摘  要： 無線射頻識別是信息采集技術(shù)之一,，通過研發(fā)RFID引擎,，提出在面向復(fù)雜事件處理的RFID引擎的設(shè)計思想與相關(guān)算法，通過使用所設(shè)計的引擎對數(shù)據(jù)進行實時采集,，測試結(jié)果證明設(shè)計是可行的,。
關(guān)鍵詞： 復(fù)雜事件；引擎,；RFID,；通信協(xié)議

    RFID技術(shù)是利用無線電波自動識別人或者物的技術(shù)。該系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽,、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和讀寫器三部分組成,，準(zhǔn)確地獲取RFID的數(shù)據(jù)是射頻識別系統(tǒng)的關(guān)鍵[1]。
    目前,，RFID技術(shù)仍然發(fā)展不成熟,，尤其是在事件處理方面存在如下缺陷[2]：一方面，來自閱讀器的標(biāo)簽信息數(shù)據(jù)量太大,，并且包含過多的冗余數(shù)據(jù),，降低了事件處理的效率；另一方面,，標(biāo)簽所包含的語義信息過于簡單,，無法被上層應(yīng)用軟件直接使用；再者,，利用無線電波頻率自動識別,，當(dāng)現(xiàn)場電子標(biāo)簽過多時，RFID識別的準(zhǔn)確性與讀取速度會明顯下降,。RFID中間件在事件處理方面僅僅利用平滑過濾算法對標(biāo)簽數(shù)據(jù)做簡單的平滑處理,，隨后將處理后的標(biāo)簽數(shù)據(jù)上傳給應(yīng)用層，這種情況在數(shù)據(jù)量小的情況下可以滿足一定的需求,，可是RFID大部分的應(yīng)用環(huán)境所面對的都是海量的數(shù)據(jù),，因此傳統(tǒng)的事件處理方法大大增加了上層應(yīng)用軟件的負(fù)擔(dān),，使其數(shù)據(jù)處理效率急劇下降,，不能滿足現(xiàn)實的需求。因此,，在復(fù)雜事件情況下,，如果把數(shù)據(jù)處理部分由RFID引擎(即讀寫器系統(tǒng))在進入之前就由應(yīng)用軟件來完成，是一個理想的選擇。
1 復(fù)雜事件處理概念
    復(fù)雜事件處理[3]（Complex Event Progressing）技術(shù)是20世紀(jì)90 年代中期由斯坦福大學(xué)的David Luckham教授提出是一種新興的基于事件流的技術(shù),，它將系統(tǒng)數(shù)據(jù)看作不同類型的事件,，通過分析事件間的關(guān)系(成員關(guān)系、時間關(guān)系,、因果關(guān)系以及包含關(guān)系等)建立不同的事件關(guān)系序列庫(即規(guī)則庫),，再利用過濾、關(guān)聯(lián),、聚合等技術(shù)由簡單事件產(chǎn)生高級事件,。在研究構(gòu)建RFID引擎時，先進行定性的理論模型的研究,。

    從復(fù)雜事件定義中可以看出在發(fā)生復(fù)雜事件情況下正確快速的電子標(biāo)簽是一個十分值得研究的課題,。短距離的RFID讀寫器與電子標(biāo)簽一般是一對一讀寫設(shè)計，即短距離的RFID讀寫器在設(shè)計中只允許一次讀一個電子標(biāo)簽,，當(dāng)近距離有多個電子標(biāo)簽時,，讀寫器不能工作。對于長距離的RFID讀寫器,，如在半徑30 m距離范圍內(nèi),，其RFID讀寫器的檢測電子標(biāo)簽最好不要超過30個，如果再考慮交集域,，則所讀電子標(biāo)簽就更多,，這種情況下要準(zhǔn)確讀取電子標(biāo)簽，就必須要制定通信協(xié)議,，使范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽?zāi)馨错樞?、?zhǔn)確無誤地逐一讀寫。
2 復(fù)雜事件處理的RFID引擎設(shè)計[4]
2.1 設(shè)計總體思想
    在復(fù)雜事件下,，RFID引擎設(shè)計分為兩大部分：一是發(fā)射及接收部分,，另一個是讀寫控制與通信部分。
    發(fā)射及接收部分的作用是：(1)產(chǎn)生無線發(fā)射的能量,；(2)對發(fā)射的信號進行調(diào)制,；(3)接收并解調(diào)來自射頻的電子標(biāo)簽的信號并進行存取。
    讀寫控制與通信部分的作用是：(1)能完成與應(yīng)用系統(tǒng)上位機通信,并執(zhí)行上位機指令,；(2)控制與電子標(biāo)簽的通信過程,；(3)完成信號的編碼、解碼,；(4)執(zhí)行信號安全加密,、解密及各種算法，進行電子標(biāo)簽,、RFID引擎設(shè)計及一般閱讀器身份認(rèn)證,。
    除此之外,，還應(yīng)考慮產(chǎn)品的小型化、低成本,、多功能多數(shù)據(jù)接口問題,，以及發(fā)射、接收制式,、波段的兼容等問題,。
2.2 關(guān)于引擎設(shè)計
    讀取電子標(biāo)簽的準(zhǔn)確與否，首先取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣,。
    本設(shè)計的通信結(jié)構(gòu)包括：
    (1)物理層,。只完成信息的準(zhǔn)確交互，不進行任何信息的檢測,、校正,。
    (2)網(wǎng)絡(luò)層。保存最新的節(jié)點地址表,，包括物理地址和虛擬地址,。
    (3)傳輸層。決定通信節(jié)點和完成節(jié)點的多次握手,，建立通信,、信息的打包并交付下層進行發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。最后,，通過網(wǎng)絡(luò)模塊連接PC,，并與其信息交互[5]。
    建立了可靠的通信后,，假如此時要讀電子標(biāo)簽的信息,，就要在引擎收到標(biāo)簽的確認(rèn)信息后把下一步收到的標(biāo)簽內(nèi)容發(fā)給PC機；假如此時要寫標(biāo)簽的信息,，則要在標(biāo)簽發(fā)送完確認(rèn)信息后等待來自讀寫器的數(shù)據(jù)包,，讀寫器收到節(jié)點的確認(rèn)信息后發(fā)送數(shù)據(jù)包。由上所述特制定的指令包如表1,、表2,、表3所示[6，7],。

2.3 引擎的工作原理[8]
    圖1所示為引擎工作的方框圖,。

    (1)引擎要求與某個電子標(biāo)簽進行通信，此時引擎發(fā)送地址指令包,，請求建立通信,，數(shù)據(jù)包中包括讀或?qū)懙戎噶钚盘枺?2)電子標(biāo)簽收到地址指令包后，發(fā)送自己的標(biāo)簽內(nèi)容到該引擎,；(3)引擎收到電子標(biāo)簽的內(nèi)容后,，再把內(nèi)容打包發(fā)回給該電子標(biāo)簽；(4)該電子標(biāo)簽把收到的內(nèi)容與自己的標(biāo)簽內(nèi)容進行比較,，如果相同表示兩者間的通信可靠,，此時發(fā)送確認(rèn)信息；如果不同表示兩者通信不可靠,，此時發(fā)送失敗信息并轉(zhuǎn)與上位應(yīng)用系統(tǒng),、上位PC通信驗證；假如重復(fù)多次都失敗,，則引擎向PC機報警,。
    關(guān)于地址表的建立與確定：
    創(chuàng)建兩個地址表data1和data2用于保存最近兩次搜索到的電子標(biāo)簽地址，引擎每搜索一次電子標(biāo)簽地址,，便把該地址表輪流保存在data1和data2中并進行排序,，搜索完畢后，按新舊地址表的順序進行比較,。此時建立兩個執(zhí)行地址表rundata1和rundata2,，如果沒有新地址表，而舊地址表的電子標(biāo)簽地址保存在ruandata1中表示該標(biāo)簽移出了檢測范圍,；如果有新地址表,，而在舊地址表中沒有電子標(biāo)簽保存在rundata2，表示有新標(biāo)簽移進檢測范圍,。最后兩個執(zhí)行地址表的地址分開上傳給PC機,，并進行報告。
    圖2所示為面向復(fù)雜事件處理的RFID引擎的方框圖,。

3 設(shè)計的實現(xiàn)與效果
    硬件實現(xiàn)可以采用自主開發(fā)硬件,，也可采用已有IC及電子器件構(gòu)成硬件電路。設(shè)計的電路要建立系統(tǒng)模型,，開發(fā)要符合中國無線頻譜規(guī)范和RFID通信協(xié)議要求,。
    設(shè)計采用高性能射頻收發(fā)器CC1101，用雙51系列MCU,，其中一個可通過SPI 接口連接CC1101的主要運行參數(shù)并對發(fā)送/接收FIFO口進行控制,；而另一個與存取、輸入設(shè)備連接,，利用軟件控制算法,，完成對區(qū)域內(nèi)一定數(shù)量電子標(biāo)簽的準(zhǔn)確讀寫。
    表4所示是引擎在復(fù)雜條件下閱讀電子標(biāo)簽的測試結(jié)果,。

    從表4可以看出,，引擎識別水平還沒有達到在任何時間任何條件下閱讀準(zhǔn)確度都為100%。這樣,，引擎的準(zhǔn)確度不能得到嚴(yán)格保證,，從而信息的出錯率就不能降到最低,。環(huán)境影響、貼標(biāo)簽物品的材質(zhì),、一次閱讀標(biāo)簽的數(shù)量都會影響到閱讀的精確度,。如果RFID不能夠提供足夠高的信息精確度，其應(yīng)用無疑不會受到歡迎,。針對這種情形,，還可以通過設(shè)置冗余引擎以及改善閱讀流程來提高準(zhǔn)確度。
參考文獻
[1] 李斌,，李文鋒.智能物流中面向RFID的信息融合研究［J］. 電子科技大學(xué)學(xué)報,，2007，36(6)：1329-1332.
[2] PIRAINO V.A middleware for robust self-organizing services based on highly redundant RFID tag infrastructures[D]. Institute for Pervasive Computing,Dept.of Computer Science,， ETH Zurich,，Switzerland(2004).
[3] 孟和，趙政,，薛桂香,，等.EPCglobal應(yīng)用層事件引擎設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機工程，2008,，34(12)：10248-249.
[4] 康東,，李勇鵬.射頻識別(RFID)核心技術(shù)與典型應(yīng)用開發(fā)案例[M].北京：人民郵電出版社，2008.
[5] 蔣邵崗,，譚杰.RFID中間件數(shù)據(jù)處理與過濾過濾的研究[J].計算機應(yīng)用,，2008，28(10)：2613-2615.
[6] CHEN Yuan Bo,，YANG Chih Jen,，JONG Gwo Jia.Intelligent  campus multi-application RFID integration system[J].2008 4th international conference on intelligent information hiding  and multimedia signal processing，IIH-MSP 2008：504-507.
[7] 游戰(zhàn)清,，李蘇劍.無線射頻識別技術(shù)(RFID)理論與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2004.
[8] DONG Liang，WANG Dong,，SHENG Huan Ye.Design of RFID middleware based on complex event processing[C].  IEEE conference on Cybernetics and Intelligent Systems,，2006.