RFID中間件研究?jī)?nèi)容、目的與意義-101.

1、1.RFID 中間件的功能RFID 中間件是物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)中的關(guān)鍵和靈魂，為解決分布異構(gòu)問題，人們提出 了中間件的概念。中間件是位于平臺(tái)（硬件和操作系統(tǒng)和應(yīng)用之間的通用服務(wù)，這些 服務(wù)具有標(biāo)準(zhǔn)的程序接口和協(xié)議。針對(duì)不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)，它們可以有符合接口和協(xié)議規(guī)范的多種實(shí)現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)就是這分布異構(gòu)的一個(gè)完全實(shí)例，一個(gè)龐大的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，需要各種智能終端的支持，而智能終端的種類又形形色色,RFID 是物 聯(lián)網(wǎng)傳遞信息的一個(gè)強(qiáng)有力技術(shù)，其 RFID 中間件能有效支持此功能,RFID 中間件是 一種面向消息的中間件，承擔(dān)著 RFID 硬件和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳遞 的任務(wù)，隔離數(shù)據(jù)層與應(yīng)用

2、層，使應(yīng)用程序之間數(shù)據(jù)通透，提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性和 可維護(hù)性。其在 PC 或服務(wù)器上已經(jīng)有較好的應(yīng)用實(shí)例，而在智能終端上尚未有比較 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。由于 RFID 標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)于可移植性和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對(duì)于互操作性的重要性，RFID 中間件已成為物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要部分。對(duì)于智能終端應(yīng)用軟件開發(fā),RFID 中間件遠(yuǎn)比操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)更為重要,RFID 中間件提供的程序接口定義了一個(gè)相對(duì) 穩(wěn)定的高層應(yīng)用環(huán)境，不管底層的移動(dòng)設(shè)備硬件和系統(tǒng)軟件怎樣更新?lián)Q代，只要將中 間件升級(jí)更新，并保持 RFID 中間件對(duì)外的接口定義不變，應(yīng)用軟件幾乎不需任何修 改，從而保護(hù)了企業(yè)在應(yīng)用軟件開發(fā)和維護(hù)中的重大投資，更有利

3、于開發(fā)出豐富實(shí)用的應(yīng)用軟件。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,RFID 中間件主要分為應(yīng)用程序中間件、架構(gòu)中間件和 解決方案中間件。應(yīng)用程序中間件主要通過驅(qū)動(dòng)程序控制閱讀器，讀取 RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)，與硬件耦合度大、共用性差。解決方案中間件是在中間件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，按照用戶需求，提供定制的軟件和硬件。架構(gòu)中間件是可重構(gòu)的通用RFID 中間件，能夠根據(jù)不同的硬件設(shè)備，向應(yīng)用層提供靈活的數(shù)據(jù)接口，能夠完成數(shù)據(jù)的采集、過濾，平臺(tái)維護(hù)、管理等功能。2.項(xiàng)目的目標(biāo)本項(xiàng)目主要研究分層架構(gòu)的 RFID 中間件系統(tǒng)功能，著重研究實(shí)現(xiàn) RFID 中間可 重構(gòu)性,RFID 數(shù)據(jù)有效性、可靠性,RFID 數(shù)據(jù)傳輸安全性，以及 R

4、FID 數(shù)據(jù)服務(wù)與移 動(dòng)終端多媒體服務(wù)融合等關(guān)鍵技術(shù)。本項(xiàng)目的研究目標(biāo)是優(yōu)化RFID 數(shù)據(jù)加密算法,提高 RFID 數(shù)據(jù)壓縮效率，融合 RFID 數(shù)據(jù)與多媒體服務(wù)，并基于研究成果基礎(chǔ)之上，構(gòu)建運(yùn)行于 An droid 系統(tǒng)的輕量級(jí) RFID 中間件軟件。主要從以下 3 方面來進(jìn)行具 體研究。2.1 RFID 中間件架構(gòu)分層在架構(gòu)層次方面，我們將對(duì)面向移動(dòng)終端的輕量級(jí) RFID 中間件系統(tǒng)的功能設(shè)定、分層原則、層任務(wù)分析與設(shè)計(jì)、層接口分析與設(shè)計(jì)、消息傳遞機(jī)制等進(jìn)行研 究。面向移動(dòng)終端的輕量級(jí) RFID 中間件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端 RFID 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) -轉(zhuǎn)發(fā)”功能，利用移動(dòng)終端資源進(jìn)行 RFID

5、 數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單分析與處理，為移動(dòng)終端用戶提 供實(shí)時(shí)有效的信息服務(wù)。相對(duì)于企業(yè)級(jí) RFID 中間件系統(tǒng)，它包含簡(jiǎn)單事件引擎服 務(wù)、適配服務(wù)、配置管理服務(wù)和簡(jiǎn)單應(yīng)用接口服務(wù)，不包括企業(yè)資源融合服務(wù)。分層 RFID 中間件架構(gòu)是將整個(gè)系統(tǒng)劃分為應(yīng)用接口層、數(shù)據(jù)處理層、信息服 務(wù)層、設(shè)備管理層。應(yīng)用接口層向高層應(yīng)用程序提供服務(wù)接口，可以在其上層進(jìn)行服務(wù)定制和任務(wù)設(shè)定；數(shù)據(jù)處理層負(fù)責(zé) RFID 數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)校對(duì)、壓縮/解壓、加 密/解密等實(shí)現(xiàn)，對(duì)原始 RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理,提高 RFID 數(shù)據(jù)有效性，減少數(shù) 據(jù)通信量；信息服務(wù)層完成 RFID 數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，主要是信息通信有效性、安全 性控制

6、，和路由選擇等；設(shè)備管理層提供 RFID 中間件自身的配置管理，提供對(duì)讀寫器 的監(jiān)控、基本配置管理等，進(jìn)行不同 RFID 數(shù)據(jù)源對(duì)應(yīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)中間件的可重 構(gòu)性。2.2 安全機(jī)制研究移動(dòng)終端 RFID 中間件通信及安全機(jī)制，包括 RFID 數(shù)據(jù)接收、過濾、冗余 控制、發(fā)送等功能分析和設(shè)計(jì)，研究和設(shè)計(jì)具有較好性能的 RFID 數(shù)據(jù)壓縮/解壓與 對(duì)稱加密/解密算法等。物聯(lián)網(wǎng)中 RFID 數(shù)據(jù)是海量的，其中在閱讀器在讀取數(shù)據(jù)時(shí)還可能存在重復(fù)與錯(cuò) 誤情況，而移動(dòng)終端主要依賴無線通信技術(shù)進(jìn)行信息傳輸，受到帶寬的限制，與 RFID 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理需求，必須減少在信道中傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)量。RFID 數(shù)據(jù)壓縮

7、要求在不丟失信息的前提下，縮減數(shù)據(jù)量以減少存儲(chǔ)空間，提高其傳輸、存儲(chǔ)和處理效率。 RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)為純文本數(shù)據(jù)，自適應(yīng)算術(shù)編碼為無損數(shù)據(jù)壓縮算法，對(duì)文本數(shù)據(jù)具有 較優(yōu)的壓縮效果。通過該算法，能夠有效減少 RFID 數(shù)據(jù)傳輸量，提高數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和 可用性。研究將對(duì)自適應(yīng)算數(shù)編碼壓縮算法進(jìn)行優(yōu)化，分析 RFID 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，設(shè)計(jì)出適用于移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)壓縮算法。對(duì)于 RFID 中間件來說，信息安全是一個(gè)至關(guān)重要的問題。隨著 RFID 技術(shù)在不 同行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，特別是銀行等對(duì)安全性要求嚴(yán)格的部門，解決 RFID 中間件系 統(tǒng)的安全性尤為緊迫。另一方面,RFID 數(shù)據(jù)在人員定位，軌跡跟蹤等方面的應(yīng)用

8、，涉 及到應(yīng)用對(duì)象或用戶的隱私信息，保護(hù)此類信息不被非法截獲或泄漏，也是 RFID 中 間件系統(tǒng)重要責(zé)任。常用的信息安全技術(shù)包括數(shù)字簽名、信息認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密等，最為常用和有效的信息安全技術(shù)是數(shù)據(jù)加密。數(shù)據(jù)加密方法分對(duì)稱密鑰加密和非對(duì)稱密鑰加密兩種。 非對(duì)稱加密算法加密速 度慢、密鑰尺寸大，不適于應(yīng)用到移動(dòng)終端設(shè)備通信加密；選擇合適的對(duì)稱加密算法 能夠有效提高 RFID 數(shù)據(jù)傳輸安全性與可靠性。2.3 RFID 與移動(dòng)終端的融合作為中間件，可以與其它多個(gè)領(lǐng)域如何，在本項(xiàng)目中，開發(fā)的 RFID 中間件數(shù)據(jù)管 理主要與數(shù)據(jù)服務(wù)的內(nèi)容及其與移動(dòng)終端多媒體服務(wù)的融合。RFID 數(shù)據(jù)管理包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析與

9、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)編碼與解碼、數(shù)據(jù)更新與同步、數(shù)據(jù)封裝與解析等。項(xiàng) 目將重點(diǎn)研究 RFID 數(shù)據(jù)服務(wù)與移動(dòng)終端多媒體服務(wù)的融合，利用 RFID 數(shù)據(jù)特性，疊加移動(dòng)終端的語音、視頻等多媒體服務(wù)，為用戶提供多途徑、多樣化、多視角的 物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)。由于存儲(chǔ)容量限制，RFID 標(biāo)簽只記錄標(biāo)識(shí)物的關(guān)鍵屬性信息和身份識(shí)別信息，一 般RFID 數(shù)據(jù)服務(wù)根據(jù)獲取的 RFID 標(biāo)識(shí)信息構(gòu)造文本數(shù)據(jù)服務(wù)。隨著移動(dòng)終端特 別是智能手機(jī)性能的提高，音頻、視頻等多媒體服務(wù)也能夠順利運(yùn)行，給用戶帶來多途徑、多樣化、多視角信息服務(wù)體驗(yàn)。通過分析RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)與移動(dòng)終端多媒體服務(wù)特性，研究它們之間的服務(wù)融合方式和實(shí)現(xiàn)方法，為用

10、戶提供 RFID數(shù)據(jù)與多媒體疊加的信息服務(wù)，提高 RFID 信息服務(wù)的可用性，拓展物聯(lián)網(wǎng)服務(wù) 的應(yīng)用領(lǐng)域。3開發(fā) RFID 中間件的意義當(dāng)前市場(chǎng)上，已經(jīng)成熟的 RFID 中間件產(chǎn)品大都是運(yùn)行在 PC 機(jī)或服務(wù)器端，由于 海量的 RFID 數(shù)據(jù)要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，大量無效的信息占用較多帶寬，而且數(shù)據(jù)處理都 要集中在服務(wù)器端，包括篩選、過濾、冗余檢測(cè)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等復(fù)雜的處理，大大增加了服務(wù)器的壓力，影響系統(tǒng)的性能發(fā)揮。另外，由于中間件運(yùn)行載體的位置固定，使得RFID 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域局限，喪失其靈活性和廣泛性，無法充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)越性能。隨著技術(shù)的進(jìn)步，移動(dòng)終端（如智能手機(jī)、PDA 等的內(nèi)存容量、CPU

11、的處理能力 不斷增強(qiáng)。 為了克服 RFID 中間件運(yùn)行載體的位置固定性帶來的缺陷，基于移動(dòng)終端 的 RFID閱讀器正在被許多廠商或科研單位進(jìn)行研制。面向移動(dòng)終端輕量級(jí)RFID中間件能有效利用移動(dòng)終端的內(nèi)存、CPU 等硬件資源及信息服務(wù)類軟件資源，完成RFID 粗粒度數(shù)據(jù)預(yù)處理，優(yōu)化 RFID 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，減少有效數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸量，保證服務(wù)層與用戶層數(shù)據(jù)一致性，為應(yīng)用程序提供可靠的服務(wù)接口。面向移動(dòng)終端 RFID 中間件技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的新需求，項(xiàng)目研究是對(duì)這一 方向的有益探索和實(shí)踐；項(xiàng)目成果將為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的領(lǐng)域拓展和性能提升提供新的 解決方案，為相關(guān)研究提供重要參考。An droid 作

12、為移動(dòng)終端的一個(gè)技術(shù)支撐，在 2011 年已大幅搶占黑莓 RIM 的市場(chǎng) 空間,實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，超過 iOS 成為市場(chǎng)份額最大的移動(dòng)終端的操作系統(tǒng)。RFID 中間件又稱 RFID 管理軟件，它屏蔽了 RFID 設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，能夠?yàn)楹笈_(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng) 提供強(qiáng)大的支撐，從而驅(qū)動(dòng)更廣泛、更豐富的 RFID 應(yīng)用。顯然,an droid 平臺(tái)自然成 為了一個(gè)能承載物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) RFID 不可或缺的技術(shù)平臺(tái)，可以通過在 an droid 上 開發(fā)出一套具有易用、靈活、易擴(kuò)展的中間件，作為其它應(yīng)用的紐帶，開發(fā)出更加多 更實(shí)用的應(yīng)用，從而有效促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展?，F(xiàn)在，各大移動(dòng)終端廠商已經(jīng)在綢繆涉 入 RFI

13、D 領(lǐng)域，開發(fā) RFID 的中間件，成為最迫切的需求。4.市場(chǎng)前景在未來的幾年中,RFID 技術(shù)將繼續(xù)保持高速發(fā)展的勢(shì)頭。電子標(biāo)簽、讀寫器、 系統(tǒng)集成軟件、公共服務(wù)體系、標(biāo)準(zhǔn)化等方面都將取得新的進(jìn)展。隨著RFID 中間件的推廣,RFID 產(chǎn)品種類將越來越豐富，特別在移動(dòng)終端領(lǐng)域,應(yīng)用和衍生的增值服 務(wù)也將越來越廣泛。4.1 交通運(yùn)輸領(lǐng)域利用 RFID 技術(shù)對(duì)高速移動(dòng)物體識(shí)別的特點(diǎn)，可以對(duì)運(yùn)輸工具進(jìn)行快速有效的定 位于統(tǒng)計(jì)，方便對(duì)車輛的管理和控制。具體應(yīng)用方向包括公共交通票證、不停車收 費(fèi)、車輛管理及鐵路機(jī)車、車輛、相關(guān)設(shè)施管理等。應(yīng)用RFID 智能卡可對(duì)汽車牌照進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，通過電子錢包完成電

14、子收費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)，達(dá)到加快流量，有 效減少擁堵的目的。目前，已有通過將工作于 UHF 頻段的 RFID 電子標(biāo)簽安裝在汽 車擋風(fēng)玻璃上，從而創(chuàng)立一個(gè)汽車數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)信源系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能豐富，能通過移動(dòng) 支付的充值、儲(chǔ)值進(jìn)行交易，通過自動(dòng)識(shí)別和相關(guān)應(yīng)用軟件調(diào)節(jié)、控制交通出行兒 緩解擁堵。4.2 公共安全領(lǐng)域?yàn)榱颂岣呷嗣竦纳钯|(zhì)量，構(gòu)建和諧社會(huì)，中國在公共安全領(lǐng)域迫切需要通過應(yīng) 用RFID 技術(shù)加強(qiáng)管理，具體方向包括醫(yī)療衛(wèi)生、食品安全、危險(xiǎn)品管理、煤礦安全等。目前，RFID 已應(yīng)用于藥品信息的采集、加工和利用。通過建立藥品產(chǎn)銷供應(yīng)鏈 的RFID 監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤和課=可追溯的安全監(jiān)管體

15、系，可以確保藥品的真實(shí) 性、質(zhì)量的可靠性以及責(zé)任管理的可追溯性。為使廣大人民吃上放心肉，國家金卡工程辦公室支持農(nóng)業(yè)部在四川省等重點(diǎn)畜產(chǎn)品養(yǎng)殖地區(qū)，應(yīng)用 RFID 技術(shù)隊(duì)肉牛和生 豬等牲畜養(yǎng)殖、屠宰和食品加工產(chǎn)業(yè)鏈建立全程質(zhì)量安全追溯體系，應(yīng)用 RFID 技術(shù)和電子標(biāo)識(shí)對(duì)肉?；蛏i身份標(biāo)識(shí)及牛肉或豬肉質(zhì)量安全查詢，進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、 可追溯的信息管理，實(shí)現(xiàn)了弄畜產(chǎn)品源頭可追溯、流向可跟蹤、信息可存儲(chǔ)、產(chǎn)品 可追回。4.3 口岸監(jiān)管領(lǐng)域口岸監(jiān)管領(lǐng)域在海關(guān)推行的多元化保稅倉儲(chǔ)物流監(jiān)管體系和多點(diǎn)報(bào)關(guān),異地驗(yàn)收”的模式下,RFID 可以作為物流監(jiān)管以及數(shù)字化隨附單據(jù)的技術(shù)手段，建立不同口岸間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的 短鏈”應(yīng)用。利用廉價(jià)的一次性電子簽封，海關(guān)可有效監(jiān)管綠色通道 兩地之間的貨物，實(shí)現(xiàn)貨物無障礙通關(guān)。其貨物在到達(dá)目的地海關(guān)辦理報(bào)關(guān)手續(xù)，對(duì)線路兩點(diǎn)間進(jìn)行運(yùn)輸監(jiān)控和數(shù)據(jù)監(jiān)控，在口岸由自動(dòng)核放系統(tǒng)直接核放（需查驗(yàn)的除 外，免予辦理人工錄單、人工審核、人工驗(yàn)收手續(xù)4.4 RFID 技術(shù)在手機(jī)中的應(yīng)用將 RFID 技術(shù)嵌入到手機(jī)后，可以用手機(jī)和標(biāo)簽來進(jìn)行移動(dòng)商務(wù)。例如使用手機(jī) 掃描媒體上的標(biāo)簽，再通過其內(nèi)置的管理軟件解讀相關(guān)標(biāo)簽信息。解讀信息后，手機(jī) 便執(zhí)行