面向移动设备的可配置RFID中间件设计与实现

　　0　引言

　　射频识别（Radio Frequency Identification， RFID）中间件是在物理RFID阅读器和上层应用软件之间的一层软件，RFID中间件屏蔽了各种不同的阅读器传输标准，使上层应用软件得到统一、不变的数据和控制接口；另外，它还能对原始数据进行整合和过滤，产生用户定制的数据报表。在大规模应用RFID技术时，将产生海量数据，应用RFID中间件将使数据处理和传输变得相对简单。中间件的承上启下作用使RFID系统设计更为灵活，维护更为简单，不论是后端应用程序的变化，还是前端阅读器变化，都不会影响另外一端，省去维护多对多连接的复杂性问题。

　　RFID中间件是RFID技术应用领域和应用规模发展的产物，当今市场上已有一些产品，如：SUN、Microsoft和BEA的RFID中间件产品，然而，这些产品大都是运行在PC机或服务器端，由于网络带宽有限，海量的数据要通过网络传输，大量无效的数据都要集中在服务器端，服务器必须对海量的数据进行筛选、过滤并按照确定的业务规则使数据转化成用户需要的、有意义的数据，这种复杂的处理必会增加服务器的压力，影响系统的性能。在发生网络故障时，也容易造成数据的丢失等。

　　随着技术的进步，移动设备（如PDA等）的内存存储能力、CPU的处理能力不断增强，这也使得设计一种面向移动设备的RFID中间件成为可能。针对这种技术发展趋势，本文提出了一种面向移动设备的可灵活部署的RFID中间件SeaMobileMiddleware（SMM）。SMM能有效利用移动设备的内存、CPU等空闲资源，在数据发往服务器之前做一系列的预处理，优化原始数据，降低网络和服务器压力，并在网络故障时自动存储数据，保证数据的一致性。

　　1　RFID中间件SMM系统架构

　　系统架构对系统整体性能有很大影响，针对移动设备特点，给出了一种面向移动设备的可灵活配置RFID中间件SMM系统架构，如图1所示。

　　SMM的系统整体架构包括三大模块，其中：最下层为Device模块，负责把物理的真实设备抽象为系统的Device对象；中间层为Task Manager模块，是SMM的核心模块，负责处理用户和上层应用系统的一切命令，把标准的XML命令转化系统的Task对象并执行，以用来控制Device对象；最上层是用户接口（User Interface，UI）模块，是基于标准的Java swing开发的图形界面，使用户可以在本地方便地控制Device对象。同时，SMM也提供标准Web service接口，方便其他远程系统控制和管理移动设备。

　　通过为移动设备提供本地UI和远程管理接口，SMM可以使用户自定义流程，通过过滤和筛选将原始标签数据转化成用户想要的有意义数据。Task Manger提供的基于XML的标准接口也为SMM提供了很好的扩展性和兼容性。

　　1.1　Device模块

　　由于目前的Tag、Reader等种类繁多，标准各不相同，RFID中间件的核心功能一个就是屏蔽阅读器传输标准的差异，为上层提供统一的接口。SMM通过抽象，把不同种类RFID阅读器、PDA等移动设备作为不同类型Device对象进行处理，并为每种Device配置Rule、Dispatcher和Driver三种属性。不同Tag发出的原始数据通过Driver适配变为统一的数据格式，通过Rule将统一的数据格式转化成上层系统需要的数据，然后通过Dispatcher把数据发送到所需的上层应用程序中。

　　1）Driver：考虑到实际应用中的Tag、Reader的多样性，Driver对不同类型Reader数据进行适配处理，对数据进行统一和格式化。SMM架构中内置了缺省的Driver，负责处理当前大部分流行的Reader.同时，针对特殊需求，用户可以开发特定Driver完成特殊Reader及Tag的数据标准化。

　　2）Rule：Rule可以自定义特定业务逻辑和数据过滤规则，从而把数据转化成上层应用程序需要的有意义的数据。

　　比如：通过Rule配置提取同一个厂商生产的Tag的数据。

　　3）Dispatcher：Dispatcher定义数据分发路径，为数据提供路由功能。可以自定义Dispatcher，从而把数据发送到用户需要的上层应用程序中。另外，系统提供了离线Dispatcher，用于设备离线时的数据处理。当设备处于离线状态时，系统会把数据保存在嵌入式移动数据库"Olite"上，当系统连线时，离线Dispatcher自动将保存在"Olite"数据库的历史事件发送到上层应用程序中，从而实现数据自动同步。

　　基于抽象思想，Device模块把各种不同RFID阅读器等抽象成不同对象。通过配置Rule、Dispatcher和Drive属性等管理真实设备，将来源不同的Tag数据格式化为统一标准的数据，并按用户定义的规则过滤数据，转发到对应的上层系统中。

　　1.2　Task Manager模块

　　RFID中间件的另一核心功能是对外提供标准接口，便于上层应用程序调用和二次开发[10].SMM中Task Manager模块通过管理所有命令和任务执行提供标准输入输出。

　　Task Manager模块具有如下功能：1）接受各种XML命令，解析XML命令找到对应的任务对象并执行后把结果封装成标准的XML返回给调用者；2）提供高效的任务队列来处理各种各样的XML命令；3）提供动态的日志队列使用户能够实时监控设备的相关信息。

　　基于Task Manager模块，SMM提供图形界面和Web Service两种类型的请求来控制和管理移动设备，以使用户获取所需的数据。如果是SMM内部请求，则提供标准的Java API；如果是外部请求，则提供基于XML的标准Web接口。图3给出了Task Manager的实现流程。在模块中，上层应用程序通过HTTP协议把标准XML命令发送到SMM，SMM通过内嵌的轻型HTTP Server Jetty处理各种HTTP请求。Jetty接受到标准的XML请求后，把各种XML命令给Task Manager模块，Task Manager解析XML格式的命令后，通过Java反射得到对应的Task对象。如果Task对象是同步的，则调用Task执行方法，返回相应结果并转化成标准XML给Jetty服务器；如果Task对象是异步的，则放到任务队列里面去，返回为空。

　　任务队列通过线程按照先进先出的方法来执行任务。为展示Task执行过程，本文给出设备启动过程展现上层应用程序控制设备的过程。

　　上层应用通过HTTP（POST）方法把标准的XML命令发送到Jetty服务器上，格式如下：

　　Task Manager根据"action"的内容，通过Java提供的反射机制得到相应任务Start Device Task实例，并把相应的设备名称作为参数交给Start Device Task实例。由于Start Device Task是异步的，所以Start Device Task会放到任务队列中执行并且返回空。当任务队列执行到Start Device Task任务时，Task Manager日志队列会实时写日志改变dev21和dev22的状态，并返回到SMM的UI。

{$page$}

　　同理，上层应用也通过HTTP（GET）方法得到设备信息。

　　由于得到设备信息的Task是同步的，所以Jetty服务器会返回如下格式的XML信息给上层系统，包括：设备名、用户定义的扫描时间间隔、设备状态，以及driver、rule和dispatcher等相关信息。同理，外部应用程序可以通过HTTP方法来增加、启动、更新等操作来控制设备，从而可以动态改变"Device"的Driver，Rule，Dispatcher等属性，有效筛选、过滤并按照确定的业务规则使数据转化成需要的、有意义的数据。

　　1.3　SMM的整合

　　作为一种面向移动设备的可配置RFID中间件，SMM需要与底层和上层进行有效整合，以发挥其功能。本文给出了一种SMM整合方案，如图3所示。

　　本文提出的SMM的底层基于J2ME，可以安装部署于WinCE、Linux、Symbain等多个面向移动设备的操作系统上。

　　在SMM整合架构中，SMM安装在各种不同的移动设备上，读取不同类型的Tag、Smart Card的数据等，原始数据通过SMM转化成用户或者系统需要的数据，然后发送到上层系统中。

　　2　SMM性能分析

　　为了分析SMM性能，本文在PC机上使用微软的移动设备模拟器Device Emulator搭建了WindowsMobile6.0仿真环境，并在仿真环境中安装Java虚拟机crème.其中：仿真器处理器为ARM9207，主频400GHz，内存94.16MB.仿真实验步骤如下。

　　1）启动Windows CE的Java虚拟机，系统检测显示的内存图如表1.

　　2）基于CrEme启动SMM，系统检测显示的内存图如表2所示。

　　3）关闭SMM的嵌入式服务Jetty，系统检测显示的内存图如表3所示。

　　由表1～3可知，运行CrEme的所需的内存为Mc=559KB，SMM运行所需的总内存Mt=1143KB，不开启Jetty服务器所需的内存为Mnj=847KB，SMM的嵌入式服务器Jetty所需的内存为Mj=Mt-Mnj=296KB.关闭Jetty并除去CrEme消耗的内存，SMM所需的资源Ms=Mt-Mj-Mc=288KB.可见，SMM对资源要求较低，完全可以适合资源有限的移动设备。

　　3　结语

　　针对RFID移动设备的发展趋势，本文提出一种面向移动设备的可灵活配置RFID中间件SMM.SMM可以使上层系统和用户灵活配置和管理移动设备，并在出现网络故障时，保证数据同步和一致性。SMM对资源消耗较小，在移动设备资源有限的情况下可以充分利用移动设备的资源，通过过滤、分析等操作处理原始数据，为上层提供有意义的数据，并减少上层应用程序的资源消耗，提高系统效率。