一種基于數(shù)據(jù)過濾的RFID中間件

蔡映雪，胡輝，陳伽，陳軍，胡松，蔡昭權(quán)

（惠州學(xué)院，惠州　516007）

一種基于數(shù)據(jù)過濾的RFID中間件

蔡映雪，胡輝，陳伽，陳軍，胡松，蔡昭權(quán)

（惠州學(xué)院，惠州516007）

在IC卡種類繁多的今天，無(wú)線射頻識(shí)別RFID技術(shù)被應(yīng)用于身份證、一卡通、物流管理等領(lǐng)域。然而由于基于RFID技術(shù)的產(chǎn)品種類繁多且互不兼容，使得RFID產(chǎn)品的數(shù)據(jù)在不同領(lǐng)域不同應(yīng)用中難以互通共用，實(shí)時(shí)采集的RFID也可能出現(xiàn)冗余和不可靠等問題。提出一種基于RFID中間件的數(shù)據(jù)過濾方法，有效地解決不同類型RFID產(chǎn)品之間數(shù)據(jù)整合和冗余性問題。

RFID；數(shù)據(jù)過濾；數(shù)據(jù)冗余

0　引言

在IC卡被大量使用的而今天，無(wú)線射頻識(shí)別RFID技術(shù)自然也滲透到人們的日常生活中，而隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的推廣，可以預(yù)見到不久的將來(lái)，所有能夠連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備或個(gè)體都將被一一識(shí)別和區(qū)分標(biāo)記，可想而知RFID在未來(lái)將會(huì)以標(biāo)記符號(hào)的角色維系著個(gè)體與個(gè)體之間的關(guān)系，同時(shí)區(qū)別它們的特性［1］。數(shù)以億計(jì)的RFID將會(huì)為人們帶來(lái)巨額的工作量，如何合理管理和整合這些來(lái)自RFID的數(shù)據(jù)，過濾冗余性數(shù)據(jù)就成為了討論的焦點(diǎn)［2］。

本文提出了一種基于數(shù)據(jù)過濾的RFID中間件，通過采用閱讀器范圍過濾，標(biāo)簽范圍過濾，標(biāo)簽冗余過濾，標(biāo)簽事件過濾四種過濾方法，使得數(shù)據(jù)過濾的邏輯更為靈活，解決了不同類型RFID產(chǎn)品之間數(shù)據(jù)整合和冗余性問題。

1　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

美國(guó)的企業(yè)在應(yīng)用RFID技術(shù)的項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)將RFID數(shù)據(jù)正確錄入并處理復(fù)雜度很高，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率也不高，于是提出了RFID中間件的概念，希望通過RFID中間件可以將捕獲的數(shù)據(jù)預(yù)處理后再交由系統(tǒng)錄入管理，從而達(dá)到流水作業(yè)的效果［3］。由此促使了一些企業(yè)開始研發(fā)RFID中間件，其中較為典型的中間件有BEA公司的Weblogic RFID Software［4］、IBM的WebSphere RFID Solution、MIT的Auto-ID中心的EPC系統(tǒng)［5］。

在國(guó)內(nèi)，首屆中國(guó)國(guó)際EPC與物聯(lián)網(wǎng)高層論壇首先將RFID技術(shù)引入，國(guó)家的科技計(jì)劃和政策也給予了大力支持，但技術(shù)差距還較為明顯［6］。但國(guó)內(nèi)的一流大學(xué)仍然不甘人后，上海交大面向物流的數(shù)據(jù)集成和管理開發(fā)了可重構(gòu)的RFID中間件RRI3.0，浙江大學(xué)研發(fā)的錢塘RFID中間件實(shí)現(xiàn)了較為復(fù)雜的事件處理引擎。

2　數(shù)據(jù)過濾方法

（1）閱讀器范圍過濾

閱讀器范圍過濾方法可以實(shí)現(xiàn)從眾多標(biāo)簽數(shù)據(jù)中，過濾出用戶指定閱讀器范圍的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。如在倉(cāng)儲(chǔ)管理中，用戶可以使用該過濾方法，通過獲取某個(gè)貨柜的標(biāo)簽信息來(lái)了解該貨柜的物品信息。在RFID系統(tǒng)把每個(gè)閱讀器對(duì)應(yīng)的閱讀器ID和掩碼作為閱讀器范圍過濾的依據(jù)，按照閱讀器的掩碼的不同，來(lái)判斷哪些是用戶指定的閱讀器。

（2）標(biāo)簽范圍過濾

標(biāo)簽過濾方法負(fù)責(zé)從大量的標(biāo)簽數(shù)據(jù)中過濾出用戶指定產(chǎn)品的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。按照RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽編碼規(guī)范，全球范圍內(nèi)的每一個(gè)產(chǎn)品都可以根據(jù)其標(biāo)簽編碼的識(shí)別ID進(jìn)行識(shí)別。通過判別所有標(biāo)簽消息EPC碼，從中選出滿足用戶需要了解的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

（3）標(biāo)簽冗余過濾

該過濾器采用平滑過濾方式。該方法通過將在規(guī)定短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)次數(shù)超過某個(gè)閾值的標(biāo)簽作為真正出現(xiàn)的標(biāo)簽，阻止一些偶爾在遠(yuǎn)處出現(xiàn)過一次又被閱讀器監(jiān)測(cè)到的標(biāo)簽上報(bào)，從而達(dá)到數(shù)據(jù)的平滑。

（4）標(biāo)簽事件過濾

這種過濾方法通過新出現(xiàn)的標(biāo)簽、消失的標(biāo)簽、當(dāng)前的標(biāo)簽和經(jīng)過的標(biāo)簽四種標(biāo)簽標(biāo)記不同事件。標(biāo)簽的狀態(tài)和在讀寫器范圍停留的時(shí)間可以用來(lái)判斷標(biāo)簽的模式，根據(jù)事件類型和計(jì)數(shù)值來(lái)判定標(biāo)簽的模式，進(jìn)而確定標(biāo)簽的類型的方法，達(dá)到分類過濾的目的。

3　基于數(shù)據(jù)過濾的RFID中間件

3.1過濾算法設(shè)計(jì)

（1）閱讀器范圍過濾方法

閱讀器范圍過濾方法維護(hù)三張表格。一張為輸入表格，接收經(jīng)過適配層統(tǒng)一格式處理過的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，供給過濾模塊實(shí)用，此時(shí)表格中標(biāo)簽數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)如下：

一張為輸出表格，存儲(chǔ)經(jīng)過閱讀器過濾方法過濾后的數(shù)據(jù)，供給后面的程序模塊實(shí)用；第三張為閱讀器地址和掩碼存儲(chǔ)表，存儲(chǔ)客戶命令讀取的閱讀器的地址和掩碼。算法如下：

步驟1：輸入數(shù)據(jù)。

步驟2：比較標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的閱讀器ID和掩碼。

步驟3：輸出列表。

圖1　閱讀器范圍過濾算法流程圖

（2）標(biāo)簽范圍過濾方法

標(biāo)簽范圍過濾方法與閱讀器范圍過濾大致相同，不過需要注意的是：用戶輸入的標(biāo)簽ID可以是一個(gè)，也可以是一組。當(dāng)是一組掩碼時(shí)，只要滿足任何一個(gè)ID的標(biāo)簽，都算是滿足要求的標(biāo)簽。另外，EPC過濾器比較的是標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)中的標(biāo)簽ID，閱讀器過濾器中比較的是標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)中的閱讀器的ID。

（3）標(biāo)簽冗余過濾方法

該過濾規(guī)則維護(hù)兩張表格：表一（如表1）和表二（如表2）。閱讀器讀取一次標(biāo)簽數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入表一，表一的第二項(xiàng)表示該標(biāo)簽在此次掃描中是否出現(xiàn)。過濾方法開始工作時(shí)，清空表格一，當(dāng)標(biāo)簽被閱讀器讀取時(shí)，存入表格一，并將表一的第二項(xiàng)置為1，把數(shù)據(jù)存入到表二，拋上跳事件。在下一個(gè)閱讀器讀取周期中，將標(biāo)簽數(shù)據(jù)和表一進(jìn)行比較，如果表一中的標(biāo)簽數(shù)據(jù)又被閱讀器掃描到，則將該標(biāo)簽在表一中的第二項(xiàng)置1；如果是表格中沒有，而被掃描到的數(shù)據(jù)，認(rèn)為是新出現(xiàn)的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，則加入該項(xiàng)，并置1，那么向表二拋出一個(gè)上跳事件。如果表一中的標(biāo)簽數(shù)據(jù)在這次讀取中沒有出現(xiàn)，則將表一的第二項(xiàng)置0。

定時(shí)輪詢一次表一，如果該第二項(xiàng)為0，那么說(shuō)明在前一秒該標(biāo)簽沒出現(xiàn)，則認(rèn)為發(fā)生了一次下跳，那么把該表項(xiàng)清除，向后面的表二拋出下跳事件。在該次輪詢中，把所有的1設(shè)置為0。

表2中的第二項(xiàng)用來(lái)表示標(biāo)簽數(shù)據(jù)的狀態(tài)，上跳表示該標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)入讀寫器范圍，下跳表示標(biāo)簽離開讀寫器范圍。第三項(xiàng)用計(jì)數(shù)器來(lái)表示標(biāo)簽的狀態(tài)和在讀寫器范圍內(nèi)停留的時(shí)間，依此來(lái)判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)是否為需要被清除的冗余數(shù)據(jù)或偶爾出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。

表1　標(biāo)簽的狀態(tài)

表2　標(biāo)簽的模式

（4）標(biāo)簽事件過濾方法

標(biāo)簽事件過濾方法與標(biāo)簽冗余過濾方法大致一樣，不同的是在表二中根據(jù)事件類型和計(jì)數(shù)值來(lái)判定標(biāo)簽的模式，進(jìn)而確定標(biāo)簽的類型的方法。需要說(shuō)明的是，離開模式和消失的標(biāo)簽相對(duì)應(yīng)；加入模式和新出現(xiàn)的標(biāo)簽相對(duì)應(yīng)；停留模式與通過模式和通過的數(shù)據(jù)標(biāo)簽相對(duì)應(yīng)，區(qū)別是經(jīng)過閱讀器覆蓋范圍的時(shí)間不同。至于當(dāng)前標(biāo)簽，就是此時(shí)刻表一中的所有標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

3.2數(shù)據(jù)過濾模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)過濾模塊的由三部分組成。

（1）數(shù)據(jù)處理線程：每個(gè)邏輯讀寫器都有自己的數(shù)據(jù)處理線程。它把從自己代表的讀寫器接收到的數(shù)據(jù)分析成系統(tǒng)中統(tǒng)一的格式，調(diào)用在創(chuàng)建讀寫器時(shí)候設(shè)定的過濾方法，對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行邏輯過濾。標(biāo)簽會(huì)被保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。該線程是每個(gè)邏輯讀寫器私有的線程。每個(gè)邏輯讀寫器都有這么一個(gè)線程，用來(lái)處理來(lái)自該邏輯讀寫器的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。該線程主要完成下面三項(xiàng)工作：

讀寫器初始化工作：由于每個(gè)讀寫器可能都需要一個(gè)初始化過程，而該線程是每個(gè)讀寫器的私有線程，因此該線程最適合對(duì)各個(gè)讀寫器進(jìn)行初始化工作。在這個(gè)線程的開始處，會(huì)調(diào)用讀寫器預(yù)先設(shè)定的讀寫器初始化函數(shù)對(duì)讀寫器進(jìn)行初始化工作。

讀寫器標(biāo)簽解析工作：由于各種讀寫器的標(biāo)簽信息可能格式各不相同，需要把標(biāo)簽解析成系統(tǒng)中統(tǒng)一的格式。這是通過創(chuàng)建讀寫器時(shí)候預(yù)設(shè)的函數(shù)來(lái)完成，例如對(duì)于alien讀寫器，這個(gè)函數(shù)就是alien_data_parse函數(shù)。

讀寫器標(biāo)簽過濾工作：數(shù)據(jù)處理線程通過調(diào)用預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)過濾函數(shù)來(lái)完成數(shù)據(jù)過濾工作。

（2）過濾方法：每個(gè)邏輯讀寫器在創(chuàng)建的時(shí)候都可以預(yù)設(shè)自己需要的過濾方法。過濾方法由數(shù)據(jù)處理線程調(diào)用。在數(shù)據(jù)過濾方法中，每個(gè)讀寫器可以使用特殊的過濾邏輯，而不干擾其他讀寫器的過濾行為。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)刷寫線程：該線程的地位比較特殊。它既需要在數(shù)據(jù)庫(kù)模塊中把標(biāo)簽信息寫入到本地的數(shù)據(jù)庫(kù)中，又需要在數(shù)據(jù)庫(kù)操作中完成對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)狀態(tài)的判斷工作。該線程最后生成的標(biāo)簽狀態(tài)變化信息，就是最后完成一系列過濾以后，最后上報(bào)的數(shù)據(jù)。

4　結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)基于閱讀器范圍、標(biāo)簽范圍、標(biāo)簽冗余和標(biāo)簽事件四類數(shù)據(jù)過濾算法以及數(shù)據(jù)過濾模塊的設(shè)計(jì)，提出了一種基于數(shù)據(jù)過濾的RFID中間件研發(fā)思路。本文提出了一種基于數(shù)據(jù)過濾的RFID中間件，通過采用閱讀器范圍過濾、標(biāo)簽范圍過濾、標(biāo)簽冗余過濾、標(biāo)簽事件過濾四種過濾方法，使得數(shù)據(jù)過濾的邏輯更為靈活，解決了不同類型RFID產(chǎn)品之間數(shù)據(jù)整合和冗余性問題。

［1］李滿意，劉培國(guó).萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代RFID應(yīng)用與安全并重——訪國(guó)防科技大學(xué)劉培國(guó)教授［J］.保密科學(xué)技術(shù)，2016（2）.

［2］Ma J，Sheng Q Z，Xie D，et al.Efficiently Managing Uncertain Data in RFID Sensor Networks［J］.World Wide Web-Internet&Web Information Systems，2015，18（4）：819-844.

［3］摩托羅拉公司.RFID加速美國(guó)服裝零售店的庫(kù)存周轉(zhuǎn)［J］.信息與電腦，2009（5）：30-31.

［4］鄧海生，李軍懷.基于SOA的RFID中間件的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2007，33（10）：131-134.

［5］吳孟佳.一種新的RFID互相認(rèn)證機(jī)制符合EPC Class 1 Generation 2標(biāo)準(zhǔn)［J］.亞洲大學(xué)光電與通訊學(xué)系學(xué)位論文，2011.

［6］賀彩玲，張翠花.RFID國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)探究［J］.電子測(cè)試，2013（8）：217-218.

A Kind of RFID Middleware Based on Data Filtering

CAI Ying-xei，HU Hui，CHEN Jia，CHEN Jun，HU Song，CAI Zhao-quan
（Huizhou University，Huizhou 516007）

In a wide variety of IC card today，radio frequency identification（RFID）technology has been used in identity cards，card，and logistics management.However，due to RFID-based product range and are not compatible，so that the data of the RFID products in different applications in different areas difficult to communicate a common，real-time acquisition of RFID redundant and reliable problem may also occur.Proposes a data filtering method based on the RFID middleware，effectively solves the data integration between different types of RFID products and redundancy problem.

RFID；Data Filtering；Data Redundancy

廣東省教科規(guī)劃項(xiàng)目（No.11JXZ012，14JXN065）、廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.S2013010013432、No.S2013010015940）、廣東省教育廳項(xiàng)目（No.2013LYM00874）、廣東省高校優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目（No.2013LYM_0087）、惠州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（No.2013B020015008、No.2014B020004026、No.2014B050013016、No.2014B020004023）、肇慶市科技計(jì)劃目（No.2015B010902009）

1007-1423（2016）26-0077-04DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.26.019

蔡映雪（1983-），女，廣東陸豐人，本科，學(xué)士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件

2016-07-05

2016-09-10