JMX和JMS技术在RFID中间件设计的应用

 

    RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等特点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。

    RFID技术具有很多突出的优点：实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，机具无直接对终用户开放的物理接口，能更好地保证机具的安全性；数据安全方面除标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理，如DES、RSA、DSA、MD5等，读写机具与卡之间也可相互，实现安全通信和存储；总体成本一直处于下降之中，越来越接近接触式IC卡的成本，甚至更低，为其大量应用奠定了基础。

    面向服务的体系结构（Service-Oriented Architecture,SOA）是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。它将帮助企业系统架构者以更迅速、更可靠、更具重用性架构整个业务系统。较之以往，以SOA架构的系统能够更加从容地面对业务的急剧变化。

    基于上述分析，本文提出了一种基于SOA的RFID中间件方案。该方案可把各个应用RFID技术的功能抽象成服务，应用基于J2EE构建方法，综合应用JMX、JMS、Struts等技术。企业应用系统通过请求服务的方式来获取RFID中间件提供的服务。用XML进行数据传输，并提供Web Service接口。

    1 技术基础

    1.1 RFID中间件

    RFID中间件是一种面向消息的中间件（Message-Oriented Middleware,MOM），信息（Information）是以消息（Message）的形式，从一个程序传送到另一个或多个程序。信息可以以异步（Asynchronous）的方式传送，所以传送者不必等待回应。面向消息的 中间 件包含的功能不仅是传递（Passing）信息，还必须包括解译数据、安全性、数据广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的除错工具等服务。

    RFID中间件扮演RFID标签和应用程序之间的中介角色，从应用程序端使用中间件所提供一组通用的应用程序接口（API），即能连到RFID读写器，读取RFID标签数据。这样一来，即使存储RFID标签情报的数据库软件或后端应用程序增加或改由其他软件取代，或者读写RFID读写器种类增加等情况发生时，应用端不需修改也能处理，省去多对多连接的维护复杂性问题。

    目前提供RFID中间件平台的厂商主要有IBM、Oracle、Microsoft、SAP、Sun公司。对于这些厂商，RFID中间件只是其现有软件的扩展，其RFID产品可以迅速方便地与各自现有的软件产品线集成在一起。但缺点是其产品对该厂商其他软件产品的依赖性比较大。

    1.2 面向服务的体系结构SOA

    面向服务的体系结构是一种技术架构风格，它代表了一种开放的、敏捷的、可扩展的、可组合的架构[2],定义了服务提供者和消费者之间的松散耦合关系。其业务敏捷的特点，帮助企业把业务变得更加灵活，能够适时、快速地响应变化。SOA的概念就是服务[3],其基本结构如图1所示。其中包含服务的3个基本角色：服务提供者、服务请求者和服务注册。在这些角色之间使用了3种操作：服务发布、服务发现和服务绑定。作为SOA的一种实现技术，Web Services提供了基于XML的标准接口，具有完好的封装性、松散的耦合性、协议规范的标准性以及高度的可集成性等特点，能够良好地满足SOA应用模式的需求。

    1.3 JMX和JMS

    JMX（Java Management Extensions,即Java管理扩展）是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架。JMX可以跨越一系列异构操作系统平台、系统体系结构和网络传输协议，灵活的开发无缝集成的系统、网络和服务管理应用。在JMX规范中，管理组件是一个能代表管理资源的Java对象，遵从一定的设计模式，实现该规范定义的特定的接口。该定义保证了所有的管理组件以一种标准的方式来表示被管理资源。管理接口就是被管理资源暴露出的一些信息，通过对这些信息的修改能够控制被管理资源。管理接口包括：能被接触的属性值、能够执行的操作、能发出的通知事件等[4].

    JMS（Java Messaging Service）是Java平台上有关面向消息中间件的技术规范，它便于消息系统中的Java应用程序进行消息交换，并且通过提供标准的产生、发送、接收消息的接口简化企业应用的开发，翻译为Java消息服务。在JMS框架中运转的方法如下：

    （1）得到1个JNDI初始化上下文（Context）。

    （2）根据上下文以查找1个连接工厂。

    （3）从连接工厂得到1个连接（Connect）。

    （4）通过连接以建立1个会话（Session）。

    （5）查找目的地（Topic/Queue）。

    （6）根据会话以及目的地以建立消息制造者（TopicPub

    lisher/QueueSender）和消费者（TopicSubscrib-er/QueueReceiver）。

    2 基于SOA的RFID中间件架构

    利用SOA松耦合、面向业务的特点，结合RFID中间件实现的应用系统集成的方案可提供丰富的接口，能够帮助实现对RFID设备的管理以及对数据的处理，简化了对底层设备应用的支持，避免了对底层设备的低级别接口的处理。利用Web Service技术实现RFID中间件与企业系统的集成，完成两者的松耦合集成。

    基于SOA的RFID中间件架构，其基础架构层分为设备管理层、事件处理层和服务接口层，并通过Web Service技术包装了每1层相应的功能，且进行了具体实现。本文重点介绍该RFID中间件架构中的基础架构的3个功能层[5].这3个层次有着明确的功能划分和层间的交互接口。RFID中间件架构如图2所示。

    中间件设计包括RFID设备管理组件和事件过程管理组件。RFID设备管理组件是分布式的代理，负责第1级的事件过滤；设备管理包括设备询问器，对每1个阅读器和传感器设备，代理必须互相作用。过程管理组件是通过RFID事件下的过滤，把事件放置到交易环境中，然后发布应用层事件ALE.

    2.1设备管理层

    设备管理层位于架构的层，直接与阅读器交互，实现的主要功能包括：

    （1）采集射频卡上的数据。

    （2）对于来自不同类型的阅读器的数据进行适配处理，得到统一的、格式化的数据，并进行数据校验。

    （3）将校验无误的数据按照用户定义的协议进行封包，并将消息包发送到事件处理层的消息系统。

    依据其实现的功能，分别针对射频卡阅读器模块、阅读器接口、数据校验和数据打包4个方面进行研究和开发。阅读器模块是根据硬件供应商提供的规范进行编码实现的；阅读器接口主要解决将来自协议格式的数据转化为系统所需要的EPC码；数据校验采用CRC校验；数据打包先依据获取的卡片编码中"数据分类"内容，判断出该标签数据属于哪种类型，然后按照这种数据类型将标签数据封装成相应的消息包。

    由于每个ALE阅读器事件流可能来自多个物理设备配置表，因此设备管理器为每个设备表创建1个询问器，并通知询问器哪种传感器被绑定到指定的阅读器上。询问器发送传感器事件流到设备管理器，设备管理器将1个或多个传感器事件流构造成阅读器事件。设备管理器把初步处理的阅读器事件发送到ALE服务器。

    询问器代理：1个设备管理器的配置由它管理的设备和它要咨询的询问器组成，然后与它所对应的设备管理器交互。每个设备概要表由物理设备属性和询问器配置组成。物理设备属性是被命名过的传感器。

    事件信息空间：事件信息空间类似于公共的容错事件信息经纪人。它支持异步接收来自设备管理器的事件、ALE事件以及其他来自事件过程管理的配置需求。事件信息空间同时提供一个存储转发机制，确保重要的事件在中断的网络或其他组件失效的情况下不丢失[5].

    在系统中，将每个阅读器模块的远程方法调用封装为1个管理组件（MBean）作为JMX服务器的实例注册到JMX服务器中。通过JMX框架对阅读器进行监控和管理，使RFID中间件系统能提供管理、监控阅读器的功能。本部分描述为阅读器管理组件添加时间服务，以达到定时控制阅读器的目的。

    2.2 事件处理层

    在RFID系统中，一方面是各种应用程序以不同的方式频繁地从RFID系统中取得数据；另一方面却是有限的网络带宽，其存在的矛盾，使其有必要设计1套消息传递系统，使设备管理层产生的事件能够传递到消息系统中，由事件管理过程进行处理，然后把数据传递到相关的应用系统。在这种模式下，阅读器不必关心哪个应用系统需要什么数据。同时，应用程序也不需要维护与各个阅读器之间的网络通道，仅需要将需求发送到消息系统中即可。由此，设计出的消息系统应具有如下功能：（1）数据缓存功能；（2）基于内容的路由功能；（3）数据分类存储功能[6].

    下面将描述创建一个MBean来实现一个数据处理节点。消息组件可以按照MBean来部署。消息处理组件执行功能：从源队列中获取消息，对消息执行处理，然后将结果消息放置到目标队列。消息处理UML图如图3所示。

    JBossMQ是通过xml文件jbossmq-destinations-service.xml进行配置的。以下是获得JBOSS JNDI初始化上下文（Context）的代码：

    Hashtable props=newHashtable（）；

    props.put（Context.INITIAL CONTEXT FACTORY,"org.jnp.interfaces.NamingContextFactory"）；

    props.put （Context. PROVIDER URL, ip +":1099"）；

    props.put（"java.naming.rmi.security.manager","yes"）；

    props.put（Context.URL PKG PREFIXES,"org. jboss.naming"）；

    Context context=new InitialContext（props）；

    来自消息系统的消息以临时XML文件的形式和磁盘文件方式保存，供数据接口使用。消息系统完成消息缓存、分类整合、路由转发、临时存放等操作[4].

    事件过程管理EPM（Event Process Managment）由ALE服务、配置管理、复杂事件过程以及交易规则执行组成，对EVP的访问能通过HTTP、JMS以及网络服务接口实现。

    EPM登记/订阅其感兴趣的事件，当在信息空间中有事件发生时，即会通知EPM,一旦接收到这些事件，随后会应用复杂事件处理（过滤器），结合交易规则对这些事件进行处理。另一种情况下是：外部的客户端（如EPC-IS）已经注册接收ALE,这些过滤后的事件会被发送到ALE客户端指定的位置。

    2.3 服务接口层

    来自事件处理层的数据终是分类的XML文件。同一类型的数据以XML文件的形式保存，并提供给相应的1个或多个应用程序使用。而服务接口层主要是对这些数据进行过滤、入库操作，并提供访问相应数据库的服务接口。具体操作如下：

    （1）将存放在磁盘上的XML文件进行批量入库操作，当XML数据量达到一定数量时，启动数据入库功能模块，将XML数据移植到各种数据库中。

    （2）在数据移植前将重复的数据过滤掉。

    （3）为企业内部和企业外部访问数据库提供Web Services接口。

    其中，数据过滤过程是在处理临时存放的XML文件的过程中完成的。方法是：将同一个卡号的多条记录按照读入的时间戳进行比较，若相邻记录的时间戳差值小于用户定义的阈值，则认为重复读取发生，剔出后1条记录。依次类推，剔出掉所有冗余数据。利用Web Services技术将对数据库的访问以服务的形式发布，供企业内部应用程序和企业合作伙伴调用[2].以数据过滤为例，其代码如下：

    for（int i=1;i<rowcount;i++）

    {span=EndTime.Subtract（StartTime）；

    spantiIDe=sPan.Seconds;         //相邻记录的时间戳之差

    if（spantime<=0.002）

    {subtime[i]=i;}

    //若相邻时间戳差值小于2 ms,

    //标记第2条记录为冗余数据

    else subtime[i]=0;}

    for（int j=1;j<rowcount;j++）                  //删除冗余记录

    {if（subtime[j].ToString（）！="0"）

    {ds.Tables[0].Rows[j].Delete（）；j=j-1;

    rowcount=rowcount11;}

    }

    以下是服务接口层向应用系统发送SOAP响应，返回处理结果的部分代码[7].

    <report xmlns="">

    <process procInsID="503" givenID="231" givenName="

    ShipOut">

    <event eventType="report_tag_event">

    <header>Product Quantity Match Success

    </header>

    <status>success</status>

    <tagList>

    <tag ID="00110011"detectTime="2008-11-01 T13:13:

    00.110+08:00"/>

    </tagList>

    3 RFID中间件的实现及测试

    RIFD中间件系统开发工具采用Eclipse3.2,应用服务器软件采用JBOSS4.0, Web容器为Tomcat5.5.此外，服务器端采用了基于Struts的MVC多层次结构框架，数据服务层则采用MySQL5.0数据库。

    实验中，终端通过485网络组网，应用系统使用的是仓库管理系统。仓库管理系统作为服务请求者，根据服务接口层公布的入库信息核对服务WSDL,得到该服务的接口定义和服务端侦听地址，由入库管理模块通过服务代理接口向Web服务发送SOAP请求消息，请求入库信息核对服务，Web服务平台收到该服务请求后，向RFID中间件发送消息，创建一个出库信息核对服务的实例，设备管理层根据服务请求参数，启动相应的RFID阅读器读取标签信息。然后将读取的标签信息经处理后打包传给事件处理层，根据服务请求的参数与捕获的标签信息进行核对处理，处理后向服务接口层返回核对数据正确或者错误的信息，如图4所示。，服务接口层向仓库管理系统发送SOAP响应，返回处理结果。

    实验表明，原来的应用系统仅仅支持1种固定卡型的阅读器，采用RFID中间件以后，可以在1个系统中采用各种卡型的阅读器，而上层程序不需要再进行修改，增加了系统的可扩展性和易维护性，节约了时间和成本。系统稳定性也有大的提高，有效解决了企业应用中所关心的问题。

    本文提出了一个基于SOA,综合应用JMX、JMS等技术的RFID中间件架构，并说明了RFID中间件各部分的含义和作用及基础架构的实现。这种中间件结构能很好地屏蔽低端各种物理设备的信息。由于采取了模块化的结构，可以根据需要进行裁减，在需要的时候再加入相应的模块，例如，可根据需要是否添加和安全模块。通过Web Service,可实现对RFID中间件更高层次包装，保证了RFID基础架构中3个功能层之间的相互独立和协同工作。