面向移動(dòng)設(shè)備的可配置RFID中間件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　0　引言

　　射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification， RFID）中間件是在物理RFID閱讀器和上層應(yīng)用軟件之間的一層軟件，RFID中間件屏蔽了各種不同的閱讀器傳輸標(biāo)準(zhǔn)，使上層應(yīng)用軟件得到統(tǒng)一、不變的數(shù)據(jù)和控制接口；另外，它還能對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和過(guò)濾，產(chǎn)生用戶定制的數(shù)據(jù)報(bào)表。在大規(guī)模應(yīng)用RFID技術(shù)時(shí)，將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，應(yīng)用RFID中間件將使數(shù)據(jù)處理和傳輸變得相對(duì)簡(jiǎn)單。中間件的承上啟下作用使RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為靈活，維護(hù)更為簡(jiǎn)單，不論是后端應(yīng)用程序的變化，還是前端閱讀器變化，都不會(huì)影響另外一端，省去維護(hù)多對(duì)多連接的復(fù)雜性問(wèn)題。

　　RFID中間件是RFID技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用規(guī)模發(fā)展的產(chǎn)物，當(dāng)今市場(chǎng)上已有一些產(chǎn)品，如：SUN、Microsoft和BEA的RFID中間件產(chǎn)品，然而，這些產(chǎn)品大都是運(yùn)行在PC機(jī)或服務(wù)器端，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，海量的數(shù)據(jù)要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，大量無(wú)效的數(shù)據(jù)都要集中在服務(wù)器端，服務(wù)器必須對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、過(guò)濾并按照確定的業(yè)務(wù)規(guī)則使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成用戶需要的、有意義的數(shù)據(jù)，這種復(fù)雜的處理必會(huì)增加服務(wù)器的壓力，影響系統(tǒng)的性能。在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，也容易造成數(shù)據(jù)的丟失等。

　　隨著技術(shù)的進(jìn)步，移動(dòng)設(shè)備（如PDA等）的內(nèi)存存儲(chǔ)能力、CPU的處理能力不斷增強(qiáng)，這也使得設(shè)計(jì)一種面向移動(dòng)設(shè)備的RFID中間件成為可能。針對(duì)這種技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，本文提出了一種面向移動(dòng)設(shè)備的可靈活部署的RFID中間件SeaMobileMiddleware（SMM）。SMM能有效利用移動(dòng)設(shè)備的內(nèi)存、CPU等空閑資源，在數(shù)據(jù)發(fā)往服務(wù)器之前做一系列的預(yù)處理，優(yōu)化原始數(shù)據(jù)，降低網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器壓力，并在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的一致性。

　　1　RFID中間件SMM系統(tǒng)架構(gòu)

　　系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)系統(tǒng)整體性能有很大影響，針對(duì)移動(dòng)設(shè)備特點(diǎn)，給出了一種面向移動(dòng)設(shè)備的可靈活配置RFID中間件SMM系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。

　　SMM的系統(tǒng)整體架構(gòu)包括三大模塊，其中：最下層為Device模塊，負(fù)責(zé)把物理的真實(shí)設(shè)備抽象為系統(tǒng)的Device對(duì)象；中間層為T(mén)ask Manager模塊，是SMM的核心模塊，負(fù)責(zé)處理用戶和上層應(yīng)用系統(tǒng)的一切命令，把標(biāo)準(zhǔn)的XML命令轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的Task對(duì)象并執(zhí)行，以用來(lái)控制Device對(duì)象；最上層是用戶接口（User Interface，UI）模塊，是基于標(biāo)準(zhǔn)的Java swing開(kāi)發(fā)的圖形界面，使用戶可以在本地方便地控制Device對(duì)象。同時(shí)，SMM也提供標(biāo)準(zhǔn)Web service接口，方便其他遠(yuǎn)程系統(tǒng)控制和管理移動(dòng)設(shè)備。

　　通過(guò)為移動(dòng)設(shè)備提供本地UI和遠(yuǎn)程管理接口，SMM可以使用戶自定義流程，通過(guò)過(guò)濾和篩選將原始標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成用戶想要的有意義數(shù)據(jù)。Task Manger提供的基于XML的標(biāo)準(zhǔn)接口也為SMM提供了很好的擴(kuò)展性和兼容性。

　　1.1　Device模塊

　　由于目前的Tag、Reader等種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)各不相同，RFID中間件的核心功能一個(gè)就是屏蔽閱讀器傳輸標(biāo)準(zhǔn)的差異，為上層提供統(tǒng)一的接口。SMM通過(guò)抽象，把不同種類RFID閱讀器、PDA等移動(dòng)設(shè)備作為不同類型Device對(duì)象進(jìn)行處理，并為每種Device配置Rule、Dispatcher和Driver三種屬性。不同Tag發(fā)出的原始數(shù)據(jù)通過(guò)Driver適配變?yōu)榻y(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，通過(guò)Rule將統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化成上層系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)Dispatcher把數(shù)據(jù)發(fā)送到所需的上層應(yīng)用程序中。

　　1）Driver：考慮到實(shí)際應(yīng)用中的Tag、Reader的多樣性，Driver對(duì)不同類型Reader數(shù)據(jù)進(jìn)行適配處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一和格式化。SMM架構(gòu)中內(nèi)置了缺省的Driver，負(fù)責(zé)處理當(dāng)前大部分流行的Reader.同時(shí)，針對(duì)特殊需求，用戶可以開(kāi)發(fā)特定Driver完成特殊Reader及Tag的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。

　　2）Rule：Rule可以自定義特定業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)過(guò)濾規(guī)則，從而把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成上層應(yīng)用程序需要的有意義的數(shù)據(jù)。

　　比如：通過(guò)Rule配置提取同一個(gè)廠商生產(chǎn)的Tag的數(shù)據(jù)。

　　3）Dispatcher：Dispatcher定義數(shù)據(jù)分發(fā)路徑，為數(shù)據(jù)提供路由功能?？梢宰远xDispatcher，從而把數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶需要的上層應(yīng)用程序中。另外，系統(tǒng)提供了離線Dispatcher，用于設(shè)備離線時(shí)的數(shù)據(jù)處理。當(dāng)設(shè)備處于離線狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)把數(shù)據(jù)保存在嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)"Olite"上，當(dāng)系統(tǒng)連線時(shí)，離線Dispatcher自動(dòng)將保存在"Olite"數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史事件發(fā)送到上層應(yīng)用程序中，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)同步。

　　基于抽象思想，Device模塊把各種不同RFID閱讀器等抽象成不同對(duì)象。通過(guò)配置Rule、Dispatcher和Drive屬性等管理真實(shí)設(shè)備，將來(lái)源不同的Tag數(shù)據(jù)格式化為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，并按用戶定義的規(guī)則過(guò)濾數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的上層系統(tǒng)中。

　　1.2　Task Manager模塊

　　RFID中間件的另一核心功能是對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)接口，便于上層應(yīng)用程序調(diào)用和二次開(kāi)發(fā)[10].SMM中Task Manager模塊通過(guò)管理所有命令和任務(wù)執(zhí)行提供標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出。

　　Task Manager模塊具有如下功能：1）接受各種XML命令，解析XML命令找到對(duì)應(yīng)的任務(wù)對(duì)象并執(zhí)行后把結(jié)果封裝成標(biāo)準(zhǔn)的XML返回給調(diào)用者；2）提供高效的任務(wù)隊(duì)列來(lái)處理各種各樣的XML命令；3）提供動(dòng)態(tài)的日志隊(duì)列使用戶能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備的相關(guān)信息。

　　基于Task Manager模塊，SMM提供圖形界面和Web Service兩種類型的請(qǐng)求來(lái)控制和管理移動(dòng)設(shè)備，以使用戶獲取所需的數(shù)據(jù)。如果是SMM內(nèi)部請(qǐng)求，則提供標(biāo)準(zhǔn)的Java API；如果是外部請(qǐng)求，則提供基于XML的標(biāo)準(zhǔn)Web接口。圖3給出了Task Manager的實(shí)現(xiàn)流程。在模塊中，上層應(yīng)用程序通過(guò)HTTP協(xié)議把標(biāo)準(zhǔn)XML命令發(fā)送到SMM，SMM通過(guò)內(nèi)嵌的輕型HTTP Server Jetty處理各種HTTP請(qǐng)求。Jetty接受到標(biāo)準(zhǔn)的XML請(qǐng)求后，把各種XML命令給Task Manager模塊，Task Manager解析XML格式的命令后，通過(guò)Java反射得到對(duì)應(yīng)的Task對(duì)象。如果Task對(duì)象是同步的，則調(diào)用Task執(zhí)行方法，返回相應(yīng)結(jié)果并轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)XML給Jetty服務(wù)器；如果Task對(duì)象是異步的，則放到任務(wù)隊(duì)列里面去，返回為空。

　　任務(wù)隊(duì)列通過(guò)線程按照先進(jìn)先出的方法來(lái)執(zhí)行任務(wù)。為展示Task執(zhí)行過(guò)程，本文給出設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程展現(xiàn)上層應(yīng)用程序控制設(shè)備的過(guò)程。

　　上層應(yīng)用通過(guò)HTTP（POST）方法把標(biāo)準(zhǔn)的XML命令發(fā)送到Jetty服務(wù)器上，格式如下：

　　Task Manager根據(jù)"action"的內(nèi)容，通過(guò)Java提供的反射機(jī)制得到相應(yīng)任務(wù)Start Device Task實(shí)例，并把相應(yīng)的設(shè)備名稱作為參數(shù)交給Start Device Task實(shí)例。由于Start Device Task是異步的，所以Start Device Task會(huì)放到任務(wù)隊(duì)列中執(zhí)行并且返回空。當(dāng)任務(wù)隊(duì)列執(zhí)行到Start Device Task任務(wù)時(shí)，Task Manager日志隊(duì)列會(huì)實(shí)時(shí)寫(xiě)日志改變dev21和dev22的狀態(tài)，并返回到SMM的UI。

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　　同理，上層應(yīng)用也通過(guò)HTTP（GET）方法得到設(shè)備信息。

　　由于得到設(shè)備信息的Task是同步的，所以Jetty服務(wù)器會(huì)返回如下格式的XML信息給上層系統(tǒng)，包括：設(shè)備名、用戶定義的掃描時(shí)間間隔、設(shè)備狀態(tài)，以及driver、rule和dispatcher等相關(guān)信息。同理，外部應(yīng)用程序可以通過(guò)HTTP方法來(lái)增加、啟動(dòng)、更新等操作來(lái)控制設(shè)備，從而可以動(dòng)態(tài)改變"Device"的Driver，Rule，Dispatcher等屬性，有效篩選、過(guò)濾并按照確定的業(yè)務(wù)規(guī)則使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成需要的、有意義的數(shù)據(jù)。

　　1.3　SMM的整合

　　作為一種面向移動(dòng)設(shè)備的可配置RFID中間件，SMM需要與底層和上層進(jìn)行有效整合，以發(fā)揮其功能。本文給出了一種SMM整合方案，如圖3所示。

　　本文提出的SMM的底層基于J2ME，可以安裝部署于WinCE、Linux、Symbain等多個(gè)面向移動(dòng)設(shè)備的操作系統(tǒng)上。

　　在SMM整合架構(gòu)中，SMM安裝在各種不同的移動(dòng)設(shè)備上，讀取不同類型的Tag、Smart Card的數(shù)據(jù)等，原始數(shù)據(jù)通過(guò)SMM轉(zhuǎn)化成用戶或者系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送到上層系統(tǒng)中。

　　2　SMM性能分析

　　為了分析SMM性能，本文在PC機(jī)上使用微軟的移動(dòng)設(shè)備模擬器Device Emulator搭建了WindowsMobile6.0仿真環(huán)境，并在仿真環(huán)境中安裝Java虛擬機(jī)crème.其中：仿真器處理器為ARM9207，主頻400GHz，內(nèi)存94.16MB.仿真實(shí)驗(yàn)步驟如下。

　　1）啟動(dòng)Windows CE的Java虛擬機(jī)，系統(tǒng)檢測(cè)顯示的內(nèi)存圖如表1.

　　2）基于CrEme啟動(dòng)SMM，系統(tǒng)檢測(cè)顯示的內(nèi)存圖如表2所示。

　　3）關(guān)閉SMM的嵌入式服務(wù)Jetty，系統(tǒng)檢測(cè)顯示的內(nèi)存圖如表3所示。

　　由表1～3可知，運(yùn)行CrEme的所需的內(nèi)存為Mc=559KB，SMM運(yùn)行所需的總內(nèi)存Mt=1143KB，不開(kāi)啟Jetty服務(wù)器所需的內(nèi)存為Mnj=847KB，SMM的嵌入式服務(wù)器Jetty所需的內(nèi)存為Mj=Mt-Mnj=296KB.關(guān)閉Jetty并除去CrEme消耗的內(nèi)存，SMM所需的資源Ms=Mt-Mj-Mc=288KB.可見(jiàn)，SMM對(duì)資源要求較低，完全可以適合資源有限的移動(dòng)設(shè)備。

　　3　結(jié)語(yǔ)

　　針對(duì)RFID移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，本文提出一種面向移動(dòng)設(shè)備的可靈活配置RFID中間件SMM.SMM可以使上層系統(tǒng)和用戶靈活配置和管理移動(dòng)設(shè)備，并在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，保證數(shù)據(jù)同步和一致性。SMM對(duì)資源消耗較小，在移動(dòng)設(shè)備資源有限的情況下可以充分利用移動(dòng)設(shè)備的資源，通過(guò)過(guò)濾、分析等操作處理原始數(shù)據(jù)，為上層提供有意義的數(shù)據(jù)，并減少上層應(yīng)用程序的資源消耗，提高系統(tǒng)效率。