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如何去实现一种基于SOA的RFID中间件设计?

97 SOA RFID 中间件
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本文提出了一种基于SOA的RFID中间件方案。
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2021-6-3 07:19:28   评论 分享淘帖 邀请回答
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  无线射频识别RFID(Radio Frequency Identification)技术近年来得到了快速的发展,目前已进入商业化应用阶段。
  企业实施RFID方案的最终目的是将RFID产生的海量信息为业务所用。这就需要解决企业现有的业务系统如何与RFID系统接口的问题,包括连接RFID设备、处理RFID数据、将其转换成业务信息等。为了避免因标签种类变化、系统业务逻辑改变而需要重新编写业务信息的情况,需要将RFID硬件模块的连接控制、中间数据处理与上层应用软件分开,因此引入了RFID中间件的概念。
  此外,利用SOA系统具有可扩展性高、可维护性好的特点,以便为用户提供灵活的维护服务,还引入了面向服务体系架构SOA(Service Oriented Architecutures)。
  基于上述分析,本文提出了一种基于SOA的RFID中间件方案。该方案可把各个应用RFID技术的功能抽象成服务,应用基于J2EE构建方法,综合应用JMX、JMS、Struts等技术。企业应用系统通过请求服务的方式来获取RFID中间件提供的服务。用XML进行数据传输,并提供Web Service接口。
  1 技术基础
  1.1 RFID中间件
  RFID中间件是实现RFID硬件设备与应用系统之间数据传输、过滤、数据格式转换的一种中间程序,将RFID阅读器读取的各种数据信息,经过中间件提取、解密、过滤、格式转换、导入企业的管理信息系统,并通过应用系统反映在程序界面上,供操作者浏览、选择、修改、查询。中间件技术也降低了应用开发的难度,使开发者不需要直接面对底层架构,而是通过中间件进行调用。
  RFID中间件是一种消息导向的软件中间件,信息是以消息的形式从一个程序模块传递到另一个或多个程序模块。消息可以非同步的方式传送,所以传送者不必等待回应。RFID中间件是在企业应用原有的中间件发展的基础上,结合自身应用特性进一步扩展并深化了中间件的应用,使得RFID应用系统的开发变得更容易,提高了软件的可移植性,增强了系统的可维护性和可靠性,所以它的架构设计解决方案是RFID应用的一项极为重要的核心技术。
  目前提供RFID中间件平台的厂商主要有IBM、Oracle、Microsoft、SAP、Sun公司。对于这些厂商,RFID中间件只是其现有软件的扩展,其RFID产品可以迅速方便地与各自现有的软件产品线集成在一起。但缺点是其产品对该厂商其他软件产品的依赖性比较大。
  1.2 面向服务的体系结构SOA
  面向服务的体系结构是一种技术架构风格,它代表了一种开放的、敏捷的、可扩展的、可组合的架构,定义了服务提供者和消费者之间的松散耦合关系。其业务敏捷的特点,帮助企业把业务变得更加灵活,能够适时、快速地响应变化。SOA的核心概念就是服务,其基本结构如图1所示。其中包含服务的3个基本角色:服务提供者、服务请求者和服务注册。在这些角色之间使用了3种操作:服务发布、服务发现和服务绑定。作为SOA的一种实现技术,Web Services提供了基于XML的标准接口,具有完好的封装性、松散的耦合性、协议规范的标准性以及高度的可集成性等特点,能够良好地满足SOA应用模式的需求。
  
  1.3 JMX和JMS
  Java管理扩展JMX(Java Management Extensions)是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架。在JMX规范中,管理组件是一个能代表管理资源的Java对象,遵从一定的设计模式,实现该规范定义的特定的接口。该定义保证了所有的管理组件以一种标准的方式来表示被管理资源。管理接口就是被管理资源暴露出的一些信息,通过对这些信息的修改能够控制被管理资源。管理接口包括:能被接触的属性值、能够执行的操作、能发出的通知事件等。
  JMS(Java Message Service)是访问企业消息系统的标准API,定义了Java中访问消息中间件的接口,但JMS只是接口,并没有给予实现,实现JMS接口的消息中间件称为JMS提供者(JMS Provider)。在JMS框架中运转的方法如下:
  (1)得到1个JNDI初始化上下文(Context)。
  (2)根据上下文以查找1个连接工厂。
  (3)从连接工厂得到1个连接(Connect)。
  (4)通过连接以建立1个会话(Session)。
  (5)查找目的地(Topic/Queue)。
  (6)根据会话以及目的地以建立消息制造者(TopicPub
  lisher/QueueSender)和消费者(TopicSubscrib-er/QueueReceiver)。
  2 基于SOA的RFID中间件架构
  利用SOA松耦合、面向业务的特点,结合RFID中间件实现的应用系统集成的方案可提供丰富的接口,能够帮助实现对RFID设备的管理以及对数据的处理,简化了对底层设备应用的支持,避免了对底层设备的低级别接口的处理。利用Web Service技术实现RFID中间件与企业系统的集成,完成两者的松耦合集成。
  基于SOA的RFID中间件架构,其基础架构层分为设备管理层、事件处理层和服务接口层,并通过Web Service技术包装了每1层相应的功能,且进行了具体实现。本文重点介绍该RFID中间件架构中的基础架构的3个功能层。这3个层次有着明确的功能划分和层间的交互接口。RFID中间件架构如图2所示。
  
  中间件设计包括RFID设备管理组件和事件过程管理组件。RFID设备管理组件是分布式的代理,负责第1级的事件过滤;设备管理包括设备询问器,对每1个阅读器和传感器设备,代理必须互相作用。过程管理组件是通过RFID事件下一级的过滤,把事件放置到交易环境中,然后发布应用层事件ALE(Application Layer Event)。
  2.1设备管理层
  设备管理层位于架构的最底层,直接与阅读器交互,实现的主要功能包括:
  (1)采集射频卡上的数据。
  (2)对于来自不同类型的阅读器的数据进行适配处理,得到统一的、格式化的数据,并进行数据校验。
  (3)将校验无误的数据按照用户定义的协议进行封包,并将消息包发送到事件处理层的消息系统。
  依据其实现的功能,分别针对射频卡阅读器模块、阅读器接口、数据校验和数据打包4个方面进行研究和开发。阅读器模块是根据硬件供应商提供的规范进行编码实现的;阅读器接口主要解决将来自协议格式的数据转化为系统所需要的EPC码;数据校验采用CRC校验;数据打包先依据获取的卡片编码中“数据分类”内容,判断出该标签数据属于哪种类型,然后按照这种数据类型将标签数据封装成相应的消息包。
  由于每个ALE阅读器事件流可能来自多个物理设备配置表,因此设备管理器为每个设备表创建1个询问器,并通知询问器哪种传感器被绑定到指定的阅读器上。询问器发送传感器事件流到设备管理器,设备管理器将1个或多个传感器事件流构造成阅读器事件。设备管理器把初步处理的阅读器事件发送到ALE服务器。
  询问器代理:1个设备管理器的配置由它管理的设备和它要咨询的询问器组成,然后与它所对应的设备管理器交互。每个设备概要表由物理设备属性和询问器配置组成。物理设备属性是被命名过的传感器(例如天线和1个金属传感器)。
  事件信息空间:事件信息空间类似于公共的容错事件信息经纪人。它支持异步接收来自设备管理器的事件、ALE事件以及其他来自事件过程管理的配置需求。事件信息空间同时提供一个存储转发机制,确保重要的事件在中断的网络或其他组件失效的情况下不丢失。
  在系统中,将每个阅读器模块的远程方法调用封装为1个管理组件(MBean)作为JMX服务器的实例注册到JMX服务器中。通过JMX框架对阅读器进行监控和管理,使RFID中间件系统能提供管理、监控阅读器的功能。本部分描述为阅读器管理组件添加时间服务,以达到定时控制阅读器的目的。
  2.2 事件处理层
  在RFID系统中,一方面是各种应用程序以不同的方式频繁地从RFID系统中取得数据;另一方面却是有限的网络带宽,其存在的矛盾,使其有必要设计1套消息传递系统,使设备管理层产生的事件能够传递到消息系统中,由事件管理过程进行处理,然后把数据传递到相关的应用系统。在这种模式下,阅读器不必关心哪个应用系统需要什么数据。同时,应用程序也不需要维护与各个阅读器之间的网络通道,仅需要将需求发送到消息系统中即可。由此,设计出的消息系统应具有如下功能:(1)数据缓存功能;(2)基于内容的路由功能;(3)数据分类存储功能。
  下面将描述创建一个MBean来实现一个数据处理节点。消息组件可以按照MBean来部署。消息处理组件执行功能:从源队列中获取消息,对消息执行处理,然后将结果消息放置到目标队列。消息处理UML图如图3所示。
  
  JBossMQ是通过xml文件jbossmq-destinations-service.xml进行配置的。以下是获得JBOSS JNDI初始化上下文(Context)的代码:
  Hashtable props=newHashtable();
  props.put(Context.INITIAL CONTEXT FACTORY,“org.jnp.interfaces.NamingContextFactory”);
  props.put (Context. PROVIDER URL, ip +“:1099”);
  props.put(“java.naming.rmi.security.manager”,“yes”);
  props.put(Context.URL PKG PREFIXES,“org. jboss.naming”);
  Context context=new InitialContext(props);
  来自消息系统的消息以临时XML文件的形式和磁盘文件方式保存,供数据接口使用。消息系统完成消息缓存、分类整合、路由转发、临时存放等操作。
  事件过程管理EPM(Event Process Managment)由ALE服务、配置管理、复杂事件过程以及交易规则执行组成,对EVP的访问能通过HTTP、JMS以及网络服务接口实现。
  EPM登记/订阅其感兴趣的事件,当在信息空间中有事件发生时,即会通知EPM,一旦接收到这些事件,随后会应用复杂事件处理(过滤器),结合交易规则对这些事件进行处理。另一种情况下是:外部的客户端(如EPC-IS)已经注册接收ALE,这些过滤后的事件会被发送到ALE客户端指定的位置。
  2.3 服务接口层
  来自事件处理层的数据最终是分类的XML文件。同一类型的数据以XML文件的形式保存,并提供给相应的1个或多个应用程序使用。而服务接口层主要是对这些数据进行过滤、入库操作,并提供访问相应数据库的服务接口。具体操作如下:
  (1)将存放在磁盘上的XML文件进行批量入库操作,当XML数据量达到一定数量时,启动数据入库功能模块,将XML数据移植到各种数据库中。
  (2)在数据移植前将重复的数据过滤掉。
  (3)为企业内部和企业外部访问数据库提供Web Services接口。
  其中,数据过滤过程是在处理临时存放的XML文件的过程中完成的。方法是:将同一个卡号的多条记录按照读入的时间戳进行比较,若相邻记录的时间戳差值小于用户定义的阈值,则认为重复读取发生,剔出后1条记录。依次类推,剔出掉所有冗余数据。利用Web Services技术将对数据库的访问以服务的形式发布,供企业内部应用程序和企业合作伙伴调用。以数据过滤为例,其核心代码如下:
  for(int i=1;i<rowcount;i++)
  {span=EndTime.Subtract(StartTime);
  spantiIDe=sPan.Seconds; //相邻记录的时间戳之差
  if(spantime<=0.002)
  {subtime[ i]=i;}
  //若相邻时间戳差值小于2 ms,
  //标记第2条记录为冗余数据
  else subtime[ i]=0;}
  for(int j=1;j<rowcount;j++) //删除冗余记录
  {if(subtime[j].ToString())
  {ds.Tables[0].Rows[j].Delete();j=j-1;
  rowcount=rowcount11;}
  }
  以下是服务接口层向应用系统发送SOAP响应,返回处理结果的部分代码。
  <report xmlns=“”>
  <process procInsI givenI givenName=“
  ShipOut”>
  <event eventTyp>
  <header>Product Quantity Match Success
  </header>
  <status>success</status>
  <tagList>
  <tag IdetectTime=“2008-11-01 T13:13:
  00.110+08:00”/>
  </tagList>
  3 RFID中间件的实现及测试
  RIFD中间件系统开发工具采用Eclipse3.2,应用服务器软件采用JBOSS4.0, Web容器为Tomcat5.5。此外,服务器端采用了基于Struts的MVC多层次结构框架,数据服务层则采用MySQL5.0数据库。
  实验中,终端通过485网络组网,应用系统使用的是仓库管理系统。仓库管理系统作为服务请求者,根据服务接口层公布的入库信息核对服务WSDL,得到该服务的接口定义和服务端侦听地址,由入库管理模块通过服务代理接口向Web服务发送SOAP请求消息,请求入库信息核对服务,Web服务平台收到该服务请求后,向RFID中间件发送消息,创建一个出库信息核对服务的实例,设备管理层根据服务请求参数,启动相应的RFID阅读器读取标签信息。然后将读取的标签信息经处理后打包传给事件处理层,根据服务请求的参数与捕获的标签信息进行核对处理,处理后向服务接口层返回核对数据正确或者错误的信息,如图4所示。最后,服务接口层向仓库管理系统发送SOAP响应,返回处理结果。
  
  实验表明,原来的应用系统仅仅支持1种固定卡型的阅读器,采用RFID中间件以后,可以在1个系统中采用各种卡型的阅读器,而上层程序不需要再进行修改,增加了系统的可扩展性和易维护性,节约了时间和成本。系统稳定性也有大的提高,有效解决了企业应用中所关心的问题。
  本文提出了一个基于SOA,综合应用JMX、JMS等技术的RFID中间件架构,并说明了RFID中间件各部分的含义和作用及基础架构的实现。这种中间件结构能很好地屏蔽低端各种物理设备的信息。由于采取了模块化的结构,可以根据需要进行裁减,在需要的时候再加入相应的模块,例如,可根据需要是否添加认证和安全模块。通过Web Service,可实现对RFID中间件更高层次包装,保证了RFID基础架构中3个功能层之间的相互独立和协同工作。
2021-6-3 12:13:22 评论

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