本科毕业设计EPC物联网Savant中间件的设计与实现.docx
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本科毕业设计EPC物联网Savant中间件的设计与实现
本科毕业设计(论文)
题目EPC物联网Savant中间件的设计与实现
系别计算机与信息管理系
专业信息管理与信息系统
学生姓名
班级
学号
指导老师
教学服务中心制表
2010年5月
摘要
物联网是基于互联网、射频技术、EPC产品电子码以及无线传感器网络的新一代网络系统,随着互联网的发展,物联网已经成为一个新兴的领域。
在物联网中可以使用PML(物理标示语言)从多个EPC(产品电子码)标签中获取信息,根据所需的信息进行计算等操作,并对数据库相应的数据进行及时修改,保持一致性。
即当有新的贴有电子标签的产品出现时,数据库中应立即存入此产品的数据信息,同时相应的产品总数也同步增加;同样当产品运出或卖出时,数据库中产品的总数也应该相应减少等等,而这些功能可以通过使用触发器实现。
本论文主要是研究物联网中EPC网络的Savant中间件。
可同时使用一个阅读器从多个电子标签中读出使用EPC编码的多个物品的基础数据。
将这些物联网基础数据存入/取出数据库。
并用物理标示语言(PML)描述一种介于阅读器与实际应用之间的中间件(Savant),为应用提供对应的计算功能。
例如对RFID阅读器读取的标签数据进行过滤、汇集、计算等操作,取消超级市场收银员,直接在购物车上读取数据,使用城市一卡通进行结账。
本课题描述了在物联网中使用PML语言从多个EPC标签中获取信息,对这些信息进行计算等操作,完成信息在改变后对数据库中相应信息的及时修改,及时更新数据库信息的系统设计与技术实现方法。
关键字:
物联网,EPC(产品电子码),RFID(射频识别),PML(物理标识语言),Savant中间件
ABSTRACT
InternetofthingsisthenextgenerationnetworkwhichbasedontheInternet,radiofrequencyIdentification,ElectronicProductCodeandwirelesssensornetworks.WiththedevelopmentoftheInternet,ithasbecomeanemergingfield.
IntheInternetofthingswecanusePML(PhysicalMarkupLanguage)togetinformationfromalotofEPC(ElectronicProductCode)tags.Tomaintainconsistency,accordingtotheinformationthatwerequiredcanbeusedtocalculatedandmodifiedthecorrespondingdataofthedatabaseintime.Whenanewlabeledproductsappears,theproductdatainformationshouldbeimmediatelystoredintothedatabase,meanwhilethetotalnumberofcorrespondingproductskeepincreasing;Similarly,whentheproductshippedorsold,thedatabaseproductsshouldbereduced,andthesefunctionscanbeachievedthroughtheuseoftriggers.
ThisthesismainlystudytheSavantmiddlewareofEPCnetworkintheInternetofthings.AtthesametimewecanuseareadertoreadthebasicinformationofmanyproductsfromalotoftagswhichusingEPCcodes.PutthebasicinformationofInternetofthingsinto/outdatabase.TomakeuseofphysicalMarkupLanguage(PML)describeamiddleware(Savant)thatbetweenthereaderandthepracticalapplication.TheSavantprovidesthecorrespondingcomputingforapplications.
ForinstancetheRFIDreadersreadthetagdatafiltering,collection,calculationandotheroperations.Itcancelssupermarketcashier,andreadsthedatadirectlyintheshoppingcart,usingcitycardtocheckoutthecosts.
ThetopicdescribesthesystemdesignandtechnologyimplementationmethodthatusePMLlanguagetogetinformationintheInternetofthingsfromalotofEPCtags.Andcalculatedontheinformationwithprogram.Tofinishmodifyingthecorrespondinginformationofdatabasetimelyafterthedatachangingandupdatethedatabaseinformation.
KEYWORDS:
InternetofThings,EPC(electronicproductcode),RFID(radiofrequencyidentification),PML(PhysicalMarkupLanguage),Savantmiddleware
1课题绪论
随着互联网的普及,EPC物联网也逐渐发展起来。
本课题主要是对EPC物联网Savant中间件的设计与实现。
下面介绍一下课题的选题背景、选题内容及技术方法、选题意义及研究现状、EPC物联网的应用领域。
1.1选题背景
物联网的构想是1999年由麻省理工学院成立的Auto-ID中心提出,到现在得到了许多著名大学和国际大公司的支持,其研究成果已经在一些公司如宝洁,Tesco公司试用。
物联网是叠加在互联网上的一层通讯网络,其核心是电子产品码(ElectronicProductCode简称EPC)和基于射频技术的电子标签。
电子产品码是Auto-ID研究中心为每一件产品分配的一个唯一的、可识别的标识码,它用一串数字代表产品制造商和产品类别,同时附上产品的系列号以唯一标识每一个特定的产品,产品电子码存储在电子标签中[1]。
Savant是一个物联网系统的“中间件”,用来处理从一个或多个解读器发出的标签流或传感器数据,为企业应用提供一系列计算功能,之后将处理过的数据发往特定的请求方。
高度网络化的EPC物联网系统,意在构造一个全球统一标识的物品信息系统,它将在超市、仓储、货运、交通、溯源跟踪、防伪防盗等众多领域和行业中获得广泛的应用和推广。
物联网中的信息载体采用PML语言,同其它任何语言一样,PML不是一个单一的标准语言,用于人及机器都可使用的自然物体的描述标准,是物联网网络信息存储、交换的标准格式,它应随着时代的变化而发展。
可以看出PML最主要的作用是作为EPC系统中各个不同部分的一个的公共接口,即Savant、第三方应用程序(如ERP、MES)、存储商品相关数据的PML服务器之间的共同通信语言。
PML的应用随着EPC的发展将会非常广泛,进入所有行业领域。
1.2选题内容及技术方法
本课题主要是研究物联网EPC网络Savant中间件,可同时使用一个阅读器从多个电子标签中读出使用EPC编码的多个物品的基础数据。
将这些物联网基础数据存入/取出数据库。
并用物理标示语言(PML)描述一种介于阅读器与实际应用之间的中间件(Savant),为应用提供对应的算法和计算功能。
例如对RFID阅读器读取的标签数据进行过滤、汇集、计算等操作,取消超级市场收银员,直接在购物车上读取数据,使用城市一卡通进行结账。
即本课题描述在物联网中使
用PML语言从多个EPC标签中获取信息,对这些信息进行计算等操作,完成信息在改变后数据库对应信息的及时修改,进而熟悉PML语言的使用。
在整个EPC物联网上,物品信息流动过程是阅读器扫描到标签后,将读取的标签信息及传感器信息传递给Savant,经Savant过滤冗余信息后通过ONS送到EPC信息服务器即PML服务器。
企业应用软件可通过ONS访问EPC信息服务器获取到此产品的相应信息,也可通过Savant经过安全认证后访问企业伙伴的产品信息。
物联网上所有信息皆以PML文件格式来传送,其中PML文件可能还包括了一些实时的时间信息、传感器信息。
通过使用物理标示语言(PML)来描述Savant中间件对电子标签上所包含的信息,以及对数据库中相关的信息的处理,并对这些信息进行相应的计算操作。
1.3选题意义
物联网(InternetofThings)的目的是让所有的物品都与网络连接在一起,方便识别和管理。
物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的。
其中非常重要的技术是RFID电子标签技术。
以简单RFID系统为基础,结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等,构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的,比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。
在这个网络中,系统可以自动的、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件。
物联网的最终目标是为每一个单品建立全球的、开放的标识标准,它的发展不仅能够对货品进行实时跟踪,而且能够通过优化整个供应链给用户提供支持,从而推动自动识别技术的快速发展并能够大幅度提高全球消费者的生活质量。
EPC网络主要是针对物流领域,其目的是增加供应链的可视性(visibility)和可控性(control),使整个物流领域能够借助RFID技术获得更大的经济效益。
在EPC网络中,所有有关商品的信息都以物理标示语言PML来描述,是EPC网络信息存储和交换的标准格式。
PML是Savant、EPCIS、应用程序、ONS之间相互表述和传递EPC相关信息的共同语言,它定义了在EPC物联网中所有的信息传输方式。
Savant,介于阅读器与企业应用之间的中间件,为企业应用提供一系列计算功能。
它首要任务是减少从阅读器传往企业应用的数据量,对阅读器读取的标签数据进行计算,提供与ONS、PML服务器、其他Savant的互操作功能。
对于物联网EPC网络Savant中间件的研究课题具有良好的应用价值,便于更好的熟悉互联网与物流的结合,并通过一种标示语言来实现产品信息的读取。
作为物联网数据交互的中心,Savant系统对整个物联网的正常运转起着关键的作用。
Savant系统主要完成EPC信息的转发和过滤,并提供相应的接口,作为企业应用系统以及ONSServer和PMLServer之间的传输通道。
为此,Savant系统需要具有良好的外部接口,同时在内部具有良好的数据过滤能力。
1.4EPC物联网的应用领域
物联网技术的应用可以使电子商务变得更强大,它使消费者可以在网上查到任何一家商店的任何一件商品,选择起来得心应手。
在物流领域,RFID电子标签可以应用于自动仓储库存管理、产品物流跟踪、供应链自动管理、产品装配和生产管理、产品防伪等多个方面。
EPC将逐渐广泛应用到包括零售业、生产控制、物流和供应链管理、文档和图书馆事业、医药保健品、重要物资流向控制和定点跟踪、身份识别等各个领域。
EPC物联网的发展为各行各业都带来巨大的便捷与效益,如对商业、安全和消费者提供极大的利益。
对于这种新形式的网络,现在已成为一种不可抵挡的趋势。
2课题技术基础
2.1EPC/无线射频识别技术(RFID)概述
射频识别,即RadioFrequencyIdentification,简称为RFID。
是无线电技术在自动识别领域中的应用。
射频识别系统的组成一般至少包括两个部分:
(1)电子标签,英文名称为Tag;
(2)阅读器,英文名称为Reader。
无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术,使用射频电磁波通过空间耦合(交变磁场或电磁场)在阅读器和进行识别、分类和跟踪的移动物品(物品上附着有RFID标签)之间实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
RFID是一种利用电磁能量实现自动识别和数据捕获技术,可以提供无人看管的自动监视与报告作业。
电子标签中一般保存有约定格式的电子数据,在实际应用中,电子标签附着在待识别物体的表面。
阅读器又称为读出装置,可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据,从而达到自动识别物体的目的。
进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。
射频识别的分类:
射频识别技术依其采用的频率不同可分为低频系统和高频系统两大类;根据电子标签内是否装有电池为其供电,又可将其分为有源系统和无源系统两大类;从电子标签内保存的信息注入的方式可将其为分集成电路固化式、现场有线改写式和现场无线改写式三大类;根据读取电子标签数据的技术实现手段,可将其分为广播发射式、倍频式和反射调制式三大类。
具体的工作原理如下:
当装有电子标签的物体接近微波天线时,阅读器受控发出微波查询信号。
安装在物体表面的电子标签收到经微波天线发出的查询信号后,根据查询信号中的命令要求,将标签中的数据信息反射回微波天线。
微波天线接收到电子标签反射回的微波合成信号后,经阅读器内部微处理器处理即可将电子标签中的识别代码等信息分离出来。
这些识别信息作为物体的特征数据被传送到控制计算机作进一步处理,从而完成与物体有关的信息查询、统计、管理等应用。
整个识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,并且阅读器能自行判断RFID标签是否被重复读取处理。
RFID技术的这些功能特性很适合流水线上产品的控制,以实现流水作业管理,得以使整个流水线管理自动化。
整体的EPC网络操作依赖于RFID系统和网络应用系统的介入,使产品信息有效的传播。
安装在不同需求链环境的解读器可以读取标签中储存的产品数据。
因此供应链的数据可以通过网络及时地检查、更新或者交换信息。
2.2EPC物联网基本原理和系统构成
EPC系统是一个先进的、综合性很强的复杂系统,是以由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的简单的RFID系统为基础,并结合已有的计算机互联网网络技术、数据库技术、中间件技术等,构建出一个可以覆盖全球万事万物的网络。
通过Internet,全球的计算机可以进行互联,实现信息资源共享,协同工作,而在RFID和Internet的基础上,物联网可以将数量更为庞大的物品建立起信息联接,可以为商业、物流、仓储、生产、家庭等提供更为先进的信息化管理手段。
EPC系统最终目标是为每一件单品来建立全球性与开放的标识标准。
EPC系统由产品电子代码、射频识别系统和信息网络系统构成,主要包括六个方面,见表2-1EPC系统的构成和图2-lEPC系统构成所示。
表2-1EPC系统的构成[2]
系统构成
名称
说明
EPC编码体系
EPC编码标准
识别目标的特定代码
射频识别系统
EPC标签
识读EPC标签
射频读写器
信息网络系统
信息网络系统
Savant(神经网络软件,中间件)
EPC系统的软件支持系统
对象名解析服务ONS
(ObjectNamingService)
类似于互联网DNS功能,定位产品信息存储位置
实体标记语言PML
(PhysicalMarkupLanguage)
提供描述实体、动态环境的标准,供软件开发、数据存储和数据分析之用
2.2.1EPC编码标准
EPC编码是EPC系统的重要组成部分,它是对实体及实体的相关信息进行代码化,通过统一并规范化的编码建立全球通用的信息交换语言。
2.2.2射频识别系统
(1)EPC标签
EPC标签是装载了产品电子代码的射频标签,通常EPC标签是安装在被识别对象上,存储被识别对象相关信息。
标签存储器中的信息可由读写器进行非接触读/写。
(2)读写器
读写器是利用射频技术读取标签信息、或将信息写入标签的设备。
读写器读出的标签的信息通过计算机及网络系统进行管理和信息传输。
它的基本任务是激活标签,与标签之间建立通信,并在应用软件和标签之间传送数据。
EPC读写器和网路之间不需要PC(PersonalComputer)机作为过渡,所有读写器之间的数据交换可以通过一个对等的网络服务器直接进行。
2.2.3信息网络系统
(1)Savant(神经网络软件)
Savant是一个物联网系统的“中间件”,用来处理从一个或多个读写器发出的标签流或传感器数据,之后将处理过的数据发往特定的请求方。
(2)对象名解析服务(ObjectNamingService:
ONS)
EPC标签对于一个开放式的,全球性的追踪物品的网络需要一些特殊的网络结构。
因为标签中只存储了产品电子代码,计算机还需要一些将产品电子代码匹配到相应商品信息的方法。
这个角色就由对象名称解析服务(ObjectNamingService:
ONS)担当,它是一个自动的网络服务系统,类似于域名解析服务(DNS),DNS是将一台计算机定位到万维网上的某一具体地点的服务。
(3)物理标示语言(PhysicalMarkupLanguagePML)
物理标记语言(PML)通过一种通用的、标准的方法来描述我们所在的物理世界。
PML的目标是为物理实体的远程监控和环境监控提供一种简单、通用的描述语言。
可广泛应用在存货跟踪、自动处理事务、供应链管理、机器控制和物对物通讯等方面。
2.3EPC系统的特点
(1)开放的体系结构
EPC系统采用全球最大的公用的Internet网络系统。
这就避免了系统的复杂性,同时也大大降低了系统的成本,并且还有利于系统的增值。
梅特卡夫(Metcalfe)定律表明,一个网络大的价值是用户本系统是应该开放的结构体系远比复杂的多重结构更有价值。
(2)独立的平台和高度的互动性
EPC系统识别的对象是一个十分广泛的实体对象,因此,不可能有哪一种技术适用所有的识别对象。
同时,不同地区,不同国家的射频识别技术标准也不相同。
所以开放的结构体系必须具有独立的平台和高度的交互操作性。
EPC系统网络建立在INTERNET网络系统上可以与INTERNET网络所有可能的组成部分协同工作。
(3)灵活的可持续发展的体系
EPC系统是一个灵活的开放的可持续发展的体系,可在不替换原有体系的情况下就可以做到系统升级。
2.4开发环境概述
(1)PML的开发技术
现实生活中的产品丰富多样,很难以用一个统一的语言来客观的描述每一个物体。
然而,自然物体都有着共同的特性,如体积、重量、形状等;企业、个人交易时又有着时间、空间上的共性。
例如,苹果、橙子、统一鲜橙多,它们三者都属于食品饮料,而苹果、橙子同属于农作物,鲜橙多又是橙子加工后的商品;人们交易一箱苹果的时间、地点又是相同的。
但是,自然物体的一些相关信息(如生产地、保质期)不会变化。
同时,EPC物联网是建立在现有的互联网上的。
为此,作为描述物体信息载体的PML语言,有着独特的要求。
PML首先使用现有的标准(如XML、TCP/IP)来规范语法和数据传输,并利用现有工具来设计编制PML应用程序。
PML需提供一种简单的规范,通过通用默认的方案,使方案无需进行转换,即能可靠传输和翻译。
PML对所有的数据元素提供单一的表示方法,如有多个对数据类型。
PML只是用在信息发送时对信息区分的方法,实际内容可以任意格式存放在服务器(SQL数据库或数据表)中,即不必一定以PML格式存储信息。
企业应用程序将以现有的格式和程序来维护数据,如Aaplet可以从互联网上通过ONS来选取必需的数据,为便于传输,数据将按照PML规范重新进行格式化。
这个过程与DHTML相似,也是按照用户的输入将一个HTML页面重新格式。
此外,一个PML“文件”可能是多个不同来源的文件和传送过程的集合,因为物理环境所固有的分布式特点,使得PML“文件”可以在实际中从不同位置整合多个PML片断。
(2)SQLServer2000
选题的数据库部分采用的是SQLServer2000数据库开发工具,SQLServer2000中包含许多新特性,这些特性使其成为针对电子商务、数据仓库和在线商务解决方案的卓越的数据库平台。
其增强的特性包括对丰富的扩展标记语言(XML)的支持、综合分析服务以及便捷的数据库管理。
总而言之,对于那些希望确保数据库解决方案具备伸缩性、可靠性及灵活性的客户而言,SQLServer2000提供的新特性具有显著的优势。
3需求分析
需求分析是整个设计过程的基础,用物理标示语言(PML)来描述Savant中间件对电子标签上所包含的信息,对数据库中相关的信息的处理时,首先必须了解PML的使用与物联网中的信息流,物联网中的信息载体采用PML语言,同其它任何语言一样,PML不是一个单一的标准语言,它应随着时代的变化而发展。
3.1系统结构
利用阅读器读到了贴在物体表面上的EPC标签,此时阅读器将读取到的EPC代码传送给上一级Savant系统,Savant系统收到的EPC代码后,生产一个PML文件,发送至PML服务器或者企业的管理软件(如第三方应用程序),并做出相应的操作。
如图3-1(a)系统示意图所示。
Savant是介于阅读器与企业应用软件之间的中间件,通过使用PML语言可以实现从一个阅读器读出多个电子标签的数据,获取有用的信息,进行相应的操作。
在物联网中PML提供了统一的语言规范,可以客观的描述每一个物体。
Savant组件与其他程序间的通讯,如图3-1(b)Savant体系结构所示。
从EPC物联网的整体视角来看,Savant具有树型等级结构,这种结构可以简化管理,提高系统运行效率。
Savant中间件为程序模块的集成器,程序模块通过两个接口与外界交互:
阅读器接口和应用程序接口,其中阅读器接口提供与RFID阅读器的连接方法;应用程序接口是程序模块与外部应用的通用接口,应用程序接口使Savant与外部应用程序连接起来,这些应用程序通常是现有的企业运行的应用系统程序,或为新的EPC应用程序,或为其他的Savant系统。
Savant的体系结构可以体现在如图3-1(c)EPC物联网中的信息流所示,即使用阅读器从外部对电子标签上所包含的信息进行读取。
在由EPC标签、解读器、Savant服务器、Internet、ONS服务器、PML服务器以及众多数据库组成的EPC物联网中,解读器读出的EPC
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