RFID中间件技术研究

摘要：现阶段RFID技术发展迅速，在物流仓储、商品防伪、交通运输、医疗卫生、国防军事等方面得到了广泛应用。其中，RFID中间件被喻为RFID的神经中枢，它可以加速关键应用的问世。该文首先论述了目前RFID中间件的研究状况及进展，接着根据其中的不足设计了一种新的RFID中间件平台，最后给出了今后RFID中间件技术的发展趋势。

关键词：射频识别；中间件；事件；阅读器

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)34-1776-03

Research on Analysis of RFID Middleware Technology

ZHU Hong-lei，XUE Xiao，SONG Jun-ke

(School of Computer Science & Technology，Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)

Abstract： The development of RFID technology nowadays plays a more important role, especially widely application of which in logistics and warehouse, merchandise anti-counterfeit, communications and transportation, medical treatment and hygiene, national defense and military, etc. The RFID middleware is regarded as the nerve center of RFID systems, which can trigger more applications in miscellaneous aspects. This paper first discusses the current state of RFID middleware research, points out the deficiencies of current techniques, then designs a new platform of RFID middleware according to the defect, at last gives the vista of RFID middleware research.

Key words: radio frequency identification(RFID); middleware; event; reader

1 引言

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术，它以无线通信技术和大规模集成电路为核心，利用射频信号及其空间耦合、传输特性，驱动电子标签电路发射其存储的唯一编码。它可以对静止或移动的目标进行自动识别，并高效地获取目标信息数据，通过与互联网技术的进一步结合，还可以实现全球范围内的目标跟踪和信息共享。RFID技术作为一种快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术，已广泛应用于生产、零售、物流、交通、医疗、国防等各个行业[1-2]。

基本的RFID系统通常由三部分组成：电子标签（tag），RFID阅读器（reader）及应用支撑软件。中间件（Middleware）是应用支撑软件的一个重要组成部分，是衔接硬件设备如标签、阅读器和企业应用软件如企业资源规划（Enterprise Resource Planning）、客户关系管理（Customer Relationship Management）等的桥梁。是连接RFID设备和企业应用程序的纽带，也是RFID应用系统的核心。其主要任务是对阅读器传来的与标签相关的事件、数据进行校验、过滤、控制和计算，减少从阅读器传往企业应用的大量原始数据，生成加入了语意解释的生成数据。可以说，中间件是RFID系统的“神经中枢”[2]。

2 RFID中间件及研究现状

RFID中间件是一种消息导向（Message-Oriented Middleware,MOM）的软件中间件，信息（information）是以消息（message）的形式从一个程序模块传递到另一个或多个程序模块。因此RFID 中间件除了具有数据获取、数据解析、数据传播、错误处理等消息处理功能之外，它还可以利用高效可靠的消息机制进行与系统无关的数据交流，并基于在线或离线的数据通信来进行分布式系统的集成。通过消息传递队列模型，它可在分布环境下扩展进程间的通信，并支持多通信协议、语言、应用程序、硬件和软件平台。

由于RFID中间件是近几年来随着RFID技术的发展刚刚出现的一种软件，其各个方面的技术和标准还远远没有成熟。各研究机构、实验室和微软、Sun、BEA、IBM等大型软件开发红司纷纷提出了自己的RFID中间件软件架构。其中MIT的Auto-ID实验室于2003年9月提出，并于2005年9月做出进一步修改的基于EPC网络的Savant RFID中间件架构最为重要。目前所进行的RFID中间件研究和实验大都基于Savant架构进行，所提出的RFID中间件架构或多或少的体现着Savant的特性。下面简单介绍下Savant和另外一个很有代表性的RFID中间件WinRFID[3]。

2.1 Auto-ID实验室的RFID中间件――Savant

Savant是一种用于处理来自一个或者多个电子标签数据（事件数据）流的中间件，它实现了数据过滤、数据聚合、标签数据计数、减少发送到企业应用系统的数据量等功能。图1是对于Savant机构的图形化表示。

在这个Savant结构中，读写器接口（Reader Interface）模块连接RFID的硬件读写器设备，EPCglobal为了实现接口的统一性，针对这一模块的实现制定了读写器协议接口标准说明（EPCglobal Reader Protocol Standard Version1.1），并且提供了对于其他标准的支持。应用程序接口（Application Interface）提供了Savant与外部应用的连接，一般是连接到已有企业后端的支持系统后者其他的Savant。

应用接口模块以命令集的方式提供企业应用系统和与Savant交互的接口，在Savant中每一个命令集都有相应的处理模块（Processing Module），并已给出定义。该模块可以分3层：内容层（Content Layer）、消息层（Message Layer）和传输层（Transmitting Layer）。内容层明确定了Savant和外部应用系统通信使用消息的抽象表达，是应用接口模块的核心，同时还定义了外部应用系统可用的操作及其含义；消息层对内容层所定义的抽象信息规定了如何进行编码实现、数据组帧、形式变换和在明确的网络上传输，且模块的安全服务在该层实现；传输层对应的是提供操作系统的网络设备[3-4]。

2.2 UCLA的RFID中间件――WinRFID

WinRFID中间件是加州大学洛杉机分校无线网络移动企业联（UCLA-Wireless Internet for the Mobile Enterprise Consortium,WINMEC）为了提供RFID应用与企业网络的无线集成环境而提出的研究开发目标。其结构如图2所示。

该中间件结构由5个层次构成。最底层为物理层，即RFID硬件层。该层主要负责RFID基础设备中的读写器、电子标签以及读写器的I/O模块。第2层为协议层，它解析和处理来自物理层读写器采集的且符合规定协议的各种原始数据。第3层是数据处理层，该层的主要任务是通过规则定义处理同一电子标签的重复读取、读取失败、错误读取、数据验证等问题。第4层为XML框架层，该层的主要目标是将数据转化为统一的数据表达格式以方便支持企业高层应用的管理决策。最上层为数据表示层，又称为应用层，该层将从XML框架层采集的数据进行可视化显示或者用于管理应用决策[3]。

3 设计一种新的RFID中间件平台

虽然目前国外已经有不少大学和研究团体在做RFID中间件方面的设计和研究，但是都或多或少的存在着不足和限制。其中Auto-ID实验室的RFID中间件―Savant没有统一的事件过滤（filter）规范，不支持高层事件的定义。在Savant的架构定义中并没有定义模块之间的实现交互的接口以及模块之间如何进行交互。UCLA WINMEC RFID实验室所设计的RFID中间件是在分布式架构上构建的Web 服务，基于XML 和SOAP，虽然包含了简单的捕获、平滑、过滤、路由、聚合等功能，但是主要应用在一些试验性的演示系统上[5]。

为了能够较好的解决以上平台所产生的问题，本文设计的RFID平台主要分为5个层次，从低向上分别为数据采集层、协议层、数据处理层、接口层、信息层，如图3所示RFID中间件层次结构。

数据采集层（阅读器、标签等），负责采集粘贴在物品上的标签信息，为整个系统提供精确的实时数据。整个系统的可用性、可靠性等都以此为基础。主要包含阅读器的管理、大规模阅读器间的协调、异构阅读器网络管理等功能。

协议层支持与RFID通信相关的多种协议，并具有兼容将来可能出现的新协议的能力。一般包含了多种已经的国际标准的命令语法喝语义，如ISO15693、ISO14443、ISO1800A/B、EPC Class0、EPC Class1等。协议层是一个协议引擎，它解析和处理来自数据采集层读写器采集的、符合以上协议的各种原始数据。经协议层处理的数据仍然保留原始的数据格式，并进一步发送给数据处理层。

数据处理层是RFID中间件平台的核心。数据处理以形式化方法、数据挖掘、神经网络、传感网络、复杂事件处理等理论为基础，针对原始数据规模大和原始数据包含的语义信息少两个问题，来有效减少数据冗余、压缩事件规模并为上层商业应用提供语义信息。从图3可以看出，它主要由数据校验、数据过滤、数据流控、数据存储等构成。这也是数据处理层最基本的模块，其中数据过滤模块的作用是在输入的大量数据中发现有用的和重要的数据，过滤沉余的、无关的数据，其目标在于减少数据的数量。数据存储模块是为了更有效地处理大量数据，减少数据处理中对后台数据库频繁操作和因存储、查询所带来的数据在网络中来回传输。

接口层一般包括内存数据库接口、网络接口和应用程序接口。各种接口可以为企业的应用提供良好的服务。

信息层是RFID中间件的最上层，一般情况下RFID信息流的应用不同其对应的计算需求就不同，如物流领域用来定位与追踪，安全领域用于身份识别等。但它们也有共性需求，比如信息存储、信息、访问控制。安全认证等。这些共性需求可以抽取出来作为支撑不同应用的基础设施，而这些基础设施就构成了信息层。

此平台首先涵盖了RFID中间件的基本功能，并较好的定义了模块之间的接口和模块之间的交互。但在采集的数据及时性与可靠性都还不十分完善，尤其是当数据复杂性和庞大时,过滤规则和事件的挖掘机制还有待于进一步补充和升级。

4结束语

RFID中间件研究在国际上仍是一个较新的研究内容，成熟公认的成果不多,特别是当前的RFID中间件的市场尚不成熟，尤其缺乏深层次上的功能。本文首先简单介绍了RFID中间件，接着以Savant和WinRFID为例介绍了RFID中间件研究现状，并根据以上两种平台的不足给出自己所设计的一个新的RFID中间件平台。虽然此平台在设计时注意了一些方面，但还需要在实验和实践中进一步的检验。由于RFID在应用的过程中暴露出了许多安全隐患，所以RFID中间件的安全架构将是RFID未来发展的重要考虑内容之一，也是RFID技术成功与否的关键因素。

参考文献：

[1] 游战清,李苏剑.无线射频识别技术（RFID）理论与应用[M].北京:电子工业出版社,2004.

[2] 钟蕙安.RFID 技术运作的神经中枢――RFID Middleware[J].Electronic Commerce Pilot,2004,6(14).

[3] 谭民,刘禹,曾隽芳,等.RFID技术系统工程及应用指南[M].北京:机械工业出版社,2007.

[4] Clark S,Traub K,Anarkat D,et al.Auto-ID Savant Specification 1.0[M].Auto-ID Center,2003.

[5] 丁振华,李锦涛.RFID中间件研究进展[J].计算机工程,2006,32(21):9-11.