RFID與Web Services(Web服務)都是近年來在信息領域備受關注的技術。RFID可以使商業(yè)數(shù)據(jù)信息從少數(shù)的中心服務器拓展到網(wǎng)絡的邊緣;Web Services使商業(yè)伙伴之間共享實時數(shù)據(jù)和事務處理變得更為容易,所以RF ID與Web Services的結(jié)合應該會非常有效。

RFID是利用射頻信號自動識別目標對象并獲取相關信息的,它是自動識別領域的一個重要分支。與目前應用廣泛的基于光學技術的自動識別方法(如條形碼和攝像)相比, RFID具有一次處理多個標簽、可將處理狀態(tài)寫入標簽、不受大小及形狀限制、耐環(huán)境性強、穿透性強、數(shù)據(jù)的記憶容量大、可重復利用等優(yōu)點。因此, RF ID在很多領域均具有廣闊的應用前景,如在物流領域中用于倉庫管理、生產(chǎn)線自動化、日用品銷售; 在交通運輸領域中用于集裝箱與包裹管理、高速公路收費與停車收費;在農(nóng)牧漁業(yè)中用于羊群、魚群、水果等的管理以及寵物、野生動物跟蹤;在醫(yī)療行業(yè)中用于藥品生產(chǎn)、病人看護、醫(yī)療垃圾跟蹤;在制造業(yè)中用于零部件與庫存的可視化管理;還可應用于圖書與文檔管理、門禁管理、定位與物體跟蹤、環(huán)境感知和支票防偽等多種領域。

最簡單的RF ID系統(tǒng)只能將標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)傳給主機,或?qū)⑺蟮臄?shù)據(jù)從主機傳入讀寫器再寫入標簽。RFID系統(tǒng)只是龐大的商業(yè)及其他領域數(shù)據(jù)交互網(wǎng)絡的邊緣節(jié)點,如今的商業(yè)事務處理要求實時狀態(tài)信息的快速獲取,這就要求RFID主機不僅要與企業(yè)主網(wǎng)相連,而且還要接入互聯(lián)網(wǎng)通過Web Services技術跨越企業(yè)間的界限。Web Services技術的興起極大地方便了RF ID系統(tǒng)的主機與企業(yè)服務器以及各企業(yè)服務器之間的信息交互,它使應用程序的集成更快、更容易且更便宜。Web Services便于企業(yè)內(nèi)部及企業(yè)間業(yè)務的松散集成,將該技術應用于RF ID系統(tǒng)可以使遠程的服務器更加快速、安全地得到標簽內(nèi)的信息,及時分析所得數(shù)據(jù),而且能以服務的方式將數(shù)據(jù)或處理過程提供給其他服務器。

1　概述
111　RF ID
RF ID (射頻識別) ,又稱為電子標簽( E2Tag) ,是一種利用射頻信號自動識別目標對象并獲取相關信息的技術。其最早的應用可以追溯到二戰(zhàn)中用于區(qū)分聯(lián)軍和納粹飛機的敵我辨識系統(tǒng)。隨著技術的進步, RF ID的應用領域日益擴大。

如圖1所示,一個典型的RF ID系統(tǒng)由標簽( Tags) 、讀寫器(Reader) 、天線(Antenna) 、主機(Host,用于處理數(shù)據(jù)的計算機)和應用支撐軟件等部分組成。
標簽一般由芯片和天線組成。每個標簽具有唯一的電子編碼,附著在物體上或嵌入物體內(nèi)用于標志目標對象。根據(jù)發(fā)射射頻信號的方式不同,標簽可分為主動式和被動式兩種。主動式標簽(又稱為有源標簽)通常由內(nèi)置電源供電,主動向讀寫器發(fā)送射頻信號;被動式標簽(又稱為無源標簽)不帶電池,其發(fā)射電波以及內(nèi)部芯片運行所需的能量均來自讀寫器所產(chǎn)生的電磁波。圖1中的標簽為被動式標簽。讀寫器通過控制射頻模塊向標簽發(fā)射讀取信號,并接收標簽應答,同時讀寫器要將時鐘信號和能量也發(fā)送給標簽;讀寫器要對標簽的對象標志信息進行解碼,并將對象標志信息連同標簽上的其他相關信息傳送到主機以供處理。RF ID讀寫器可以同時讀取多個標簽內(nèi)的信息。主機負責對讀寫器所讀取的標簽數(shù)據(jù)進行過濾、匯集和計算,以減少從讀寫器傳往企業(yè)應用的數(shù)據(jù)量。

112　Web Services
Web Services是近十年來出現(xiàn)的最關鍵的技術之一。這項技術所具備的價值有潛力成為繼因特網(wǎng)之后的第二個重要發(fā)明,并且對公司企業(yè)、消費者/用戶,以及共同文化產(chǎn)生巨大影響。Web是為程序到用戶的交互,而Web Services是為程序到程序的交互作準備。由于Web Services使應用程序的集成發(fā)生在協(xié)議棧的較高層,基于更注重服務語義而不那么注重網(wǎng)絡協(xié)議語義的消息,實現(xiàn)了業(yè)務功能的松散集成。這一特點對于在企業(yè)間和企業(yè)內(nèi)部通過Web連接業(yè)務功能是非常理想的。

Web Services是描述一些操作(利用標準化的XML 消息傳遞機制可以通過網(wǎng)絡訪問這些操作)的接口,其體系結(jié)構(gòu)基于三種角色(服務提供者、服務注冊中心和服務請求者)之間的交互,交互涉及發(fā)布、查找和綁定操作。這些角色和操作一起作用于Web Services構(gòu)件:Web Services軟件模塊及其描述。一般情況下,服務提供者托管可通過網(wǎng)絡訪問的軟件模塊 (Web Services的一個實現(xiàn)) ,定義Web Services的服務描述,并將其發(fā)布到服務請求者或服務注冊中心;服務請求者使用查找
操作從本地或服務注冊中心檢索服務描述,然后使用服務描述與服務提供者進行綁定,并調(diào)用Web Services實現(xiàn)或與其進行交互。由于服務提供者和服務請求者角色均是邏輯結(jié)構(gòu),所以服務可以表現(xiàn)出兩種特性(服務提供者可以是其他服務的請求者,而服務請求者也可以是其他服務的提供者) 。圖2給出了上述這些操作,提供這些操作的組件以及它們之間的交互。

2　研究現(xiàn)狀
Web Services技術在RF ID系統(tǒng)中的主要應用是在系統(tǒng)的支撐軟件上,尤其是介于讀寫器與企業(yè)應用之間的中間件、相關企業(yè)應用之間的業(yè)務連接,以及企業(yè)應用與服務注冊中心之間的信息交互上。以下就將分別從這三個方面詳細地分析論述Web Services技術在RF ID系統(tǒng)中的應用現(xiàn)狀。

211　企業(yè)內(nèi)部
在企業(yè)內(nèi)部的應用主要表現(xiàn)為介于讀寫器與企業(yè)應用之間的中間件上,這一中間件為企業(yè)應用提供一系列計算功能, 在電子產(chǎn)品編碼( Electronic Product Code, EPC)規(guī)范中被稱為Savant。其主要任務是對讀寫器讀取的標簽數(shù)據(jù)進行過濾、匯集和計算,減少從讀寫器傳往企業(yè)應用的數(shù)據(jù)量。同時Savant還提供與其他RF ID支撐系統(tǒng)進行互操作的功能。Savant定義了讀寫器和應用兩個接口。

Clemens Kerer等人對一個同一時間和空間的協(xié)作場景(一個程序委員會議)進行了分析。他們將注意力放在對這個會議的面向服務解決方案的設計和實現(xiàn)上。其解決方案包括了用于支撐該任務的各種Web Services、與這些服務相關聯(lián)的Web應用程序以及Presence2Aware技術(在他們的研究中用RFID標簽來代替) 。他們使用RF ID天線自動識別進入指定空間的人, RF ID天線在被動RF ID標簽進入詢問范圍期間檢測它們,并讀出存儲在上面的信息;在該場景中,假設了所有的設備均貼有一個這樣的RF ID標簽,而且標簽中存有該設備的MAC地址;設計了一個到場管理服務( Presence Manager Service)來管理會議的人員名單。這個應用實例初步嘗試了將Web Services技術與RF ID相結(jié)合,將RF ID讀寫器的數(shù)據(jù)以服務的形式提供給會議的發(fā)起者。但是此例較特殊,所實現(xiàn)的功能較為簡單,而且所涉及到的數(shù)據(jù)量較小,難以將其方法應用于如物流供應鏈之類的大型系統(tǒng)中。

Bob Violino也構(gòu)想性地給出了在企業(yè)內(nèi)部將Web Services技術應用于RF ID系統(tǒng)的例子。這個例子中指出零售部門可以在所到物品的信息與供應部門使用RF ID技術所核算的內(nèi)容不一致的情況下,通過Web Services接口詢問供應部門并進行核對。

不管應用領域如何,通過上面的論述可以明白,在企業(yè)內(nèi)部將Web Services技術應用于RF ID系統(tǒng),主要是為了及時處理企業(yè)網(wǎng)絡邊緣的信息,更大地發(fā)揮RF ID系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理能力。

212　企業(yè)應用之間

Web Services 的初衷就是為了B2B (Business to Business,商家到商家) 交互。起初,Web Services協(xié)議如WSDL
(Web Services Descrip tion Language) , SOAP ( Simp le Object Access Protocol) ,以及UDD I (Universal Descrip tion Discovery and
Integration)都是為B2B 應用而設計的。因此RF ID 系統(tǒng)中Web Services技術的一個重要應用就是使RFID系統(tǒng)具有企業(yè)間通信的能力。

Rolf Clauberg給出了集成有RF ID和傳感器網(wǎng)絡的可擴展計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的需求及合適的框架。該框架中引入了Web Services技術作為邊緣服務器與企業(yè)服務器以及企業(yè)服務器之間信息交互的手段。文中指出了對大部分RF ID和傳感器網(wǎng)絡而言,網(wǎng)絡的可靠性和數(shù)據(jù)的完整性都是十分重要的,而Web Services技術在解決這兩個方面的問題都有突出的優(yōu)勢,并且已經(jīng)經(jīng)過大量企業(yè)、組織和研究部門的完善,因此采用Web Services技術實現(xiàn)企業(yè)之間以及企業(yè)與邊緣服務器之間的信息交互是非常理想的;文中還給出了系統(tǒng)實現(xiàn)的軟件框架,框架的底層使用Java虛擬機搭建,內(nèi)嵌有MQTT (Message Queue Telemetry Transport)協(xié)議,以便網(wǎng)關、邊緣服務器和中心服務器之間的可靠消息傳輸,最上層是以服務的形式與互聯(lián)網(wǎng)相接;文中提到了一些高度應用相關的軟件(通常運行在八位微處理器上)比較難以集成到整個系統(tǒng)中,這些問題可以通過小型的操作系統(tǒng)如TinyOS和相關協(xié)議如IEEE 80211514來解決。

Niranjan和Aura Ganz[ 16 ]給出了一個受用戶選擇和信息內(nèi)容約束的在不同無線網(wǎng)絡和設備間傳送多媒體信息的系統(tǒng)基本框架。他們還實現(xiàn)了一個檢驗該框架的測試系統(tǒng),該系統(tǒng)使用RF ID技術來獲取各個無線網(wǎng)絡的動態(tài)信息。由于系統(tǒng)中客戶端組件的設備差異性很大(包括膝上型電腦、PDAs等) ,所以這些設備均通過Web Services與動態(tài)環(huán)境下的一個智能對象相連,而所有的這些設備均有一個RF ID讀寫器,用來感知智能對象(由RF ID標簽標記)和一個網(wǎng)絡卡與REALMS服務器相連。各個網(wǎng)絡將自己的資源都以WebServices的形式提供給其他網(wǎng)絡, REALMS服務器則充當服務注冊中心的角色。

·2· 計算機應用研究2006年

此外,B1S1Prabhu等人也介紹了一個RF ID 系統(tǒng)中間件的框架WinRF ID,這個中間件的主要任務還是為企業(yè)間的信息交互服務的。同樣在這個中間件的構(gòu)建過程中采用了面向服務的構(gòu)架思想,即各個企業(yè)之間通過Web Services跨越相互之間的界限,從而達到交流的目的。

可以看出,將Web Services技術應用于RF ID系統(tǒng)的企業(yè)間交互中,主要是想利用Web Services已有的對實時數(shù)據(jù)共享和B2B交互的很好的支持特性,以方便地將RF ID標簽內(nèi)的信息及處理標簽的狀態(tài)信息提供給用戶。

213　企業(yè)與服務注冊中心之間
為了使RF ID技術得到廣泛的應用,尤其是在商業(yè)方面得到大量的推廣, RF ID的編碼及信息格式也應該有一個較為統(tǒng)一的標準,如同互聯(lián)網(wǎng)域名服務(Domain Name Service, DNS)一樣。這樣可以方便企業(yè)查找所需的相關信息,也有利于企業(yè)及時地向客戶提供自己的服務信息。企業(yè)可以通過服務注冊中心查找到感興趣的相關服務的描述信息,并通過調(diào)用服務的形式從提供服務的企業(yè)服務器或RFID服務器獲得快速、安全、可靠的服務。因此,為企業(yè)與服務注冊中心之間的交互提供可
靠的途徑也是Web Services應用于RFID系統(tǒng)的一個重點。Auto2ID中心為便于計算機理解物理世界的基本方面(如對象的大小、重量、狀態(tài)等信息)提供了電子產(chǎn)品編碼( Electronic Product Codes, EPCs) ,而且為了支持EPCs的應用,開發(fā)了EPC信息服務( EPC Information Service)和對象名服務
(ObjectName Service,ONS)。

Kin Seong Leong和Mun Leng Ng[ 20 ]在此方面闡述了一個基于Web Services的軟件模型。此模型的意圖是為了完成ADELA IDE的Auto2ID Lab自由分布所開發(fā)軟件的最終版本,它是基于EPC網(wǎng)絡的相關概念而搭建的。EPC網(wǎng)絡的功能主要包括:給所有物理對象與EPC標簽之間提供連接;管理讀寫器從標簽中獲取大量的信息;提供一種用于信息傳輸?shù)耐ㄓ脭?shù)據(jù)格式。這些都是以服務的形式提供給各企業(yè)的。這個模型的缺陷是模型較為簡單,所考慮的情況也不復雜,使用的RF ID讀寫器的數(shù)量很少,而且所有的Web Services都很簡單,只處理比較簡單的應用。

AabhasV Paliwal等人將用Web Services組成語義網(wǎng)絡的方法與使用OWL2S來清楚地描述Web Services語義的方法結(jié)合起來。文章中給出了一個基于OWL2S的自動合成語義Web服務的方法,并給出了一個由高層次的聲明和描述生成復合服務的技術。他們在文章中討論了一個運貨管理系統(tǒng)的實現(xiàn),它是一個在邊境管制(Border Control)領域的基于語義Web服務(作為SAP Auto2ID框架的一部分)的開放的、多形態(tài)的、端到端的跟蹤系統(tǒng)。其主要工作是對RF ID系統(tǒng)的
Web Services技術進行改進,試圖利用Web Services的語義解決現(xiàn)在的主流Web Services技術難以將一個完整的真實世界映射到一組服務集合上的問題。服務語義對相關特點服務的自動復合很關鍵。而這些特點本身就很符合句法和語義規(guī)律。

從上述例子可以看出,Web Services中企業(yè)與服務注冊中心之間的信息交互,對于Web Services在RFID系統(tǒng)中的應用有很大影響,很多研究單位都在對這方面的問題進行深入的研究。

3　難點及發(fā)展趨勢

雖然將Web Services技術應用于RF ID系統(tǒng)的想法已經(jīng)被人們普遍認同,而且在很多企業(yè)、組織及研究部門的共同努力下,在這方面也取得了很大的進展,但是要達到將兩種技術很好地融合仍然要面臨許多困難。現(xiàn)從以下幾個方面論述Web Services應用于RF ID系統(tǒng)所面臨的困難。

311　RF ID系統(tǒng)本身
RFID系統(tǒng)本身的一些特點使得這種應用要克服一些困難。由于RF ID系統(tǒng)的出現(xiàn),使得網(wǎng)絡系統(tǒng)的信息來源從邊緣服務器擴展到了可見的物理對象(如供應鏈中的物品) ,而由于現(xiàn)實物品的多樣化導致整個企業(yè)所要處理的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)形式大為增加,企業(yè)之間的信息交互和管理就更加復雜了。Web Services的集成處于協(xié)議較高層,它能否處理好如此巨大數(shù)量的信息交互這一問題就變得十分突出。目前的絕大部分應用都是對少量信息的處理,處理少量試驗型信息與處理大量的商業(yè)信息之間有質(zhì)的區(qū)別,所以如何使RF ID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余度盡量減少是目前研究的一個難點。

312　Web Services技術本身
前面已經(jīng)提到,現(xiàn)在的Web Services技術很難將一個現(xiàn)實世界映射到一組服務的集合上面,而RF ID數(shù)據(jù)大都是與現(xiàn)實物理世界的物體緊密相關的,因此RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和功能要以服務的形式提供給企業(yè),需要付出較為昂貴的設計和實現(xiàn)代價,而且在服務查找的效率方面也有待于進一步改進。這又涉及到人工智能的發(fā)展和應用于Web Services的程度和難度。在Web Services中引入句法和語義的處理方法是否能在較大的商業(yè)系統(tǒng)中取得很好的效果還不能肯定,因此Web Services技術
本身的改進對于其在RFID系統(tǒng)中的應用也起到了關鍵作用。

313　兩者結(jié)合的方面
將Web Services大規(guī)模地應用于RF ID系統(tǒng)需要有一個或多個較為成功和典型的范例或標準,這方面基本處于實驗階段。如何改進現(xiàn)有的應用,如何把現(xiàn)在的實驗應用拓展到環(huán)境更多樣、信息處理量更大的商業(yè)應用中,還面臨許多實際的問題,如接口的標準化、擁塞問題、負載平衡問題等,都是迫切需要解決的。

4　結(jié)論

RF ID技術的應用已成為大勢所趨,而Web Services技術對企業(yè)間實時數(shù)據(jù)的共享和B2to2B交互所帶來的便利使得兩者的結(jié)合已經(jīng)成為眾望所歸。近年來許多企業(yè)和組織以及研究部門都對這方面的研究投入了大量的人力和物力。本文簡要介紹了RF ID和Web Services技術,并從RF ID系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)出發(fā),對Web Services技術在其中的應用現(xiàn)狀進行了較為詳細的闡述,同時對這一應用過程中的研究難點和發(fā)展趨勢也給出了較詳盡的論述。