一种物联网中间件架构和基于SOA架构的物联网中间件

摘要

本发明涉及一种物联网中间件架构，包括阅读器层和应用层，其特征在于：该物联网中间件包括依次设于阅读层和应用层之间的边缘层和集成层，所述的边缘层通过边缘服务器定期轮询阅读器，以清除重复操作，并执行过滤和设备管理功能，同时产生应用事件管理协议ALE事件并发送到集成层，所述集成层接收多个ALE事件，将它们合并到工作流中，工作流作为更大业务流程的一部分与不同系统接触应用。此外，本发明提出一种基于SOA架构的物联网中间件，本发明是实现RFID硬件设备与应用系统之间数据传输、过滤、数据格式转换的一种中间程序架构，其降低了应用开发的难度，使开发者不需要直接面对底层架构，而是通过中间件进行调用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种物联网中间件和基于SOA架构的物联网中间件。

背景技术

物联网（即EPC系统）是指在全球统一的编码系统基础之上，利用互联网和RFID射频识别技术形成的广义的技术体系。它的目标是通过供应链的全程信息化使企业提高资本的可视性，确保产品的安全性和完整性。

物联网实现供应链全程信息化的基础是能识别全球供应链系统中存在的所有商品，这就需要对每一个商品进行编码。Auto-ID中心采用电子产品代码（EPC）实现了对每个商品的标识。由于物联网系统内的EPC数据非常庞大，这样使得传送和管理这些数据成为一个难题。 

物联网是一个非常先进的全球系统，其目的在于搭建出一个可以识别任何事物同时可以识别这个事物在物流供应链中实时位置的开放性全球网络，由于其商品统一采用EPC编码，它主要由六方面组成：EPC编码标准，EPC标签，阅读器，物联网中间件，对象名解析服务（ONS），物理标识语言（PML）。物联网的主要硬件-EPC标签和阅读器，实际上则是RFID无线射频识别系统中的射频接收器和发射器。

RFID（Radio Frequency Identification）的全称是无线射频识别技术，其应用的范围遍及制造、物流、医疗、运输、零售、国防等等。Gartner Group认为，RFID是2005年建议企业可考虑引入的十大策略技术之一，然而其成功之关键除了标签（Tag）的价格、天线的设计、波段的标准化、设备的认证之外，最重要的是要有关键的应用软件（Killer Application），才能迅速推广。而物联网中间件（Middleware）可称为是物联网系统运作的中枢，因为它可以加速关键应用的问世。

发明内容

本发明的目的是提出一种物联网中间件架构，是实现RFID硬件设备与应用系统之间数据传输、过滤、数据格式转换的一种中间程序架构，其降低了应用开发的难度，使开发者不需要直接面对底层架构，而是通过中间件进行调用。

本发明采用以下方案实现：一种物联网中间件架构，包括阅读器层和应用层，其特征在于：该物联网中间件包括依次设于阅读层和应用层之间的边缘层和集成层，所述的边缘层通过边缘服务器定期轮询阅读器，以清除重复操作，并执行过滤和设备管理功能，同时产生应用事件管理协议ALE事件并发送到集成层，所述集成层接收多个ALE事件，将它们合并到工作流中，工作流作为更大业务流程的一部分与不同系统接触应用。

本发明另外提供一种基于SOA架构的物联网中间件，其利用SOA松耦合、面向业务的特点,结合物联网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。

本发明采用以下方案实现：一种基于SOA架构的物联网中间件，其特征在于：包括物联网中间件系统管理模块、读写器监控和管理模块以及数据消息处理模块；所述的物联网中间件系统管理模块采用Browser/Server模式的MVC框架，包括表示层、控制层和模型层，表示层是用户与系统的接口，是用户工作的界面，负责对物联网中间件的管理、读写器的控制和监控、打印机的控制和监控、传感器的控制和监控、标签数据查询、数据处理模块的管理发送请求；控制层主要负责请求的分发，接收用户发送的所有请求，并按照特定的逻辑分发给其他模块作进一步处理；模型层主要负责业务流程、状态的处理以及业务规则的制定；所述的读写器监控和管理模块基于JMX管理框架，将读写器开发包用统一接口进行封装，并将接口方法作为RMI远程方法发布；对读写器的控制是在管理服务器中进行的，将对读写器的远程方法调用封装为一个MBean组件，注册到服务器中的JMBeanServer中；所述的数据消息处理模块基于JMS消息服务体系，该数据处理包括数据过滤、格式转换、路由，并最后建模成一个JMX组件。

本发明的物联网中间件是实现RFID硬件设备与应用系统之间数据传输、过滤、数据格式转换的一种中间程序架构，将RFID阅读器读取的各种数据信息，经过中间件提取、解密、过滤、格式转换、导入企业的管理信息系统，并通过应用系统反映在程序界面上，供操作者浏览、选择、修改、查询。中间件技术也降低了应用开发的难度，使开发者不需要直接面对底层架构，而是通过中间件进行调用。 　  物联网中间件是一种消息导向的软件中间件，信息是以消息的形式从一个程序模块传递到另一个或多个程序模块。消息可以非同步的方式传送，所以传送者不必等待回应。物联网中间件是在企业应用原有的中间件发展的基础上，结合自身应用特性进一步扩展并深化了中间件的应用。其主要特点是：

（1）独立性，物联网中间件独立并介于RFID读写器与后端应用程序之间，不依赖于某个RFID系统和应用系统，并且能够与多个RFID读写器以及多个后端应用程序连接，以减轻架构与维护的复杂性。

（2）数据流，物联网中间件最重要的组成部分，它的主要任务在于将实体对象格式转换为信息环境下的虚拟对象，因此数据处理是物联网最重要的功能。物联网中间件具有数据的采集、过滤、整合与传递等特性，以便将正确的对象信息传到企业后端的应用系统。

（3）处理流，物联网中间件是一个消息中间件，功能是提供顺序的消息流，具有数据流设计与管理的能力。在系统中需要维护数据的传输路径，数据路由和数据分发规则。同时在数据传输中对数据的安全性进行管理，包括数据的一致性，保证接收方收到的数据和发送方一致。同时还要保证数据传输中的安全性。

此外，本发明引入面向服务体系架构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，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的核心概念就是服务，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。

附图说明

图1是本发明RFID系统总架构示意图。

图2是本发明一实施例子的中间件架构原理架构图。

图3是本发明基于SOA架构的物联网中间件的软件结构图。

图4是本发明JMX管理框架示意图。

图5是消息处理组件流程示意图。

图6是经过带噪点抑制功能RIFD数据过滤算法处理的标签权值变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例子对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明提出一种物联网中间件架构，包括阅读器层和应用层，其特征在于：该物联网中间件包括依次设于阅读层和应用层之间的边缘层和集成层，所述的边缘层通过边缘服务器定期轮询阅读器，以清除重复操作，并执行过滤和设备管理功能，同时产生应用事件管理协议ALE事件并发送到集成层，所述集成层接收多个ALE事件，将它们合并到工作流中，工作流作为更大业务流程的一部分与不同系统接触应用。

如图2所示，本实施例子中，所述的边缘层为一设备管理层，其采集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，最后将校验无误的数据按照用户定义的协议进行封包，并将消息包发送到集成层。该设备管理层实现的主要功能包括；(1)采集射频标签的数据。 　 (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标签编码中“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(例如天线和1个金属传感器)。

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。

所述的集成层包括设有负责数据缓存、基于内容的路由及数据分类存储的消息系统的事件处理层和对来自事件处理层的数据进行过滤、入库操作并提供访问相应数据库的服务接口层。所述的消息系统是RFID基础架构的核心层。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，其中的矛盾使得设计一套消息传递系统成为自然而然的事情。Edge Server产生事件，并将事件传递到消息系统中，由消息系统决定如何将事件数据传递到相关的应用系统。在这种模式下，读写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读写器之间的网络通道，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。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。这样，一方面可通过操作临时xml文件，实现数据入库前数据过滤功能；另一方面又实现了RFID数据的批量入库，而不是对于每条来自Edge Server的RFID数据都进行一次数据库的连接和断开操作，减小了因数据库连接和断开而浪费的宝贵资源。

这里要说明的是，来自事件处理层的数据最终是分类的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。

在本发明另一实施例子中，本发明提供一种基于SOA架构的物联网中间件，其在应用中的作用主要是RFID标签数据处理、数据处理组件管理、RFID读写器的监控管理、打印机设备的监控管理和传感器的监控管理等。其整体软件原理框图如图3所示，其特征在于：包括物联网中间件系统管理模块、读写器监控和管理模块以及数据消息处理模块；所述的物联网中间件系统管理模块采用Browser/Server模式的MVC框架，即表示层、控制层和模型层。表示层是用户与系统的接口，是用户工作的界面。对物联网中间件的管理、读写器的控制和监控、打印机的控制和监控、传感器的控制和监控、标签数据查询、数据处理模块的管理等都是通过表示层发送请求。控制层主要负责请求的分发，接收用户发送的所有请求，并按照特定的逻辑分发给其他模块作进一步处理。模型层主要负责业务流程、状态的处理以及业务规则的制定。业务流程的处理过程对其它层来说是黑箱操作，模型接受视图请求的数据，并返回最终的处理结果。

所述的读写器监控和管理模块基于JMX管理框架，将读写器开发包用统一接口进行封装，并将接口方法作为RMI远程方法发布。对读写器的控制是在管理服务器中进行的，将对读写器的远程方法调用封装为一个MBean组件，注册到服务器中的JMBeanServer中，这样可以通过JMX管理框架来监控管理读写器。通过封装，以编程的方式弥补了不同厂商读写器开发包不同的差异，将对读写器的控制封装成接口统一的MBean组件。另外，JMX管理框架还提供时间服务、通知服务、监视服务和角色服务等服务。JMX管理框架如图4所示。

所述的数据消息处理模块基于JMS消息服务体系，这种组件体系结构将支持任意数据处理过程。业务分析人员可以对数据处理过程进行建模。一个数据处理过程实际上就是一些步骤的聚集。这些步骤包括数据过滤、格式转换、路由等。每一个类别将被抽象，并且建模成为一个JMX组件，该消息处理组件的流程如图5所示。

这里值得一提的是，本发明的数据消息处理操作采用带噪点抑制功能RFID数据过滤算法，对噪点进行抑制的关键在于对偶尔出现的噪点进行识别,从而通过程序将其抹去，我们实现的抑噪算法采用了阀值的思想,对标签的每次上报出现都赋予一定的权值,没出现的标签则减少其权值. 当该标签权值高于或低于某个阀值的时候,触发相应的标签事件，本算法具体描述为:

1) 定义标签每次出现后累加的权值valueStep；

2) 定义触发标签出现事件的阀值fapp；

3) 定义触发标签消失事件的阀值fd is；

4) 定义标签状态字段detectS tatus；

5) 如果标签出现,则其权值加valueStep；

6) 如果标签未出现,其权值减1；

7) 标签权值大于等于fapp,且detectS tatus =false,则触发标签出现事件, 产生一条标签出现的记录. 然后将detectS tatus置为true；

8) 标签权值小于等于fdis,且detectS tatus =true,则触发标签消失事件, 产生一条标签消失的记录. 然后将detectS tatus置为false。

在该算法中,不管是0噪点还是1噪点,由于其出现的次数很少,则其标签权值很难高于fapp或低于fdis, 就无法触发标签事件, 从而有效地抑制了噪点数据. 而正常标签不管被读写器上报了多少次,其只有在权值大于等于fapp时才会触发一条标签出现记录, 而标签状态字段detect Status则保证了当标签权值在阀值上下波动时不会对事件重复触发,所以该算法也有效解决了标签数据冗余的问题。在经过处理后,标签的报告情况由多个离散点变成了较为连续的权值变化, 如图6所示。算法中的出现阀值fapp 与权值value Step 之比fapp / valueS tep越大,则对1噪点的过滤情况越好;消失阀值fdis越低,则对0噪点的过滤更加有效。当fapp / valueS tep小于等于1的时候, 该过滤算法将不对1噪点进行过滤处理, 而仅保留去除冗余数据的功能. 所以, 根据客观使用环境的需求, 对value Step, fapp, fdisp3个参数进行合理调整和搭配,可以使本算法有效适应不同过滤目标的需求。该过滤算法为更高层的业务规则过滤模块奠定了很好的数据基础。

最后可以总结，本发明中间件具有以下功能：

·实现ALE规范的所有必需要求 

实现ALE接口规范所描述的工作状态机；支持多类EPC事件接收客户端（HTTP，TCP，FILE）；处理ECSpec，ECReport等XML，为第三方应用提供Web Service接口。 

·集成业界主流的RFID读写器 

Symbol/Matrix读写器；Zebra读写器；Intermec读写器；ThinkMagic读写器；Alien读写器 　- Avery读写器；SAMSys读写器；Printronix读写器。

·提供物联网中间件自身的配置管理

配置读写器集成参数，实现不同读写器的集成；配置ALE接口参数，实现第三方应用的访问；配置Edge Server工作参数，实现物联网中间件在特殊环境下适应性工作；提供集中管理。

·提供对RFID读写器的监控、基本配置和管理

支持多个RFID读写器的同时访问，监控；支持对不同RFID读写器的基本配置和管理。

·提供对打印机设备的监控、基本配置和管理

支持多个打印机设备的同时访问，监控；支持对不同打印机设备的基本配置和管理。

·提供对传感器设备的监控、基本配置和管理

支持多个传感器设备的同时访问，监控；支持对不同传感器设备的基本配置和管理。

·提供灵活扩展的框架，支持ALE规范的升级和快速集成新的RFID读写器

提供版本维护机制，支持ALE规范的升级；提供开发工具包，快速集成新的RFID读写器。 

·提供企业级运行品质，稳定，高效，安全，可管理，扩展，互联

由于物联网中间件运行在企业边缘层，在进行物联网中间件集中管理的同时，需要自身提供足够高的可用性；海量级的EPC信息采集需要物联网中间件高效工作，支持多RFID读写器并行操作；业务上的安全要求其EPC信息的采集行为必须是安全的；简洁直观的管理风格有助于企业更好的管理物联网中间件及其相关RFID硬件设施；扩展能力，除了前面提到的对标准和硬件的兼容性之外，需要在性能提升方面通过多个物联网中间件并行工作来进一步优化性能；良好的互联性，实现与第三方应用的协同工作。

·可支持移动标签读取，实现更好的设备管理。

·保留所有处理的操作日志。

·具有可以直接进入网页服务的控制台。

·操作员登陆安全等级高。

·支持所有商业SQL数据库，可实现有效的双向数据集成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。