面向供應(yīng)鏈應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)架構(gòu)研究①

北京物資學(xué)院 劉丙午 趙光光 李俊韜

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展給供應(yīng)鏈研究帶來(lái)了很多解決問(wèn)題的新思路，但也面臨很多問(wèn)題：RFID系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，現(xiàn)有信息系統(tǒng)很難滿足這樣的處理需求[1]；在商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用方面，可操作的信息和企業(yè)響應(yīng)之間缺乏有效的管理機(jī)制，企業(yè)無(wú)法及時(shí)響應(yīng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)中發(fā)生的變化[2]。信息差距需要彌補(bǔ)，同時(shí)對(duì)于供應(yīng)鏈變化的響應(yīng)機(jī)制也應(yīng)建立，復(fù)雜事件(CEP)[3]的研究為解決這些問(wèn)題提供了新的方式。

本文采用基于SOA的應(yīng)用架構(gòu)，選用Web Service作為實(shí)現(xiàn)方案，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供應(yīng)鏈信息服務(wù)框架方案。利用RFID中間件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，事件的檢測(cè)機(jī)制定義了信息的流向以及處理機(jī)制，在分布式的環(huán)境下不僅使信息存儲(chǔ)的機(jī)制得到規(guī)范，而且也建立了供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)與中央處理區(qū)的協(xié)同機(jī)制，最后達(dá)到供應(yīng)鏈整體和局部之間的協(xié)調(diào)、高效運(yùn)作。

1 系統(tǒng)架構(gòu)研究

企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈中原有的應(yīng)用系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)“感知”系統(tǒng)本質(zhì)上是絕對(duì)異質(zhì)化的，為了實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈中各個(gè)參與者信息服務(wù)的建立，采用基于SOA的應(yīng)用架構(gòu)，建立信息服務(wù)機(jī)制，通過(guò)Web Service滿足不同企業(yè)用戶的需求。同時(shí)，RFID事件和其他提取的原始事件是低層次的，需要語(yǔ)義規(guī)范為可執(zhí)行的業(yè)務(wù)層面信息，通過(guò)定義規(guī)范的復(fù)雜事件檢測(cè)模式才能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層面的信息轉(zhuǎn)換，從而本文提出了面向供應(yīng)鏈應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)架構(gòu)。

在整個(gè)架構(gòu)中，RFID中間件承擔(dān)著最主要的處理任務(wù)，而復(fù)雜事件引擎是整個(gè)中間件系統(tǒng)的核心。

處理基礎(chǔ)設(shè)備架構(gòu)中的數(shù)據(jù)——RFID基礎(chǔ)架構(gòu)包含的各個(gè)設(shè)備都需要注冊(cè)、配置和服務(wù)監(jiān)控。這一層面的中間件負(fù)責(zé)自動(dòng)化或者半自動(dòng)化的控制、配置、監(jiān)控以及組織眾多設(shè)備，把它們部署到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中來(lái)有效地解決在企業(yè)應(yīng)用中的需求。由于RFID是實(shí)例級(jí)的識(shí)別，并且瞬間從RFID原始數(shù)據(jù)流中捕獲產(chǎn)品信息，所以必須包括數(shù)據(jù)過(guò)濾和聚合功能。這個(gè)層面還需要做的就是降低臨時(shí)性的讀取錯(cuò)誤以及做數(shù)據(jù)平滑來(lái)降低時(shí)間和空間的復(fù)雜性，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程。

本系統(tǒng)架構(gòu)從底部到頂部分別為RFID基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)層、原始數(shù)據(jù)處理和設(shè)備管理中間件、事件感知和事件處理層、Web Service管理層，四個(gè)層面分別承擔(dān)不同的任務(wù)。RFID基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)層是整體架構(gòu)的基石，所有的信息采集都來(lái)自它。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.1 情境感知和事件處理

情境感知和事件處理包含了事件處理(EP)以及語(yǔ)義感知(CA)，進(jìn)一步解釋：EP包括定義、注冊(cè)和檢測(cè)維護(hù)事件之間的關(guān)系事件；CA包括定義事件發(fā)生的背景，理解語(yǔ)義，并觸發(fā)基于識(shí)別的語(yǔ)義的應(yīng)用行為。所以，CAEP就是實(shí)時(shí)挖掘事件價(jià)值，來(lái)支持RFID信息在事件和應(yīng)用層面之間的聚合。

1.2 RFID數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)管理

考慮到2、3特性，RFID數(shù)據(jù)的傳輸是自然特征，它被評(píng)為RFID中間件必要的實(shí)現(xiàn)功能。一旦一個(gè)被定義好的語(yǔ)義事件得到執(zhí)行，經(jīng)過(guò)篩選的信息就應(yīng)該被發(fā)送到有該請(qǐng)求的應(yīng)用。數(shù)據(jù)傳播(DD)就成為了一個(gè)非常關(guān)鍵的任務(wù)，把從RFID讀寫器中整合的信息傳送到基于上下文語(yǔ)義的企業(yè)級(jí)應(yīng)用當(dāng)中去。為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理能力，數(shù)據(jù)管理有必要捕獲和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.3 應(yīng)用程序接口(API)

不斷接入供應(yīng)鏈管理和企業(yè)管理系統(tǒng)的RFID數(shù)據(jù)，需要RFID中間件提供API這項(xiàng)功能。事實(shí)上，當(dāng)卓越的RFID中間件產(chǎn)品出現(xiàn)在企業(yè)和客戶之間的時(shí)候，都會(huì)讓彼此夸贊對(duì)方。在不同的合作伙伴之間分享的RFID數(shù)據(jù)，需要像管弦樂(lè)一樣在企業(yè)間的應(yīng)用系統(tǒng)間協(xié)同。

1.4 Web服務(wù)管理(WSM)

Web服務(wù)的本質(zhì)是它可以提供在網(wǎng)絡(luò)中可互操作的機(jī)器對(duì)機(jī)器的交互，并對(duì)事件觸發(fā)的及時(shí)響應(yīng)。WSM負(fù)責(zé)照顧中間件的核業(yè)務(wù)，例如，語(yǔ)義感知和事件處理(CAEP)、RFID數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)管理(DM)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可以完成特定的設(shè)計(jì)方面需求，例如交互性、開放、聯(lián)盟等等。WSM一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)在于，當(dāng)基于RFID中間件解決方案時(shí)，部署在分布式環(huán)境中，它可以減輕不同區(qū)域的工作人員的頻繁交流。

2 系統(tǒng)的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)

2.1 復(fù)雜事件機(jī)制

事件可以從服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、RFID和活動(dòng)中提取。事件可以簡(jiǎn)單地歸類為原始事件和復(fù)雜事件，它們都可以根據(jù)屬性進(jìn)行歸類，同時(shí)它們之間也有因果關(guān)系。運(yùn)算符將事件結(jié)合在一起，從而形成復(fù)雜事件或情形。操作符包括邏輯運(yùn)算符、時(shí)間運(yùn)算符、因果運(yùn)算符以及RFID運(yùn)算符。事件語(yǔ)境包含語(yǔ)義區(qū)、工作流模型、不同層面的抽象層次等。本文中，事件語(yǔ)境用來(lái)表示那些需要從低層面轉(zhuǎn)化為高層面的信息。語(yǔ)義區(qū)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的事件的語(yǔ)境，由發(fā)起事件和終止事件綁定在一起構(gòu)成。發(fā)起事件的產(chǎn)生生成語(yǔ)義空間，終止事件的產(chǎn)生終止這個(gè)語(yǔ)義空間。同時(shí)，語(yǔ)義空間包含人物、地點(diǎn)、角色、狀態(tài)等其他相對(duì)獨(dú)立的語(yǔ)境信息。

為了執(zhí)行的順暢，工作流模型就有必要引入事件語(yǔ)境。工作流中的信息可以被用來(lái)規(guī)劃RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)的物品流，可以檢驗(yàn)是否和實(shí)際工作流程相同。

2.2 復(fù)雜事件檢測(cè)模型

復(fù)雜事件的處理有很多關(guān)鍵部分，比如事件的提取、事件的整合、事件的響應(yīng)等。對(duì)于供應(yīng)鏈信息系統(tǒng)來(lái)講，復(fù)雜事件的檢測(cè)是上層服務(wù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，在分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，本文提出了如圖2所示的事件檢測(cè)模式。

供應(yīng)鏈?zhǔn)录诸惐恚簩?duì)上層服務(wù)的請(qǐng)求都作為供應(yīng)鏈的復(fù)雜事件，并且歸類，每一種實(shí)例都會(huì)有系統(tǒng)配置的處理資源，并且對(duì)用戶的每次請(qǐng)求都做記錄，當(dāng)記錄超過(guò)一定期限時(shí)，根據(jù)超時(shí)策略進(jìn)行銷毀。

復(fù)雜事件分類表：節(jié)點(diǎn)中每一種類型的復(fù)雜事件對(duì)應(yīng)一個(gè)復(fù)雜事件分類表，包含了每種復(fù)雜事件的描述，并且把事件類型作為一個(gè)組合操作符。當(dāng)一個(gè)復(fù)雜事件描述被編輯和調(diào)整時(shí)，它就會(huì)被存儲(chǔ)于操作符的復(fù)雜事件分類表，例如CE1=AND(E1，E2)，CE2=AND(E1，E3)，復(fù)雜事件分類表E1包含事件CE1和CE2，表E2只包含CE1，表E3只包含CE2。

共享池：不同的事件檢測(cè)通常是由很多相同的子表達(dá)式構(gòu)成的，共享池的建立為復(fù)雜事件檢測(cè)的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。例如：如果AND(A1，A2)事件第一次被檢測(cè)，就會(huì)向節(jié)點(diǎn)發(fā)出檢測(cè)請(qǐng)求并緩存在共享池中，對(duì)于復(fù)雜事件CE2=OR(AND(A1，A2)，A3)的檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到共享池中有AND(A1，A2)時(shí)，只需要向節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求A3事件即可，避免了對(duì)AND(A1，A2)事件的重復(fù)檢測(cè)。

用戶通過(guò)Web服務(wù)端向信息服務(wù)層發(fā)出請(qǐng)求，該請(qǐng)求會(huì)通過(guò)事件篩選器判斷請(qǐng)求類型，并指向該類事件的處理區(qū)域；當(dāng)檢測(cè)到事件處理方法后，會(huì)首先在信息服務(wù)層的共享池中查找是否有該類請(qǐng)求的結(jié)果，如果池中有之前生成請(qǐng)求的結(jié)果，把結(jié)果反饋給用戶端即可；如果是第一次請(qǐng)求就生成新的任務(wù)，向供應(yīng)鏈響應(yīng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出指令調(diào)取響應(yīng)數(shù)據(jù)，其中節(jié)點(diǎn)調(diào)取數(shù)據(jù)的方法是通過(guò)中央處理區(qū)向節(jié)點(diǎn)發(fā)送URL實(shí)現(xiàn)，調(diào)取成功后會(huì)將結(jié)果整合緩存在共享池中，方便其他復(fù)雜事件檢測(cè)的調(diào)取。

2.3 Web Service應(yīng)用服務(wù)

基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)提供的信息服務(wù)很廣泛，不僅針對(duì)不同的參與者有不同的功能需求，對(duì)于不同業(yè)務(wù)也有很大的不同。例如對(duì)于庫(kù)存管理業(yè)務(wù)而言，一些典型的應(yīng)用應(yīng)包括整體庫(kù)存管理、店內(nèi)促銷管理、需求預(yù)測(cè)、防偽等[6]。由于WEB應(yīng)用的錯(cuò)綜復(fù)雜，接入企業(yè)應(yīng)用層的RFID數(shù)據(jù)就需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互規(guī)范以及安全協(xié)議，同時(shí)，不同的服務(wù)應(yīng)用都需要注冊(cè)和管理。

人們采用Web服務(wù)協(xié)議或更精確的服務(wù)水平協(xié)議以達(dá)到服務(wù)的整體交互性，并且在一個(gè)應(yīng)用程序?yàn)橹行牡墓ぷ髁鞒痰牟煌?wù)之間進(jìn)行無(wú)縫集成。首先，Web服務(wù)包含了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的操作功能和目的。針對(duì)不同的服務(wù)應(yīng)用，架構(gòu)中有一個(gè)命名空間對(duì)應(yīng)各項(xiàng)服務(wù)。第二，Web服務(wù)協(xié)議包含了信息在服務(wù)間的轉(zhuǎn)換和交換。第三，底層的數(shù)據(jù)模型已經(jīng)規(guī)范了提供給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用的信息的結(jié)構(gòu)，可以確保這些信息可以在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用中接收和傳送。第四，它包括適用于服務(wù)調(diào)用約束集，最后，它包含的信息有關(guān)如何以及在何處可以訪問(wèn)服務(wù)。這里本文提出采用WS-API接口來(lái)解決數(shù)據(jù)交互規(guī)范和安全問(wèn)題，利用WSM(Web服務(wù)管理)負(fù)責(zé)功能應(yīng)用的注冊(cè)和配置，同時(shí)監(jiān)控各個(gè)服務(wù)的健康狀況，確保整個(gè)Web服務(wù)在健康狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在深入研究供應(yīng)鏈信息服務(wù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過(guò)提出一個(gè)面向供應(yīng)鏈服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)信息架構(gòu)，來(lái)建立整個(gè)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；同時(shí)提出復(fù)雜事件的檢測(cè)機(jī)制，對(duì)于供應(yīng)鏈中的復(fù)雜事件存儲(chǔ)及檢測(cè)給予規(guī)范。并且，在此基礎(chǔ)上也給出了面向供應(yīng)鏈的Web Service應(yīng)用服務(wù)，對(duì)信息的檢測(cè)和規(guī)范使得信息服務(wù)更加準(zhǔn)確和及時(shí)，保證了供應(yīng)鏈各個(gè)參與者都可以得到可靠的信息服務(wù)。

[1] Bornhovd C,Tao L,Haller S & Schaper J.Integrating smart items with busines s processes:An experience report,in Proceedings of the 38th Annual Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS),2005,Vol.8.

[2] Jürgen Dunkel,Alberto Fernández.Event-driven architecture for decision support in traffic management systems[J].Expert Systems with Applications,2011,Vol.38.

[3] Worapot Jakkhupan,Somjit Arch-int,Yuefeng Li.Business process analysis and simulation for the RFID and EPCglobal Network enabled supply chain:A proof-of-concept approach[J].Journal of Network and Computer Applications,2011,Vol.34.

[4] Jong Myoung Ko,Choonjong Kwak.Adaptive product tracking in RFID-enabled large-scale supply chain[J].Expert Systems with Applications,2011,Vol.38.

[5] Benatallah B,Casati F.Special issue on Web services.Distributed and Parallel Databases,2002,Vol.12.

[6] Maria Chaudhry,Ali Hammad Akbar.SOARware:Treading through the crossroads of RFID middleware and SOA paradigm.2011(34).