RFID中間件的研究現狀與展望

自2004年以來，與RFID技術相關的文章在各個媒體上不斷涌現，相關的報道讓這個歷史其實並不短的技術在短時間內成為國際追逐的焦點。從全球巨型商業帝國沃爾瑪，到國際IT巨頭IBM、HP、微軟等等，從美國國防部到中國國家標準委，全都在RFID魔棒的指揮下舞蹈起來。 RFID產業潛力無窮，應用的範圍遍及製造、物流、醫療、運輸、零售、國防等等。Gartner Group認為，RFID是2005年建議企業可考慮引入的十大策略技術之一，然而其成功之關鍵除了標簽（Tag）的價格、天線的設計、波段的標準化、設備的認證之外，最重要的是要有關鍵的應用軟體（Killer Application），才能迅速推廣。而中間件（Middleware）可稱為是RFID運作的中樞，因為它可以加速關鍵應用的問世。 RFID中間件（即RFID Edge Server）也是EPC global推薦的RFID應用框架中相當重要的一環，它負責實現與RFID硬體以及配套設備的資訊交互與管理，同時作為一個軟硬體集成的橋梁，完成與上層複雜應用的資訊交換。目前，EPC global已推出相應的規範（ALE，應用級別事件）來統一和規範化這一層面的軟體實現。本文在對RFID中間件的定義、框架分類、特徵、發展階段及應用方向進行詳細介紹的基礎上，將著重描述ALE規範以及基於ALE規範的RFID中間件的參考實現。 1.RFID中間件介紹 RFID是2005年建議企業可考慮引入的十大策略技術之一，而中間件（Middleware）可稱為是RFID運作的中樞，因為它可以加速關鍵應用的問世。 1.1 什麼是RFID中間件 看到目前各式各樣RFID的應用，企業最想問的第一個問題是：“我要如何將我現有的系統與這些新的RFID Reader連接？”這個問題的本質是企業應用系統與硬體介面的問題。因此，通透性是整個應用的關鍵，正確抓取數據、確保數據讀取的可靠性、以及有效地將數據傳送到後端系統都是必須考慮的問題。傳統應用程式與應用程式之間（Application to Application）數據通透是通過中間件架構解決，併發展出各種Application Server應用軟體；同理，中間件的架構設計解決方案便成為RFID應用的一項極為重要的核心技術。 RFID中間件扮演RFID標簽和應用程式之間的仲介角色，從應用程式端使用中間件所提供一組通用的應用程式介面（API），即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數據。這樣一來，即使存儲RFID標簽情報的數據庫軟體或後端應用程式增加或改由其他軟體取代，或者讀寫RFID讀寫器種類增加等情況發生時，應用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護複雜性問題。 RFID中間件是一種面向消息的中間件（Message-Oriented Middleware，MOM），資訊（Information）是以消息（Message）的形式，從一個程式傳送到另一個或多個程式。資訊可以以異步（Asynchronous）的方式傳送，所以傳送者不必等待回應。面向消息的中間件包含的功能不僅是傳遞（Passing）資訊，還必須包括解譯數據、安全性、數據廣播、錯誤恢復、定位網路資源、找出符合成本的路徑、消息與要求的優先次序以及延伸的除錯工具等服務。 1.2 RFID中間件的分類 RFID中間件可以從架構上分為兩種（如圖1所示）： 圖1:RFID中間件架構 以應用程式為中心（Application Centric）的設計概念是通過RFID Reader廠商提供的API，以Hot Code方式直接編寫特定Reader讀取數據的Adapter，並傳送至後端系統的應用程式或數據庫，從而達成與後端系統或服務串接的目的。 以架構為中心（Infrastructure Centric）隨著企業應用系統的複雜度增高，企業無法負荷以Hot Code方式為每個應用程式編寫Adapter，同時面對對象標準化等問題，企業可以考慮採用廠商所提供標準規格的RFID中間件。這樣一來，即使存儲RFID標簽情報的數據庫軟體改由其他軟體代替，或讀寫RFID標簽的RFID Reader種類增加等情況發生時，應用端不做修改也能應付。 1.3 RFID中間件的特徵 一般來說，RFID中間件具有下列的特色： 獨立於架構（Insulation Infrastructure）RFID中間件獨立並介於RFID讀寫器與後端應用程式之間，並且能夠與多個RFID讀寫器以及多個後端應用程式連接，以減輕架構與維護的複雜性。 數據流（Data Flow）RFID的主要目的在於將實體對象轉換為資訊環境下的虛擬對象，因此數據處理是RFID最重要的功能。RFID中間件具有數據的蒐集、過濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的對象資訊傳到企業後端的應用系統。 處理流（Process Flow）RFID中間件採用程式邏輯及存儲再轉送（Store-and-Forward）的功能來提供順序的消息流，具有數據流設計與管理的能力。 標準（Standard） RFID為自動數據採樣技術與辨識實體對象的應用。EPC global目前正在研究為各種產品的全球惟一識別號碼提出通用標準，即EPC（產品電子編碼）。EPC是在供應鏈系統中，以一串數字來識別一項特定的商品，通過無線射頻辨識標簽由RFID讀寫器讀入後，傳送到電腦或是應用系統中的過程稱為對象命名服務（Object Name Service，ONS）。對象命名服務系統會鎖定電腦網路中的固定點抓取有關商品的消息。EPC存放在RFID標簽中，被RFID讀寫器讀出後，即可提供追蹤EPC所代表的物品名稱及相關資訊，並立即識別及分享供應鏈中的物品數據，有效率地提供資訊透明度。 1.4 RFID中間件的發展階段 從發展趨勢看，RFID中間件可分為3大類（如圖2所示）： 圖2:RFID中間件的發展趨勢 應用程式中間件（Application Middleware）發展階段 RFID初期的發展多以整合、串接RFID讀寫器為目的，本階段多為RFID讀寫器廠商主動提供簡單API，以供企業將後端系統與RFID讀寫器串接。以整體發展架構來看，此時企業的導入須自行花費許多成本去處理前後端系統連接的問題，通常企業在本階段會通過Pilot Project方式來評估成本效益與導入的關鍵議題。 架構中間件（Infrastructure Middleware）發展階段 本階段是RFID中間件成長的關鍵階段。由於RFID的強大應用，Wal Mart與美國國防部等關鍵使用者相繼進行RFID技術的規劃並進行導入的Pilot Project，促使各國際大廠持續關注RFID相關市場的發展。本階段RFID中間件的發展不但已經具備基本數據蒐集、過濾等功能，同時也滿足企業多對多（Devices-to-Applications）的連接需求，並具備平臺的管理與維護功能。 解決方案中間件（Solution Middleware）發展階段 未來在RFID標簽、讀寫器與中間件發展成熟過程中，各廠商針對不同領域提出各項創新應用解決方案，例如Manhattan Associates提出“RFID in a Box”，企業不需再為前端RFID硬體與後端應用系統的連接而煩惱，該公司與Alien Technology Corp在RFID硬體端合作，發展Microsoft .Net平臺為基礎的中間件，針對該公司900家的已有供應鏈客戶群發展Supply Chain Execution（SCE）Solution，原本使用Manhattan Associates SCE Solution的企業只需通過“RFID in a Box”，就可以在原有應用系統上快速利用RFID來加強供應鏈管理的透明度。 1.5 RFID中間件的應用方向 根據ABI Research Inc.的預測，2008年之前全球各產業的需求所創造出來的RFID市場規模可達到200億美元，其中軟體市場約佔47億美元，2007年RFID的整合服務收入將超越RFID產品收入。隨著硬體技術逐漸成熟，龐大的軟體市場商機促使國內外資訊服務廠商莫不持續注意與提早投入，RFID中間件在各項RFID產業應用中居於神經中樞，特別受到國際大廠的關注，未來在應用上可朝下列方向發展： Service Oriented Architecture Based RFID中間件 面向服務的架構（SOA）的目標就是建立溝通標準，突破應用程式對應用程式溝通的障礙，實現商業流程自動化，支援商業模式的創新，讓IT變得更靈活，從而更快地響應需求。因此，RFID中間件在未來發展上，將會以面向服務的架構為基礎的趨勢，提供企業更彈性靈活的服務。 Security Infrastructure RFID應用最讓外界質疑的是RFID後端系統所連接的大量廠商數據庫可能引發的商業資訊安全問題，尤其是消費者的資訊隱私權。通過大量RFID讀寫器的佈置，人類的生活與行為將因RFID而容易追蹤，Wal Mart、Tesco（英國最大零售商）初期RFID Pilot Project都因為用戶隱私權問題而遭受過抵制與抗議。為此，飛利浦半導體等廠商已經開始在批量生產的RFID晶片上加入“遮罩”功能。RSA Security也發佈了能成功干擾RFID信號的技術“RSA Blocker標簽”，通過發射無線射頻擾亂RFID讀寫器，讓RFID讀寫器誤以為蒐集到的是垃圾資訊而錯失數據，達到保護消費者隱私權的目的。目前Auto-ID Center也正在研究Security機制以配合RFID中間件的工作。相信Security將是RFID未來發展的重點之一，也是成功的關鍵因素。 2.RFID中間件的實現 在RFID標準制定和推廣方面，EPC global作為一個受業界委託而成立的非盈利組織，由國際物品編碼協會（EAN）和美國統一代碼委員會（UCC）共同投資，主要負責 EPC網路的全球化標準，以便快速、自動、準確地識別供應鏈中流通的商品。目前，該組織在標準制定和推廣上與其他的RFID標準組織相比，佔據了領導者的地位。 為了加快RFID技術的發展和應用，EPC global領導制定了眾多的標準，涉及到RFID軟硬體的各個層面。關於RFID中間件，EPC global于2005年9月推出了ALE （應用級別事件，Application Level Event）規範，規範其技術實現。 2.1 RFID應用框架 從RFID標簽製造開始，到其資訊被RFID閱讀器捕獲，再由RFID中間件進行事件過濾和匯總，然後由EPCIS應用軟體進行RFID事件的業務內容豐富，保存到EPCIS存儲系統，供企業自身和其合作夥伴進行訪問。在中間的各個環節，EPC global出臺了相關標準和規範。 •RFID標簽和RFID閱讀器之間，定義了EPC標簽數據規範和標簽協議； •RFID閱讀器和RFID中間件之間，定義了讀寫器訪問協議和管理介面； •RFID中間件和EPCIS捕獲應用之間，定義了RFID事件過濾和採集介面（ALE）； •EPCIS捕獲應用和EPCIS存儲系統之間，定義EPCIS資訊捕獲介面； •EPCIS存儲系統和EPCIS資訊訪問系統之間，定義了EPCIS資訊查詢介面； •其他關於跨企業資訊交互的規範和介面，譬如ONS介面等。 一個典型的RFID應用基本上都會包含這些層面的軟硬體設施，而RFID中間件作為溝通硬體系統和軟體系統的橋梁，在RFID應用環境中尤為重要。因此，如何實現、評估一個優秀的RFID中間件，對企業RFID技術實施的長遠意義起著中流砥柱的作用。 2.2 ALE介面介紹 EPC global推薦的ALE介面可以由以下的狀態圖進行描述，基本上包含了以下幾個部分： •ECSpec定義/取消定義； •ECReport獲取； •其他輔助介面。 在闡述其工作原理之前，先描述一下讀寫器的工作機制，RFID中間件和RFID讀寫器之間存在一個讀週期（Read Cycle），每個讀週期，RFID中間件會發送讀取RFID標簽指令給讀寫器，讀寫器控制讀寫天線發送電磁信號，一旦RFID標簽內置天線在其信號工作範圍內獲得這一電磁信號，會激活其晶片上的資訊發送邏輯，發送電磁響應，讀寫器的讀寫天線就會捕獲到RFID標簽資訊，發送給RFID中間件。這個讀週期是可控的，可由RFID中間件進行配置管理。 圖3:ALE介面工作圖解 ALE介面規範定義了一個事件週期（Event Cycle），一個事件週期包含一個或多個讀週期，因此，RFID中間件在這一事件週期內讀取的所有標簽資訊被聚合起來，然後通過過濾機制，發佈成為一個ECReport。ECSpec用來描述事件週期間隔或事件觸發機制，ECReport的格式，事件過濾和組合規則等。ECReport是EPC事件的匯集，還包括其他相關的資訊，譬如邏輯閱讀器名稱，ECSpec資訊等。從上圖描述的ALE工作機制，大家可以看到，有兩種機制（同步和異步）之分。 在同步工作機制下，客戶端直接調用immediate（）介面，通知Edge Server開始工作，若需要觸發器觸發，其狀態切換到請求狀態，若無需觸發器觸發，其狀態直接切換到工作狀態；在需要觸發器觸發的情況下，基於ECSpec定義的採集方式（或觸發器啟動，或週期輪詢），聚合單一事件週期內所有讀週期獲取的EPC資訊，生成ECReport，發送給客戶端，其狀態切換到工作狀態。 在異步工作機制下，第一步是定義ECSpec，告訴Edge Server如何生成ECReport，其狀態切換到未請求狀態；第二步是通過調用subscribe（訂閱）或者poll（抽取），告訴Edge Server其採集EPC操作開始工作，若需要觸發器觸發，其狀態切換到請求狀態，若無需觸發器觸發，其狀態直接切換到工作狀態；在需要觸發器觸發的情況下，基於ECSpec定義的採集方式（或觸發器啟動，或週期輪詢），聚合單一事件週期內所有讀週期獲取的EPC資訊，生成ECReport，發送給客戶端，其狀態切換到工作狀態。其他輔助介面包括查看當前Edge Server上定義的的ECSpec列表，單一ECSpec資訊，ALE標準版本，ECSpec訂閱列表等。 2.3 RFID中間件的技術實現 一個典型的基於ALE規範的RFID中間件基本上需要包括以下功能： •實現ALE規範的所有必需要求 　- 實現ALE介面規範所描述的工作狀態機 　- 支援多類EPC事件接收客戶端（HTTP，TCP，FILE） 　- 處理ECSpec，ECReport等XML，為第三方應用提供Web Service介面 •集成業界主流的RFID讀寫器 　- Symbol/Matrix讀寫器 　- Zebra讀寫器 　- Intermec讀寫器 　- ThinkMagic讀寫器 　- Alien讀寫器 　- Avery讀寫器 　- SAMSys讀寫器 　- Printronix讀寫器 •提供RFID中間件自身的配置管理 　- 配置讀寫器集成參數，實現不同讀寫器的集成 　- 配置ALE介面參數，實現第三方應用的訪問 　- 配置Edge Server工作參數，實現RFID中間件在特殊環境下適應性工作 　- 提供集中管理 •提供對RFID讀寫器的監控、基本配置和管理 　- 支援多個RFID讀寫器的同時訪問，監控 　- 支援對不同RFID讀寫器的基本配置和管理 •提供靈活擴展的框架，支援ALE規範的升級和快速集成新的RFID讀寫器 　- 提供版本維護機制，支援ALE規範的升級 　- 提供開發工具包，快速集成新的RFID讀寫器 •提供企業級運行品質，穩定，高效，安全，可管理，擴展，互聯 　- 由於RFID中間件運行在企業邊緣層，在進行RFID中間件集中管理的同時，需要自身提供足夠高的可用性 　- 海量級的EPC資訊採集需要RFID中間件高效工作，支援多RFID讀寫器並行操作 　- 業務上的安全要求其EPC資訊的採集行為必須是安全的 　- 簡潔直觀的管理風格有助於企業更好的管理RFID中間件及其相關RFID硬體設施 　- 擴展能力，除了前面提到的對標準和硬體的相容性之外，需要在性能提升方面通過多個RFID中間件並行工作來進一步優化性能。 　- 良好的互聯性，實現與第三方應用的協同工作。 圖4:RFID中間件定位 圖4描述的是RFID中間件在RFID應用系統中的定位，實現RFID上層應用和底層RFID硬體的資訊交換，可以明確，支援ALE標準僅僅是一個RFID中間件的一項工作，其他方面的技術實現也相當重要，缺一不可。 4.結束語 不同公司提供的RFID硬體設施各自有其獨特的優勢和局限性，隨著企業實施RFID應用的深入展開，其應用環境複雜度的加劇，將導致企業在不同應用環境下採用不同公司提供的RFID硬體解決方案。同時，與企業核心業務系統之間的資訊交互不斷加強，RFID中間件也需要滿足眾多業務系統的集成要求，因此，如何選擇一個適合企業自身應用環境的RFID中間件，成為企業成功實施RFID應用的重要一環。 資料來源：http://big5.ccidnet.com 2008/1/24