無線射頻識別（RFID）是一種通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(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。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)濟增長點，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。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實時產(chǎn)生的事件，可以驅(qū)動業(yè)務(wù)流程，實現(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、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)簽信息進行過濾和聚集，并按照其指定的格式和方式上報。

　　RFID中間件3個主要的功能：

　?。?）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)動的細節(jié)，向應(yīng)用系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)的ALE報告接口，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)邏輯的實現(xiàn)。

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　?。?）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。

　?。?）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中間件在上報標(biāo)簽信息的時候，可以將兩個天線清點的標(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，不管底層的計算機硬件和系統(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，從而保護企業(yè)在應(yīng)用軟件開發(fā)和維護中的重大投資。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更接近讀寫器運行時所需的空口協(xié)議的細節(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)的擴展能力，可以方便的支持未來其他空口協(xié)議。

　　從LLRP接口的具體職責(zé)上來看，主要包括如下職責(zé)：

　　（1）提供方法，用來操作RFID讀寫器進行清點、讀、寫等動作，以及執(zhí)行其它相關(guān)協(xié)議中的命令，如殺、鎖等

　?。?）提供方法，在對標(biāo)簽進行操作時，獲得健壯性報告和進行錯誤處理

　?。?）提供方法，用來在操作命令需要時傳輸標(biāo)簽密碼

　?。?）提供方法，用來控制前向反向的無線射頻（RF）鏈路操作，包括管理RF功率和反向靈敏度，在多讀寫器環(huán)境中評估沖突

　?。?）提供方法，用來控制標(biāo)簽協(xié)議操作，包括協(xié)議參數(shù)和防碰撞算法的參數(shù)

　?。?）提供方法，使之更易于支持新的空口協(xié)議

　?。?） 提供方法，用來恢復(fù)讀寫器出廠設(shè)置

　?。?）提供方法，用于讀寫器生產(chǎn)廠商在一定范圍內(nèi)擴展協(xié)議

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　　ALE是EPCglobal定義的RFID應(yīng)用系統(tǒng)和RFID中間件間的接口規(guī)范，包含標(biāo)簽內(nèi)存區(qū)管理API、ALE讀API、ALE寫API、ALE邏輯讀寫器API和訪問控制API共5組接口及業(yè)務(wù)功能。

　?。?）標(biāo)簽內(nèi)存區(qū)管理API：包括defineTMSpec，undefineTMSpec，getTMSpec，getTMSpecNames等API，給應(yīng)用系統(tǒng)提供了定義邏輯上的標(biāo)簽內(nèi)存區(qū)的能力，使其可以定義其關(guān)心的RFID標(biāo)簽區(qū)域。

　?。?）ALE讀API：包括define，undefine，getECSpec，getECSpecNames，subscribe，unsubscribe，poll，immediate，getSubscribers等API，給應(yīng)用系統(tǒng)提供了定義讀標(biāo)簽事件規(guī)則，訂閱事件報告的能力，使其可根據(jù)自身業(yè)務(wù)邏輯需要，定義相應(yīng)的事件規(guī)則，獲取包含標(biāo)簽信息的事件報告。

　?。?）ALE寫API：包括define，undefine，getECSpec，getECSpecNames，subscribe，unsubscribe，poll，immediate，getSubscribers等API，作用和ALE讀API相似，不同的是這組API提供的是寫標(biāo)簽的能力。

　　（4）ALE 邏輯讀寫器API：包括define，update，undefine，getLogicalReaderNames，getLRSpec，addReaders，setReaders，removeReaders，setProperties，getPropertyValue等API，給應(yīng)用系統(tǒng)提供了定義邏輯讀寫器，修改邏輯讀寫器屬性的能力。

　?。?）訪問控制API：包括definePermission，updatePermission，undefinePermission，defineRole，updateRole，undefineRole，addPermissions，setPermissions，removePermissions，defineClientIdentity，updateClientIdentity，undefineClientIdentity， addRoles， removeRoles， setRoles等API，提供了設(shè)置角色，權(quán)限相關(guān)的安全方面的功能。

　　通過實現(xiàn)ALE規(guī)定的這5類API，中間件不但可以屏蔽閱讀器的物理位置信息，還可以實現(xiàn)標(biāo)簽信息的過濾和聚集，使應(yīng)用系統(tǒng)可以把主要的精力放在業(yè)務(wù)邏輯的處理上。

　　3 RFID中間件系統(tǒng)實現(xiàn)原理

　　RFID中間件系統(tǒng)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)簽信息進行過濾和聚集，并按照其指定的格式和方式上報，其架構(gòu)如圖2所示，主要由設(shè)備驅(qū)動適配，規(guī)則引擎，事件處理引擎，規(guī)則庫組成。

　　RFID中間件系統(tǒng)各個模塊功能如下：

　?。?）設(shè)備驅(qū)動適配：設(shè)備驅(qū)動適配的主要功能是將各個讀寫器廠商不同型號、版本的讀寫器接口適配成對事件處理引擎統(tǒng)一的接口。各種標(biāo)簽數(shù)據(jù)和讀寫器事件經(jīng)過設(shè)備驅(qū)動適配模塊處理后，對事件處理引擎表現(xiàn)出統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，使事件處理引擎可以不關(guān)心各個廠商讀寫器的具體接口。

　?。?）事件處理引擎：對讀寫器上報的標(biāo)簽數(shù)據(jù)和讀寫器事件進行過濾、分組、合成等操作，以便滿足EPCIS捕獲應(yīng)用的需要。

　?。?）規(guī)則引擎：處理來自EPCIS捕獲應(yīng)用的規(guī)則，并將事件處理引擎處理后的信息，以標(biāo)準(zhǔn)的ALE接口上報給EPCIS捕獲應(yīng)用。

　?。?）規(guī)則庫：用于對EPCIS捕獲應(yīng)用設(shè)置的規(guī)則進行持久化，以便在RFID系統(tǒng)重新啟動時，即時加載已經(jīng)設(shè)置成功的事件規(guī)則。

　　這種RFID中間件系統(tǒng)的架構(gòu)，通過設(shè)備驅(qū)動適配模塊，很好地實現(xiàn)了屏蔽讀寫器接口差異的功能。但是同時也存在一個很大的弊端，就是針對不同廠商的不同讀寫器型號，甚至是同一讀寫器型號的不同版本，都要開發(fā)其對應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動適配模塊。由于定制開發(fā)需要的周期較長，所以這種架構(gòu)的RFID中間件系統(tǒng)，不利于快速集成。

　　4 LLRP協(xié)議的實現(xiàn)及其優(yōu)勢

　　在RFID網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，LLRP處于中間件和讀寫器之間。在架構(gòu)上，中間件以下的部分可分為3個功能組：

　　（1）數(shù)據(jù)分支：標(biāo)簽數(shù)據(jù)處理

　?。?）管理分支：讀寫器設(shè)備管理

　?。?）控制分支：讀寫器控制和協(xié)作

　　LLRP涉及這3個分支的處理。

　　從圖3可以看到，基于LLRP的RFID中間件系統(tǒng)，不再有針對各個廠商不同接口讀寫器的適配模塊，而是統(tǒng)一采用LLRP操作和控制各個讀寫器進行標(biāo)簽的清點，讀寫等操作。

　　隨著諸如超高頻（UHF） C1G2等空口協(xié)議的成熟，以及讀寫器的大量使用，讀寫器的控制和協(xié)作就顯得尤為重要。LLRP通過直接將空口協(xié)議相關(guān)的控制方法暴露給中間件的方式，來改進控制分支的功能；同時，LLRP也支持多空口協(xié)議以方便擴展。

　　如圖4所示，LLRP使用消息在中間件和讀寫器間進行通信，消息是一種協(xié)議數(shù)據(jù)單元。按照消息傳遞的方向來分：

　　從中間件到讀寫器的消息包括：

　?。?）獲取和設(shè)置讀寫器配置信息

　?。?）讀寫器能力獲取

　?。?）管理讀寫器清點和訪問操作

　　從讀寫器到中間件的消息包括：

　?。?）讀寫器狀態(tài)報告

　?。?）射頻監(jiān)測信息

　?。?）清點和訪問操作的結(jié)果

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　　而對讀寫器具體的操作命令參數(shù)，則是通過LLRP的各種規(guī)格來聲明。同樣按照命令的發(fā)送方向來看：

　　由中間件發(fā)送給讀寫器的命令，包括：

　?。?）讀寫器操作：定義了清點參數(shù)和射頻測量參數(shù)

　?。?）標(biāo)簽訪問操作：定義了對標(biāo)簽訪取操作。

　　由讀寫器返回給中間件的命令，包括：

　?。?）標(biāo)簽操作和射頻測量的報告

　　（2） 事件通知：如跳頻、緩存溢出等情況

　?。?）心跳消息：周期消息，監(jiān)測與中間件之間的連接情況

　　5 結(jié)束語

　　RFID中間件系統(tǒng)位于EPCIS捕獲應(yīng)用和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)簽信息進行過濾和聚集，并按照其指定的格式和方式上報。傳統(tǒng)的RFID中間件系統(tǒng)架構(gòu)，可以通過設(shè)備驅(qū)動適配模塊屏蔽讀寫器的接口差異，但是不利于快速進行集成。基于LLRP的RFID中間件系統(tǒng)，不再有針對各個廠商不同接口讀寫器的適配模塊，而是統(tǒng)一采用LLRP操作和控制各個讀寫器進行標(biāo)簽的清點，讀寫等操作，可以快速集成設(shè)備，從而構(gòu)建RFID系統(tǒng)。

　　6 參考文獻

　　[1] EPCglobal Inc. The EPCglobal architecture framework， EPCglobal final version 1.3[S]. 2009.

　　[2] EPCglobal Inc. The application level events （ALE） specification， version 1.1， Part I： Core specification[S]. 2008.

　　[3] EPCglobal Inc. Low level reader protocol （LLRP）， version 1.0.1[S]. 2007.