面向供应链应用的物联网信息服务架构研究①

北京物资学院 刘丙午 赵光光 李俊韬

物联网技术的日益发展给供应链研究带来了很多解决问题的新思路，但也面临很多问题：RFID系统产生的数据量巨大，现有信息系统很难满足这样的处理需求[1]；在商业领域应用方面，可操作的信息和企业响应之间缺乏有效的管理机制，企业无法及时响应供应链系统中发生的变化[2]。信息差距需要弥补，同时对于供应链变化的响应机制也应建立，复杂事件(CEP)[3]的研究为解决这些问题提供了新的方式。

本文采用基于SOA的应用架构，选用Web Service作为实现方案，提出了基于物联网技术的供应链信息服务框架方案。利用RFID中间件对原始数据进行处理，事件的检测机制定义了信息的流向以及处理机制，在分布式的环境下不仅使信息存储的机制得到规范，而且也建立了供应链节点与中央处理区的协同机制，最后达到供应链整体和局部之间的协调、高效运作。

1 系统架构研究

企业内部供应链中原有的应用系统与物联网“感知”系统本质上是绝对异质化的，为了实现供应链中各个参与者信息服务的建立，采用基于SOA的应用架构，建立信息服务机制，通过Web Service满足不同企业用户的需求。同时，RFID事件和其他提取的原始事件是低层次的，需要语义规范为可执行的业务层面信息，通过定义规范的复杂事件检测模式才能实现业务层面的信息转换，从而本文提出了面向供应链应用的物联网信息服务架构。

在整个架构中，RFID中间件承担着最主要的处理任务，而复杂事件引擎是整个中间件系统的核心。

处理基础设备架构中的数据——RFID基础架构包含的各个设备都需要注册、配置和服务监控。这一层面的中间件负责自动化或者半自动化的控制、配置、监控以及组织众多设备，把它们部署到整个网络中来有效地解决在企业应用中的需求。由于RFID是实例级的识别，并且瞬间从RFID原始数据流中捕获产品信息，所以必须包括数据过滤和聚合功能。这个层面还需要做的就是降低临时性的读取错误以及做数据平滑来降低时间和空间的复杂性，优化业务流程。

本系统架构从底部到顶部分别为RFID基础设施架构层、原始数据处理和设备管理中间件、事件感知和事件处理层、Web Service管理层，四个层面分别承担不同的任务。RFID基础设施架构层是整体架构的基石，所有的信息采集都来自它。

图1 系统架构图

1.1 情境感知和事件处理

情境感知和事件处理包含了事件处理(EP)以及语义感知(CA)，进一步解释：EP包括定义、注册和检测维护事件之间的关系事件；CA包括定义事件发生的背景，理解语义，并触发基于识别的语义的应用行为。所以，CAEP就是实时挖掘事件价值，来支持RFID信息在事件和应用层面之间的聚合。

1.2 RFID数据发布、数据管理

考虑到2、3特性，RFID数据的传输是自然特征，它被评为RFID中间件必要的实现功能。一旦一个被定义好的语义事件得到执行，经过筛选的信息就应该被发送到有该请求的应用。数据传播(DD)就成为了一个非常关键的任务，把从RFID读写器中整合的信息传送到基于上下文语义的企业级应用当中去。为进一步提高数据处理能力，数据管理有必要捕获和存储数据。

1.3 应用程序接口(API)

不断接入供应链管理和企业管理系统的RFID数据，需要RFID中间件提供API这项功能。事实上，当卓越的RFID中间件产品出现在企业和客户之间的时候，都会让彼此夸赞对方。在不同的合作伙伴之间分享的RFID数据，需要像管弦乐一样在企业间的应用系统间协同。

1.4 Web服务管理(WSM)

Web服务的本质是它可以提供在网络中可互操作的机器对机器的交互，并对事件触发的及时响应。WSM负责照顾中间件的核业务，例如，语义感知和事件处理(CAEP)、RFID数据发布、数据管理(DM)，通过网络服务可以完成特定的设计方面需求，例如交互性、开放、联盟等等。WSM一个很大的优势在于，当基于RFID中间件解决方案时，部署在分布式环境中，它可以减轻不同区域的工作人员的频繁交流。

2 系统的关键实现

2.1 复杂事件机制

事件可以从服务、数据库、RFID和活动中提取。事件可以简单地归类为原始事件和复杂事件，它们都可以根据属性进行归类，同时它们之间也有因果关系。运算符将事件结合在一起，从而形成复杂事件或情形。操作符包括逻辑运算符、时间运算符、因果运算符以及RFID运算符。事件语境包含语义区、工作流模型、不同层面的抽象层次等。本文中，事件语境用来表示那些需要从低层面转化为高层面的信息。语义区是一个相对独立的事件的语境，由发起事件和终止事件绑定在一起构成。发起事件的产生生成语义空间，终止事件的产生终止这个语义空间。同时，语义空间包含人物、地点、角色、状态等其他相对独立的语境信息。

为了执行的顺畅，工作流模型就有必要引入事件语境。工作流中的信息可以被用来规划RFID标签标识的物品流，可以检验是否和实际工作流程相同。

2.2 复杂事件检测模型

复杂事件的处理有很多关键部分，比如事件的提取、事件的整合、事件的响应等。对于供应链信息系统来讲，复杂事件的检测是上层服务实现的关键，在分布式的系统结构下，本文提出了如图2所示的事件检测模式。

供应链事件分类表：对上层服务的请求都作为供应链的复杂事件，并且归类，每一种实例都会有系统配置的处理资源，并且对用户的每次请求都做记录，当记录超过一定期限时，根据超时策略进行销毁。

复杂事件分类表：节点中每一种类型的复杂事件对应一个复杂事件分类表，包含了每种复杂事件的描述，并且把事件类型作为一个组合操作符。当一个复杂事件描述被编辑和调整时，它就会被存储于操作符的复杂事件分类表，例如CE1=AND(E1，E2)，CE2=AND(E1，E3)，复杂事件分类表E1包含事件CE1和CE2，表E2只包含CE1，表E3只包含CE2。

共享池：不同的事件检测通常是由很多相同的子表达式构成的，共享池的建立为复杂事件检测的优化提供了基础。例如：如果AND(A1，A2)事件第一次被检测，就会向节点发出检测请求并缓存在共享池中，对于复杂事件CE2=OR(AND(A1，A2)，A3)的检测，当检测到共享池中有AND(A1，A2)时，只需要向节点请求A3事件即可，避免了对AND(A1，A2)事件的重复检测。

用户通过Web服务端向信息服务层发出请求，该请求会通过事件筛选器判断请求类型，并指向该类事件的处理区域；当检测到事件处理方法后，会首先在信息服务层的共享池中查找是否有该类请求的结果，如果池中有之前生成请求的结果，把结果反馈给用户端即可；如果是第一次请求就生成新的任务，向供应链响应节点发出指令调取响应数据，其中节点调取数据的方法是通过中央处理区向节点发送URL实现，调取成功后会将结果整合缓存在共享池中，方便其他复杂事件检测的调取。

2.3 Web Service应用服务

基于RFID的物联网系统架构提供的信息服务很广泛，不仅针对不同的参与者有不同的功能需求，对于不同业务也有很大的不同。例如对于库存管理业务而言，一些典型的应用应包括整体库存管理、店内促销管理、需求预测、防伪等[6]。由于WEB应用的错综复杂，接入企业应用层的RFID数据就需要统一的数据交互规范以及安全协议，同时，不同的服务应用都需要注册和管理。

人们采用Web服务协议或更精确的服务水平协议以达到服务的整体交互性，并且在一个应用程序为中心的工作流程的不同服务之间进行无缝集成。首先，Web服务包含了网络服务的操作功能和目的。针对不同的服务应用，架构中有一个命名空间对应各项服务。第二，Web服务协议包含了信息在服务间的转换和交换。第三，底层的数据模型已经规范了提供给网络服务应用的信息的结构，可以确保这些信息可以在网络服务应用中接收和传送。第四，它包括适用于服务调用约束集，最后，它包含的信息有关如何以及在何处可以访问服务。这里本文提出采用WS-API接口来解决数据交互规范和安全问题，利用WSM(Web服务管理)负责功能应用的注册和配置，同时监控各个服务的健康状况，确保整个Web服务在健康状态。

3 结语

本文在深入研究供应链信息服务现状的基础上，通过提出一个面向供应链服务的物联网信息架构，来建立整个系统的层次结构；同时提出复杂事件的检测机制，对于供应链中的复杂事件存储及检测给予规范。并且，在此基础上也给出了面向供应链的Web Service应用服务，对信息的检测和规范使得信息服务更加准确和及时，保证了供应链各个参与者都可以得到可靠的信息服务。

[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).