一、引言

物聯(lián)網(wǎng)（IOT，Internet of Things）是通過傳感器、射頻識別裝置、紅外感應器、激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設備，將所有物體與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡，實現(xiàn)與任何物體之間的信息交換與通信，可以自動、實時地對物體進行智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

在物聯(lián)網(wǎng)應用技術中，射頻識別（RFID，Radio Frequency Identification）研究較早，基本原理起源于二戰(zhàn)時期盟軍使用無線電數(shù)據(jù)技術識別敵我雙方的飛機和軍艦[1]，在20世紀六七十年代主要應用在動物跟蹤、車輛管理和軍用。1984年美國通用汽車公司在汽車生產(chǎn)線首次推出了RFID大規(guī)模商業(yè)應用，然而此后應用發(fā)展緩慢[2]。直到1999年產(chǎn)品電子代碼（EPC，Electronic Product Code）概念的提出，即通過RFID標簽進行物體與互聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞可以將企業(yè)對RFID技術應用從企業(yè)內部的閉環(huán)應用過渡到供應鏈的開環(huán)應用上，實現(xiàn)了真正意義上的物聯(lián)網(wǎng)[2]。從此，基于EPC＼RFID的應用開始滲透到物流、電信、政務、交通、消費、航空、醫(yī)藥、衛(wèi)生、國防等眾多行業(yè)領域中。

EPC＼RFID系統(tǒng)運作的神經(jīng)中樞是Savant中間件，它位于RFID讀寫設備與上層企業(yè)應用程序之間，負責管理RFID設備，同時作為軟硬件集成的橋梁完成與上層應用的信息交互。因此，遵循EPC標準[3]實現(xiàn)高效的Savant中間件系統(tǒng)，解決當前RFID系統(tǒng)存在問題，對于RFID系統(tǒng)的應用推廣有著非常重要的意義。

二、RFID中間件的研究現(xiàn)狀

目前主流RFID中間件產(chǎn)品的廠商主要有Microsoft、IBM、BEA、Oracle、SAP、Sybase等知名軟件公司。國內主要的RFID中間件產(chǎn)品包括清華同方的ezRFID中間件、深圳立格的AIT LYNKO-ALE中間件、青島中科恒信的REVA-TAP中間件等。

除了軟件廠商外，一些國內外研究機構、組織在RFID中間件的研究上也得了不少成果，不僅有文獻論述RFID中間件平臺架構，有的還提供了平臺的開放接口，軟件和代碼都可以在網(wǎng)上下載，并且有維護機構對其進行持續(xù)改進[4]。國外的這一類RFID中間件包括WinRFID、Accada/Fosstrack、MARM、Hybrid Middleware、RF2ID、LIT Middleware、REFiLL等中間件。國內研究機構RFID中間件平臺有中科院自動化所的RFID公共服務體系基礎架構軟件、上海交通大學面向商業(yè)物流的數(shù)據(jù)管理和集成中間件平臺SRM、華南理工大學的應用集成中間件GDIX-RFID等。

需要說明的是，絕大多數(shù)RFID中間件的研究都是基于EPC global提出的RFID應用體系構架標準（EPC global RFID Architecture Framework）。在這個構架標準里定義了從底層數(shù)據(jù)標簽到上層數(shù)據(jù)交換一系列標準，涵蓋了從標簽捕獲、標簽的鑒別到標簽的數(shù)據(jù)交換各個層次。在EPC體系構架里中間件稱之為Savant，包括了RFID通信協(xié)議、應用層事件（Application Level Events，ALE）規(guī)范和EPC信息服務（EPCIS）協(xié)議等。因此可以這樣認為，Savant中間件技術已成為當前世界上RFID應用的主流技術，有著非常廣闊的發(fā)展前景。

三、Savant中間件的功能和結構

EPC global提出的RFID應用體系架構中包括了EPC編碼、EPC標簽、讀寫器、Savant中間件、對象名稱解析服務（ONS，Object Naming Service）和EPC信息服務（EPCIS）六個組成部分。其中，Savant中間件、ONS和EPCIS共同構成EPC信息網(wǎng)絡系統(tǒng)[2]。

EPC系統(tǒng)工作流程中，Savant中間件作為EPC信息網(wǎng)絡系統(tǒng)的運作核心。首先，讀寫器利用射頻識別技術讀取物品的EPC標簽信息，通過互聯(lián)網(wǎng)將讀取的信息傳輸給Savant中間件；然后，Savant中間件對EPC解碼信息進行數(shù)據(jù)校對、去除冗余、過濾等處理，再通過ONS對象名稱解析服務得到EPC對應的一個或者多個PML服務器的IP地址；最后，Savant中間件根據(jù)IP地址聯(lián)系正確的PML地址獲取所需要的EPC標簽應用信息，可提供給Savant上層應用軟件服務。

Savant中間件的數(shù)據(jù)交換協(xié)議包括讀寫器協(xié)議、讀寫器管理協(xié)議、應用層事件（ALE）規(guī)范、EPC信息服務協(xié)議和ONS服務協(xié)議。ALE規(guī)范也稱為中間件標準，它是一個定義如何在EPC數(shù)據(jù)進行讀和寫操作的接口標準，使得獲取原始EPC數(shù)據(jù)的硬件設備層與過濾和計數(shù)EPC數(shù)據(jù)以及使用EPC數(shù)據(jù)的應用程序軟件層之間相對獨立[5]。這樣分層結構中哪一層變動，另一層都不需要修改。ALE為Savant中間件采集和過濾數(shù)據(jù)提供了靈活的實現(xiàn)策略和方法選擇，實現(xiàn)了邏輯讀寫器的概念，用戶不用關心物理設備層對應用程序的影響以及數(shù)據(jù)獲取的細節(jié)。

在EPC系統(tǒng)中考慮到Savant中間件的靈活性、安全性、可靠性、可擴展性等要求，Savant中間件系統(tǒng)設計為分布式系統(tǒng)架構，通常為樹形等級結構，分成外部節(jié)點（Edge Savant，ES）和內部節(jié)點（Internal Savants，IS）。ES與EPC讀寫器相連，主要負責采集實時EPC數(shù)據(jù)，接收的信息例如標簽的EPC代碼、解讀時間、以及與EPC不相關的信息如讀寫器觀測到的地理位置、溫度等。IS是ES的父節(jié)點或上級節(jié)點，從它的下屬ES上采集EPC數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)整合。

Savant程序模塊可以由Auto-ID標準委員會定義，或者用戶和第三方生產(chǎn)廠家定義。由Auto-ID標準委員會定義的模塊叫做標準程序模塊，需要應用到Savant的所有應用實例中的模塊叫做必需標準程序模塊，其他一些可以根據(jù)用戶定義包含或者排除于一些具體實例中，則叫做可選標準程序模塊[6]。

根據(jù)規(guī)范要求，Savant標準程序模塊必須實現(xiàn)事件管理、數(shù)據(jù)管理和任務管理功能[6]。事件管理功能即用于讀取讀寫器的數(shù)據(jù)，管理讀寫器發(fā)送的事件流，保證數(shù)據(jù)采集、校對、過濾、傳送等操作有序進行；數(shù)據(jù)管理功能則負責數(shù)據(jù)的緩存、路由轉發(fā)和分類存儲等；任務管理功能類似操作系統(tǒng)的任務管理器，把由外部應用程序定制的任務轉為Savant可執(zhí)行的程序，寫入任務進度表，使Savant具有多任務執(zhí)行功能。Savant支持的任務包括三種類型：一次性任務、循環(huán)任務、永久任務。

四、Savant中間件的關鍵技術

從Savant中間件自身模塊出發(fā)，Savant可以根據(jù)業(yè)務數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式分成以下3個功能層。

設備管理層，或叫做設備接入層、設備連接層，主要是完成讀寫設備驅動、標簽訪問安全控制、對EPC數(shù)據(jù)進行初步處理（過濾、解析、校驗、轉換、封裝，生成初步事件等），提供對讀寫設備的配置管理和批量設備的控制。

事件處理層，即將設備管理層傳遞的事件進行處理，包括對事件的進一步過濾、分流和聚合，實現(xiàn)EPC數(shù)據(jù)的分類、轉發(fā)、存儲和管理等。

應用服務層，或叫做服務接口層，負責提供外部接口供上層應用程序操作中間件，以及通過消息訂閱＼發(fā)布機制獲取所需的EPC應用數(shù)據(jù)等。應用服務層為上層應用程序提供外部接口以供用戶使用中間件功能，面對不同的應用程序平臺，應用服務層需要支持不同的接口方式，主流的接口方式包括如下幾種：JMS；SOAP；TCP Socket；Web Service。

五、Savant中間件技術組合創(chuàng)新思想

Savant中間件的意義在于實現(xiàn)從讀寫設備到應有系統(tǒng)的無縫連接，幫助用戶靈活或高效地開發(fā)或集成上層應用程序，推進RFID應用發(fā)展。對于Savant中間件的應用開發(fā)者，需要面臨諸多難題，例如：（1）RFID系統(tǒng)中總會不斷地有新的讀寫設備出現(xiàn)，中間件可否靈活應對這些變化？（2）既然沒有通用的中間件可以適應所有業(yè)務系統(tǒng)需求，當業(yè)務系統(tǒng)出現(xiàn)新需求時，中間件可否應對需求的變化可擴展？（3）多數(shù)業(yè)務系統(tǒng)對數(shù)據(jù)要求是實時的，大量RFID設備會同時產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，中間件可否具備強大的數(shù)據(jù)實時處理能力？另外，中間件的設計還需要考慮集成性、安全性、遵從已有標準等問題。

隨著Savant中間件的研究逐步成熟，新技術不斷革新，應用開發(fā)者們也在積極地引入新技術來解決Savant中間件的現(xiàn)存難題。選擇引入何種技術和如何改進Savant中間件達到期望的效果，本文基于創(chuàng)新計算動力學和組合創(chuàng)新模式提出以下三種技術組合創(chuàng)新思路以供參考。

（1）相似技術組合。相似技術組合即通過相似聯(lián)想，研究同一方法域的兩種存在一定相似性或者共同點的技術，將具有優(yōu)勢一方的技術原理或特點引入另一方，使得改進后的另一方可以具備相同或者更好的優(yōu)勢。（2）對立技術組合。對立技術組合即通過對立聯(lián)想，研究某種技術可能存在的問題或短處，找到可以解決問題、去除短處的另一種方法對技術進行改進。對立技術組合的目的就是揚長避短，優(yōu)勢互補。（3）信息域關聯(lián)技術組合。信息域關聯(lián)技術組合是以解決問題需要的技術原理、理論或方式等為基礎，建立信息域前后關聯(lián)矩陣，通過組合這些原理、理論或方式等設計出全新的技術成果。這種技術組合思想可以應對新需求或新問題。

六、結束語

隨著EPC標準受到越來越廣泛的認可，Savant中間件技術已成為當前世界上RFID應用的主流技術。但是，Savant中間件系統(tǒng)規(guī)范里一些部分如Savant節(jié)點之間通信和接口具體實施細節(jié)等方面還沒有完善的定義，而且在應用過程中需要考慮解決新RFID設備兼容、與上層應用的無縫對接、業(yè)務需求變化、信息安全等問題。所以Savant中間件的發(fā)展是一個長期的過程，未來架構標準有望進一步完善，同時通過技術創(chuàng)新改進的Savant中間件系統(tǒng)將會不斷地推進RFID應用在更多的領域中發(fā)展。

參考文獻

[1] International Telecommunication Union UIT.ITU InternetReports.2005：The Internet of Things[R]. 2005

[2]周洪波.物聯(lián)網(wǎng)技術、應用、標準和商業(yè)模式[M].北京：電子工業(yè)出版社. 2012

[3] EPC global.The EPC global NetworkTM Demonstration. 2004

[4]柏楊.基于復雜事件處理技術的RFID中間件研究與設計[C].電子科技大學碩士學位論文. 2011

[5]林鳳群.一種輕量型RFID中間件的研究[C].清華大學碩士學位論文. 2010

[6]潘林.基于網(wǎng)格技術的Savant中間件的設計與實現(xiàn)[C].北方工業(yè)大學碩士學位論文. 2007

[7]喻劍. RFID中間件關鍵技術研究[C].華南理工大學博士學位論文. 2009