基于低級別讀寫器協(xié)議的無線射頻識別中間件系統(tǒng)

無線射頻識別（RFID）是一種通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信對目標(biāo)加以識別的技術(shù)，具有快速、準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的識別方式相比，RFID技術(shù)無需直接接觸、無需光學(xué)可視、無需人工干預(yù)即可完成信息的輸入和處理，操作十分方便快捷，因而能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、運(yùn)輸、醫(yī)療、防偽、跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等需要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域。自從RFID問世以來，其技術(shù)和產(chǎn)業(yè)都得到了迅速的發(fā)展，并已開始在工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用，成為IT產(chǎn)業(yè)一個新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，具有十分廣闊的市場發(fā)展前景。從RFID 的技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展趨勢來看，RFID 應(yīng)用具有標(biāo)識、定位與事件驅(qū)動等特點(diǎn)。通過標(biāo)識與定位，使人類在虛擬的網(wǎng)絡(luò)世界中識別、鎖定和控制被標(biāo)記物體成為一種可能。通過RFID實(shí)時產(chǎn)生的事件，可以驅(qū)動業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的智能化與自動化。

RFID中間件扮演RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，應(yīng)用程序端使用中間件所提供的一組通用應(yīng)用程序接口（API），可以連接到RFID讀寫器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。這樣一來，即使存儲RFID標(biāo)簽信息的數(shù)據(jù)庫軟件或后端發(fā)生變化，如應(yīng)用程序增加、替換或者RFID讀寫器數(shù)量、種類變化等情況發(fā)生時，應(yīng)用端不需修改也能處理，避免多對多連接的維護(hù)復(fù)雜性。

1 RFID網(wǎng)絡(luò)框架及中間件系統(tǒng)功能

在全球產(chǎn)品電子代碼管理中心（EPCglobal）定義的RFID網(wǎng)絡(luò)框架中，包含了RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器、RFID中間件、RFID讀寫器管理、電子產(chǎn)品碼信息服務(wù)（EPCIS）捕獲應(yīng)用、EPCIS存儲、EPCIS訪問應(yīng)用、本地對象命名服務(wù)（ONS）等角色以及ONS根節(jié)點(diǎn)、EPC發(fā)放、標(biāo)簽信息轉(zhuǎn)換模型、標(biāo)簽信息發(fā)現(xiàn)等公共服務(wù)[1-3]。

如圖1所示，RFID中間件系統(tǒng)位于EPCIS捕獲應(yīng)用（例如企業(yè)資源計(jì)劃（EPR）系統(tǒng)等）和RFID讀寫器之間，根據(jù)EPCIS捕獲應(yīng)用設(shè)置的規(guī)則將從讀寫器獲取的標(biāo)簽信息進(jìn)行過濾和聚集，并按照其指定的格式和方式上報(bào)。

RFID中間件3個主要的功能：

（1）屏蔽讀寫器的接口差異：傳統(tǒng)的讀寫器廠商都通過提供一套驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層軟件對設(shè)備的控制，這些驅(qū)動程序提供了相同的設(shè)備訪問功能，但各廠商之間卻擁有互不相容的控制模塊、命令參數(shù)甚至是支持不同空口協(xié)議。而且當(dāng)廠商的驅(qū)動程序更新時，相對上層的應(yīng)用軟件也不得不隨著相應(yīng)API的改變而改變，尤其是當(dāng)使用者同時使用了大量不同廠商的設(shè)備時，整體的維護(hù)成本也隨之增加。RFID中間件屏蔽了讀寫器接口和驅(qū)動的細(xì)節(jié)，向應(yīng)用系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)的ALE報(bào)告接口，使應(yīng)用系統(tǒng)不必關(guān)心各個物理設(shè)備的具體接口和驅(qū)動，而是集中精力關(guān)注應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)。

（2）標(biāo)簽的過濾：在RFID網(wǎng)絡(luò)中，存在大量的讀寫器和標(biāo)簽。對于一個特定的應(yīng)用系統(tǒng)，它只會關(guān)注與其業(yè)務(wù)相關(guān)的讀寫器清點(diǎn)的標(biāo)簽。RFID中間件可以根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)置的ALE規(guī)則，過濾掉應(yīng)用系統(tǒng)不關(guān)注的標(biāo)簽信息，大大減輕應(yīng)用系統(tǒng)對標(biāo)簽信息的處理量，提高應(yīng)用系統(tǒng)的處理效率。

（3）標(biāo)簽的聚集：提到標(biāo)簽的聚集，首先要說明邏輯讀寫器的概念。邏輯讀寫器可以包含一個或多個物理讀寫器，或者一個或者多個物理讀寫器的天線。應(yīng)用系統(tǒng)可以通過定義邏輯讀寫器，使RFID中間件按其需要的方式，對RFID標(biāo)簽進(jìn)行聚集和分組。例如某個門禁系統(tǒng)，在大門入口包含兩個物理閱讀器的天線，應(yīng)用系統(tǒng)可以將這兩個天線定義為一個名叫“大門入口”的邏輯讀寫器。RFID中間件在上報(bào)標(biāo)簽信息的時候，可以將兩個天線清點(diǎn)的標(biāo)簽聚集在“大門入口”邏輯閱讀器的分組中，方便應(yīng)用系統(tǒng)對標(biāo)簽信息進(jìn)行處理。

2 LLRP協(xié)議與ALE協(xié)議

在EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)體系中，與中間件最相關(guān)的兩個協(xié)議是LLRP與ALE協(xié)議，LLRP之所以被稱為低級別，是由于其提供了對空口操作和空口協(xié)議命令參數(shù)的控制能力，提供更底層讀寫器操作的訪問能力。ALE是EPCglobal定義的RFID應(yīng)用系統(tǒng)和RFID中間件之間的接口規(guī)范，通過ALE接口，從應(yīng)用程序端使用中間件有了一組API，通常RFID中間件接口定義了一個相對穩(wěn)定的高層應(yīng)用環(huán)境，不管底層的計(jì)算機(jī)硬件和系統(tǒng)軟件怎樣更新?lián)Q代，只要將中間件升級更新，并保持中間件RFID采集系統(tǒng)的接口定義不變，應(yīng)用軟件幾乎不需任何修改，從而保護(hù)企業(yè)在應(yīng)用軟件開發(fā)和維護(hù)中的重大投資。同時，使用RFID中間件有助于減輕企業(yè)二次開發(fā)時的負(fù)擔(dān)，使他們升級現(xiàn)有軟件系統(tǒng)時顯得得心應(yīng)手，同時能保證軟件系統(tǒng)的相對穩(wěn)定，及對軟件系統(tǒng)的功能擴(kuò)展等，簡化了開發(fā)的復(fù)雜性等。

LLRP是EPCglobal公布的第二代讀寫器協(xié)議，定義了RFID讀寫器和客戶端之間的接口。與上一代讀寫器協(xié)議相比，LLRP更接近讀寫器運(yùn)行時所需的空口協(xié)議的細(xì)節(jié)，或者更明確的說是對EPCglobal Class1 Gen2協(xié)議中讀寫器參數(shù)和控制參數(shù)的支持。LLRP除了目前對EPCglobal C1G2的支持外，其架構(gòu)也提供相應(yīng)的擴(kuò)展能力，可以方便的支持未來其他空口協(xié)議。