RFID应用架构规划指南

时间：2006-06-19 作者：周国礼 浏览次数： 918 本文关键字：RFID, Architecture, WebLogic RFID, 电子标签, 无限射频, 架构

摘要

　　本文从EPC Global所倡导的物联网这一宏图伟业开始，结合作者参与一些RFID试点工程的切身体会，着重探讨一个典型RFID应用系统所应具备的各类系统素质，及为满足这些系统素质所必要的应用架构特性，推导出切实可行的RFID应用参考架构。另外，通过适当裁剪，本文阐述的RFID应用参考架构可以适用于各行各业的多类RFID应用场景，譬如RFID应用服务托管，企业内部RFID应用，RFID信息供应链共享，RFID行业信息中心等。

前言

　　RFID（Radio Frequency Identification）电子标签技术自上世纪第二次世界大战出现以来，已广泛应用于各个领域和环节。目前在我国，电子标签主要应用于铁路、邮政、公安、制造、物流、烟草、零售、医药、金融收费等诸多领域。当前我国应用电子标签技术最成功的案例当属铁路的车辆调度系统，被称作铁路车号自动识别系统(ATIS)。通过使用电子标签技术，仅货车使用费一项，每年可以增收近3亿元。

　　随着沃尔玛、艾伯森和百思买等零售巨头发布命令，要求其顶级供应商在2005年底启用电子标签技术，RFID技术商用开始进入快车道。而来自全球最新的消息，多家电子标签供应商不约而同的发布了支持GEN 2的标签市场价，可以看到，比起去年25美分的标签单件价格，标签价格降低了很多，某些品牌的标签单件价格已跌入到8美分以内。可以说，应用RFID技术的成本压力正逐步得到缓解，而这必将进一步激发RFID应用的普及。

　　在RFID标准制定和推广方面，EPCglobal做为一个受业界委托而成立的非盈利组织，由国际物品编码协会（EAN）和美国统一代码委员会（UCC）共同投资，主要负责 EPC网络的全球化标准，以便快速、自动、准确地识别供应链中流通的商品。目前，该组织计划在全球建立起一个庞大的“物联网”，也就是所有参与流通的物品的编码网络，实现货物的全程跟踪和追踪，通过结合计算机互联网和无线通信网络，人、计算机、货物在供应链网络的行为规则将发生改变，这也预示着RFID的应用前景将影响人类生活的各个方面。

　　今后几年，RFID技术将更加普及。在这个过程中，有关伸缩性、可用性、安全性、互操作性、集成、管理和消息传递等方面的技术问题会显露出来。本文将着重探讨如何在RFID应用规划阶段充分的考虑这些问题的存在，通过构建一个企业级的应用架构，有效解决这些问题，从而满足RFID应用系统的近、远期的多样化技术要求。

物联网框架

　　来自EPCglobal对物联网的远景描述，可以看到，一个物联网的组成主要包括以下几个部分：

1. 电子产品码EPC（Electrical Product Code）

   　　电子产品码用来唯一识别供应链网络中流通的商品。目前，EPCglobal已制定了其编码标准来命名这些电子产品码。

2. 识别系统ID System

   　　电子标签识别系统包括电子标签和读写器。电子标签做为电子产品码载体，通过RFID无线射频识别技术，和读写器之间进行电子标签信息交互。目前，涉及这部分的标准也已制定，包括电子标签的封装标准，电子标签和读写器间数据交互的标准。

3. EPC中间件

   　　EPC中间件实现RFID读写器和后端应用系统之间的信息交互，捕获实时的信息和事件，或上行给后端系统，或下行给读写器。EPC中间件采用标准的协议和接口，是连接读写器和信息系统的纽带，目前有应用级别事件ALE（Application Level Event）标准在制定。

4. 发现服务Discovery Service

   　　EPC信息发现服务包括对象命名服务ONS（Object Naming Service）以及配套服务，基于电子产品码，获取EPC数据访问通道信息。目前，根ONS系统和配套的发现服务系统由EPCglobal委托Verisign公司进行运维，其接口标准也正在形成中。

5. EPCIS （EPC Information Service）

   　　EPC信息服务，实现最终用户在物联网环境下交互EPC信息。关于EPCIS的接口和标准也正在制定中。

   
   图一 物联网架构示意图

   　　图一是物联网架构示意图，可以看到，其技术架构采用的是分布式网络架构，运行在全球互联网上，而参与其中的建设者不但是标准制定机构和其委托单位，更是供应链网络中的各个供应商、物流服务提供商、零售商、或EPC服务托管提供商。这一跨组织、跨行业、全球化的部署方式决定了系统对安全性的要求极高；同时，为能够支撑全球供应链网络的EPC数据，需要系统有很好的伸缩性，满足在多层面，多节点上实施灵活的伸缩能力；更要提供足够的可用性，使得这一系统能够全面商用；另外，提到维护和管理如此庞大的跨全球的物联网，如何简化系统管理也是系统建设者所需要面对的；分布环境下的信息交互和同步需要可靠的消息传递功能；如何更有效的使用这些EPC数据，发挥数据的最大业务价值，则需要与企业内部业务系统整合。

　　综上所述，物联网的最广泛成功，依赖于供应链每个节点的RFID应用系统提供足够的系统品质，使其不成为物联网的瓶颈，才能最终保证其可以有效的服务全球。

RFID试点工程

　　从去年年初开始，我参与了多个RFID试点项目的设计和实施。在这里，我介绍一个小型的RFID应用系统，其业务需求就是认证物流环节的物品跟踪，仅涉及到物理上两个仓库的出入库操作。

　　即便是这样的RFID项目，其系统架构也需要站在整个企业应用的高度，尽可能多的使用RFID相关功能，以便企业积累经验，更好的服务于今后RFID技术的全面应用。

图二 简单的RFID试点项目

　　图二描述的是我所参与的RFID试点项目，其RFID应用架构采用分布式网络架构，EPC中间件和RFID读写器部署在两个仓库，EPCIS、门户应用、数据库部署在数据中心。由于这一阶段的工作仅作用于企业内部，没有和ONS系统进行集成，同时，为了尽量避免影响现有的业务操作流程，没有实现和现有业务系统的集成。

　　大家可以看到，物联网框架所需要的诸多系统素质同样需要应用到这一简单的RFID应用系统中，譬如可用性，伸缩性，互操作性，管理，消息传递，安全，只是对集成的要求相对较低。

RFID应用架构

　　对一个成熟、有效的RFID应用系统来说，不管其业务场景千变万化，对RFID接入技术要求迥异，其共同之处在于如何有效的使用RFID信息，实现与企业现有系统的信息整合，优化内部业务流程，提高企业的核心竞争力。一个良好的RFID应用参考架构，可以很好的帮助企业达到这一目标。

图三 RFID应用参考架构

　　图三的RFID应用参考架构由下列4层组成：阅读器层、边缘层、集成层和应用层。

　　阅读器层位于架构的最底层，阅读器经常由触发器控制，每秒读取标签上百次。无论何时，可设定IP地址的阅读器都由一个且只能由一个边缘服务器控制，以避免出现与网络分区相关的问题。

　　边缘层，边缘服务器定期轮询阅读器(例如，每秒两次)，以消除重复操作，并执行过滤和设备管理。边缘服务器还产生ALE事件并将事件发送到集成层。在发送消息时，通常需要“一次成功”的消息语义来保证消息传且只传一次。

　　集成层接收多个ALE事件，并将它们合并到工作流中，工作流会作为更大业务流程的一部分与多个不同系统和人员接触。集成层使用基于标准的JCA适配器与打包应用（如库存管理或产品信息管理系统）交互。该层还通过控件与系统协作。控件是一种开放源框架，它提供抽象层，将后端组件表示为可重用组件。

　　集成层也可能通过Web服务接口与ONS (对象命名服务)通信。与DNS服务器相似，ONS也可用于查找惟一的RFID标记ID，并识别其他产品信息。集成层必须不断从EPC-IS（电子产品码信息服务）储存库查询数据，EPC-IS为ALE事件提供业务背景。例如，通过供应链跟踪和追踪产品。EPC-IS的标准目前正在制定。集成层还可以用B2B消息（如查询EPC-IS储存库的EDI或Web服务请求），通过防火墙中的网关与外部系统通信。

　　将边缘层和集成层分开可以提高伸缩性，并为客户降低成本（因为边缘层负担更轻，价格更低）。应用服务器和数据库连接池在互联网数据库连接中的使用越来越广，这个行业正由互联网通信变为RFID通信，这就需要一个边缘层来过滤信息，一个集成层来完成连接。

　　控制消息通过管理门户流入系统，集成层，然后流入边缘层，最后流入阅读器。供应和配置都顺着这个链向下进行，而阅读器的数据则在过滤后顺着这个链上向传送。

　　通过这样一个应用架构，可以很好的解决前面提到的7类技术问题：

1. 伸缩性：使用线程多路技术，非阻塞I/O技术，提高边缘服务器的CPU利用率，采用“批量消息传送”机制，并把边缘服务器层做为事件源而非事件储存库，可以很好的实现系统伸缩。

   
   图四 边缘层实现灵活伸缩

2. 可用性：通过消除边缘层、集成层，以及边缘层和集成层之间的所有单点故障，可以很好的提供高可用性，大家熟知的群集技术可以很好的配合这一想法具体实现。
3. 安全性：一个开放的、便于集成第三方供应商的身份验证、授权和审计技术的安全框架将可以采纳业界最佳的安全实践，提供最好的安全保障。

   
   图五 开放的安全框架

4. 互操作性：遵循业界标准，提供开放的互操作框架，可以很好的满足RFID应用的近、远期实施目标。

   
   图六 互操作框架

5. 集成：集成是提升RFID应用业务价值的最佳途径，RFID应用架构需要很好的支持集成技术，以便更快、更好的融入企业的已有应用环境，真正承载企业级应用，让RFID技术发挥最大价值。
6. 管理：通过集中式门户框架实现RFID监控和管理，同时，通过与现有管理提供商的企业信息管理框架无缝集成，可以很好的管理RFID应用架构的各个功能模块。
7. 消息传递：通过提供“一次成功”消息传输品质，保证消息入、出队的事务一致性，以及异步通信，可以很好的保障消息稳定、可靠的传输。

BEA RFID解决方案

　　BEA RFID 解决方案正是采用了以上描述的RFID应用参考框架，其优势主要体现在以下几个方面：

1. 是一种集成化的却又灵活的框架，允许将组件插入解决方案。
2. 是一种将RFID阅读器、对象名称服务（ONS）、产品信息管理（PIM）系统、EPC-IS和其它打包应用连接起来的连通性资产。
3. 是一种面向服务的架构方法，充分利用了既考虑到集成选项的增加，又考虑到企业灵活性的最佳实践。

　　BEA公司的RFID解决方案由以下四个组件构成：

1. BEA webLogic RFID Edition：业界领先的EPC中间件，支持多达12个阅读器提供商的主流阅读器，支持EPC Class 0、0+、1，ISO 15693，ISO 18000-6B v1.19 EPC，GEN 2等规格的电子标签。同时，在EPC中间件领域，BEA领导着ALE标准的制定，并在EPCglobal标准制定上处在领导者的位置。
2. BEA WebLogic Enterprise Platform：构建面向服务的关键任务型企业解决方案而设计的一种统一的、可扩展的应用基础架构。该平台提供了完成下述任务所必备的所有工具:
   1. 构建可展现企业现有应用和资源的服务
   2. 编排低级别服务以创建高级别业务服务
   3. 构建可使用服务并将服务展现给最终用户的个性化门户
   4. 在一个可靠、可伸缩的运行时间环境中执行和管理服务
3. BEA RFID解决方案工具箱：是实施RFID解决方案的加速器，包含快速配置和部署RFID应用系统所必需的代码、文档和最佳实践。其内容有：
   1. 事件模型框架，用于接受传入的异步事件，如阅读器事件和事先出货通知单等。
   2. 消息总线架构，使事件能够被多个感兴趣的用户处理。
   3. 用于连接到EPC-IS、ONS和PIM 服务的控件。
   4. 预置的portlet，用于加快商店、物流中心和供应商门户的建设步伐。
   5. 预构建业务流程，用于处理各种与RFID 相关的事件，包括出入的ASN数据、传入RFID阅读器信息；处理库存过剩、库存不足和进出平衡等情况。
   6. 全套系统文档（软件架构指南、设计文档和操作手册等）。
   7. 解决方案加速器指南、包括工作分配结构和测试计划在内的项目方案
   8. 开发环境（构建和测试脚本、源代码控制、问题追踪等）。
4. 为开发、配置和部署该解决方案提供帮助的咨询服务
   （其详细资料请参考《BEA RFID解决方案技术白皮书》。）

结束语

　　全球领先咨询公司Gartner将企业运用RFID技术分为三个阶段：第一阶段是企业内部采用RFID技术，应用目的是验证RFID能被用在特定企业的某种环境中；第二阶段是企业结合RFID技术和现有业务流程，但只是把RFID应用作为原有业务系统的一种完善和补充，用新技术来适应传统的应用；第三阶段是以RFID技术为核心设计业务流程，优化已有的业务流程，消除人工流程，提高信息自动化处理程度。

　　不管企业处在RFID应用的哪一阶段，这一面向SOA、切实可行的RFID应用参考架构，必将在企业引入RFID技术和应用过程中，得到广泛的实践。

作者简介
	周国礼 是RFID解决方案架构师，BEA公司