第五章RFID软件和中间件

RFID系统体系结构和中间件湖南现代物流职业技术学院米志强2015.1.18国家级十二五规划教材配套资源国家级十二五规划教材配套资源导读导学导教导训案例导入，深入浅出配套资料丰富，易学易懂能力指引，目标明确任务单驱动，步骤清晰教材开发的“四导”风格国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件掌握RFID中间件的工作原理及系统构成；掌握RFID应用层事件（ALE）规范；能应用RFID前端软件操作RFID系统；掌握RFID体系结构的标准；培养良好的职业素养。具备良好的团队协作和沟通交流能力。具备良好的分析问题、解决问题的能力。导教国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件4导学掌握RFID软件组成，RFID前、后端软件的功能作用；掌握RFID中间件的网络框架、中间件系统实现原理以及ALE应用层事件规范；掌握RFID中间件产品的类型以各产品中间件解决方案。学习目标：国家级十二五规划教材配套资源主要内容01020304RFID软件系统RFID中间件RFID中间件产品实训项目习题05国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件导读远望谷IBM联手开发RFID中间件适配层软件远望谷和IBM作为中国RFID产业和全球信息领域两大领军企业，双方的战略合作对推动世界RFID产业发展具有重要意义，此次双方秉着合作双赢、共谋发展的精神联手开发了RFID中间件适配层软件，必将在RFID中间件领域产生积极深远的影响，为RFID产业在各行业的推广开辟新的篇章。（资料来源：）案例分析与讨论：（1）什么是RFID中间件，简述RFID中间件主要功能?（2）请分析远望谷IBM联手开发RFID中间件适配层软件的意义在哪？国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件1RFID软件系统RFID软件系统可以分成如下4类：1．前端软件设备供应商提供的系统演示软件、驱动软件、接口软件、集成商或者客户自身开发的RFID前端操作软件等。2．中间件软件为实现采集的信息的后台的传递与分发的而开发的中间件。3．后端软件处理这些采集的信息的后台应用软件和管理信息系统软件。4．其他软件开发平台或者为模拟其系统性能而开发的仿真软件等。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件RFID软件系统可以分成如下3类（如图5-1所示）。1RFID软件系统国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件1RFID软件系统1、前端软件(1)读/写功能读功能就是从电子标签中读取数据；写功能就是将数据写入电子标签。(2)防碰撞功能很多时候不可避免地会有多个电子标签同时进入读写器的读取区域，要求同时识别和传输数据时，就需要前端软件具有防碰撞功能。(3)安全功能确保电子标签和读写器双向数据交换通信的安全。(4)检/纠错功能由于使用无线方式传输数据很容易被干扰，使得按收到的数据产生畸变，从而导致传输出错。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2、RFID后端软件1RFID软件系统（1）RFID系统管理：系统设置以及系统用户信息和权限。（2）电子标签管理：在数据库中管理电子标签序列号和每个物品对应的序号和产品名称、型号规格、芯片内记录的详细信息等，完成数据库内所有电子标签的信息更新。（3）数据分析和储存：对整个系统内的数据进行统计分析，生成相关报表，对采集到的数据进行存储和管理。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件3、RFID系统的其他软件1RFID软件系统(1)开发平台(2)测试软件(3)评估软件(4)演示软件(5)模拟性能而开发的仿真软件等。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2RFID中间件1、RFID技术的神经中枢——中间件1、什么是中间件中间件（middleware）是基础软件的一大类，属于可复用软件的范畴。顾名思义，中间件位于操作系统软件与用户的应用软件的中间，即中间件在操作系统、网络和数据库之上，应用软件之下，其总的作用是为应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2RFID中间件1、RFID技术的神经中枢——中间件2、什么是RFID中间件RFID中间件是一种面向消息的中间件（Message-OrientedMiddleware，MOM），信息（Information）是以消息（Message）的形式，从一个程序传送到另一个或多个程序中的。由于信息可以以异步（Asynchronous）的方式传送，所以传送者不必等待回应。面向消息的中间件不仅包括传递（Passing）信息的功能，还必须包含数据解码、数据安全性、数据广播、错误恢复、网络资源定位等服务。RFID中间件是用来加工和处理来自读写器的所有信息和事件流的软件，是连接读写器和企业应用的纽带。它要对标签数据进行过滤、分组和计数，以减少发往信息网络系统的数据量并防止错误识读、多读信息。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2RFID中间件1、RFID技术的神经中枢——中间件3、为什么要使用RFID中间件1）如何将现有的系统与新的RFIDReader连接起来2）RFID中间件与系统集成（如图5-3所示）国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2、RFID网络框架及中间件的系统功能2RFID中间件1、RFID网络框架如图5-4所示，RFID中间件在应用中位于应用程序系统之上，读写器系统之下。由于业务场景千变万化，所以RFID应用系统的架构也各不相同。但若要达到良好运用RFID数据信息的目的，其参考架构一般应采取图5-9中所示的四层结构形式，而RFID中间件的总架构就是在RFID应用系统架构的中间两层，即边缘层和集成层（如图5-9中虚线所示）。边缘层通过边缘服务器定期轮询阅读器，以清除重复操作，并执行过滤和设备管理功能，同时产生ALE（应用事件管理协议）事件并发送到集成层。集成层接收多个ALE事件，将它们合并到工作流中，工作流作为更大业务流程的一部分与不同系统接触、应用国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2、RFID网络框架及中间件的系统功能2RFID中间件2、RFID中间件平台RFID中间件平台主要分为3个层次，自底向上依次为数据采集层、事件处理层、信息发布层。数据采集层（读写器标签等）负责采集粘贴在物品上的标签信息；事件处理层负责处理来自数据采集层的事件和数据；信息发布层负责处理来自事件处理层的抽象事件信息，对其进行存储、传送和发布等处理以服务用户。如图5-6所示为RFID中间件平台的层次结构。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2、RFID网络框架及中间件的系统功能2RFID中间件2、RFID中间件平台1）数据采集层数据采集层的设计目标是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。它主要包含阅读器的管理、大规模阅读器间的协调、异构阅读器网络的管理等功能。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2、RFID网络框架及中间件的系统功能2RFID中间件2、RFID中间件平台2）事件处理层事件处理层是RFID中间件平台的核心。RFID事件处理以形式化方法、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，有效减少了数据冗余、压缩事件规模并为上层商业应用提供语义信息。如图5-7所示为RFID事件处理过程示意图。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2、RFID网络框架及中间件的系统功能2RFID中间件2、RFID中间件平台2）事件处理层（1）事件描述。事件是“指示某种行为的信息”，包括系统产生的消息，系统状态的改变，任务的开始和结束等。事件在形式上类似于消息，如都包含数据，其不同之处在于事件直接指示某些行为的发生。事件根据角度不同有多种分类方法。根据事件语义的聚合程度不同，事件可以分为简单事件和复杂事件；从分层的角度划分，事件又可分为底层事件和高层事件，底层事件是系统产生的实际事件（actualevent），高层事件是由用户自定义的，从低层事件映射而成的复杂事件（虚拟事件），复杂事件包含了更多的语义信息。从系统响应的角度来划分，事件可以分为常规事件、异常事件等。已有的事件处理模型主要包括ECA（Event-Condition-Action），CEP（ComplexEventProcessing）SituationManager等。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2、RFID网络框架及中间件的系统功能2RFID中间件2、RFID中间件平台2）事件处理层（2）事件过滤。事件过滤是指在输入的巨量事件中发现有用的和重要的事件，过滤冗余的、无关的数据，其目标在于减少事件的数量。在RFID事件过滤方面，尚无成熟的过滤规则或标准可以遵循。Sun和SAP定义了一些简单过滤规则，如smooth、delta、bandpass等。尽管商业逻辑不同，但过滤都可归结为一些特定操作，如分组、计数、冗余删除、区分等。（3）事件挖掘。事件挖掘是指基于事件之间的时间、空间和因果关系及事件的属性信息，利用形式化的模式语言，实时地从大规模事件集合中提取模式的过程。这个过程所发现的模式是事件聚合的基础。事件挖掘是数据挖掘在复杂事件处理研究领域的延伸。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件（4）事件聚合。事件聚合是指由匹配某种模式的事件子集生成符合相应输出模式的高层事件的过程。该事件通常具有更丰富的语义信息，更易于被应用程序所理解和使用。2、RFID网络框架及中间件的系统功能2RFID中间件2、RFID中间件平台2）事件处理层（5）事件响应。事件响应是由事件聚合产生的高层事件，触发用户预设的动作或行为，为反应式（Reactive）应用与主动式（Proactive）应用提供良好的支持。（6）事件存储。事件存储的当前研究的主要目标是为了更高效地处理大批量事件数据，减少数据处理中对后台数据库的频繁操作和因存储、查询所带来的数据在网络中的来回传输。其中，内存数据库的研究是当前热点，内存数据库采用不同的缓存策略，使得RFID系统在把数据提交到磁盘存储之前会将其写入RAM中去，其操作效率是传统操作效率的几百倍甚至几千倍。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件3）信息发布层从事件处理层传递来的RFID信息流，不同的应用对其有不同的计算需求，如它在物流领域用于定位与追踪，在安全领域用于身份识别，在终端客户领域用于物品防伪等。但是不同的应用都有信息存储、信息包的路由、信息发布、访问控制、安全认证等共性需求，这些共性需求可抽取出来作为支撑不同应用的基础设施。由这些基础设施就构成了整个信息发布层。2、RFID网络框架及中间件的系统功能2RFID中间件2、RFID中间件平台国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2、RFID网络框架及中间件的系统功能2RFID中间件3、RFID中间件的LLRP协议与ALE协议ALE协议是EPCglobal定义的RFID应用系统和RFID中间件之间的接口规范，通过ALE接口，从应用程序端与中间件之间有了一组API来进行数据通信。ALE协议包含标签内存区管理API、ALE读API、ALE写API、ALE逻辑读写器API和访问控制API共5组接口及业务功能。通过实现ALE规定的这5类API，中间件不但可以屏蔽读写器的物理位置信息，还可以实现标签信息的过滤和聚集，使应用系统可以把主要的精力放在业务逻辑的处理上。国家级十二五规划教材配套资源第五章RFID系统体系结构和中间件2、RFID网络框架及中间件的系统