张建奇 岳 勇 鲍复民

(西安航天自动化股份有限公司1，陕西 西安 710065;西安科技大学计算机科学与技术学院2，陕西 西安 710054)

0 引言

Windows通信基础 (Windowscommunication foundation，WCF)是由微软开发的一组数据通信应用程序开发接口[1]，它是.NET框架的一部分，与 Windows presentation foundation、Windows workflow foundation以及Windows card space一同构成.NET Framework四大体系框架。

射频识别(radio frequency identification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术，广泛应用于物流管理、生产制造、航空军事、身份标志等各个领域。

本文在充分分析工厂物流管理过程的基础上，将RFID技术应用到工厂物流管理系统中，并结合微软的WCF服务为系统提供全面的通信服务。这不仅保证了工厂物流管理系统数据通信的通畅，也保证了其运行的安全性和可靠性。

1 WCF技术介绍

1.1 WCF 的新特性

WCF是基于简单对象访问协议(simple object access protocol，SOAP)消息的分布式编程平台，它为应用程序的开发提供了优秀的安全性和可靠性保证。应用WCF的这些特性可以确保RFID工厂物流管理系统的可靠运作。

1.1.1 安全性

WCF 基于现有安全性基础结构和SOAP消息的安全标准，提供可互操作的安全消息交换通用平台。WCF的安全机制体现在以下两个方面。

①WCF身份验证机制

WCF除了能很好地结合现有的Windows平台上的身份验证机制以外，还支持WS-security安全规范，以及用户定制扩展验证模式和安全令牌方式。WCF支持五种身份验证机制：不需要进行身份验证、使用用户名和密码进行身份验证、使用Windows帐户进行身份验证、使用证书进行身份验证、使用安全令牌进行身份验证。

②WCF传输安全模式

WCF传输安全模式包含五种方式：不使用安全模式、传输安全模式、消息安全模式、混合传输和消息两种模式、同时使用传输和消息两种模式。

1.1.2 可靠性

WCF与其他面向服务技术(如ASP.NET、J2EE和Web Service技术等)之间的最大区别在于传输可靠性与消息可靠性。

传输可靠性(例如通过TCP传输)在网络数据包层提供了点对点保证传递，以确保数据包的顺序无误。传输可靠性不会受到网络连接的中断或其他通信问题的影响。消息可靠性提供了端对端保证传递，以确保消息的顺序无误。消息可靠性与引入的中间方数量以及网络跳数的数量都没有关联。

1.2 WCF技术体系架构

WCF是微软建立的下一代分布式应用及面向服务架构(service oriented architecture，SOA)的标准平台，其整合了目前的分布式系统技术，形成了一个统一、高效的服务开发平台[2]。WCF不允许客户端直接与服务交互，即使它调用的是本地机器内存中的服务。相反，客户端总是使用代理将调用转发给服务[3]。代理公开的操作与服务相同，同时还增加了一些管理代理的方法，客户端使用代理与服务的交互过程如图1所示。

图1 客户端使用代理与服务的交互过程Fig.1 The interaction between clients using proxy service

WCF跨应用程序的调用过程如图2所示。

图2 WCF跨应用程序的调用过程Fig.2 The calling procedure of WCF cross-applications

WCF允许客户端跨越执行边界与服务通信[4]。在同一台机器中，客户端可以调用同一个应用程序域中的服务，也可以在同一进程中跨应用程序域甚至跨进程调用，还可以跨机器边界、跨平台调用。

WCF所提供的安全性、可靠性以及其跨应用程序域、跨进程、跨机器边界、跨平台的特性，完全能够满足基于RFID工厂物流管理系统的设计要求，能够确保各方面的技术指标。

2 RFID技术介绍

RFID通过射频信号空间耦合(交变磁场或电磁场)传递消息，以自动识别目标对象同时获取相关数据。识别工作无需人工干预，可在各种恶劣环境工作。RFID技术可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便[5]。

完整的RFID系统由阅读器(或称询问器)、应答器(或称电子标签TAG)及应用软件系统三个部分组成。其工作原理是由阅读器发射一特定频率的无线电波，当应答器进入磁场，接收阅读器发来的射频信号，并凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的信息，此时，阅读器便依序接收数据，并发送给应用程序作相应的处理。

目前，RFID可在低频、高频和超高频等频率范围内工作，如123 kHz、433 MHz、800/900 MHz和2.45 GHz这几个典型射频段[6]。由于工作频段的不同，所要求的技术指标也有较大差异。在RFID工厂物流管理系统中，选用频率范围为902～928 MHz的超高频，频率可调，读写距离大于3 m，可同时识别不小于50张卡，读取时间小于3 s。RFID完全可以满足以上设计要求。

3 工厂物流系统的设计

RFID工厂物流管理系统的主要研究方向包括RFID物流感知、RFID生产物流数据采集和RFID库存管理[7]。

3.1 工厂物流系统架构

系统选用的读写器均支持以太网通信，而且读写器与电子标签之间的通信射频频率可调，这样可以避免与外界其他频率重叠。RFID工厂物流管理系统架构如图3所示。

图3 RFID工厂物流管理系统架构Fig.3 Architecture of RFID logistics management system

根据实际的应用需要，RFID工厂物流管理系统可以划分为工厂原材料的物流感知管理子系统、RFID生产物流数据采集子系统、RFID库存管理子系统三部分，每一部分作为一个子系统存在。每个子系统既可独立完成既定的任务，又能够相互协调配合，共同实现主系统架构下的实际应用，从而保证RFID工厂物流管理系统得以安全可靠地运作。

工厂原材料的物流感知管理子系统主要负责原材料标志和产品身份标志的管理。RFID生产物流数据采集子系统主要负责生产现场数据采集和生产巡检工作。RFID库存管理子系统主要负责入库和出库、盘点库存、在制品的跟踪与管理和仓库设备的实时监控等。三个子系统协同工作，共同实现RFID工厂物流管理系统的功能。

3.2 WCF服务软件的实现

RFID工厂物流管理系统软件采用分布式架构方式，根据功能和位置的不同，分为服务器软件(包含数据库软件)、客户端软件、驱动软件三个部分。将服务器功能和硬件设备的品牌分开，采用模块化方式组合，只需要更改驱动配置即可完成对子系统品牌的无缝更换。这一操作不依赖于设备硬件本身，与硬件无关，更换硬件本身不改变平台的运行模式和程序代码，只需要更换相应的驱动即可[8]。由于WCF本身架构在分布式环境的基础上，因此它对于开发分布式系统具有得天独厚的优势[9]。无论是本地应用程序、远程应用程序还是非Windows平台下的应用程序，在请求WCF服务时，WCF都统一对待，经由代理与服务器端交互，请求WCF服务。

3.2.1 MVC 三层架构部署

模型-视图-控制器(model view control，MVC)是一个设计模式，它强制性地将应用程序的输入、处理和输出分开。使用MVC的应用程序被分成模型、视图、控制器三个核心部件，它们各自处理自己的任务[10]。

MVC设计模式框架如图4所示。

图4 MVC设计模式框架Fig.4 Framework of MVC design pattern

对于C/S模式，视图部分主要用于客户端实现，能够完成不同环境下的显示，从而为客户端用户提供美观的界面、流畅的操作和良好的体验。

在服务器端，模型和控制器作为独立的系统模块来实现。服务器软件是整个平台的核心，部署在核心服务器中，以完成工厂物流系统的信息存储、处理、筛选等工作。服务器软件采用WCF开发，采用TCP协议实现可靠连接，确保数据传输的正确性。使用双向TCP绑定，使数据传输采用异步方式，从而最大程度地节省网络带宽，实现数据双向传递。

采用标准MVC三层结构开发应用，数据库不对外开放，可增加系统的安全性、统一账户访问数据库、降低数据库软件的成本，同时满足用户需求。

3.2.2 WCF 服务模块的实现

WCF服务模块用于实现MVC框架下的模型和控制器，它运行在服务器端，是服务器软件的核心部分。该模块同时整合了业务逻辑层和数据访问层的功能。WCF服务模块主要提供设备管理、事务处理和数据三方面的服务，WCF服务模块的实现如图5所示。设备管理服务模块提供对射频读写器的服务支持，允许读写器的注册、命令的发送和接收以及数据的传输。

图5 WCF服务模块的实现图Fig.5 Implementation of WCF service module

事务处理服务模块是WCF服务模块的核心部分，其为工厂原材料的物流感知管理子系统、RFID生产物流数据采集子系统、RFID库存管理子系统和其他上层应用软件提供服务接口;同时，该模块与设备管理服务模块和数据服务模块协同工作，完成操作请求任务。

数据服务模块作为单独存在的模块，专门负责数据库操作，并为事务处理服务模块提供可靠的数据服务。

4 结束语

本文结合RFID的射频传输特性和WCF的高安全性、可靠性，将WCF服务具体应用于基于RFID工厂物流管理系统中。WCF所具备的分布式特性极大地提升了该工厂物流管理系统的性能，同时WCF服务也为该系统的安全性和可靠性提供了有利保障。所实现的WCF服务模块既为RFID读写器提供了接口，也为上层的服务模块提供了统一的接口，在基于RFID工厂物流管理系统中取得了很好的应用效果。

[1]Lowy J.Programming WCF services[M].O’Reilly Media，Inc，2007.

[2]闫冰.基于WCF的分布式应用开发[J].电脑知识与技术，2008(3)：68－70.

[3]胡兴梅，李玲.基于WCF的信息系统结构模型与体系架构的研究与设计[J].电脑知识与技术，2009，22(5)：6198 －6200.

[4]韩旭.WCF服务宿主迁移方案设计[J].电脑与信息技术，2010，18(3)：12 －14.

[5]蒋皓石，张成，林嘉宇.无线射频识别技术及其应用和发展趋势[J].电子技术应用，2005，31(5)：1 －4.

[6]张扬奇，肖学福，高兵权，等.现代物流中基于WCF的RFID物流中间件的研究[J].物流技术，2010(226)：110 －113.

[7]宁焕生，张瑜，李芳丽，等.中国物联网信息服务系统研究[J].电子学报，2006，34(12A)：2514 －2517.

[8]吴晞，马瑞，李星光.RFID系统及其在图书馆中的应用[J].图书馆论坛，2005，25(1)：4 －7.

[9]查先进，严亚兰.物流信息系统[M].大连：东北财经大学出版社，2005.

[10]赵丽娜.基于WCF三层架构的物流行业解决方案的设计及实现[D].上海：华东师范大学，2008.