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可以使商業數據信息從少數的中心服務器拓展到網絡的邊緣;Web Services使商業伙伴之間共享實時數據和事務處理變得更為容易,所以RF ID與Web Services的結合應該會非常有效。

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、可將處理狀態寫入標簽、不受大小及形狀限制、耐環境性強、穿透性強、數據的記憶容量大、可重復利用等優點。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;在農牧漁業中用于羊群、魚群、水果等的管理以及寵物、野生動物跟蹤;在醫療行業中用于藥品生產、病人看護、醫療垃圾跟蹤;在制造業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、環境感知和支票防偽等多種領域。

最簡單的RF ID系統只能將標簽內的數據傳給主機,或將所要求的數據從主機傳入讀寫器再寫入標簽。RFID系統只是龐大的商業及其他領域數據交互網絡的邊緣節點,如今的商業事務處理要求實時狀態信息的快速獲取,這就要求RFID主機不僅要與企業主網相連,而且還要接入互聯網通過Web Services技術跨越企業間的界限。Web Services技術的興起極大地方便了RF ID系統的主機與企業服務器以及各企業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便于企業內部及企業間業務的松散集成,將該技術應用于RF ID系統可以使遠程的服務器更加快速、安全地得到標簽內的信息,及時分析所得數據,而且能以服務的方式將數據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中用于區分聯軍和納粹飛機的敵我辨識系統。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系統由標簽( Tags) 、讀寫器(Reader) 、天線(Antenna) 、主機(Host,用于處理數據的計算機)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用于標志目標對象。根據發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)通常由內置電源供電,主動向讀寫器發送射頻信號;被動式標簽(又稱為無源標簽)不帶電池,其發射電波以及內部芯片運行所需的能量均來自讀寫器所產生的電磁波。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的信息。主機負責對讀寫器所讀取的標簽數據進行過濾、匯集和計算,以減少從讀寫器傳往企業應用的數據量。

112　Web Services
Web Services是近十年來出現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之后的第二個重要發明,并且對公司企業、消費者/用戶,以及共同文化產生巨大影響。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生在協議棧的較高層,基于更注重服務語義而不那么注重網絡協議語義的消息,實現了業務功能的松散集成。這一特點對于在企業間和企業內部通過Web連接業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絡訪問這些操作)的接口,其體系結構基于三種角色(服務提供者、服務注冊中心和服務請求者)之間的交互,交互涉及發布、查找和綁定操作。這些角色和操作一起作用于Web Services構件: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絡訪問的軟件模塊 (Web Services的一個實現) ,定義Web Services的服務描述,并將其發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,并調用Web Services實現或與其進行交互。由于服務提供者和服務請求者角色均是邏輯結構,所以服務可以表現出兩種特性(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　研究現狀
Web Services技術在RF ID系統中的主要應用是在系統的支撐軟件上,尤其是介于讀寫器與企業應用之間的中間件、相關企業應用之間的業務連接,以及企業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系統中的應用現狀。

211　企業內部
在企業內部的應用主要表現為介于讀寫器與企業應用之間的中間件上,這一中間件為企業應用提供一系列計算功能, 在電子產品編碼( Electronic Product Code, EPC)規范中被稱為Savant。其主要任務是對讀寫器讀取的標簽數據進行過濾、匯集和計算,減少從讀寫器傳往企業應用的數據量。同時Savant還提供與其他RF ID支撐系統進行互操作的功能。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相結合,將RF ID讀寫器的數據以服務的形式提供給會議的發起者。但是此例較特殊,所實現的功能較為簡單,而且所涉及到的數據量較小,難以將其方法應用于如物流供應鏈之類的大型系統中。

Bob Violino也構想性地給出了在企業內部將Web Services技術應用于RF ID系統的例子。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,在企業內部將Web Services技術應用于RF ID系統,主要是為了及時處理企業網絡邊緣的信息,更大地發揮RF ID系統對數據的處理能力。

212　企業應用之間

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 系統中Web Services技術的一個重要應用就是使RFID系統具有企業間通信的能力。

Rolf Clauberg給出了集成有RF ID和傳感器網絡的可擴展計算機網絡系統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服務器以及企業服務器之間信息交互的手段。文中指出了對大部分RF ID和傳感器網絡而言,網絡的可靠性和數據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勢,并且已經經過大量企業、組織和研究部門的完善,因此采用Web Services技術實現企業之間以及企業與邊緣服務器之間的信息交互是非常理想的;文中還給出了系統實現的軟件框架,框架的底層使用Java虛擬機搭建,內嵌有MQTT (Message Queue Telemetry Transport)協議,以便網關、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網相接;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中,這些問題可以通過小型的操作系統如TinyOS和相關協議如IEEE 80211514來解決。

Niranjan和Aura Ganz[ 16 ]給出了一個受用戶選擇和信息內容約束的在不同無線網絡和設備間傳送多媒體信息的系統基本框架。他們還實現了一個檢驗該框架的測試系統,該系統使用RF ID技術來獲取各個無線網絡的動態信息。由于系統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與動態環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)和一個網絡卡與REALMS服務器相連。各個網絡將自己的資源都以WebServices的形式提供給其他網絡, 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 系統中間件的框架WinRF ID,這個中間件的主要任務還是為企業間的信息交互服務的。同樣在這個中間件的構建過程中采用了面向服務的構架思想,即各個企業之間通過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系統的企業間交互中,主要是想利用Web Services已有的對實時數據共享和B2B交互的很好的支持特性,以方便地將RF ID標簽內的信息及處理標簽的狀態信息提供給用戶。

213　企業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一的標準,如同互聯網域名服務(Domain Name Service, DNS)一樣。這樣可以方便企業查找所需的相關信息,也有利于企業及時地向客戶提供自己的服務信息。企業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,并通過調用服務的形式從提供服務的企業服務器或RFID服務器獲得快速、安全、可靠的服務。因此,為企業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、狀態等信息)提供了電子產品編碼( Electronic Product Codes, EPCs) ,而且為了支持EPCs的應用,開發了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自由分布所開發軟件的最終版本,它是基于EPC網絡的相關概念而搭建的。EPC網絡的功能主要包括: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的通用數據格式。這些都是以服務的形式提供給各企業的。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組成語義網絡的方法與使用OWL2S來清楚地描述Web Services語義的方法結合起來。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的實現,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、多形態的、端到端的跟蹤系統。其主要工作是對RF ID系統的
Web Services技術進行改進,試圖利用Web Services的語義解決現在的主流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律。

從上述例子可以看出,Web Services中企業與服務注冊中心之間的信息交互,對于Web Services在RFID系統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　難點及發展趨勢

雖然將Web Services技術應用于RF ID系統的想法已經被人們普遍認同,而且在很多企業、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?，F從以下幾個方面論述Web Services應用于RF ID系統所面臨的困難。

311　RF ID系統本身
RFID系統本身的一些特點使得這種應用要克服一些困難。由于RF ID系統的出現,使得網絡系統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) ,而由于現實物品的多樣化導致整個企業所要處理的數據量和數據形式大為增加,企業之間的信息交互和管理就更加復雜了。Web Services的集成處于協議較高層,它能否處理好如此巨大數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信息之間有質的區別,所以如何使RF ID系統的數據冗余度盡量減少是目前研究的一個難點。

312　Web Services技術本身
前面已經提到,現在的Web Services技術很難將一個現實世界映射到一組服務的集合上面,而RF ID數據大都是與現實物理世界的物體緊密相關的,因此RFID系統的數據和功能要以服務的形式提供給企業,需要付出較為昂貴的設計和實現代價,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系統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系統中的應用也起到了關鍵作用。

313　兩者結合的方面
將Web Services大規模地應用于RF ID系統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。如何改進現有的應用,如何把現在的實驗應用拓展到環境更多樣、信息處理量更大的商業應用中,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　結論

RF ID技術的應用已成為大勢所趨,而Web Services技術對企業間實時數據的共享和B2to2B交互所帶來的便利使得兩者的結合已經成為眾望所歸。近年來許多企業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系統的結構出發,對Web Services技術在其中的應用現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展趨勢也給出了較詳盡的論述。