基于SOA的RFID中間件集成應用
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：褚偉杰 田永民 李偉平 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月14日
1 概述
射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)近年來(lái)得到了快速的發(fā)展，目前已進(jìn)入商業(yè)化應用階段。由于具有高速移動(dòng)物體識別、多目標識別和非接觸識別等特點(diǎn)，RFID技術(shù)能應用于物流、制造、公共信息服務(wù)等行業(yè)，可大幅度提高管理與運作效率，降低成本。RFID技術(shù)顯示出巨大的發(fā)展潛力與應用空間，是21世紀最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。
由于RFID技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，因此企業(yè)投資者開(kāi)始考慮將RFID技術(shù)應用在企業(yè)系統內。但是，RFID設備技術(shù)復雜，與企業(yè)后臺系統(如SCM，ERE CRM)之間的集成難度較大，并且傳統的應用集成系統主要采用數據集成的方式，系統間耦合度高，對業(yè)務(wù)變化的適應性差。這使得企業(yè)對于實(shí)施RFID技術(shù)持謹慎的態(tài)度。RFID 中間件的推出會(huì )有助于RFID設備與企業(yè)后臺系統的集成。但目前中間件主要關(guān)心的是數據層集成，而不提供任何能實(shí)現更高層集成的功能。本文提出并設計了一種基于面向服務(wù)體系架構。
(Service—Oriented Architectures，SOA)的RFID集成應用方案，能夠把各個(gè)應用RFID技術(shù)的功能抽象成服務(wù)，企業(yè)應用系統通過(guò)請求／服務(wù)的方式來(lái)獲取RFID中間件提供的服務(wù)。最后，通過(guò)使用香港大學(xué)電子商務(wù)研究所(ETI)開(kāi)發(fā)的RFID中間件 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)RAE)與倉庫管理系統的集成應用示例，驗證了所提出的技術(shù)方案。
2 相關(guān)技術(shù)
2．1 RFID技術(shù)
射頻識別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象的唯一有效標識。典型的RFID系統主要由閱讀器、電子標簽、RFID 中間件和應用系統軟件4部分構成。
標簽一般由芯片和天線(xiàn)組成。每個(gè)標簽具有唯一的電子編碼，附著(zhù)在物體上或嵌入物體內，用于標志目標對象。閱讀器通過(guò)控制射頻模塊向標簽發(fā)射讀取信號，并接收標簽的應答，同時(shí)讀寫(xiě)器將時(shí)鐘信號和能量發(fā)送給標簽，閱讀器對標簽的對象標志信息進(jìn)行解碼，并將對象標志信息連同標簽上的其他相關(guān)信息傳送到RFID 中間件以進(jìn)行后續處理。RFID中間件負責對閱讀器所讀取的標簽數據進(jìn)行過(guò)濾、匯集和計算，以減少從讀寫(xiě)器傳往企業(yè)應用的數據量。RFID應用軟件針對不同行業(yè)的特定需求而開(kāi)發(fā)，如公共汽車(chē)的收費系統。
2．2 RFID中間件技術(shù)
中間件在RFID應用系統中介于底層RFID硬件設備(如射頻識別閱讀器)與后臺數據庫及應用軟件(如ERP系統)中間，對閱讀器傳來(lái)的與標簽相關(guān)的事件、數據進(jìn)行過(guò)濾、匯總和計算，減少從閱讀器傳往企業(yè)應用的巨量原始數據。RFID 中間件主要包括以下幾個(gè)功能：
(1)閱讀器等硬件設備的協(xié)調控制功能。用戶(hù)可以通過(guò)RFID中間件接口直接配置、監控閱讀器等硬件設備。
(2)標簽數據的過(guò)濾與事件處理功能。這是RFID中間件平臺的核心，通過(guò)相關(guān)的算法來(lái)減少數據冗余并為后臺應用提供語(yǔ)義信息。
(3)數據路由功能。中間件能決定采集的標簽數據信息傳遞給哪一個(gè)應用。
目前提供RFID 中間件平臺的廠(chǎng)商主要有IBM，Oracle，Microsoft，SAP,SUN，對于這些廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，RFID中間件只是其現有軟件的擴展，他們的RFID 產(chǎn)品可以迅速方便地與各自現有的軟件產(chǎn)品線(xiàn)集成到一起。但缺點(diǎn)是，其 RFID 中間件產(chǎn)品對該廠(chǎng)商其他軟件產(chǎn)品的依賴(lài)性太大。
2．3 面向服務(wù)的體系結構
面向服務(wù)的體系結構是一種技術(shù)架構風(fēng)格，它代表了一種開(kāi)放的、敏捷的、可擴展的、可組合的架構 ，定義了服務(wù)提供者和消費者之間的松散耦合關(guān)系。其業(yè)務(wù)敏捷的特點(diǎn)，幫助企業(yè)把業(yè)務(wù)變得更加靈活，能夠適時(shí)、快速地響應變化。SOA的核心概念就是服務(wù)，W3C 對服務(wù)的定義 如下：“服務(wù)是一種表示執行任務(wù)的能力的抽象資源，一個(gè)服務(wù)必須被具體的提供者軟件實(shí)體實(shí)現才可以被使用”。目前，Web Service 是目前對 SOA 最為廣泛接受的實(shí)現方式，它的基本結構如圖1所示。
圖1 SOA參考模型
其中包含服務(wù)的3個(gè)基本角色，即服務(wù)提供者、服務(wù)請求者和服務(wù)注冊，在這些角色之間使用了3種操作，即服務(wù)發(fā)布、服務(wù)發(fā)現和服務(wù)綁定。作為SOA 的一種實(shí)現技術(shù)，Web Services 提供了基于 XML 的標準接口，具有完好的封裝性、松散的耦合性、協(xié)議規范的標準性以及高度的可集成性等特點(diǎn)，能夠良好地滿(mǎn)足SOA 應用模式的需求。由于 WebServices 使應用程序的集成發(fā)生在協(xié)議棧的較高層，基于更注重服務(wù)語(yǔ)義而非網(wǎng)絡(luò )協(xié)議語(yǔ)義的消息，實(shí)現了業(yè)務(wù)功能的松散集成。這一特點(diǎn)有助于在企業(yè)間和企業(yè)內部通過(guò) Web 連接業(yè)務(wù)功能。
3 利用RFID中間件實(shí)現應用系統集成的方案
RFID中間件提供了豐富的接口，能夠幫助實(shí)現對RFID設備的管理以及對數據的處理，簡(jiǎn)化了對底層設備應用的支持。目前，如果現有應用系統如果采用RFID設備來(lái)完成對物品的管理，采用RFID 中間件無(wú)疑是一個(gè)很好的選擇，避免了對底層設備的低級別接El的處理。但是所面臨的一個(gè)主要困難是如何解決RFID中間件與現有應用系統的集成問(wèn)題。在實(shí)現與RFID中間件的集成時(shí)，如何減少對現有系統的影響，減少集成的工作量成為了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
利用SOA 松耦合、面向業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，本文設計了基于SOA的架構，利用Web Service技術(shù)實(shí)現RFID中間件與企業(yè)系統的集成，完成兩者的松耦合集成。系統結構設計如圖2所示。
(1)RFID硬件設備層。系統結構圖中的最底層是RFID硬件設備層，包括標簽與閱讀器2部分。標簽由芯片與天線(xiàn)組成，每個(gè)芯片都含有唯一的識別碼(UID)，附著(zhù)在物體上一標識目標對象。
(2)RFID中間件層。香港大學(xué)電子商務(wù)研究所的RAE是一種消息導向的中間件(MOM)，信息是以消息的形式從一個(gè)程序模塊傳送到另一個(gè)或者多個(gè)程序模塊。中間件包括設備驅動(dòng)控制器、企業(yè)應用連接口以及RAE對象核心3部分，其中設備驅動(dòng)控制器通過(guò)本身的適配器或者第三方控制器，可以提供RFID閱讀器和其他外部設備之間的連接。RFID對象核心系統部件的主要功能是根據所定制的RFID數據轉換和操作過(guò)程處理RFID事件。構造知識庫包含了一套預設的開(kāi)發(fā)RAE物體的原始代碼，而事件管理器和流程執行驅動(dòng)器則根據RAE對象內部的商業(yè)邏輯操作和管理RFID的事件。支持工具包則包含幫助管理和監控RFID系統的功能和程序。
(3)服務(wù)接口層。服務(wù)接口層位于RFID中間件層與企業(yè)應用系統之間。通過(guò)對需要采用RFID技術(shù)的企業(yè)業(yè)務(wù)建模，分解業(yè)務(wù)流程，識別出RFID相關(guān)的業(yè)務(wù)服務(wù)，定義消息類(lèi)型，派生服務(wù)接口并實(shí)現服務(wù)。然后將服務(wù)注冊到服務(wù)庫中。服務(wù)的請求者可在服務(wù)庫中查找到該服務(wù)。
圖2 RFID中闊件集成應用系統結構
RAE內包含一些可編排的細粒度組件，如啟動(dòng)指定閱讀器讀取標簽信息(Snapshot)、產(chǎn)品代碼信息匹配(Product Match)、標簽數量信息匹配(Quantity Match)、發(fā)送標簽信息事件(Report)，將這些細粒度組件進(jìn)行流程的編排(即按照邏輯規則定義流程描述文件)，就可以組成包含邏輯信息的服務(wù)，如產(chǎn)品入庫信息核對服務(wù)、出庫信息核對服務(wù)、庫存位置查詢(xún)服務(wù)。通過(guò)對入庫作業(yè)流程的分析，可知“入庫信息核對服務(wù)”是由RFID技術(shù)來(lái)自動(dòng)完成的。因此，將入庫信息核對服務(wù)發(fā)布成Web Service，供企業(yè)應用程序(倉庫管理系統)使用。
下面以倉庫管理系統中貨物的入庫流程中產(chǎn)品出庫信息核對服務(wù)為例編排流程，見(jiàn)圖3。
圖3 RAE入庫信息核對服務(wù)流程定義
4 RFID 中間件在倉庫管理系統中的集成實(shí)現
利用上述集成方案構建RFID中間件與企業(yè)的倉庫管理系統的集成，以實(shí)現對集成框架的應用驗證。該倉庫管理系統具有以下功能：
(1)庫存基本信息管理，包括物品信息的維護和管理、倉庫庫位信息的管理等。
(2)庫存業(yè)務(wù)管理，包括出入庫操作管理、庫存盤(pán)點(diǎn)操作管理、庫存信息查詢(xún)功能。
下面以倉庫管理系統中貨物入庫流程為例，分析入庫作業(yè)流程，從中提取RFID相關(guān)服務(wù)。
倉庫管理系統首先收到入庫通知單，貨物進(jìn)入倉庫時(shí)，利用設置在倉庫門(mén)13的RFID閱讀器掃描貨物標簽來(lái)得到標簽的tag ID，根據tag ID值得到對應貨物的屬性以及每種產(chǎn)品的數量信息，將此數據與收到的入庫通知單信息進(jìn)行核對，若數據正確則將貨物打托入庫，系統推薦庫位，之后操作人員逐一進(jìn)行貨物上架操作，上架操作完畢后，利用手持RIFD閱讀器將對應貨位最新的貨物信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸到后臺數據庫，系統自動(dòng)進(jìn)行貨位貨物信息的變更確認，完成物品入庫操作。
通過(guò)對入庫作業(yè)流程的分析，可以由RFID技術(shù)來(lái)實(shí)現“入庫信息核對”，通過(guò)將RAE提供的細粒度的功能組件組合成入庫信息核對服務(wù)，發(fā)布成Web Service，提供標準化的數據接口供倉庫管理系統使用。
RAE與倉儲管理系統集成的結構如圖4所示。該系統采用J2EE 的架構在IBM WebSphere平臺上開(kāi)發(fā)。通過(guò)建立Web服務(wù)平臺，對RAE所提供的功能組件按照倉庫管理系統的需求組合為相應的服務(wù)(如產(chǎn)品入庫信息核對服務(wù)、出庫信息核對服務(wù))，然后將服務(wù)封裝成Web服務(wù)，供倉庫管理系統訪(fǎng)問(wèn)。倉庫管理系統與RAE之間采用HTTP／SOAP的方式進(jìn)行通信，解決了數據采集和集成問(wèn)題。
圖4 RAE與倉儲管理系統集成結構
服務(wù)代理接口(Service Proxy)是Web服務(wù)客戶(hù)端程序調用Web服務(wù)時(shí)使用的程序接口。通過(guò)使用服務(wù)代理接口實(shí)現Web服務(wù)客戶(hù)端與服務(wù)器端的SOAP通信。在倉庫管理系統的入庫管理模塊和出庫管理模塊通過(guò)調用服務(wù)代理接口來(lái)訪(fǎng)問(wèn)Web服務(wù)。
下面以入庫流程為例，介紹WMS與RAE集成后的數據流程。
倉庫管理系統作為服務(wù)請求者，根據服務(wù)接口層公布的入庫信息核對服務(wù)WSDL，得到該服務(wù)的接口定義和服務(wù)端偵聽(tīng)地址，由入庫管理模塊通過(guò)服務(wù)代理接口向Web服務(wù)發(fā)送SOAP請求消息，請求入庫信息核對服務(wù)，Web服務(wù)平臺收到該服務(wù)請求后，向RFID中間件發(fā)送消息，創(chuàng )建一個(gè)出庫信息核對服務(wù)的實(shí)例，根據服務(wù)請求參數，啟動(dòng)相應的RFID閱讀器讀取標簽信息。RFID閱讀器將讀取的標簽信息傳給RAE，RAE根據服務(wù)請求的參數與捕獲的標簽信息進(jìn)行核對處理，處理后向服務(wù)接口層返回核對數據正確或者錯誤的信息(如下所示)，最后，服務(wù)接口層向倉庫管理系統發(fā)送SOAP響應，返回處理結果。
5 結束語(yǔ)
本文對RFID技術(shù)的概念、典型應用作了介紹，針對利用RFID中間件與現有系統難以集成的問(wèn)題，提出了一個(gè)基于SOA的RFID中間件集成應用的架構設計。使用該架構可以容易地將RFID 中問(wèn)件與企業(yè)應用系統集成到一起，并盡可能減少對現有系統的影響，從而加快了企業(yè)RFID應用系統的構建速度，從整體上降低開(kāi)發(fā)、運行和維護RFID應用系統的總成本。最后通過(guò)一個(gè)倉庫管理系統與RFID的集成應用驗證了所提出的方案的正確性。
(文/北京大學(xué)軟件與微電子學(xué)院，中國人民解放軍91796部隊，褚偉杰 田永民 李偉平)
