RFID应用架构规划指南.doc

1、RFID 应用架构规划指南 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

2、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

3、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

4、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

5、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（ Applica

6、tion 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

7、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 E

8、PC 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

9、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

10、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，

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、 : a. 构建可展现企业现有应用和资源的服务 b. 编排低级别服务以创建高级别业务服务 c. 构建可使用服务并将服务展现给最终用户的个性化门户 d. 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： a. 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。 b. 消息总线架构，使事件能够被多个感兴趣的用户处理 。 c. 用于连接到 EPC-IS、 ONS 和 PIM 服务的控件。 d. 预置的 portlet，用于加

18、快商店、物流中心和供应商门户的建设步伐。 e. 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。 f. 全套系统文档（软件架构指南、设计文档和操作手册等）。 g. 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 h. 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。