摘  要： 無線射頻識別是信息采集技術之一，通過研發RFID引擎，提出在面向復雜事件處理的RFID引擎的設計思想與相關算法，通過使用所設計的引擎對數據進行實時采集，測試結果證明設計是可行的。
關鍵詞： 復雜事件；引擎；RFID；通信協議

    RFID技術是利用無線電波自動識別人或者物的技術。該系統一般由電子標簽、數據管理系統和讀寫器三部分組成，準確地獲取RFID的數據是射頻識別系統的關鍵[1]。
    目前，RFID技術仍然發展不成熟，尤其是在事件處理方面存在如下缺陷[2]：一方面，來自閱讀器的標簽信息數據量太大，并且包含過多的冗余數據，降低了事件處理的效率；另一方面，標簽所包含的語義信息過于簡單，無法被上層應用軟件直接使用；再者，利用無線電波頻率自動識別，當現場電子標簽過多時，RFID識別的準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簽數據做簡單的平滑處理，隨后將處理后的標簽數據上傳給應用層，這種情況在數據量小的情況下可以滿足一定的需求，可是RFID大部分的應用環境所面對的都是海量的數據，因此傳統的事件處理方法大大增加了上層應用軟件的負擔，使其數據處理效率急劇下降，不能滿足現實的需求。因此，在復雜事件情況下，如果把數據處理部分由RFID引擎(即讀寫器系統)在進入之前就由應用軟件來完成，是一個理想的選擇。
1 復雜事件處理概念
    復雜事件處理[3]（Complex Event Progressing）技術是20世紀90 年代中期由斯坦福大學的David Luckham教授提出是一種新興的基于事件流的技術，它將系統數據看作不同類型的事件，通過分析事件間的關系(成員關系、時間關系、因果關系以及包含關系等)建立不同的事件關系序列庫(即規則庫)，再利用過濾、關聯、聚合等技術由簡單事件產生高級事件。在研究構建RFID引擎時，先進行定性的理論模型的研究。

    從復雜事件定義中可以看出在發生復雜事件情況下正確快速的電子標簽是一個十分值得研究的課題。短距離的RFID讀寫器與電子標簽一般是一對一讀寫設計，即短距離的RFID讀寫器在設計中只允許一次讀一個電子標簽，當近距離有多個電子標簽時，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，其RFID讀寫器的檢測電子標簽最好不要超過30個，如果再考慮交集域，則所讀電子標簽就更多，這種情況下要準確讀取電子標簽，就必須要制定通信協議，使范圍內的電子標簽能按順序、準確無誤地逐一讀寫。
2 復雜事件處理的RFID引擎設計[4]
2.1 設計總體思想
    在復雜事件下，RFID引擎設計分為兩大部分：一是發射及接收部分，另一個是讀寫控制與通信部分。
    發射及接收部分的作用是：(1)產生無線發射的能量；(2)對發射的信號進行調制；(3)接收并解調來自射頻的電子標簽的信號并進行存取。
    讀寫控制與通信部分的作用是：(1)能完成與應用系統上位機通信,并執行上位機指令；(2)控制與電子標簽的通信過程；(3)完成信號的編碼、解碼；(4)執行信號安全加密、解密及各種算法，進行電子標簽、RFID引擎設計及一般閱讀器身份認證。
    除此之外，還應考慮產品的小型化、低成本、多功能多數據接口問題，以及發射、接收制式、波段的兼容等問題。
2.2 關于引擎設計
    讀取電子標簽的準確與否，首先取決于系統結構的優劣。
    本設計的通信結構包括：
    (1)物理層。只完成信息的準確交互，不進行任何信息的檢測、校正。
    (2)網絡層。保存最新的節點地址表，包括物理地址和虛擬地址。
    (3)傳輸層。決定通信節點和完成節點的多次握手，建立通信、信息的打包并交付下層進行發送或接收數據。最后，通過網絡模塊連接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簽的信息，就要在引擎收到標簽的確認信息后把下一步收到的標簽內容發給PC機；假如此時要寫標簽的信息，則要在標簽發送完確認信息后等待來自讀寫器的數據包，讀寫器收到節點的確認信息后發送數據包。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簽進行通信，此時引擎發送地址指令包，請求建立通信，數據包中包括讀或寫等指令信號；(2)電子標簽收到地址指令包后，發送自己的標簽內容到該引擎；(3)引擎收到電子標簽的內容后，再把內容打包發回給該電子標簽；(4)該電子標簽把收到的內容與自己的標簽內容進行比較，如果相同表示兩者間的通信可靠，此時發送確認信息；如果不同表示兩者通信不可靠，此時發送失敗信息并轉與上位應用系統、上位PC通信驗證；假如重復多次都失敗，則引擎向PC機報警。
    關于地址表的建立與確定：
    創建兩個地址表data1和data2用于保存最近兩次搜索到的電子標簽地址，引擎每搜索一次電子標簽地址，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。此時建立兩個執行地址表rundata1和rundata2，如果沒有新地址表，而舊地址表的電子標簽地址保存在ruandata1中表示該標簽移出了檢測范圍；如果有新地址表，而在舊地址表中沒有電子標簽保存在rundata2，表示有新標簽移進檢測范圍。最后兩個執行地址表的地址分開上傳給PC機，并進行報告。
    圖2所示為面向復雜事件處理的RFID引擎的方框圖。

3 設計的實現與效果
    硬件實現可以采用自主開發硬件，也可采用已有IC及電子器件構成硬件電路。設計的電路要建立系統模型，開發要符合中國無線頻譜規范和RFID通信協議要求。
    設計采用高性能射頻收發器CC1101，用雙51系列MCU，其中一個可通過SPI 接口連接CC1101的主要運行參數并對發送/接收FIFO口進行控制；而另一個與存取、輸入設備連接，利用軟件控制算法，完成對區域內一定數量電子標簽的準確讀寫。
    表4所示是引擎在復雜條件下閱讀電子標簽的測試結果。

    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確度都為100%。這樣，引擎的準確度不能得到嚴格保證，從而信息的出錯率就不能降到最低。環境影響、貼標簽物品的材質、一次閱讀標簽的數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，其應用無疑不會受到歡迎。針對這種情形，還可以通過設置冗余引擎以及改善閱讀流程來提高準確度。
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］. 電子科技大學學報，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應用層事件引擎設計與實現［J］.計算機工程，2008，34(12)：10248-249.
[4] 康東，李勇鵬.射頻識別(RFID)核心技術與典型應用開發案例[M].北京：人民郵電出版社，2008.
[5] 蔣邵崗，譚杰.RFID中間件數據處理與過濾過濾的研究[J].計算機應用，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] 游戰清，李蘇劍.無線射頻識別技術(RFID)理論與應用[M].北京：電子工業出版社，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.