CN103763359A

CN103763359A - 一种基于混合式结构的发现服务体系建立方法及查询方法

Info

Publication number: CN103763359A
Application number: CN201410010648.7A
Authority: CN
Inventors: 刘鹏; 延志伟; 田野; 孔宁; 李晓东; 阎保平
Original assignee: Computer Network Information Center of CAS
Current assignee: China Internet Network Information Center
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: CN103763359B

Abstract

本发明公开了一种基于混合式结构的发现服务体系建立方法及查询方法。本建立方法为：1）将不同RFID编码标准对应的标准顶级节点STN构成一个DHT网络；2）将每一STN下的多个标准服务节点SSN组织成树状结构，STN为根节点；3）将物品的RFID标识<OID,ID>注册到负责为该物品RFID标识提供查询服务的节点SSN：存储该物品的服务器IS_A向所述DHT网络中任意一个STN发送一注册请求；STN将该注册请求发送到节点SSN所在树状结构的根节点STN_i；STN_i根据该注册请求找到SSN，SSN根据该注册请求对该物品的RFID标识进行注册。本发明不存在单点性能瓶颈、维护成本低，且易于扩展。

Description

一种基于混合式结构的发现服务体系建立方法及查询方法

技术领域

本发明涉及一种发现服务体系建立方法及查询方法，尤其涉及一种基于混合式结构的发现服务体系建立方法及查询方法，属于网络技术领域。

背景技术

近年来，RFID（Radio Frequency IDentification）标签在全球范围内被广泛应用于制造业、物流行业、零售行业等领域。RFID网络被提出，用于支持对物品供应链中的物品进行跟踪和追溯，包括IS（Information Service）、ONS（Object Name Service）、DS（Discovery Service）等组成部分。其中，每个企业都拥有一个自己的IS服务器，用于存储途经本企业物品的相关信息，例如，物品标识、物品类型、入厂时间等。ONS用于提供物品标识与物品生产商IS服务器之间的映射服务。DS作为RFID网络中的关键组成部分，提供物品标识与存储该物品信息的所有企业IS服务器地址之间的映射服务。

目前，主流的DS设计方案可以分为两大类，即基于树状结构的DS和基于DHT的DS。其中，基于树状结构的DS的优点是系统易于根据实际需求，方便的增加或减少节点，缺点是系统中存在唯一的根节点，这将成为系统的性能瓶颈，限制了系统的可扩展性。基于DHT的DS的优点是系统中不存在根节点，并且支持节点动态的加入和退出，缺点是1）当系统中有较多节点动态的加入和退出时，系统的维护成本将显著升高；2）当系统中包含大量节点时，这些节点之间的身份验证是一个难以解决的问题。以上缺点限制了基于DHT的DS的可扩展性。此外，当前存在多种由不同机构提出的RFID编码标准，并且不同机构提出的RFID编码标准相互之间存在冲突，不能兼容。由于这些由不同机构提出的RFID编码标准将长期共存，因此DS需要兼容各种不同的RFID编码标准，能够为这些不同的RFID编码标准的标识提供查询服务。当前，已有的主流的DS设计方案一般只能为某种RFID编码标准的标识提供查询服务，没有考虑DS兼容不同RFID编码标准的需求，例如，EPCglobal提出的DS设计方案，只能为EPC编码标准（RFID编码标准的一种，由EPCglobal提出）提供查询服务。综上所述，已有DS设计方案在系统可扩展性上存在缺陷，不能很好的满足DS的需求，并且不能兼容由不同机构提出的RFID编码标准。

发明内容

由于已有的DS设计方案不能满足当前DS的应用需求，因此我们针对已有DS设计方案的不足，提出一种基于混合式结构的发现服务体系建立方法及查询方法。

本发明的技术方案为：

一种基于混合式结构的发现服务体系建立方法，其步骤为：

1）将不同RFID编码标准对应的标准顶级节点STN构成一个DHT网络；

2）将每一STN下的多个标准服务节点SSN组织成树状结构，STN为该树状结构的根节点；

3）将物品的RFID标识<OID,ID>注册到负责为该物品RFID标识提供查询服务的节点SSN；其中，OID为分配给ID所属RFID编码标准的对象标识符，ID为RFID编码标准下的一个标识或编码：

31）存储该物品相关信息的服务器IS_A向所述DHT网络中任意一个STN发送一包含物品RFID标识<OID,ID>和IS_A地址URI_A信息的注册请求；

32）STN将该注册请求发送到该节点SSN所在树状结构的根节点STN_i；

33）STN_i根据该注册请求找到该SSN，该SSN根据该注册请求对该物品的RFID标识进行注册。

进一步的，所述DHT网络中每个STN节点的标识为ID=hash(STN_OID)；STN_OID代表对象标识符为OID的RFID编码标准所对应的STN。

进一步的，所述步骤32）的实现方法为：当STN收到IS_A发送的所述注册请求后，计算key1=hash(OID)，然后将key1与该STN的标识进行比较，如果两者不同，则该STN将在所述DHT网络中转发所述注册请求，直至该注册请求最终被路由到该STN_i。

进一步的，所述步骤33）中找到该SSN的方法为：首先STN_i根据该注册请求中的ID找到包含该SSN的子树SSN’的地址，并将其返回给IS_A；然后IS_A将该注册请求发送给该SSN’，该SSN’在接收到该注册请求后，将根据ID将该SSN的地址返回给IS_A。

进一步的，所述对该物品的RFID标识进行注册的方法为：SSN根据所述注册请求，在数据库中增加一条<OID,ID:URI_A>的记录，并向IS_A返回一个确认响应。

进一步的，新的STN节点在加入所述DHT网络前，向所述DHT网络中的STN验证自己的身份。

一种发现服务体系的查询方法，其步骤为：

1）用户向DHT网络中任意一STN发送一个包含物品RFID标识<OID,ID>的查询请求；

2）STN在接收到该查询请求后，将该注册请求发送到节点SSN所在树状结构的根节点STN_i；该SSN是负责为该物品RFID标识提供查询服务的节点；

3）STN_i根据该查询请求找到该SSN，该SSN根据该查询请求向该用户返回所有与物品

标识<OID,ID>相关的服务器地址。

进一步的，所述DHT网络中每个STN节点的标识为ID=hash(STN_OID)，STN_OID代表对象标识符为OID的RFID编码标准所对应的STN。

进一步的，所述步骤2）的实现方法为：STN在接收到该查询请求后，计算key1=hash(OID)并与该STN的标识进行比较；如果两者不同，该STN将在所述DHT网络中转发该查询请求直至该查询请求最终被路由到STN_i。

进一步的，所述STN_i根据该查询请求找到SSN的方法为：首先STN_i根据该查询请求中的ID，找到包含该SSN的子树SSN’的地址，然后将该SSN’的地址返回给该用户；该用户将查询请求发送给该SSN’，该SSN’根据该查询请求中的ID找到该SSN并将其地址返回给该用户。

当前，不同的机构分别提出多种RFID编码标准，例如，EPCglobal提出的EPC编码标准、uID Center提出的UCode编码标准、中国商务部提出的CPC编码标准等。这些不同机构提出的RFID编码标准相互之间存在冲突，不能兼容。ISO/IEC充分考虑了当前及未来将会并存着多种RFID编码标准，为了保证这些RFID编码标准能够无冲突的共存，其在ISO/IEC15961及18000系列标准中，利用OID（Object Identifier，对象标识符）对每种RFID编码标准进行唯一标识。根据ISO/IEC15961标准，RFID标签中不仅具有存储物品编码（Identifier）的空间，还具有存储OID数据的空间，即RFID标识包含OID与Identifier两部分。本文的DS设计方案基于遵循ISO/IEC15961及18000系列标准的RFID标签提出，RFID标识可以简记为<OID,Identifier>。

DS体系结构

针对已有DS设计方案的不足，我们提出一种基于混合式结构的DS设计方案，如图1所示。其中每种RFID编码标准都对应一个STN（Standard Top Node,标准顶级节点），并且这个STN的运行和管理由该RFID编码标准的发布机构负责。例如，EPCglobal发布了EPC编码标准（RFID编码标准的一种），那么该编码标准对应的STNEPC由EPCglobal负责运行和管理。所有由不同机构提出的RFID编码标准对应的STN构成一个DHT网络，其中DHT网络中每个STN节点的标识是其OID前缀的哈希值（即ID=hash(STN_OID)）。DHT能够支持节点动态的加入和退出，并且具有很高的查询效率。例如，在一个具有N个节点的Chord网络（DHT网络的一种）中，查询的时间复杂度为O(logN)。为了保证DS系统的安全性，新的STN节点在加入前，需要基于PKI（Public Key Infrastructure，公钥基础设施）向DHT中已有的STN验证自己的身份。

每个STN相关的信息，如STN的OID前缀、STN在DHT网络中的标识和地址等，都是公开的，任何人都可以获取。由于RFID编码标准的数量并不是很多，因此相应的STN的数量也不会很大。因为STN数量不多并且每个STN提供的服务稳定可靠，因此较多节点动态加入和退出DHT网络的情况将不会出现，所以，由STN构成的DHT网络的维护成本和DHT网络中STN之间的验证成本都较低。此外，由STN组成的DHT网络中没有根节点，因此不存在性能瓶颈的问题。STN_OID提供OID所标识RFID编码标准的标识与该STN_OID下层对应节点地址之间的映射。STN_OID代表RFID编码标准是OID的标准所对应的那个STN服务器。

在每个STN下有多个组织成树状结构的SSN（Standard Service Node，标准服务节点），其中STN是这个树状结构的根节点，如图1所示。树状结构便于根据具体的应用需求增加或减少节点。当SSN收到用户的包含RFID标识<OID，Identifier>的查询请求后，则1)如果该SSN存储有<OID,Identifier>标识相关的所有IS服务器地址，那么SSN将把所有IS服务器地址返回给用户；2)如果为<OID,Identifier>标识提供查询服务的节点在本SSN的子树中，那么SSN将返回对应的下一个子节点的地址；3)如果是其它情况，SSN将忽略这个请求。

设计方案的改进

由于每个STN需要处理大规模的用户查询请求，因此单个服务器不能满足实际的应用需求。此外，一般情况下，不同ISP的网络之间的带宽是受限的，这有可能导致用户查询时间的延迟，甚至是DS服务的不可用。对于以上问题，我们基于anycast技术，提出一种解决方案，即用一组分布在不同ISP网络内的服务器取代单个的STN服务器为用户提供服务，并且这组服务器使用同一个IP地址标识（anycast技术本身的功能，使用同一个IP地址，是为了方便用户访问。）。这组服务器之间的数据是同步的。通过采用这种方法，用户发送给一个STN的请求，将被路由到该组服务器中最近的服务器上。通过基于anycast技术的改进方案，能够显著提高STN的性能，进而可以有效的提高DS系统的效率。

与现有技术相比，本发明的优点：

1)具有更好的可扩展性：

在我们提出的DS设计方案中，由于STN数量不多并且提供的服务稳定，因此由STN构成的DHT网络维护成本和STN之间的身份验证成本都很低。由于STN组成的DHT网络不存在单点性能瓶颈、维护成本低，并且我们基于anycast技术提出了一种STN性能改进方案，因此与已有的DS设计方案相比，我们提出的基于混合式结构的DS具有更好的可扩展性，能够根据DS的实际需求方便的增加新节点。

2)能够兼容不同的RFID编码标准：

在采用ISO/IEC15961及18000系列标准解决不同RFID编码标准之间冲突的基础上，我们提出一种基于混合式结构的DS设计方案。与已有的DS设计方案相比，我们提出的DS设计方案兼容不同的RFID编码标准，能够为不同RFID编码标准的标识提供查询服务。

附图说明

图1为基于混合式结构的DS；

图2为注册流程图；

图3为查询流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述：

注册流程

物品的RFID标识是<OID_EPC,ID1>，负责为这个标识提供查询服务的节点是SSN₂₁,那么在企业A的IS服务器（IS_A）存储该物品的信息后，在建立DHT网络基础上，注册流程如图2所示：

1)IS_A向任意一个STN发送一个包含物品RFID标识<OID_EPC,ID1>和IS_A地址(URI_A)的注册请求。

2)当STN收到IS_A发送的注册请求后，将计算key1=hash(OID_EPC)，然后将key1与本STN的标识进行比较。如果两者不同，该STN将在DHT网络中转发这个注册请求。这个注册请求将最终被路由到STN_EPC。

3)STNE_PC根据注册请求中包含的ID1，将SSN₁₁的（这个节点的子树中，包括SSN21节点。）地址返回给IS_A。

4)IS_A将注册请求发送给SSN₁₁。

5)SSN₁₁在接收到该注册请求后，将根据ID1（ID1是RFID标识包含两部分中的第二部分，ID1代指前面Identifier的一个具体值，即是某种RFID编码标准下的一个标识）将SSN₂₁的地址返回给IS_A。

6)IS_A将注册请求发送给SSN₂₁。

7)SSN₂₁在接收到IS_A的注册请求后，在其数据库中增加一条<OID_EPC,ID1:URI_A>的记录，并向IS_A返回一个确认响应。

查询流程

查询流程的前提同上，Client C查询的流程如图3所示：

1)Client C向任意一个STN发送一个包含物品RFID标识<OID_EPC,ID1>的查询请求。

2)STN在接收到查询请求后，将计算key1=hash(OID_EPC)，并与本STN的标识进行比较。如果两者不同，该STN将在DHT网络中转发这个查询请求。这个查询请求将最终被路由到STN_EPC。

3)STN_EPC根据查询请求中包含的ID1，将SSN₁₁的地址返回给Client C。

4)Client C将查询请求发送给SSN₁₁。

5)SSN₁₁收到查询请求后，将根据查询请求中包含的ID1将SSN₂₁的地址返回给Client C。

6)Client C向SSN₂₁发送查询请求。

7)SSN₂₁在收到查询请求后，将向Client C返回所有与物品标识<OID_EPC,ID1>相关的服务器地址。

Claims

1.一种基于混合式结构的发现服务体系建立方法，其步骤为：

31）存储该物品相关信息的服务器ISA向所述DHT网络中任意一个STN发送一包含物品RFID标识<OID,ID>和IS_A地址URI_A信息的注册请求；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述DHT网络中每个STN节点的标识为ID=hash(STN_OID)；STN_OID代表对象标识符为OID的RFID编码标准所对应的STN。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述步骤32）的实现方法为：当STN收到IS_A发送的所述注册请求后，计算key1=hash(OID)，然后将key1与该STN的标识进行比较，如果两者不同，则该STN将在所述DHT网络中转发所述注册请求，直至该注册请求最终被路由到该STN_i。

4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述步骤33）中找到该SSN的方法为：首先STN_i根据该注册请求中的ID找到包含该SSN的子树SSN’的地址，并将其返回给IS_A；然后IS_A将该注册请求发送给该SSN’，该SSN’在接收到该注册请求后，将根据ID将该SSN的地址返回给IS_A。

5.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述对该物品的RFID标识进行注册的方法为：SSN根据所述注册请求，在数据库中增加一条<OID,ID:URI_A>的记录，并向IS_A返回一个确认响应。

6.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于新的STN节点在加入所述DHT网络前，向所述DHT网络中的STN验证自己的身份。

7.一种基于权利要求1所建发现服务体系的查询方法，其步骤为：

3）STN_i根据该查询请求找到该SSN，该SSN根据该查询请求向该用户返回所有与物品标识<OID,ID>相关的服务器地址。

8.如权利要求7所述的查询方法，其特征在于所述DHT网络中每个STN节点的标识为ID=hash(STN_OID)，STN_OID代表对象标识符为OID的RFID编码标准所对应的STN。

9.如权利要求8所述的查询方法，其特征在于所述步骤2）的实现方法为：STN在接收到该查询请求后，计算key1=hash(OID)并与该STN的标识进行比较；如果两者不同，该STN将在所述DHT网络中转发该查询请求直至该查询请求最终被路由到STN_i。

10.如权利要求7或8或9所述的查询方法，其特征在于所述STN_i根据该查询请求找到该SSN的方法为：首先STN_i根据该查询请求中的ID，找到包含该SSN的子树SSN’的地址，然后将该SSN’的地址返回给该用户；该用户将查询请求发送给该SSN’，该SSN’根据该查询请求中的ID找到该SSN并将其地址返回给该用户。