王 亮

（江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211168）

1 智能超市

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)“Internet of things”，是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備按照約定，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別定位跟蹤監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[1]。其中互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物與物之間的進(jìn)行信息交換和通訊。

1.2 智能超市概念

2003年，沃爾瑪首次提出用RFID 技術(shù)取代傳統(tǒng)的條形碼，成為超市商品的信息載體，其他的零售商巨頭如Tesco、麥德隆等也緊跟沃爾瑪之后。報(bào)告顯示，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)給沃爾瑪在庫(kù)存管理、銷售管理和售后服務(wù)方面每年節(jié)約了近85 億美元的成本[2]。

隨著各類制造業(yè)的不斷發(fā)展，商品種類不斷增加。商品種類的增多為超市的管理帶來(lái)了更多的工作量，管理人員需要花費(fèi)更多的時(shí)間對(duì)商品、貨架進(jìn)行管理，同時(shí)顧客在面對(duì)多種類的商品時(shí)需要花費(fèi)更多的時(shí)間去尋找自己所需要的，并在結(jié)賬時(shí)花費(fèi)大量排隊(duì)時(shí)間。國(guó)內(nèi)的大型超市例如蘇果、大潤(rùn)發(fā)、歐尚、家樂(lè)福等目前仍然在使用條碼技術(shù)，而條碼技術(shù)的讀取效率較低，這就帶來(lái)了超市管理效率的下降、成本的上升。在結(jié)賬時(shí)收銀員需要對(duì)顧客所購(gòu)商品依次進(jìn)行條碼掃描，造成了結(jié)賬時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，特別是在節(jié)日、假日等超市客流量較大時(shí)，經(jīng)常性的排起長(zhǎng)隊(duì)，顧客需花費(fèi)大量時(shí)間在排隊(duì)結(jié)賬中，而現(xiàn)在的顧客對(duì)購(gòu)物的體驗(yàn)、效率側(cè)更為注重。RFID 技術(shù)正是能夠?qū)Τ泄芾硇?、?gòu)物體驗(yàn)、購(gòu)物效率帶來(lái)革新的技術(shù)。

1.3 RFID 技術(shù)

當(dāng)前廣泛應(yīng)用的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)主要是條碼和RFID 技術(shù)。其中條碼技術(shù)成本低，實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單。主要適用于數(shù)量需求大且不需更改數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)，但缺點(diǎn)也較為明顯，例如容易磨損造成信息缺失，數(shù)據(jù)一次性打印無(wú)法更改，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較小，采集效率低等。RFID 標(biāo)簽由于其技術(shù)特性其擁有無(wú)需接觸即可讀取數(shù)據(jù)，抗干擾能力很強(qiáng)，識(shí)別速度和效率高，受外界環(huán)境影響有限，操作方便等特點(diǎn)。隨著RFID 技術(shù)的成熟和成本的降低在制造、物流、零售以及電子信息等產(chǎn)業(yè)中實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用，成為世界各大國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的科技產(chǎn)業(yè)。近幾年來(lái)RFID 產(chǎn)品的體積、價(jià)格逐漸從大而高向小而低方向過(guò)渡，未來(lái)RFID 標(biāo)簽會(huì)取代條形碼被嵌入任何物件中。

2 RFID 中間件關(guān)鍵技術(shù)

如果為每件商品都增加RFID 標(biāo)簽，在產(chǎn)品的生產(chǎn)運(yùn)輸和銷售過(guò)程中，就可以通過(guò)讀寫(xiě)器獲得記錄產(chǎn)品信息的一連串的EPC（產(chǎn)品電子編碼）。其中最重要的環(huán)節(jié)就如何傳送和管理這些數(shù)據(jù)信息。為了管理讀寫(xiě)器的大量數(shù)據(jù)流，自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品技術(shù)中心（AUTO ID CENTER）推出了一種分層模塊化的RFID 中間件。RFID 中間件是一種介于RFID 硬件設(shè)備與企業(yè)后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)之間的一種中間程序，主要用于數(shù)據(jù)的傳輸、過(guò)濾、聚集、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等處理操作。首先通過(guò)RFID讀寫(xiě)器讀取的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)中間件處理后導(dǎo)入企業(yè)的數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)，并通過(guò)應(yīng)用系統(tǒng)為用戶提供操作程序。使用中間件技術(shù)降低了應(yīng)用開(kāi)發(fā)的難度，開(kāi)發(fā)者不需要直接操作底層架構(gòu)，只需對(duì)中間件進(jìn)行調(diào)用即可完成應(yīng)用開(kāi)發(fā)。當(dāng)前RFID 中間件的發(fā)展主要分為三個(gè)階段，第一階段為應(yīng)用程序階段，該階段主要實(shí)現(xiàn)后端系統(tǒng)與讀寫(xiě)器相連。第二階段為基礎(chǔ)架構(gòu)階段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)搜集、過(guò)濾、聚合等功能。第三階段為解決方案階段，能根據(jù)不同用戶的需求提供不同的功能。

2.1 中間件的特點(diǎn)

RFID 中間件是一種消息軟件中間件，使用非同步消息方式的形式將信息從一個(gè)程序模塊傳遞至另一個(gè)或多個(gè)程序模塊，發(fā)送端無(wú)需等待接收端回應(yīng)。RFID 中間件可以建立在企業(yè)原有的應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步擴(kuò)展企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的功能，作為企業(yè)RFID 系統(tǒng)的重要組成部分其主要特點(diǎn)是[3]：

（1）獨(dú)立性，RFID 中間件獨(dú)立并介于讀寫(xiě)器與后端應(yīng)用程序之間，不依賴于某個(gè)RFID 系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)，即使存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)或者讀寫(xiě)器種類、數(shù)量發(fā)生了變化，也無(wú)需修改后端應(yīng)用，減輕了架構(gòu)及其維護(hù)的復(fù)雜性。

（2）數(shù)據(jù)流，主要功能是將實(shí)體對(duì)象格式轉(zhuǎn)換為信息環(huán)境下的虛擬對(duì)象，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、過(guò)濾、聚合與傳遞等特性，將正確的對(duì)象信息傳遞到企業(yè)后端的應(yīng)用系統(tǒng)。

（3）處理流，提供順序的消息流，具備數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)與管理的能力。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)維護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸路徑、數(shù)據(jù)路由和數(shù)據(jù)分發(fā)規(guī)則，同時(shí)為數(shù)據(jù)傳輸中的安全性提供保障。

2.2 中間件關(guān)鍵技術(shù)

RFID 中間件中主要解決的問(wèn)題主要有：

（1）數(shù)據(jù)過(guò)濾

來(lái)自讀寫(xiě)器的海量數(shù)據(jù)存在大量的冗余信息，同時(shí)也存在一些錯(cuò)誤信息，對(duì)此需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾。祛除冗余數(shù)據(jù)，過(guò)濾無(wú)用信息后的有用數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)用系統(tǒng)。其中冗余數(shù)據(jù)包括，同一貨物數(shù)據(jù)的重復(fù)傳送；具有相同產(chǎn)品名稱、型號(hào)的貨物；同一時(shí)間內(nèi)不同讀寫(xiě)器讀取相同貨物的重復(fù)信息。解決冗余信息的辦法是設(shè)置各種過(guò)濾器來(lái)處理?？捎玫倪^(guò)濾器有很多種，應(yīng)用的較多的主要有：產(chǎn)品過(guò)濾器、時(shí)間過(guò)濾器、EPC 編碼過(guò)濾器、平滑過(guò)濾器。

（2）數(shù)據(jù)聚合

因不同讀寫(xiě)器所讀取的信息較為分散，而后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)需要完整的有意義的信息，所以通常在數(shù)據(jù)讀取后需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合處理。使用復(fù)雜事件處理技術(shù)在原始數(shù)據(jù)中選出有價(jià)值的信息，并將多個(gè)不同數(shù)據(jù)來(lái)源的信息進(jìn)行整合。

（3）信息傳遞

RFID 中間件是一種面向消息的中間件，使用非同步消息的方式的形式將信息從一個(gè)程序模塊傳遞至另一個(gè)或多個(gè)程序模塊，發(fā)送端無(wú)需等待接收端回應(yīng)。經(jīng)過(guò)RFID 中間件過(guò)濾、聚合的數(shù)據(jù)通過(guò)消息服務(wù)機(jī)制將RFID 信息傳遞給企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)、EPCIS 或者其他的RFID中間件。

圖1 智能超市RFID 中間件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

3 RFID 中間件在智能超市中的應(yīng)用

智能超市的發(fā)展的根本是為了提高超市的管理效率和顧客的購(gòu)物體驗(yàn)，采用RFID 技術(shù)，不需人工對(duì)所購(gòu)商品進(jìn)行條碼掃描。顧客推著購(gòu)物車通過(guò)收銀區(qū)域，RFID 閱讀器一次性完成所有RFID 標(biāo)簽識(shí)別并結(jié)賬，該模式區(qū)別于普通超市收銀員逐個(gè)掃描商標(biāo)條碼的識(shí)別方式，能夠節(jié)省大量時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速結(jié)賬。RFID 中間件在完成數(shù)據(jù)收集、過(guò)濾、整合的同時(shí)與后臺(tái)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)相連接，將數(shù)據(jù)傳送各業(yè)務(wù)模塊。從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中不同業(yè)務(wù)模塊之間的數(shù)據(jù)同步、收集和統(tǒng)計(jì)工作。

利用上述RFID 中間件來(lái)構(gòu)建智能超市應(yīng)用系統(tǒng)簡(jiǎn)單而快速。RFID 中間件在智能超市管理應(yīng)用的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。RFID 中間件與外部的通信通道主要由企業(yè)應(yīng)用程序接口、讀寫(xiě)器接口、EPC 信息服務(wù)系統(tǒng)接口、ONS 服務(wù)接口、其他中間件連接接口、其他服務(wù)接口組成。讀寫(xiě)器讀取的商品數(shù)據(jù)信息通過(guò)讀寫(xiě)器與RFID 中間件的API 接口進(jìn)行傳遞，傳遞的數(shù)據(jù)由RFID 中間件中的用戶自定義處理模塊進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)應(yīng)用軟件接口傳遞至各類業(yè)務(wù)模塊。

銷售管理模塊。商品在銷售時(shí)通過(guò)讀寫(xiě)器讀取商品的RFID 標(biāo)簽獲得EPC 信息，通過(guò)將EPC 信息傳遞給RFID 中間件處理從而獲取商品的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)RFID 中間件將讀取的多個(gè)商品的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、整合操作，最后將處理后的數(shù)據(jù)交給商品銷售模塊，商品銷售模塊根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)完成商品的結(jié)賬同時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)信息。

倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊。貨物進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)時(shí)，通過(guò)掃描貨物RFID 標(biāo)簽，得到標(biāo)簽的Tag ID，RFID 中間件通過(guò)ONS 系統(tǒng)訪問(wèn)RFID 標(biāo)簽所對(duì)應(yīng)的EPCIS，根據(jù)Tag ID 與EPC 碼的關(guān)聯(lián)，獲取該批次貨物的屬性，貨物屬性所包括每種商品的數(shù)量等信息，并將該信息傳遞給倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊，處理后完成數(shù)據(jù)的更新。同時(shí)倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊將此信息與出、入單據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果數(shù)據(jù)不一致將及時(shí)發(fā)出提醒。

貨物完成銷售時(shí)銷售管理模塊將所銷售商品的信息傳遞給倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊，倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊將此信息處理，完成倉(cāng)儲(chǔ)信息的更新。

4 總結(jié)

作為智能超市的中樞系統(tǒng)，RFID 中間件為底層硬件讀寫(xiě)器與上層超市管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了溝通的橋梁。使用RFID 中間件技術(shù)在提高了超市的銷售、倉(cāng)儲(chǔ)效率的同時(shí)也降低了整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、運(yùn)維的成本。在未來(lái)面對(duì)企業(yè)多元化業(yè)務(wù)需求時(shí)，通過(guò)RFID 中間件也可以輕松地將硬件與業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行整合。

［1］張萍，徐紅，張宗國(guó).物聯(lián)網(wǎng)在零售業(yè)中的應(yīng)用[J].福建電腦，2011（1）：18-19.

［2］李春華.基于RFID 技術(shù)的智能超市構(gòu)架方案[J].軟件工程師，2010（2）：14-116.

［3］董麗峰.RFID 中間件技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用及研究[J].黑龍江科技信息，2010（10）：73-74.