RFID中间件ALE引擎是怎样设计实现的

引 言

无线射频识别技术（Radio Frequency IdenTIficaTIon，以下简称RFID）是从20 世纪90 年代 兴起的一项自动识别技术，它利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交 换数据。随着RFID 技术和应用的发展，RFID 系统日趋复杂，RFID中间件的出现很好地解 决了将物理基础架构收集到的信息传递给企业应用程序的问题。中间件的主要任务是对读写 器传来的与标签相关的事件、数据进行过滤、汇集和计算，减少从读写器传往企业应用的巨 量原始数据、增加抽象出的有意义的信息量，并提供应用程序级别的接口来查询RFID事件 。

ALE是应用层事件简称，最初作为Savant 应用的一部分开发而成，如今归属于国际 标准组织EPCglobal，它是旨在把低层的电子产品代码（EPC）数据和高层的企业系统相互连 接的EPCglobal 网络计划的一部分，现在已成为标准。RFID中间件应该提供符合ALE 标 准的接口供企业系统或者第三方组件访问，扩大中间件的适用范围，因此设计和开发可重构 的、可靠的ALE 引擎对实现成熟的RFID中间具有重要意义。

1 相关研究

1.1 应用层事件（ALE）标准

RFID 读写器在工作时不停地读取标签，造成同一个标签在短时间内可能被读到很多次， 这些数据如果直接发送给应用程序将为通信网络带来很大的负担，所以需要RFID 中间件对 这些原始数据进行一层收集和过滤的处理。ALE的出现就是为了减少原始数据的冗余性，为 应用系统从大量数据中提炼出有效的业务逻辑。ALE 层介于应用业务逻辑和原始标签读取层 之间，它接收从数据源（一个或多个读写器）中读取的标签信息，而后按照时间间隔等条件 收集数据，将重复或不敢兴趣的EPC数据剔除过滤，同时可以进行计数及组合等 *** 作，最 后将这些信息对应用系统进行汇报。

在 ALE 中，应用系统可以定义这些内容：在什么地方（地点可以映射一个或多个读写 器及天线）读取标签，将在怎样的时间间隔内（决定时间、某个外部事件触发）收集数据， 如何过滤数据，如何整理数据报告内容（按照公司、商品还是标签分类），标签出现或消失 时是否对外报告，以及统计读取到的标签数目等。

ALE 标准定义的是一组接口，它不牵涉到具体实现。在EPCglobal 组织的规划中，支 持ALE 标准是RFID中间件的最基本的一个功能;这样，在统一的标准下，应用层上的调用 方式就可统一，应用系统也就可以快速部署。因此，实现ALE 引擎对RFID中间件具有重要意义。

1.2 OSGi

OSGi（Open Systems Gateway IniTIaTIve）［4］规范为网络服务定义了一个标准的、面向组件 的计算环境，在此环境中软件组件可以从运行中被安装、升级或者移除而不需要中断设备的 *** 作，还可以动态的发现和使用其他库或者应用程序。采用OSGi的一种考虑是因为中间件 的开发要依据组件概念来进行设计，这些组件被开发为软件包，通过引用的方式来进行互调。 在OSGi框架中，应用程序可以单独进行部署，以软件包的形式进行开发。正确的使用该模 型可以使软件包进行重用和快速替换，并且使第三方软件包重用成为可能。

2 引擎设计

如图1所示，ALE引擎由引擎内核、数据处理和事件处理三大模块组成，它们结合起来 满足ALE标准所要求的接口功能。

图1 ALE引擎架构

2.1 事件处理模块

事件处理模块分为四个字模块：应用层事件接口是符合 ALE 标准的程序接口，提供标 准的方法供应用程序调用以获取ALE标准的功能;事件请求模块分析应用程序的事件请求，即ALE 标准中定义的ECSpec ，并根据请求对事件报告组建模块、引擎内核、数据过滤模 块、数据分组模块和数据格式转换模块进行相应的配置;事件报告组建模块负责按照应用程 序的事件请求生成数据报告，数据报告有统一的格式，但是应用程序可以指定报告的种类（当 前读取标签/消失标签/新增标签）和数据分组的规则;根据ALE标准应用程序可以以异步 的方式请求数据报告，报告分发模块提供了以异步方式向事件报告订阅者发送报告的功能， 发送方式可以是HTTP， FTP， Web Service 等多种方式。

2.2 引擎内核

事件管理是 ALE 引擎中最核心的功能，引擎内核模块负责管理事件的生命周期，如图 2 所示。在ALE 模型中有几个最基本的概念：读周期（Read Cycle），事件周期（Event Cycle）和事件周期定义（ECSpec）。读周期是和读写器交互的最小时间单元，一个读周期的 结果是一组EPCs集合，读周期的时间长短和具体的天线、无线射频协议有关，读周期的输 出就是ALE 层的数据来源。事件周期可以是一个或多个读周期，它是从用户的角度来看待 读写器的，并可以将一个或多个读写器当作一个整体，是ALE 接口和用户交互的最小时间 单元。应用业务逻辑层的客户在ALE 中定义好ECSpec之后，就可接收相应的事件周期的 数据报告。

图2 事件周期定义（ECSpec）状态转移图

2.3 数据处理模块

数据处理模块分为四个子模块：数据队列模块负责缓存数据，当读写器读取到一个标签 时会把数据放入相应的队列，其他的数据处理模块会把数据从队列中取出然后进行处理，当 队列满了或者超时数据会从队列中删除;数据格式转换模块根据应用的要求对数据做出格式 转换;数据过滤模块根据ECSpec的定义对数据进行过滤，过滤规则包括‘包含模式’和‘排除模式’两种模式［3］，最后出现在报告中的标签信息至少要与‘包含模式’列表中的一 个模式匹配，并且不能与任何出现在‘排除模式’中的模式匹配;数据分组模块根据ECSpec 的定义对过滤后的数据进行分组和统计。

3 引擎内核实现

引擎内核采用事件驱动的方式实现，见图 3。

图3 引擎内核实现

一个 ECSpec 在内核里对应着一个事件周期管理者，应用层对于ALE 读接口的调用会 映射到具体的事件周期管理者上，由事件周期管理者来完成接口提供的功能。当一个 ECSpec 被定义时（即调用define 或immediate方法），引擎就会为这个ECSpec 创建 对应的事件周期管理者，同时创建一个事件周期对象和各种触发器。当ALE 接口调用请求 者第一次对某个ECSpec发出调用请求时（例如调用subscribe， poll， immediate 方法）将激活对应的事件周期管理者，此时由这个事件周期管理者所控制的事件周期对象和各个触 发器也被激活，事件周期对象开始按照ECSpec中所定义的边界条件开始和结束激活状态， 并收集RFID 标签数据。当最后一个接口调用请求的调用方法返回时，事件周期管理者再次 进入休眠状态，对应的事件周期对象和各个触发器也停止运行，直到被再次唤醒或者随着该 ECSpec 的撤销被撤销。

ECSpec 会在未请求、已请求和活跃状态三种状态的之间迁移，状态策略模块根据状 态转换的规则转换ECSpec的状态。外部调用请求会导致状态的变迁，不同的状态下接收 到相同的调用请求除了执行不同的 *** 作外还可能使ECSpec 变迁为不同的后继状态，因此 这里使用了状态模式。每一时刻ECSpec 都会处于某一种状态中，事件周期管理者接收到 接口调用请求后都会把请求代理给状态策略模块，由当前状态策略决定对调用如何响应和确 定后继状态是什么。

ALE 标准中定义了事件周期触发器，并且具体定义了一个时间触发器。在引擎中，除了 这个时间触发器外，所有事件周期边界条件都被看作是一种触发器，因此抽象出一个触发器 接口Trigger 。事件周期中定义的各种的边界条件， 如duation， repeatPeriod， stableSetInterval 等等都是抽象Tigger 的具体实现。因此抽象Trigger 可以理解为影响事 件周期开始和结束的触发条件，而ALE 标准中所定义的ECTrigger 成为抽象Trigger 的其中 一种具体实现。在具体触发器的创建过程中使用了抽象工厂模式，事件周期管理者在初始化 的时候调用工厂方法创建各种具体的触发器。

4 结 论

使用事件驱动的方式设计和实现了 ALE 引擎，减低了各模块之间的耦合度，有利于引 擎的维护和扩展。抽象了事件周期触发器概念，令所有边界触发条件和触发器能够统一管理 和工作，简化了把用户自定义的触发器加入引擎的过程，令触发器系统有更好的扩展性。作 为RFID 中间件中重要的部分，该引擎为可重构的RFID中间件提供了很好的支持。而采用 OSGi 技术实现ALE 引擎得以实现诸如动态更新数据处理和事件处理组件的需求，对于中小 型企业应用RFID技术，可以动态地组合ALE 引擎的功能，不再需要一次性购买大量复杂 的RFID中间件产品，从而形成了一种快速的和可扩展的RFID 中间件解决方案，降低了RFID应用技术的成本。

责任编辑：ct