引言

在一個典型的倉庫里，卡車回到塢門卸下托盤上的貨物，該托盤或者集裝箱都有無線射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)標簽(目前，低價商品還不能擁有自己的標簽)。倉庫內(nèi)被劃分為具有相應(yīng)識別電子碼的不同貨位，RFID閱讀器可安裝在倉庫的出入門和倉庫內(nèi)部。整個倉庫內(nèi)及各出入門附近都由網(wǎng)絡(luò)(無線或有線)覆蓋，以實現(xiàn)信息共享。

一個典型的RFID系統(tǒng)由射頻電子標簽(RFID Tag)、讀寫器(RFID Reader)及應(yīng)用支撐軟件組成。電子標簽由芯片與天線組成，每個芯片都有唯一的標識碼。標簽可附著在被標識的物品上，當帶有電子標簽的被識別物品經(jīng)過讀寫器的可識讀范圍內(nèi)時，讀寫器自動識別該標簽并將信息發(fā)送給后端軟件，從而實現(xiàn)自動識別物品或自動收集物品標志信息的功能。

介于前端RFID讀寫器硬件模塊和后端數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用軟件之間的中介，稱為RFID 中間件(RFID Middhware)。應(yīng)用程序端使用中間件所提供的一組通用的應(yīng)用程序接口(API)，即能連接到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數(shù)據(jù)。中間件實現(xiàn)對底層設(shè)備的精確控制，實時采集原始數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行過濾，并在其中封裝典型的應(yīng)用邏輯，使系統(tǒng)接口簡單透明，從而達到系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。

1 模擬倉庫環(huán)境

開發(fā)中間件，首先要模擬倉庫環(huán)境。由于標簽的價格原因，我們不可能在每個貨物上都貼上標簽，只能通過標示托盤來追蹤貨物。如圖1所示，在每個托盤、叉車和出入庫人員上安裝和佩戴射頻標簽卡，并在車間和倉庫出入口安裝讀寫器，通過讀寫器獲取RFID標簽經(jīng)過出入口的情況，從而將托盤上所屬倉庫的信息與射頻卡捆綁輸入數(shù)據(jù)庫，同時記錄叉車和人員的出入庫情況。在出入I：1安裝攝像頭，判斷通過出入口的貨物數(shù)量。

圖1 倉庫環(huán)境
系統(tǒng)通過RFID標簽的類別來區(qū)別出人庫對象，通過倉庫管理人員及工作人員共同遵守的規(guī)則，在讀取RFID標簽時，判斷出人庫情況，并通過視頻圖像判斷托盤的狀態(tài)(空或滿及裝載貨物數(shù)量)，從而計算產(chǎn)品出人庫數(shù)量。定期進行統(tǒng)計分析，為管理人員提供決策支持，并在異常情況發(fā)生時進行報警。

2 RFID中間件設(shè)計

RFID中間件位于企業(yè)應(yīng)用程序與底層設(shè)備之間，提供統(tǒng)一的應(yīng)用邏輯接口與設(shè)備接口，在實際應(yīng)用中起到讀寫器的管理和數(shù)據(jù)的處理、傳遞功能。它的最終目的是數(shù)據(jù)為上層系統(tǒng)所用。如圖2所示，功能上可分為原始數(shù)據(jù)采集層和事件處理層。

圖2 中間件架構(gòu)
2．1 原始數(shù)據(jù)采集層

為屏蔽各類設(shè)備之間的差異，實現(xiàn)應(yīng)用對設(shè)備的透明操作。中間件將每個設(shè)備(RFID閱讀器，打印機，傳感器等)用統(tǒng)一的代理來模擬，由代理和設(shè)備直接交互。不同的設(shè)備，代理處理的消息類型、處理的方法也不同。代理之間通過UDP／IP上的XML消息來交流信息。使用XML的優(yōu)點是它的異構(gòu)性、可擴展性、靈活性，適用于松耦合特性的分布式系統(tǒng)。

2．1．1 代理

中間件為設(shè)備和應(yīng)用層提供了雙向接口，我們用代理來模擬設(shè)備接口。閱讀器代理負責控制閱讀器驅(qū)動、狀態(tài)查詢、接收標簽數(shù)據(jù)列表等工作，把設(shè)備傳進來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準化格式。用戶可以根據(jù)傳感器類型的不同而擴展它，這樣能更好地適應(yīng)客戶需要。打印機代理負責控制打印機，用戶可根據(jù)需要添加其他類型 。

2．1．2 消息機制

RFID中間件是消息中間件的一種，它的消息傳遞模式支持點對點模式和發(fā)布／訂閱模式。代理和設(shè)備之間多用點對點模式，例如啟動或關(guān)閉一個閱讀器時，使用UDP套接字來處理點對點操作；若閱讀器被成功啟動，它也會廣播一個閱讀器狀態(tài)更新信息。

在事件處理層，應(yīng)用系統(tǒng)通過發(fā)布／訂閱機制獲得感興趣的信息，中間件為完成這一功能設(shè)置了訂閱解析器，提取定義文件的參數(shù)和方法，傳送到事件處理機制，對RFID數(shù)據(jù)進行處理。

2．1．3 緩沖機制

RFID閱讀器每秒鐘會閱讀到成千上萬的標簽，為防止溢出，采用線程來加速包的卸載，并將數(shù)據(jù)保存在即時隊列中。這里線程和數(shù)據(jù)隊列構(gòu)成了一個緩沖機制，以滿足計算機的實時處理要求，它可以平滑從閱讀器接收到的大量簡單重復無序數(shù)據(jù)，按要求進行處理。每個閱讀周期 (讀周期是和讀寫器交互的最小單位)線程接收一組EPCs(標簽EPC，閱讀器ID，時間戳)組合，將其發(fā)送到消息隊列，對其進行事件有效性驗證，檢查是否出現(xiàn)讀寫錯誤或漏讀，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的初步過濾。

2．2 事件處理層

事件處理層位于原始數(shù)據(jù)采集層和業(yè)務(wù)邏輯之間。它根據(jù)上層系統(tǒng)發(fā)送的定義文件和回發(fā)地址，生成報告文件，按發(fā)布／訂閱機制將報告反饋給系統(tǒng) J。原始數(shù)據(jù)采集層提供了硬件的統(tǒng)一接口，事件處理層則定義了應(yīng)用系統(tǒng)對RFID中間件的標準訪問方式。它對原始RFID數(shù)據(jù)進一步處理，使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為上層系統(tǒng)需要的形式。圖3為RFID數(shù)據(jù)處理流程。

圖3 數(shù)據(jù)處理流程
數(shù)據(jù)流經(jīng)過緩沖機制后，還存在著大量的冗余信息，需要對其進行過濾、聚合，提取出有意義的事件。我們按解析機制發(fā)來的事件周期T對數(shù)據(jù)流進行操作，按上層定義的業(yè)務(wù)規(guī)則判斷事件類型，并存儲在相應(yīng)的表格中。

2．2．1 過濾機制

經(jīng)過緩沖機制后的數(shù)據(jù)流還存在著大量的重復，即閱讀器重復和標簽重復。標簽位于一個閱讀器識讀范圍內(nèi)時，閱讀器就會不斷地讀取標簽數(shù)據(jù)，直到標簽離開為止，稱為標簽重復；另外，當標簽同時處于多個閱讀器的識讀范圍內(nèi)時，它的數(shù)據(jù)也會被不同的閱讀器重復讀取。圖4為閱讀器重復。

為解決上述問題，對標簽重復，我們只記錄標簽第一次出現(xiàn)和最后一次出現(xiàn)的時間；對閱讀器重復，一是在布置閱讀器位置時考慮到交疊情況，盡量用最少的閱讀器數(shù)量覆蓋全部區(qū)域。但為了提高識讀率，往往不能避免交疊。這里采取的是虛擬閱讀器的方法，同一地區(qū)的多個閱讀器組成一個虛擬閱讀器。如圖4的R1，R2，R3，R4共同組成一個虛擬閱讀器V0。過濾后的數(shù)據(jù)存放在表2中，T—Start為V～Reader初次閱讀某標簽的時間，以后再讀到該標簽則更新T—End和Count值(Coum為標簽讀取次數(shù)，有時為簡便起見，可略去)。