【導(dǎo)讀】不同于普通物流領(lǐng)域，由于裝備信息較為復(fù)雜，單一普通標(biāo)簽難以勝任承載所需全部信息。考慮經(jīng)濟(jì)和實(shí)用性，采用不同頻率多標(biāo)簽方式才能較好滿足要求。因此，本文針對裝備信息的RFID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重點(diǎn)進(jìn)行了分析，并詳細(xì)研究了嵌入式讀寫器內(nèi)部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，以滿足裝備保障信息化需求。
在保障裝備裝備時(shí)，訓(xùn)練使用、檢修、加裝改造等記錄用傳統(tǒng)手工操作，管理人員必須對進(jìn)裝備名稱、隨裝配套類型及數(shù)量、出廠單位、出廠日期以及其他眾多屬性進(jìn)行逐一登記，不但工作效率低、而且容易出差錯(cuò)，成為制約工作進(jìn)度的瓶頸。如果裝備信息管理運(yùn)用RFID標(biāo)簽取代紙質(zhì)履歷表，記錄裝備從出廠、配備、動(dòng)用、維修、保管、事故、加裝改造、退役報(bào)廢等全生命周期的履歷信息，手持讀寫器讀取射頻標(biāo)簽及信息記錄裝置每日信息，可以幫助操作人員及時(shí)掌握裝備工作情況，為維修保障人員提供信息支持。
1RFID數(shù)據(jù)模型研究
1.1RFID數(shù)據(jù)特性
RFID數(shù)據(jù)模型是管理RFID數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。從總體上RFID應(yīng)用有著共同的需求特點(diǎn)：
(1)識(shí)別：RFID標(biāo)簽唯一地標(biāo)識(shí)該物體。
(2)位置：一個(gè)位置可以是一個(gè)地理位置，也可以是有背景含義的特殊位置，如倉庫、靶場等。
(3)關(guān)系：RFID應(yīng)用的另一個(gè)關(guān)鍵概念是聚合，即對象之間形成的關(guān)系。一種常見聚合情況是包含關(guān)系，即在物體運(yùn)動(dòng)過程中，被包含的物體與外包裝物體有相同的運(yùn)動(dòng)路徑等特性。另一個(gè)集合情況是協(xié)作，即貼有標(biāo)簽的物體之間有一定的關(guān)系[1]，如某型導(dǎo)彈射擊訓(xùn)練由發(fā)射車與檢測車共同完成，則發(fā)射車與檢測車之間有協(xié)作關(guān)系。
1.2數(shù)據(jù)模型
本文重點(diǎn)是利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝備數(shù)據(jù)信息的層次化管理。系統(tǒng)中涉及的數(shù)據(jù)主要有靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩種類型。
1.2.1靜態(tài)數(shù)據(jù)
靜態(tài)數(shù)據(jù)是有關(guān)固定信息、業(yè)務(wù)規(guī)則以及系統(tǒng)設(shè)置的數(shù)據(jù)，不輕易隨時(shí)間變更[2]。在本系統(tǒng)中，靜態(tài)數(shù)據(jù)主要包括：
(1)Objects：所有使用射頻標(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，包括系統(tǒng)及隨裝配件的名稱、型號、出廠單位、出產(chǎn)年份等信息。
(2)Organizations：裝備在生命周期(出廠到退役報(bào)廢之間的時(shí)間)內(nèi)裝配變動(dòng)信息，包括裝配單位、裝配時(shí)間、戰(zhàn)斗序列等信息。
(3)Actions：事務(wù)處理類型。包括重大活動(dòng)記錄、技術(shù)檢查、維修、加裝改裝等信息。
1.2.2動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)
動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)反映了系統(tǒng)運(yùn)作中的事務(wù)過程，與時(shí)間、空間密切相關(guān)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要包括：Arrangement，用于描述裝備實(shí)體(Objects)與狀態(tài)的層次關(guān)系;ObjectOrganization，用于描述裝備實(shí)體(Objects)在某時(shí)間內(nèi)的調(diào)撥、調(diào)整;ActionItem，用于描述裝備處理情況。
1.2.3數(shù)據(jù)模型的建立
如果有靜態(tài)關(guān)系，則根據(jù)ER模型的映射關(guān)系，映射成表即可[3]。對于兩個(gè)實(shí)體之間的基于狀態(tài)的關(guān)系，則在兩個(gè)實(shí)體表的主鍵之間加上時(shí)間間隔(stime,etime)組成，其中時(shí)間間隔代表了關(guān)系或者狀態(tài)存在的生命周期。基于事件的動(dòng)態(tài)關(guān)系，由映射在兩個(gè)表的主鍵加上時(shí)間戳屬性timestamp組成，這個(gè)時(shí)間戳代表了時(shí)間發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)。
2基于嵌入式的RFID讀寫器數(shù)據(jù)管理
2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路
根據(jù)以上分析，數(shù)據(jù)來源主要分為兩類：一類是固定的裝備身份信息，這些信息是一般不會(huì)隨時(shí)間變化，數(shù)據(jù)量比較小;另一類是動(dòng)態(tài)的裝備壽命信息，通常是記錄日常操作的起始時(shí)間和裝備調(diào)撥、調(diào)整，數(shù)據(jù)量稍大且需要重復(fù)讀寫。
為此，以某型車輛裝備為例，采用一種13.56MHz的無源標(biāo)簽存儲(chǔ)裝備身份信息，采用頻率為2.4GHz的有源標(biāo)簽存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)壽命信息。本設(shè)計(jì)采用WindowsCE作為操作系統(tǒng)，通過RFID射頻收發(fā)模塊讀取所需求的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、提取、存儲(chǔ)，并構(gòu)建嵌入式SQLite數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理。而用戶對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢修改等操作，最方便的方法就是在Web頁面里實(shí)現(xiàn)，因此需要搭建一個(gè)Web服務(wù)器，使用戶可以通過Web頁面來控制這些工作的完成并實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的操作訪問。
設(shè)備管理提供了統(tǒng)一的讀寫器接口程序，可兼容性地控制多種類型讀寫器的工作;數(shù)據(jù)管理完成了數(shù)據(jù)的過濾、存儲(chǔ)，并利用嵌入式Web服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和修改;嵌入式Web服務(wù)器是嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，把Internet中的Web服務(wù)器進(jìn)行一定的裁剪，嵌入到設(shè)備中，從而可以利用嵌入式Web服務(wù)器對設(shè)備進(jìn)行操作、管理。本文擬使用GoAheadWebServer，它是一個(gè)源碼免費(fèi)、可以運(yùn)行在多個(gè)平臺(tái)的嵌入式Web服務(wù)器，并支持ASP、嵌入式JavaScript和標(biāo)準(zhǔn)的CGI執(zhí)行，能較好地滿足需求。
2.2數(shù)據(jù)的解析和過濾
讀寫器從標(biāo)簽讀取大量的未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)，一般來說讀取到的數(shù)據(jù)并非完全有用的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，需要對其進(jìn)行提取、解析，以得到有用的信息。數(shù)據(jù)在傳輸過程中不可避免地會(huì)受到外界的干擾而發(fā)生錯(cuò)誤，因此數(shù)據(jù)必須進(jìn)行過濾，將過濾后的數(shù)據(jù)再進(jìn)行存儲(chǔ)[4]。
標(biāo)簽數(shù)據(jù)一般都是二進(jìn)制編碼，讀取后需要將二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成unicode數(shù)據(jù)。
在標(biāo)簽讀取過程中實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的二進(jìn)制位編碼到unicode編碼的轉(zhuǎn)換，在標(biāo)簽數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)則根據(jù)轉(zhuǎn)換獲得的標(biāo)簽unicode編碼以及過濾條件對標(biāo)簽進(jìn)行過濾，為信息應(yīng)用層提供有意義的標(biāo)簽信息。
過濾規(guī)則可以通過Web頁面進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置信息存儲(chǔ)到過濾規(guī)則配置文件中。進(jìn)行過濾時(shí)，過濾器讀取配置文件并應(yīng)用于過濾規(guī)則。
3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的實(shí)現(xiàn)
3.1構(gòu)建嵌入式數(shù)據(jù)庫
SQLite3是輕型、免費(fèi)和開源的嵌入式數(shù)據(jù)庫，支持絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的SQL92語句，工作速度快，可以滿足中間件數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)要求。因此選用SQLite3數(shù)據(jù)庫在大小和功能方面是一個(gè)理想的折中。
SQLite3嵌入式數(shù)據(jù)庫提供了源碼，在硬件平臺(tái)上對源碼進(jìn)行交叉編譯即可實(shí)現(xiàn)移植。編譯后，生成了大小為93KB的sqlite3可執(zhí)行文件和大小為991KB的sqlite3動(dòng)態(tài)鏈接庫libsqlite3.so。
3.2數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫中的實(shí)現(xiàn)
嵌入式數(shù)據(jù)庫中以單個(gè)庫文件形式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫文件可以在不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)下使用而無需轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)庫文件內(nèi)部采用表數(shù)據(jù)頁和索引數(shù)據(jù)頁兩種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織。用戶定義的臨時(shí)表和系統(tǒng)中的臨時(shí)表(用于排序、分組等操作)以臨時(shí)數(shù)據(jù)庫文件形式進(jìn)行管理。
在開發(fā)板上，使用上一步生成的sqlite3可執(zhí)行文件來生成本系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)庫表。Sqlite3的數(shù)據(jù)庫與Access數(shù)據(jù)庫類似都采用了單文件的模式，為此生成了一個(gè)名為rfid的數(shù)據(jù)庫文件，根據(jù)項(xiàng)目需求規(guī)劃必須的數(shù)據(jù)表。
直接在命令行下敲入“sqlite3rfid;”即可生成rfid數(shù)據(jù)庫，并得到提示符“sqlite3〉”，通過輸入SQL語句即可建立所需的表：
createtablerfid(Numberintegerprimarykey,Objectsvarchar(),Organizationsvarchar(),Actionsvarchar(),ActionItemvarchar(),ObjectOrganizationvarchar(),Arrangementvarchar());
.quit;
這里只考慮了基本屬性，可以為數(shù)據(jù)表做擴(kuò)展表格實(shí)現(xiàn)其額外的屬性。
參照SQLDML的語法，該模型的邏輯結(jié)構(gòu)主要元素描述如下：
(1)Objects:Objects(EPCPrimaryKey,name,deseription)，記錄系統(tǒng)及隨裝信息。
(2)Organizations:Organizations(organizationIDPrimaryKey,organization)，標(biāo)識(shí)裝備在生命周期內(nèi)裝配單位及編制序列。
(3)Actions:Actions(actionIDPrimaryKey,actType)，標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)流程中的事務(wù)類型。其中，actionID為事務(wù)類型標(biāo)識(shí)碼;actType表示事務(wù)類型的名稱。
(4)Arrangement：Arrangement(IDPrimaryKey，EPC，parentEPC，QtyOfChild，organizationID，stime，etime)，Arran-
gement關(guān)系是本數(shù)據(jù)模型的關(guān)鍵，反映了物品的物理層次關(guān)系。其中，parentEPC標(biāo)識(shí)關(guān)于該EPC的上一層次的EPC編碼;QtyOfChild記錄了由該EPC標(biāo)識(shí)的下一層次的物品數(shù)量;stime和etime分別標(biāo)識(shí)該層次關(guān)系的發(fā)生和結(jié)束時(shí)間。
(5)ActionItem：ActionItem(IDPrimaryKey，actionID，EPCreferencesObjects，timestamp)：ID標(biāo)識(shí)每個(gè)發(fā)生的事務(wù);timestamp為該事務(wù)發(fā)生的時(shí)間。
(6)ObjectOrganization(IDPrimaryKey,EPCreffereneesObjects,organizationID,timestamp)：ID標(biāo)識(shí)裝備的調(diào)撥、調(diào)整及編制戰(zhàn)斗序列的變化。
SQLite數(shù)據(jù)庫提供了豐富的C語言API接口函數(shù)，使得對數(shù)據(jù)庫的操作十分方便。本系統(tǒng)只需要以下3個(gè)核心函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)連接數(shù)據(jù)庫、處理查詢等操作：
intsqlite3_open(constchar*db,intmode,char**errmsg);
intsqlite3_close(sqlite*db);
intsqlite3_exec(sqlite*db,char*sql,int(*callback)(void*,
int,char**,char**),void*parg,char**errmsg);
其中，前2個(gè)函數(shù)用于打開與關(guān)閉數(shù)據(jù)庫，第3個(gè)函數(shù)sqlite3_exec()用來處理SQL查詢，此函數(shù)的第2個(gè)參數(shù)用來處理一條或多條SQL語句，如果是查詢(SELECT)語句，則查詢結(jié)果的每一條記錄都必須調(diào)用第3個(gè)參數(shù)的Callback函數(shù)，第4個(gè)參數(shù)則為Callback函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)指針;如果不是查詢語句，則第3、4個(gè)參數(shù)為NULL。所有SQL執(zhí)行完畢后返回0，否則返回錯(cuò)誤代碼，可通過第5個(gè)參數(shù)值來查看詳細(xì)錯(cuò)誤信息。
使用sqlite3_mprintf函數(shù)將數(shù)據(jù)段的值添加到SQL語句中，然后通過sqlite3_exec函數(shù)執(zhí)行該SQL語句把標(biāo)簽數(shù)據(jù)插入到數(shù)據(jù)庫中。
3.3數(shù)據(jù)的訪問操作
GoAheadWebServer是一款面向嵌入式系統(tǒng)的Web服務(wù)器，作為系統(tǒng)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和模塊承載平臺(tái)。向Wince系統(tǒng)中移植比較簡單，在VisualC++6.0打開CE子目錄下的工作空間webs.dsw，將生成的webs.exe和所需的Web頁面導(dǎo)入WinCE系統(tǒng)中相應(yīng)位置即可。需要注意的是：要設(shè)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)境變量Path，使其包含include和lib，確保包含CE、UEMF、webs和UNICODE的特征值被定義在內(nèi)。
在使用GoAheadWebServer前,需要對GoAheadWebServer進(jìn)行配置：
(1)在瀏覽器輸入地址時(shí),服務(wù)器返回某一頁面,該頁面通過在main.c文件中的initWebs函數(shù)進(jìn)行設(shè)定,設(shè)定語句為：
websRedirec(wp,T("index.htm"));
(2)當(dāng)瀏覽器訪問某一地址下的目錄時(shí),服務(wù)器將返回該目錄下的缺省頁面,通過main.c文件中的websHomePageHandler函數(shù)進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定語句為：
websSetDefaultPage(T("default.asp"));
用戶在頁面對過濾規(guī)則進(jìn)行配置后，CGI程序?qū)⑴渲媒Y(jié)果寫入配置文件filter.conf中。在進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾時(shí)，過濾器將會(huì)讀取此配置文件得到相應(yīng)的過濾規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾。
首先使用C語言API調(diào)用sqlite3_open()打開數(shù)據(jù)庫，然后調(diào)用sqlite3_exec()函數(shù)來執(zhí)行SQL語句完成對數(shù)據(jù)庫的讀寫更新等操作，最后執(zhí)行sqlite3_close()關(guān)閉數(shù)據(jù)庫。
通常，CGI應(yīng)用程序?qū)?zhí)行結(jié)果輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出(stdout)，WebServer從CGI應(yīng)用程序中的標(biāo)準(zhǔn)輸出中讀取信息，并將這些信息返回給客戶端[5]。因此，在程序中如果要將SQL查詢結(jié)果輸出給客戶。CGI應(yīng)用程序中可以使用prinf()函數(shù)將查詢結(jié)果以HTML的形式輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出，進(jìn)而Web服務(wù)器向客戶端返回動(dòng)態(tài)頁面，這樣就實(shí)現(xiàn)了用戶、WebServer與SQLite3嵌入式數(shù)據(jù)的交互。
通過編譯，webs.ere最后將以操作系統(tǒng)的一個(gè)子進(jìn)程運(yùn)行，可與操作系統(tǒng)內(nèi)的其他進(jìn)程進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)部程序間的相互交互作用。
本文研究了針對裝備信息的RFID數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，使用SQLite數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、過濾，并設(shè)計(jì)了簡單易用的Web界面，只需通過瀏覽器進(jìn)行簡單的操作，就可完成對過濾規(guī)則的設(shè)置以及與數(shù)據(jù)的交互等功能。今后的工作是進(jìn)行更多的頁面優(yōu)化設(shè)計(jì)，將使其更加有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
