Application-independent RFID-based Middleware
Ren Hongxia
Puyang Vocational ＆ Technical College ,Henan Puyang,457000
Abstract: This paper designs a fast, lightweight RFID middleware technology, and independent of specific applications. This design is not aimed at specific areas and applications development, but rather provide the key function of RFID middleware, the system can provide access to each level are the interface to the application, can be based on specific needs, application and implementation of modular combination. Companies of various industries to lower costs, quick to put RFID middleware technology equipment to the enterprise management functions using the actual production. The design uses a flexible, clear structure, can bring great return on assets for the enterprise.
Keywords: RFID, middleware, application independent, interface design
1. 引言
无线射频识别(RFID)为应用非常普遍的一种识别技术，通常被应用在多种领域，如物流仓储管理、自动化、航空行李管理、供应链管理、以及质量安全跟踪等。伴随无线射频技术不断深入及应用的研究，在RFID技术基础上发展起来的RFID中间件设计，变成了行业研究的热点，其能够减轻企业信息系统负担，给企业信息系统带来稳定可靠、实时有效的标签信息。然而在现阶段，各种设计开发出的RFID中间件技术具有一些不足急需解决，例如：一方面研发的RFID中间件只是面向特定的应用领域，缺少兼容性、扩展性及分层处理机制，产品比较单一化；而另一方面，随着RFID中间件的发展，其设计的功能及架构变得非常复杂，从而让一些用户使用时，需要较高的应用成本，实施效率较低，对RFID技术的应用及普及产生不利的影响。
为此，本文设计了一种和实际应用无关联的RFID中间件，此中间件应用成本低，结构比较简洁，使用灵活，便于扩展，非常有助于推动RFID的更广泛的使用。该RFID中间件模型可以分为四个层，即应用接口、时间管理、数据管理、设备管理。对于设备管理方面，依靠网口、串行口、以及USB接口等通信模式，实施和读写器的连接，通过RFID生产商的系统开发接口实现控制读写器。对于标签过滤方面，系统根据时间窗的设定，进行对标签读取生产的数据过滤，从而去除毛刺与时间冗余。最终，把标签数据变换成业务事件。针对系统接口方面，实施了在DLL技术基础上的模块化设计，从而使系统可扩展性与灵活性更高。
2. RFID中间件系统架构
软件系统架构是对系统所有构件组合以及其相互之间关系的描述，使用比较广泛的中间件系统架构为分层的系统风格，主要是因为分层的系统风格对基于抽象程度递增的系统设计可以较好地支持，能够将复杂的系统以递增的方式实施分解，而且可以支持重用，能够定义一系列的标准接口，但实现这些接口的方法可以多样。本RFID中间件系统架构可以分成四个层次：应用程序接口，事件管理层，数据管理层，以及设备管理层。其体系架构如图1所示。
图 1 软件体系架构图
3. 设备管理层设
设备管理层完成的功能主要有4种：
（1）多种连接方式的处理
根据不种连接方式，构建不同的类库，因此就可以在设备接入系统时，选择合适的连接方式形成具体的对象。因为众多厂家设备实现时采用不同的底层通信协议，选择连接方式后，就要根据不同的RFID读写器开发包或底层通信协议构建适合的类库，同时逐一的完成其命令函数。而采用类库的方法进行设备连接，可以有效地屏蔽各设备之间的差异性。
（2）读写器操作
其主要是完成对读写器的各种操作，例如读写器的写标签、读标签、关闭、打开等。
（3）读写器配置
针对读写器各种属性进行配置，主要有：读写器的位置、型号、名称等信息，也能够实施对读写器的动态修改与添加删除配置。
（4）读写器工作状态监控
主要是完成对读写器的运行状态、运行效果等实施实时地监控。
设备管理层结构如图2所示。
图 2 设备管理层结构图
4. 数据管理层设计
4.1. 数据适配模块
（1）数据验证
如果标签之间距离太近，或者存在天线磁场的互相干扰，就可能会造成读写器的错误读取，并且读写器的异常同样也会造成该种读取错误。数据验证就是根据校验取得的数字码与系统需要位数是否符合，以及取得的数据是不是均是数字，来实施验证数据正确性的判断。
（2）数据整理
因为读写器型号的差异，其获得的数据格式因而会有差别，依靠数据的整理，把这些差异的数据格式变换成系统需要的、统一的格式。
把取得的己转换成标准格式的标签数据及非标签数据整理成统一格式的采集信息，然后提交给数据过滤模块进行处理。其中，标签数据是指和读写器读取特性相关的数据，主要有：读写器的ID号，采集的标签数据等；非标签数据是指系统需要的信息，如实时的温度、湿度事件，发生的时间戳等。
4.2. 数据过滤模块
因为射频信号会受到相互干扰及环境影响等，造成RFID系统获取的源数据可信度不高，其主要原因有两个：
（1）时间冗余
一个读写器获取的标签数据冗余，是指在同一时间间隔内，同一个标签被同一个读写器进行多次的读取。由于读写器依据不同的工作频率具有一定的探测范围，而且由于物体的快速移动和读写器读取标签时间间隔差距很大，一些读写器读取频率有可能会读取到上百个标签。如果在读写器探测区域，标签停留时间为 ，这一过程中读写器一直是处于读状态，如果其读取间隔是 ，则在 时间段内，读写器读取标签次数为 ，而这些数据中，共有n-1个重复冗余数据。
（2）标签漏读
阅读器因为环境影响、电磁干扰等原因，阅读器在有效的范围内读取一个标签时，此阅读器没能读到标签。这就造成标签在有效范围内读写时，时而可以读取，时而不能读取，该种现象和信号的“杂波”或“毛刺”比较相似。因此，假如使用曼彻斯特编码思想，把标签存在状态实施编码，用“0”代表标签没有读到信息，用“1”代表读到标签。那么用10次/秒的频率读取，持续1秒的一个读写器读取标签的过程，其编码样式可以是001112131415061708191100。其中信息冗余是12131415，而06170819为漏读形成的“毛刺”，11110才是有意义的应用程序信息。
因为这两种的错误及数据冗余，在进行数据过滤时，一定要采取毛刺过滤与时间过滤措施。该两种过滤均为使用时间窗的方式。假设时间窗大小为 ，读写器在进行第一次读取时，记录时间为t，产生一个标签进入事件，接着，假如在时间窗内继续进行该标签的读取，那么就认为其是冗余信息，因此就不再产生进入事件；假如发生标签读取时断时续现象，那么就可以认为是毛刺，进行该部分信息的过滤处理。
5. 事件管理层设计
一些RFID应用系统中，用户需要明确具体的物品信息。事件管理层基于实施过数据管理层过滤的数据，以事件的方式把原始数据交给上层的应用。依据具体的应用，定义了3种抽象的事件：
加入事件。也就是0变换以后维持较长的时间。一般来说，0变换后会跳变至1，而假如1跳变是在系统的稳定间隔 MAX_DURATION之后发生，就认为0变换的持续时间是∞。
离开事件。指1变换后，维持大于稳定时间 MAX_DURATION。
通过事件。指短0-1模式，这种模式持续的时间较短，比稳定时间间隔 MAX_DURATION要小。依据0-1的长短时间的持续，能够划分成短停留与长停留等。
依据曼彻斯特编码思想，把标签的存在状态实施编码，抽象事件曼彻斯特编码如图3所示。
图 3 抽象事件曼彻斯特编码
6. 应用程序接口设计
根据软件体系架构图能够分析出，用户采用应用程序接口方式，和RFID中间件实施交互，因此，应用程序接口为用户和RFID中间件间的纽带。上层应用采用应用程序接口来调用RFID中间件，中间件把严格封装的接口采用应用程序接口方式，为应用程序或者用户提供服务。如果应用接口不改变，那么RFID中间件内部的改变不会造成上层应用软件或用户影响；即便接口发生了变化，上层的应用也仅需部分修改原接口即可。
该系统通过动态链接库（DLL）的方式，为应用程序提供服务。DLL为一个含有若干程序同时使用的数据和代码库。根据DLL的使用，可以使程序实现模块化，从而能够更加方便地更新各个应用模块。
7. 结束语
综上所示，本文针对RFID中间件技术进行了概要的设计。依据需求分析，明确了系统的主要功能，使用了分层的体系架构来设计RFID中间件。该中间件一方面能够通过应用程序接口单独或者结合使用，灵活性非常好；另一方面，RFID中间件的各个层次之间具有松耦合的特征，能够方便用户依据具体的使用需求，实施进一步的开发。
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