劉東杰，蔣　泰，2，冉東梅（.桂林電子科技大學(xué)　計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，廣西　桂林　54004；2.廣西瀚特信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，廣西　桂林　54004）

底層讀寫(xiě)器協(xié)議淺析

劉東杰1，蔣泰1，2，冉東梅1
（1.桂林電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，廣西桂林541004；2.廣西瀚特信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，廣西桂林541004）

RFID技術(shù)在近年來(lái)得到了快速的發(fā)展。但是，RFID讀寫(xiě)器與客戶端之間的通信協(xié)議并沒(méi)有得到統(tǒng)一，它們之間的連接需要適配讀寫(xiě)器廠商私有的接口，不利于RFID應(yīng)用系統(tǒng)的快速構(gòu)建。因此，RFID標(biāo)準(zhǔn)化組織EPCglobal在2007年推出了底層讀寫(xiě)器協(xié)議LLRP（Low Level Reader Protocol），它為讀寫(xiě)器和其控制器提供了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，極大地提高了RFID應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建效率。借助于開(kāi)源的RFID中間件平臺(tái)Fosstrak對(duì)LLRP協(xié)議及其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析對(duì)比，會(huì)使開(kāi)發(fā)者對(duì)LLRP協(xié)議有更深入的理解，為實(shí)現(xiàn)EPCglobal系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

射頻識(shí)別；EPCglobal；底層讀寫(xiě)器協(xié)議；Fosstrak

0　引言

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用無(wú)線射頻方式進(jìn)行雙向通信并交換數(shù)據(jù)，以達(dá)到識(shí)別目標(biāo)的目的。由于其具有標(biāo)簽容量大、數(shù)據(jù)保密性好、傳輸可靠性高，以及非可視識(shí)別、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長(zhǎng)期跟蹤管理等特點(diǎn)，RFID技術(shù)在2005年入選“建議企業(yè)引入的十大策略技術(shù)”，并被公認(rèn)為本世紀(jì)十大重要技術(shù)之一［1］。

目前，RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、防偽、產(chǎn)品跟蹤、交通、物流、資產(chǎn)管理等眾多領(lǐng)域，射頻識(shí)別技術(shù)已經(jīng)成為企業(yè)提高供應(yīng)鏈管理水平，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化管理，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的有力技術(shù)手段和工具。

但是，在傳統(tǒng)的RFID應(yīng)用與開(kāi)發(fā)中，RFID讀寫(xiě)器與其控制器的客戶端之間的通信協(xié)議并沒(méi)有統(tǒng)一，它們之間的連接需要適配讀寫(xiě)器廠商私有的接口。因此，當(dāng)RFID讀寫(xiě)器在硬件或軟件上稍有變動(dòng)，則客戶端的軟件就必須隨之一起改動(dòng)。當(dāng)用戶采用不同供應(yīng)商提供的產(chǎn)品時(shí)，其維護(hù)成本也隨之提高，這就造成了開(kāi)發(fā)工作的重復(fù)性以及系統(tǒng)之間的不兼容性和維護(hù)的復(fù)雜性，同時(shí)也影響了RFID技術(shù)的發(fā)展和普及。

為了解決RFID技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，全球電子產(chǎn)品編碼協(xié)會(huì)（Electronic Product Code global，EPCglobal）于2007年發(fā)布了底層讀寫(xiě)器協(xié)議（LLRP）［2］。該協(xié)議定義了 RFID讀寫(xiě)器與其控制器客戶端的接口規(guī)范，使得軟件開(kāi)發(fā)者能夠更加專(zhuān)注于客戶的需求，極大地提高了RFID應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建效率。本文將通過(guò)Fosstrak平臺(tái)對(duì)LLRP進(jìn)行分析，以深入理解LLRP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、工作流程及實(shí)現(xiàn)方式等，更好地掌握LLRP的使用方法。

1　Fosstrak平臺(tái)簡(jiǎn)介

Fosstrak是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了EPC網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的開(kāi)源的RFID軟件平臺(tái)。它提供了軟件的核心組件，旨在為應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員和集成商提供一些支持。Fosstrak由EPCIS Repository、Tag Data Translation（TDT）Library、Filtering＆Collection Middleware with ALE and LLRP Support和LLRP Commander四個(gè)模塊組成。本文中主要使用到Fosstrak的LLRP Commander模塊。

LLRP Commander是Fosstrak以Eclipse插件的形式對(duì)LLRP讀寫(xiě)器控制器（客戶端）的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)它可以對(duì)兼容LLRP協(xié)議的RFID讀寫(xiě)器進(jìn)行配置與管理操作。

LLRP Commander提供了XML、binary、graphical三種不同的編輯視圖，使開(kāi)發(fā)者可以方便地檢查和修改LLRP消息。圖1展示了LLRP Commander的XML編輯視圖。

圖1　LLRP Commander的XML編輯視圖

2　LLRP標(biāo)準(zhǔn)的分析

LLRP應(yīng)用于RFID讀寫(xiě)器與控制器之間，它負(fù)責(zé)讀寫(xiě)器與控制器之間的連接，且可與讀寫(xiě)器與標(biāo)簽通信的空中接口協(xié)議進(jìn)行互動(dòng)［3-4］，如圖2所示。它將低層讀寫(xiě)器的射頻協(xié)議屏蔽掉，而暴露給客戶端的是統(tǒng)一的協(xié)議接口，使得客戶端可以無(wú)差別地對(duì)低層的讀寫(xiě)器進(jìn)行控制和管理。

圖2　處于讀寫(xiě)器與客戶端之間的LLRP

LLRP協(xié)議為客戶端與讀寫(xiě)器之間提供了通信的格式和過(guò)程。這些交互過(guò)程以LLRP消息為基本的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行通信，主要包括客戶端-讀寫(xiě)器消息和讀寫(xiě)器-客戶端消息。

2.1LLRP的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型

LLRP的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型包括消息（Messages）、參數(shù)（Parameters）和域（Fields）［2］。其中消息可以包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)或域，而一個(gè)參數(shù)也可以包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)（子參數(shù)）或域。

從客戶端到讀寫(xiě)器的消息包括：獲取和設(shè)置讀寫(xiě)器的配置信息；讀寫(xiě)器的能力發(fā)現(xiàn)（包括讀寫(xiě)器的天線數(shù)、通用輸入/輸出端口數(shù)等）；管理讀寫(xiě)器的清點(diǎn)和訪問(wèn)操作。從讀寫(xiě)器到客戶端的信息包括：讀寫(xiě)器的狀態(tài)報(bào)告、射頻監(jiān)測(cè)的信息、清點(diǎn)和訪問(wèn)操作的結(jié)果報(bào)告。

LLRP消息中定義了兩個(gè)基本的操作規(guī)格即讀寫(xiě)器操作規(guī)格（Reader Operations Specification，ROSpec）和訪問(wèn)規(guī)格（Access Specification）。

ROSpec負(fù)責(zé)處理讀寫(xiě)器的操作（Reader Operation，RO）。在一個(gè)RO中至少包含了一個(gè)規(guī)格AISpec或者RFSurveySpec。其中AISpec負(fù)責(zé)標(biāo)簽的盤(pán)點(diǎn)作業(yè)，RFSurveySpec負(fù)責(zé)獲取讀寫(xiě)器操作天線的射頻功率的信息。除此之外，在ROSpec中還可以根據(jù)實(shí)際情況加入其他的規(guī)格，比如ROReportSpec（它描述了一個(gè)報(bào)告的發(fā)送時(shí)機(jī)以及報(bào)告中包含的內(nèi)容等信息），或者一些自定義的規(guī)格（LLRP靈活的可擴(kuò)展性允許供應(yīng)商按照一定的規(guī)則對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，有利于產(chǎn)品的創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)）。

Access Specification描述了對(duì)標(biāo)簽內(nèi)存中非EPC信息的操作。

2.2LLRP的工作流程

典型的LLRP客戶端與讀寫(xiě)器之間的交互過(guò)程如圖3所示。

圖3　典型的LLRP客戶端與讀寫(xiě)器之間的交互過(guò)程

從圖3可以看出，LLRP的工作流程主要包括以下幾個(gè)階段［5］：

（1）客戶端將向讀寫(xiě)器發(fā)送配置命令。這些配置可以包括讀寫(xiě)器的能力發(fā)現(xiàn)、配置和查詢讀寫(xiě)器的設(shè)置。讀寫(xiě)器能力發(fā)現(xiàn)包括讀寫(xiě)器的天線數(shù)、天線接收靈敏度、天線支持的空中協(xié)議、通用輸入輸出端口（GPIO）數(shù)等。在配置讀寫(xiě)器設(shè)置時(shí)，除了可以設(shè)置天線的模式、GPIO的狀態(tài)等，還可以設(shè)置ROReportSpec、AccessReportSpec等作為默認(rèn)的報(bào)告規(guī)格。在客戶端發(fā)送配置消息后，讀寫(xiě)器在完成了相關(guān)的設(shè)置之后會(huì)向客戶端發(fā)送相應(yīng)的響應(yīng)消息。

（2）讀寫(xiě)器配置階段執(zhí)行完畢后，客戶端向讀寫(xiě)器發(fā)送LLRP所定義的ROSpec和AccessSpec等操作命令集，對(duì)讀寫(xiě)器標(biāo)簽的存取操作進(jìn)行設(shè)置與更新。在該階段，如果在ROSpec規(guī)格中沒(méi)有設(shè)置相關(guān)的報(bào)告規(guī)格（如ROReportSpec），則會(huì)使用在讀寫(xiě)器配置階段所設(shè)置的默認(rèn)報(bào)告規(guī)格；如果在ROSpec中設(shè)置了相關(guān)的報(bào)告規(guī)格，則將覆蓋默認(rèn)的報(bào)告規(guī)格。

（3）在相關(guān)配置工作完成之后，對(duì)發(fā)生的符合條件的事件，將開(kāi)始執(zhí)行讀寫(xiě)器操作并向客戶端返回相應(yīng)的信息報(bào)告。讀寫(xiě)器操作包括標(biāo)簽的盤(pán)點(diǎn)、存取和對(duì)讀寫(xiě)器的射頻監(jiān)測(cè)等。

3　LLRP消息的實(shí)現(xiàn)

LLRP的兩個(gè)端點(diǎn)（客戶端與讀寫(xiě)器端）之間是通過(guò)TCP/IP進(jìn)行通信的［2］，同時(shí)LLRP消息以二進(jìn)制編碼的格式在它們之間進(jìn)行傳輸。這種方式是高效、快速的。LLRP規(guī)范中定義了LLRP消息的二進(jìn)制編碼格式，如圖4所示。如果開(kāi)發(fā)者直接以二進(jìn)制的形式實(shí)現(xiàn)LLRP消息的話，將是困難的、低效的。因此，根據(jù)以上對(duì)LLRP的分析，以及LLRP Commander中的實(shí)現(xiàn)方式，并考慮到編程語(yǔ)言的效率，一般采用“面向文檔”和“面向?qū)ο蟆眱煞N方式對(duì)LLRP消息進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

圖4　LLRP消息的二進(jìn)制編碼格式

面向文檔的實(shí)現(xiàn)方式是基于XML的方式［6］。由于LLRP消息是嵌套的，即消息可以包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)或域，而一個(gè)參數(shù)也可以包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)或域，因此XML標(biāo)簽的可嵌套性和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)非常適合于LLRP消息的實(shí)現(xiàn)。利用官方提供的llrp.xsd文檔，開(kāi)發(fā)人員可以方便地構(gòu)造出一個(gè)面向文檔的LLRP消息。在LLRP Commander中提供了一些LLRP消息的例子，其中ADD_ROSPEC消息的XML描述見(jiàn)圖1。

在圖1中，根節(jié)點(diǎn)ADD_ROSPEC是LLRP中的消息，子節(jié)點(diǎn)ROSpec、ROBoundarySpec、OSpecStartTrigger、ROSpec-StopTrigger、AISpec、AISpecStopTrigger、InventoryParameterSpec是LLRP中的參數(shù)，而ROSpecID、Priority、CurrentState、ROSpecStartTriggerType等其他的子節(jié)點(diǎn)則為L(zhǎng)LRP中的域。

面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)方式就是將特定的消息和面向?qū)ο笾卸x的對(duì)象一一對(duì)應(yīng)［7］。在以面向?qū)ο蟮姆绞綄?shí)現(xiàn)LLRP消息時(shí)，LLRP規(guī)范中每一個(gè)特定的消息都對(duì)應(yīng)一個(gè)類(lèi)，每一個(gè)特定的參數(shù)也都對(duì)應(yīng)一個(gè)類(lèi)，而域則是作為消息類(lèi)與參數(shù)類(lèi)的成員變量。如果在LLRP的定義中某個(gè)消息包含某個(gè)參數(shù)，則此參數(shù)也將作為該消息的一個(gè)成員變量。該消息類(lèi)與其所包含的參數(shù)類(lèi)之間構(gòu)成了一種組合關(guān)系。這里，同樣以ADD_ROSPEC消息的面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)方式的UML類(lèi)圖為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，如圖5所示。

圖5　面向?qū)ο蠓绞綄?shí)現(xiàn)的ADD_ROSPEC消息的UML類(lèi)圖

在圖5中，ADD_ROSPEC就是一個(gè)消息類(lèi)，它對(duì)應(yīng)于LLRP中的一個(gè)消息，而該消息類(lèi)的一個(gè)成員變量ROSpec則是ROSPEC參數(shù)類(lèi)的對(duì)象，它對(duì)應(yīng)于LLRP中的一個(gè)參數(shù)。同時(shí)，在參數(shù)類(lèi)ROSPEC中也包含參數(shù)類(lèi)ROBoundarySpec等。

4　結(jié)論

LLRP作為讀寫(xiě)器與客戶端之間的一個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)，它不需要去適配各個(gè)讀寫(xiě)器廠商私有的接口，而是提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口來(lái)接入不同廠商的讀寫(xiě)器，極大地提高了RFID應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建效率。通過(guò)對(duì)LLRP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、工作流程的分析，以及對(duì)其實(shí)現(xiàn)方式的比較，使開(kāi)發(fā)者能夠?qū)ζ溆懈钊氲恼J(rèn)知，提高應(yīng)用效率，為實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］武君勝，李瑞賢.射頻識(shí)別系統(tǒng)底層協(xié)議開(kāi)發(fā)工具包設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（1）：179-182.

［2］EPCglobal Inc.llrp_1_1-standard-20101013［EB/OL］.http://www.gs1.org/gsmp/kc/epcglobal/llrp/llrp_1_1-standard-20101013.pdf.

［3］宋林.構(gòu)建基于LLRP的可擴(kuò)展的RFID中間件［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2011.

［4］林強(qiáng)，趙辰，羅艷.底層識(shí)讀器協(xié)議規(guī)范與測(cè)試淺析［J］.條碼與信息系統(tǒng)，2009（6）：21-23.

［5］張益，楊國(guó).基于低級(jí)別讀寫(xiě)器協(xié)議的無(wú)線射頻識(shí)別中間件系統(tǒng)［J］.中興通訊技術(shù)，2010，16（2）：42-45.

［6］POULOPOULOS D.A generalized binding framework for the low level reader protocol（LLRP）［D］.Cambridge：Massachusetts Institute of Technology，2008.

［7］CONSTANTINOU F.An object-oriented implementation of a low level reader protocol（LLRP）library［D］.Cambridge：Massachusetts Institute of Technology，2008.

Analysis on low level reader protocol

Liu Dongjie1，Jiang Tai1，2，Ran Dongmei1
（1.School of Computer Science and Engineering，Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004，China；2.Guangxi Hunter Information Industry Co.，Ltd.，Guilin 541004，China）

RFID technology in recent years has made great strides.However，the communication protocol between RFID reader and the client has not been uniform，the connection between them needs to fit reader manufacturers proprietary interfaces，which are not conducive to build RFID applications quickly.Therefore，in 2007，EPCglobal——an RFID standardization organization announced ratification of the Low Level Reader Protocol（LLRP）standard，a specification for the network interface between the reader and its controller，which greatly improves the efficiency to build RFID applications.By means of Fosstrak，——an open source RFID middleware platform to analyze the LLRP，developers will have a deeper understanding of it，which lays a solid foundation for the realization of EPCglobal system.

radio frequency identification；EPCglobal；low level reader protocol；Fosstrak

TP311

A

1674-7720（2015）10-0007-03

2014-12-33）

劉東杰（1988-），通信作者，男，碩士研究生，主要研究方向：RFID、企業(yè)信息管理。E-mail：liudj001@foxmail.com。

蔣泰（1960-），男，教授，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)信息管理、嵌入式系統(tǒng)。

冉東梅（1988-），女，碩士研究生，主要研究方向：無(wú)線室內(nèi)定位。