身。從邏輯上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了明確的劃分，明確了系統(tǒng)中各個(gè)模塊的功能，讓系統(tǒng)從邏輯上達(dá)到“松耦合”。網(wǎng)關(guān)分布式地存在于系統(tǒng)中，多個(gè)網(wǎng)關(guān)之間以網(wǎng)關(guān)ID、IP地址等信息標(biāo)識(shí)。

3.1設(shè)備注冊(cè)

設(shè)備注冊(cè)主要用于在系統(tǒng)中添加新的設(shè)備。如果物理閱讀器要想加入到系統(tǒng)中，首先是要通過(guò)注冊(cè)將物理讀卡器的相關(guān)信息輸入到系統(tǒng)中，需要輸入的信息主要有物理讀卡器ID、物理讀卡器IP地址、所屬邏輯讀卡器ID、MAC地址等。添加邏輯讀卡器和網(wǎng)關(guān)時(shí)需要提供額外的所屬網(wǎng)關(guān)ID等。只有通過(guò)注冊(cè)的設(shè)備，才可以在系統(tǒng)中使用，同時(shí)也才會(huì)納入到系統(tǒng)的自動(dòng)巡檢范圍內(nèi)，以保證兩者之間進(jìn)行可靠的信息交互。

3.2驅(qū)動(dòng)裝載

不同的企業(yè)、不同的應(yīng)用環(huán)境下所使用的硬件設(shè)備可能會(huì)不同，從而造成數(shù)據(jù)采集協(xié)議的不同。為了充分減小底層設(shè)備的改變對(duì)中間件的影響，本文設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)裝載模塊，預(yù)留出統(tǒng)一的接口供RFID中間件調(diào)用。模塊的基本原理如圖5所示：(1) 根據(jù)協(xié)議描述文檔從dll與協(xié)議匹配庫(kù)中選擇或直接添加dll和協(xié)議文檔；(2) 通過(guò)中間件接口生成一個(gè)新的dll文件；(3) 中間件通過(guò)中間件接口訪問(wèn)新生成的dll文件獲取數(shù)據(jù)，從而使RFID中間件適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。

圖5　驅(qū)動(dòng)裝載架構(gòu)圖

驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)避免了閱讀器和標(biāo)簽與上下系統(tǒng)綁定所帶來(lái)的局限，符合應(yīng)用過(guò)程中的實(shí)際需求，同時(shí)也增強(qiáng)了RFID中間件的擴(kuò)展性。

3.3數(shù)據(jù)過(guò)濾

RFID閱讀器讀到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)通常都是一些原始的標(biāo)簽數(shù)據(jù),包含大量冗余數(shù)據(jù)，其產(chǎn)生的主要原因有：(1) 標(biāo)簽長(zhǎng)時(shí)間處于一個(gè)閱讀器的射頻掃描范圍內(nèi)，被一個(gè)閱讀器重復(fù)讀取多次；(2) 標(biāo)簽處于多個(gè)閱讀器的射頻掃描范圍內(nèi)，在一段時(shí)間內(nèi)被多個(gè)閱讀器同時(shí)讀到并上報(bào)[9]。

為了減小系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，接收到的數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)過(guò)濾，所以數(shù)據(jù)過(guò)濾在RFID中間件中占據(jù)一個(gè)重要的地位。數(shù)據(jù)過(guò)濾算法通常被分為兩種：一種是查找_插入法，一種是收集_刪除法。前者是在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)，判斷容器中是否已經(jīng)有當(dāng)前的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有，則插入，否則不插入。后者是等將所有的數(shù)據(jù)收集完成后，在最后匯總時(shí)，刪除里面重復(fù)的數(shù)據(jù)。本文采用查找_插入法，利用平衡二叉樹(shù)的快速查找的優(yōu)點(diǎn)過(guò)濾數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有的平衡二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)如圖6所示，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一條數(shù)據(jù)，每一條數(shù)據(jù)占據(jù)12(以96位長(zhǎng)度為例)個(gè)字節(jié)。每接收一條數(shù)據(jù)就在平衡二叉樹(shù)中進(jìn)行查找比較，看是否有相同的數(shù)據(jù)存在，若存在，則直接過(guò)濾掉。若不存在，則直接將數(shù)據(jù)插入二叉樹(shù)中，并進(jìn)行二叉樹(shù)的平衡處理。該算法雖然簡(jiǎn)單，但是要消耗掉很大內(nèi)存去存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，在RFID中間件處理海量數(shù)據(jù)時(shí)將會(huì)嚴(yán)重地降低中間件的性能。

圖6　平衡二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)

所以本文在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的平衡二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)如圖7所示。該方法將標(biāo)簽數(shù)據(jù)根據(jù)規(guī)定進(jìn)行切割，分為四部分，每一部分對(duì)應(yīng)一個(gè)平衡二叉樹(shù)。于是將一個(gè)平衡二叉樹(shù)分為四個(gè)不相關(guān)的平衡二叉樹(shù)，并分別進(jìn)行平衡性維護(hù)。在第一、二、三層二叉樹(shù)中存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)碼段的真實(shí)數(shù)據(jù)，并給每一層的節(jié)點(diǎn)按照從上到下，從左到右的順序依次編碼為1,2,3,…。在第四層的二叉樹(shù)節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為1101，000169DC0。其中第一個(gè)‘1’表示第一層編號(hào)為1的節(jié)點(diǎn)，第二個(gè)‘1’表示第二層編號(hào)為1的節(jié)點(diǎn)，隨后的兩位‘01’表示第三層編號(hào)為1的節(jié)點(diǎn)。最后加上RFID標(biāo)簽的第四段數(shù)據(jù)。如020000A890001 70000169DC0可以表示為：1102，000169DC0，020000A8900017 0000169DC0和020000A8900016F000169DC0可以合并保存為1101,1102，000169DC0。

圖7　改進(jìn)平衡二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行查找時(shí)，只需要比較第四層是否有相同的數(shù)據(jù)，若有，則直接過(guò)濾掉。若沒(méi)有，則更新每一層的平衡二叉樹(shù)，并使其維持平衡，從而實(shí)現(xiàn)查找，基本流程如圖8所示。該方法雖然從節(jié)點(diǎn)的數(shù)量上來(lái)看比原有的方法要多一些節(jié)點(diǎn)，但是表示相同的信息時(shí)將會(huì)消耗更小的內(nèi)存，而且在查找二叉樹(shù)時(shí)，所需要比較的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度也小于原有算法。改進(jìn)的算法性能更優(yōu)，在實(shí)際的應(yīng)用中具有重要的意義。

圖8　數(shù)據(jù)查找流程圖

在RFID中間件中數(shù)據(jù)的收集以ECSpec為單位進(jìn)行，由于事件之間的交叉性，不同的事件可能涉及到相同的邏輯讀卡器，進(jìn)而對(duì)應(yīng)一些相同的物理讀卡器。由于事件定義的先后，導(dǎo)致在進(jìn)行標(biāo)簽數(shù)據(jù)收集時(shí)，無(wú)法共享邏輯讀卡器。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了如圖9所示的數(shù)據(jù)收集流程，在系統(tǒng)中有物理讀卡器讀取標(biāo)簽的周期C1，邏輯讀卡器讀取周期C2，事件周期C3。工作過(guò)程為：首先，物理讀卡器以C1為周期讀取標(biāo)簽，讀到標(biāo)簽以后對(duì)讀到的標(biāo)簽進(jìn)行去重，存放到物理讀卡器標(biāo)簽庫(kù)中；其次，邏輯讀卡器以C2為周期讀取物理讀卡器標(biāo)簽庫(kù)中的數(shù)據(jù)同時(shí)清空物理讀卡器庫(kù)，將去重后的數(shù)據(jù)上報(bào)給涉及到該邏輯讀卡器的所有事件庫(kù)，事件庫(kù)完成對(duì)邏輯讀卡器上傳來(lái)的相同標(biāo)簽的去重；最后，事件庫(kù)以C3為周期將對(duì)應(yīng)事件庫(kù)中標(biāo)簽組合為一個(gè)報(bào)告上傳給應(yīng)用層，并清空事件庫(kù)。這種結(jié)構(gòu)可以有效地解決系統(tǒng)中的邏輯讀卡器共享問(wèn)題。

圖9　數(shù)據(jù)收集流程

3.4巡檢

巡檢的設(shè)計(jì)，主要是為了使系統(tǒng)具有自檢和自動(dòng)恢復(fù)功能，可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)在一定程度上降低系統(tǒng)的維護(hù)開(kāi)支。設(shè)備巡檢的流程如圖10所示。

圖10　巡檢工作流程

4中間件應(yīng)用

經(jīng)過(guò)多次修改，RFID中間件達(dá)到了預(yù)定設(shè)計(jì)目標(biāo)，各個(gè)模塊均正常運(yùn)行，有效地解決了接口統(tǒng)一性問(wèn)題。而中間件的分布式、多網(wǎng)關(guān)架構(gòu)相對(duì)于單網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)而言，減少了數(shù)據(jù)排隊(duì)時(shí)間，增加了系統(tǒng)的并行處理能力，提高了系統(tǒng)的效率。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該中間件的可靠性，開(kāi)發(fā)了基于RFID技術(shù)的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，目前該資產(chǎn)管理系統(tǒng)已經(jīng)在多地成功投入使用，功能列表如圖11所示。從圖中可以看到資產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)“盤(pán)點(diǎn)掃描”的功能，該功能使得資產(chǎn)管理員在統(tǒng)計(jì)資產(chǎn)信息時(shí)由原來(lái)的手動(dòng)登記變成自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)掃描。資產(chǎn)管理員通過(guò)系統(tǒng)發(fā)起盤(pán)點(diǎn)請(qǐng)求，使得資產(chǎn)盤(pán)點(diǎn)工作由原來(lái)的數(shù)月變?yōu)榭梢栽谝惶?，甚至更短時(shí)間內(nèi)完成(部分資產(chǎn)需要使用手持閱讀器進(jìn)行補(bǔ)充盤(pán)點(diǎn))。掃描可以快速定位某一個(gè)資產(chǎn)，該功能的設(shè)計(jì)極大地提高了資產(chǎn)的管理效率。圖11中的“資產(chǎn)移動(dòng)”功能可以實(shí)現(xiàn)在線申請(qǐng)資產(chǎn)調(diào)撥，記錄詳細(xì)資產(chǎn)移動(dòng)路徑?！伴T(mén)禁跟蹤和警報(bào)”功能可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)資產(chǎn)越界，實(shí)時(shí)掌握資產(chǎn)動(dòng)態(tài)，降低資產(chǎn)管理過(guò)程中人為造成的差錯(cuò)，提高了資產(chǎn)管理系統(tǒng)的安全性?！百Y產(chǎn)出入庫(kù)”功能通過(guò)入庫(kù)操作，將資產(chǎn)納入到系統(tǒng)的監(jiān)管范圍內(nèi)，通過(guò)出庫(kù)操作處理報(bào)廢的資產(chǎn)，該功能明確了資產(chǎn)的生命周期?！皥?bào)表統(tǒng)計(jì)”等功能用于統(tǒng)計(jì)資產(chǎn)的詳細(xì)信息?？傊?，設(shè)計(jì)的基于RFID技術(shù)的固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)有效地提高了資產(chǎn)的管理水平。

圖11　系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

5結(jié)語(yǔ)

中間件用于過(guò)濾冗余數(shù)據(jù)、屏蔽設(shè)備的差異性和企業(yè)應(yīng)用軟件的多樣性，在RFID應(yīng)用系統(tǒng)中具有重要的地位。本文首先介紹RFID中間件的研究背景，并說(shuō)明在RFID中間件中引入ALE規(guī)范的意義和必要性，然后給出本文提出的RFID中間件架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。依次分析介紹了架構(gòu)所涉及各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)原理、工作流程以及它們之間的邏輯關(guān)系。所設(shè)計(jì)的RFID中間件具有很好的通用性，可以應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。最后通過(guò)在固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)中的成功應(yīng)用驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的基于ALE規(guī)范的RFID中間件的正確性和接口的通用性。本文的研究進(jìn)一步促進(jìn)了RFID技術(shù)的推廣和應(yīng)用，但是隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展對(duì)RFID中間件的要求也將隨之不斷提高，如需要更完善的功能設(shè)計(jì)、更高效的數(shù)據(jù)過(guò)濾等，所以RFID中間件也需要不斷的研究與發(fā)展。

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收稿日期：2015-01-20。國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61371097)；國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)項(xiàng)(工信部科函[2014]351號(hào))；重慶市青年科技人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(cstc2014kjrc-qnrc40001)。應(yīng)俊，副教授，主研領(lǐng)域：電子信息技術(shù)。王社周，碩士生。吉福生，工程師。

中圖分類(lèi)號(hào)TP3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

DOI:10.3969/j.issn.1000-386x.2016.07.004

RESEARCH AND IMPLEMENTATION OF DISTRIBUTED RFID MIDDLEWARE BASED ON ALE SPECIFICATION

Ying Jun1Wang Shezhou1Ji Fusheng2

1(SchoolofOptoelectronicEngineering,ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications,Chongqing400065,China)2(ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications,Chongqing400065,China)

AbstractAs the application range of RFID technology becomes increasingly wide, the system size becomes bigger and bigger as well. RFID middleware has low efficiency and lacks the uniform standards. Proceeding from actual situation, in this paper we adopt the ALE specification to have designed a universal distributed RFID middleware architecture, this architecture can not only provide a uniform interface, but can also effectively reduce the bad influence on the system caused by its too big size. The designed RFID middleware can be applied to various situations where the RFID technology is used such as logistics management, vehicles management, assets management, manufacturing, etc. To verify its performance, in end of this paper we report the design of an RFID middleware-based fixed assets management system, it verified the reliability and efficiency of the ALE specification-based distributed RFID middleware through application.

KeywordsApplication level events (ALE) specificationEventDistributedData filter