CN104091187A - 一种基于rfid中间件的嵌入式数据集中器 - Google Patents

Abstract

一种基于RFID中间件的嵌入式数据集中器，属于RFID无线射频技术领域。包括：嵌入式数据集中器硬件和配置管理软件。所述的嵌入式数据集中器硬件，采用基于ARM的嵌入式硬件环境，包括：处理器、存储器、无线模块、显示屏、通用输入/输出接口，上述硬件集成在两块双层混合集成电路板上，一块集成处理器、存储器、显示屏，处理器与存储器通过主存总线相连，与显示屏通过I/O总线相连；另一块集成无线模块和通用输入/输出接口，无线模块和通用输入/输出接口分别与电路板的I/O总线相连，两块电路板采用主从方式，用UART总线相连。优点在于，解决RFID数据集成的问题；RFID系统产生大量的数据，通过RFID中间件的处理，将有价值的RFID数据输送至企业，实现RFID技术与企业资源信息系统的结合。

Description

一种基于RFID中间件的嵌入式数据集中器

技术领域

本发明属于RFID无线射频技术领域，尤其涉及一种基于RFID中间件的嵌入式数据集中器。 

背景技术

射频识别技术RFID是利用射频方式进行非接触双向通信交换数据以达到识别目的的自动识别技术。RFID技术以其独特的优势，逐渐被广泛应用于工业自动化、商业自动化和交通运输管理等领域。 

RFID系统一般由读写器、电子标签及企业应用系统组成。在实际应用中，存在众多协议，不同厂商生产的RFID产品具有不同的编程接口，而且每种读写器可能具有不多的使用和操作方式，这些成为企业应用RFID系统的障碍；同时，如果将读写器读取的信息直接送往企业应用系统，会产生以下问题：1)将RFID读写器采集到的大量事件直接送入企业核心系统，会产生大量数据涌入，加重了企业应用系统存储负担，无法保证信息可靠性；2)RFID读写器最初采集的事件通常是大量的简单事件，并不能被企业应用系统直接使用，加重了企业应用系统处理的复杂度；3)RFID系统运作存在大量的事件，与企业应用系统处理速度可能不匹配，需要进行信息流缓冲；4)频繁的操作数据库显然会降低整体业务的性能，加重了下游系统的负荷。 

发明内容

本发明的目的在于提供基于RFID中间件的嵌入式数据集中器，实现了RFID系统与底层读写器接口、上层应用系统中异构数据库复杂性的屏蔽，达到良好的灵活性、可配置型，解决RFID数据集成的问题；RFID系统产生大量的数据，通过RFID中间件的处理，将有价值的RFID数据输送至企业，实现RFID技术与企业资源信息系统的结合。 

本发明连接在RFID读写器和企业应用程序之间，包括：嵌入式数据集中器硬件和配置管理软件。 

所述的嵌入式数据集中器硬件，采用基于ARM的嵌入式硬件环境，包括：处理器、存储器、无线模块、显示屏、通用输入/输出接口，上述硬件集成在两块双层混合集成电路板上，一块集成处理器、存储器、显示屏，处理器与存储器通过主存总线相连，与显示屏通过I/O总线相连；另一块集成无线模块和通用输入/输出接口，无线模块和通用输入/输出接口分别与电路板的I/O总线相连，两块电路板采用主从方式，用UART总线相连。 

所述的处理器和存储器部署有RFID中间件，中间件运行于嵌入式linux操作系统下。 

所述的RFID中间件，包括：读写器接口模块、数据处理模块、数据缓存模块、数据库、配置管理模块以及上层应用接口。 

所述的读写器接口模块，与管理配置模块、数据处理模块及数据缓存模块相连，用于中间件与RFID读写器的数据通信，主要获取RFID数据以及下达配置管理模块的读写器指令。 

所述的数据处理模块，包括RFID数据分组模块模块、RFID数据过滤模块和复杂事件组装模块，这几个模块依次相连，并与读写器接口模块及上层应用接口模块相连，用于对RFID原始数据进行分组、过滤及重组，组装成有意义的复杂事件，并以统一的数据格式上传给上层应用程序。 

所述的RFID数据分组模块，用于将多个天线，按照业务逻辑映射为一个逻辑分组，每一个逻辑分组代表了一个具体业务含义，分组规则可以根据实际的系统部署情况来确定，它屏蔽了数据采集点的具体实现方式，减少了数据处理部分与数据采集部分的软件耦合度；而对上层模块来说，可见的只有逻辑分组，对RFID原始数据具有初步过滤功能。 

所述的RFID数据过滤模块，对RFID原始数据进行去冗余化和去噪点处理，是RFID中间件核心功能之一。 

所述的去冗余化实现方法是：对标签状态的变化进行(0，1)编码，标签出现为0，标签消失为1；然后依据事件的时间和空间有序性以及业务流程规则，通过计时器机制在状态和时间两个维度上对数据进行去冗余化；另外结合业务规则，通过设置各种过滤器达到过滤冗余数据的目的，例如读写器过滤器适用于只关心某一地点标签信息的应用系统；编码过滤器适用于只关心指定类型的标签用户；时间过滤器适用于只关注某一时段的标签的应用系统。 

所述的去噪点处理实现方法是：所谓的RFID系统噪点主要表现为漏读、脏读2个方面，可以通过smooth算法生成逻辑事件，平滑事件流，清洗漏读数据错误；读写器读取或数据传输过程中所造成的位错误通过校验码来检测，通过特定的解码规则进行解析，过滤掉无法解析和编码异常的数据，来解决脏读问题。 

所述复杂事件组装模块，主要是处理同一事件流中多个事件之间的相关性，对上层应用提供事件分析和提取功能，使RFID应用程序快速开发、降低成本。 

所述的数据缓存模块模块，设有一块共享存储区，它连接数据库、数据处理模块和读写器接口模块，用于缓存从读写器读取的标签数据、数据处理模块处理的中间数据结果以及按照需求将数据存储在数据库中，这也可以解决数据获取与存储、数据处理之间的速度不协调问题；获取的标签信息，并没有立即存储到数据库中，而是先放在缓存区，然后经过数据处理模块处理过滤之后，才将其存入 数据库中；数据处理模块生产的中间数据，也暂存在数据缓存区，然后根据业务规则，有选择的存入数据库中。 

所述的数据库，采用Mysql数据库，与数据缓存模块、管理配置模块和上层应用接口模块相连，包括规则库、事件库、设备驱动库、配置参数库，分别采用不同的表空间进行存储。 

所述的配置管理模块，与读写器接口模块、数据库和上层应用接口相连，用于调整读写器工作状态，配置相应读写器驱动和接口参数，配置上层应用接口参数以及编辑规则库，并把相应的驱动、参数及规则存入数据库；其主要功能有：(1)接受用户对读写器参数的配置，包括读取周期的设置、天线功率的设置、IP地址、串口号、端口号以及其他参数的设置；(2)监控调整读写器状态，包括监控读写器与网络的连接是否相通，监控读写器使用的天线连接是否正常，读写器是否处于启动状态等,并把相关状态信息传送到显示屏进行显示；(3)读写器工作状态的控制，包括启动、停止、读取信息、添加、删除已有的读写器等；(4)配置上层应用接口参数以及编辑规则库，包括根据业务需求，进行通信参数设置、DLL配置、业务规则编辑等。 

所述的上层应用接口，与数据库、数据处理模块和配置管理模块相连，用于将经过过滤和组装的RFID数据以统一的格式向上层应用软件发送，以实现更为丰富和贴近现实的功能；上层应用程序接口采用动态链接库DLL形式，采用模块化思想，模块只有在相应的功能被请求时才加载，方便程序扩展。 

所述的无线模块，包括：WiFi模块和GPRS模块，方便移动终端/远程PC以无线的方式与嵌入式数据集中器进行通信，不受地域的限制；其中移动终端/远程PC上可以部署企业一个用程序或远程配置管理软件。 

所述的显示屏，是LED显示屏，利用一片协处理器通过ARM处理器提供的显示数据控制LED屏的显示，用来显示系统当前状态。 

所述的通用输入/输出接口，包括以太网接口至少2个，用于连接读写器或企业应用系统；串行接口，RS232/RS485,与PC机或读写器相连，其中PC机上部署本地配置管理软件，配置管理信息直接通过消息队列直接发送给系统进行处理；SD卡接口用于增加外部存储空间；USB接口，用于连接读写器或外部移动硬盘，导入/导出数据；无线模块可以通过无线方式与移动终端/远程PC通讯，移动终端/远程PC上部署企业应用程序或远程配置管理软件，它以C/S或B/S模式，通过socket接口发送命令给中间件系统，无线模块解析远程命令以后，将命令信息发送到配置管理模块进行处理；电源接口，外接电源24V直流电源供电。 

所述的配置管理软件，属于人机交互软件，是RFID中间件的配置管理模块可视化显示，用于配置相应的读写器接口参数、设置读写器设备的工作状态以及编辑业务规则；其中，读写器的配置采用面相对象的方式，对不同的连接方式建立不同的类，针对不同的RFID读写器的底层通信协议或开发包建立相应的类， 逐一实现其中的命令函数，读写器连入系统的时候选择连接方式，根据连接方式生成不同的对象；当有一种的新的连接方式时，只需要再加入该接口方式的类就可以了，方便程序的升级和更新，提高了系统的可扩展性；用类的方式实现读写器的连接，屏蔽了各种设备的差异性。 

本发明的优点在于，实现RFID系统与底层读写器接口、上层应用系统中异构数据库复杂性的屏蔽，达到良好的灵活性、可配置型，解决RFID数据集成的问题；这些技术的实施，具体的有益效果表现在以下几个方面： 

(1)屏蔽硬件的差异性 

为上层应用提供各种RFID读写器的统一接口，使得设备差异对上层来说透明；当读写器种类变化或增加时，应用端不用修改，解决多对多连接维护复杂性问题，提高了系统的可扩展性。 

(2)解决RFID数据过滤、集成的问题 

通过过滤冗余数据，减轻了网络带宽方面、处理器方面以及数据存储方面的负担；通过复杂事件组装，按照一定的业务需求组装事件，与各种现有应用系统进行很好的集成，提供了企业应用系统的工作效率。 

(3)提供了灵活的配置操作 

企业可以根据自己的实际业务需求、企业应用系统的实际情况，自行设定相关的RFID中间件参数，将企业所需的RFID数据顺利地导入企业系统，大大降低系统的开发成本。 

附图说明

图1是本发明硬件结构图。 

图2是本发明RFID中间件结构框图。 

具体实施方式

本发明的硬件结构图如图1所示，包括：嵌入式数据集中器硬件和配置管理软件。 

所述的嵌入式数据集中器硬件，采用基于ARM的嵌入式硬件环境，包括：处理器、存储器、无线模块、显示屏、通用输入/输出接口，上述硬件集成在两块双层混合集成电路板上，一块集成处理器、存储器、显示屏，处理器与存储器通过主存总线相连，与显示屏通过I/O总线相连；另一块集成无线模块和通用输入/输出接口，无线模块和通用输入/输出接口分别与电路板的I/O总线相连，两块电路板采用主从方式，用UART总线相连。 

所述的处理器和存储器部署有RFID中间件，中间件运行于嵌入式linux操作系统下。 

所述的RFID中间件，其结构框图如图2所示，包括：读写器接口模块、数据处理模块、数据缓存模块、数据库、配置管理模块以及上层应用接口。 

所述的读写器接口模块，与管理配置模块、数据处理模块及数据缓存模块相连，用于中间件与RFID读写器的数据通信，主要获取RFID数据以及下达配置管理模块的读写器指令。 

所述的数据处理模块，包括RFID数据分组模块模块、RFID数据过滤模块和复杂事件组装模块，这几个模块依次相连，并与读写器接口模块及上层应用接口模块相连，用于对RFID原始数据进行分组、过滤及重组，组装成有意义的复杂事件，并以统一的数据格式上传给上层应用程序。 

所述的RFID数据分组模块，用于将多个天线，按照业务逻辑映射为一个逻辑分组，每一个逻辑分组代表了一个具体业务含义，分组规则可以根据实际的系统部署情况来确定，它屏蔽了数据采集点的具体实现方式，减少了数据处理部分与数据采集部分的软件耦合度；而对上层模块来说，可见的只有逻辑分组，对RFID原始数据具有初步过滤功能。 

所述的RFID数据过滤模块，对RFID原始数据进行去冗余化和去噪点处理，是RFID中间件核心功能之一。 

所述的去冗余化实现方法是：对标签状态的变化进行(0，1)编码，标签出现为0，标签消失为1；然后依据事件的时间和空间有序性以及业务流程规则，通过计时器机制在状态和时间两个维度上对数据进行去冗余化；另外结合业务规则，通过设置各种过滤器达到过滤冗余数据的目的，例如读写器过滤器适用于只关心某一地点标签信息的应用系统；编码过滤器适用于只关心指定类型的标签用户；时间过滤器适用于只关注某一时段的标签的应用系统。 

所述的去噪点处理实现方法是：所谓的RFID系统噪点主要表现为漏读、脏读2个方面，可以通过smooth算法生成逻辑事件，平滑事件流，清洗漏读数据错误；读写器读取或数据传输过程中所造成的位错误通过校验码来检测，通过特定的解码规则进行解析，过滤掉无法解析和编码异常的数据，来解决脏读问题。 

所述复杂事件组装模块，主要是处理同一事件流中多个事件之间的相关性，对上层应用提供事件分析和提取功能，使RFID应用程序快速开发、降低成本。 

所述的数据缓存模块模块，设有一块共享存储区，它连接数据库、数据处理模块和读写器接口模块，用于缓存从读写器读取的标签数据、数据处理模块处理的中间数据结果以及按照需求将数据存储在数据库中，这也可以解决数据获取与存储、数据处理之间的速度不协调问题；获取的标签信息，并没有立即存储到数据库中，而是先放在缓存区，然后经过数据处理模块处理过滤之后，才将其存入数据库中；数据处理模块生产的中间数据，也暂存在数据缓存区，然后根据业务规则，有选择的存入数据库中。 

所述的数据库，采用Mysql数据库，与数据缓存模块、管理配置模块和上层应用接口模块相连，包括规则库、事件库、设备驱动库、配置参数库，分别采用不同的表空间进行存储。 

所述的管理配置模块，与读写器接口模块、数据库和上层应用接口相连，用于调整读写器工作状态，配置相应读写器驱动和接口参数，配置上层应用接口参数以及编辑规则库，并把相应的驱动、参数及规则存入数据库；其主要功能有：(1)接受用户对读写器参数的配置，包括读取周期的设置、天线功率的设置、IP地址、串口号、端口号以及其他参数的设置；(2)监控调整读写器状态，包括监控读写器与网络的连接是否相通，监控读写器使用的天线连接是否正常，读写器是否处于启动状态等,并把相关状态信息传送到显示屏进行显示；(3)读写器工作状态的控制，包括启动、停止、读取信息、添加、删除已有的读写器等；(4)配置上层应用接口参数以及编辑规则库，包括根据业务需求，进行通信参数设置、DLL配置、业务规则编辑等。 

所述的上层应用接口，与数据库、数据处理模块和配置管理模块相连，用于将经过过滤和组装的RFID数据以统一的格式向上层应用软件发送，以实现更为丰富和贴近现实的功能；上层应用程序接口采用动态链接库DLL形式，采用模块化思想，模块只有在相应的功能被请求时才加载，方便程序扩展。 

所述的无线模块，包括：WiFi模块和GPRS模块，方便移动终端/远程PC以无线的方式与嵌入式数据集中器进行通信，不受地域的限制；其中移动终端/远程PC上可以部署企业一个用程序或远程配置管理软件。 

所述的显示屏，是LED显示屏，利用一片协处理器通过ARM处理器提供的显示数据控制LED屏的显示，用来显示系统当前状态。 

所述的通用输入/输出接口，包括以太网接口至少2个，用于连接读写器或企业应用系统；串行接口，RS232/RS485,与PC机或读写器相连，其中PC机上部署本地配置管理软件，配置管理信息直接通过消息队列直接发送给系统进行处理；SD卡接口用于增加外部存储空间；USB接口，用于连接读写器或外部移动硬盘，导入/导出数据；无线模块可以通过无线方式与移动终端/远程PC通讯，移动终端/远程PC上部署企业应用程序或远程配置管理软件，它以C/S或B/S模式，通过socket接口发送命令给中间件系统，无线模块解析远程命令以后，将命令信息发送到配置管理模块进行处理；电源接口，外接电源24V直流电源供电。 

所述的配置管理软件，属于人机交互软件，是RFID中间件的配置管理模块可视化显示，用于配置相应的读写器接口参数、设置读写器设备的工作状态以及编辑业务规则；其中，读写器的配置采用面相对象的方式，对不同的连接方式建立不同的类，针对不同的RFID读写器的底层通信协议或开发包建立相应的类，逐一实现其中的命令函数，读写器连入系统的时候选择连接方式，根据连接方式生成不同的对象；当有一种的新的连接方式时，只需要再加入该接口方式的类就可以了，方便程序的升级和更新，提高了系统的可扩展性；用类的方式实现读写器的连接，屏蔽了各种设备的差异性。 

以上对本发明实施方式提供的技术方案进行了详细的介绍，本文中应用了具体实施例对本发明所实施的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (4)

1.一种基于RFID中间件的嵌入式数据集中器，实现RFID系统与底层读写器接口、上层应用系统中异构数据库复杂性的屏蔽；其特征在于，

所述的嵌入式系统，包括：处理器、存储器、无线模块、显示屏、通用输入/输出接口，上述硬件集成在两块双层混合集成电路板上，一块集成处理器、存储器、显示屏，处理器与存储器通过主存总线相连，与显示屏通过I/O总线相连，另一块集成无线模块和通用输入/输出接口，无线模块和通用输入/输出接口分别与电路板的I/O总线相连，两块电路板采用主从方式，用UART总线相连；

所述的处理器和存储器部署有RFID中间件；

所述的无线模块包括：WiFi模块和GPRS模块；

所述的显示屏是LED显示屏；

所述的通用输入/输出接口，包括以太网接口至少2个，用于连接读写器或企业应用系统；串行接口，RS232/RS485,与PC机或读写器相连；

所述的RFID中间件包括：读写器接口模块、数据处理模块、数据缓存模块、数据库、配置管理模块以及上层应用接口；

所述的读写器接口模块，与管理配置模块、数据处理模块及数据缓存模块相连，用于中间件与RFID读写器的数据通信，获取RFID数据以及下达配置管理模块的读写器指令；

所述的数据处理模块，包括RFID数据分组模块模块、RFID数据过滤模块和复杂事件组装模块，这几个模块依次相连，并与读写器接口模块及上层应用接口模块相连，用于对RFID原始数据进行分组、过滤及重组，组装成有意义的复杂事件，并以统一的数据格式上传给上层应用程序；

所述的数据缓存模块模块，设有一块共享存储区，它连接数据库、数据处理模块和读写器接口模块，用于缓存从读写器读取的标签数据、数据处理模块处理的中间数据结果以及按照需求将数据存储在数据库中，解决数据获取与存储、数据处理之间的速度不协调问题；获取的标签信息，并没有立即存储到数据库中，而是先放在缓存区，然后经过数据处理模块处理过滤之后，才将其存入数据库中；数据处理模块生产的中间数据，也暂存在数据缓存区，然后根据业务规则，有选择的存入数据库中；

所述的配置管理模块，与读写器接口模块、数据库和上层应用接口相连，用于调整读写器工作状态，配置相应读写器驱动和接口参数，配置上层应用接口参数以及编辑规则库，并把相应的驱动、参数及规则存入数据库；其功能有：接受用户对读写器参数的配置，包括读取周期的设置、天线功率的设置、IP地址、串口号、端口号以及其他参数的设置；监控调整读写器状态，包括监控读写器与网络的连接是否相通，监控读写器使用的天线连接是否正常，读写器是否处于启动状态等,并把相关状态信息传送到显示屏进行显示；读写器工作状态的控制，包括启动、停止、读取信息、添加、删除已有的读写器等；(4)配置上层应用接口参数以及编辑规则库，包括根据业务需求，进行通信参数设置、DLL配置、业务规则编辑。

所述的上层应用接口，与数据库、数据处理模块和配置管理模块相连，用于将经过过滤和组装的RFID数据以统一的格式向上层应用软件发送，以实现更为丰富和贴近现实的功能；上层应用程序接口采用动态链接库DLL形式，采用模块化，模块只有在相应的功能被请求时才加载，方便程序扩展。

2.根据权利要求1所述的嵌入式数据集中器，其特征在于，所述的RFID数据分组模块，用于将多个天线，按照业务逻辑映射为一个逻辑分组，每一个逻辑分组代表了一个具体业务含义，分组规则根据实际的系统部署情况来确定，它屏蔽了数据采集点的具体实现方式，减少了数据处理部分与数据采集部分的软件耦合度；而对上层模块，只有逻辑分组，对RFID原始数据具有初步过滤功能。

3.根据权利要求1所述的嵌入式数据集中器，其特征在于，所述的RFID数据过滤模块，对RFID原始数据进行去冗余化和去噪点处理；

所述的去冗余化实现方法是：对标签状态的变化进行(0，1)编码，标签出现为0，标签消失为1；然后依据事件的时间和空间有序性以及业务流程规则，通过计时器机制在状态和时间两个维度上对数据进行去冗余化；另外结合业务规则，通过设置各种过滤器达到过滤冗余数据的目的，读写器过滤器适用于只关心某一地点标签信息的应用系统；编码过滤器适用于只关心指定类型的标签用户；时间过滤器适用于只关注某一时段的标签的应用系统。

所述的去噪点处理实现方法是：所谓的RFID系统噪点表现为漏读、脏读2个方面，通过smooth算法生成逻辑事件，平滑事件流，清洗漏读数据错误；读写器读取或数据传输过程中所造成的位错误通过校验码来检测，通过特定的解码规则进行解析，过滤掉无法解析和编码异常的数据，来解决脏读问题。

4.根据权利要求1所述的嵌入式数据集中器，其特征在于，所述复杂事件组装模块，处理同一事件流中多个事件之间的相关性，对上层应用提供事件分析和提取功能，使RFID应用程序快速开发、降低成本。