IoT 基礎建設與企業應用系統的橋樑Middleware

一.  IoT場域中經常面對的問題

IoT應用系統經是復雜性高的，如何降低整合門檻與維護成本，是IoT可成功導入的關鍵因素。

在IoT 案場我們需要解決許多問題，例如領域知識，系統流程，無線射頻場形問題與系統整合問題。大部分的SI公司面對IoT系統整合問題時，是需要IoT設備供應商支援來降低門檻的。SI公司在IoT的案場中要整合各種不同的IoT設備，如RFID Reader、Coordinator、Gateway...等。在這文章中，我將分享IoT RFID設備與中介軟體，在系統整合中扮演的角色。

圖1. 常見的IoT與RFID基本架構

二.  什麼是中介軟體

中介軟體是介於IoT硬體(包括RAIN RFID Reader、Coordinator、Gateway)與企業應用流程系統(ERP、WMS、POS...等)的服務軟體，也有人稱膠水軟體。主要的目的是用來降低IoT方案導入時設備整合的門檻

一般而言，中介軟體包括幾項功能:

 1. 設備連線與控制

透過不同的通訊軟體控制方式(例如、Network Socket、Web API/ Service、 MQTT、RESTful API…等)與應用環境中的IoT Device連接與偵測設備狀態，並透過軟體控制方法，進行訊息溝通。

2. 資料收集與過濾

透過各家釋出的IoT控制方法，例如軟體協定、指令、SDK等，進行Device與無線通訊標籤(或End Device)的資料收集，並過濾不完整的封包資料。

3. 確保服務正確資料

當資料從多台讀取器收集至中介軟體時，會進行資料檢查，將資料/訊息提供給Client Software(企業應用流程系統)，並建立統一的資料交握方法與格式。

4. 設備連線狀態監控

中介軟體的存在使企業應用軟體不需對IoT設備作連線與控制，中介軟體本身就扮演設備連線與裝置狀態監控的角色，同時可回傳資料給Client端與設備端作障礙排除。

三. 中介軟體的好處與特點

IoT/ RFID中介軟體的概念已發展多年，RFID領域最早是由EPC Global 訂定的C1Gen2 結構框架（Architecture Framework）中，以ALE Server說明中介軟體輪廓，ALE 中介軟體以ROSpec和ROReport訊息做為支持LLRP的Reader與EPCIS之間的溝通，內容完整但過於復雜。接著，世界軟體巨擘為吞食IoT軟體市場無一不在自己既有軟體服務平台上，加掛IoT中介軟體服務系統。(例如早期IBM的WebSphere 、Oracle 的Oracle Sensor Edge Server、與Microsoft的BizTalk Server等RFID解決方案)。

中介軟體的好處是：

將複雜的整合架構變成簡單-例如多個IoT裝置需服務多個系統時，可使用Middleware整合多台IoT裝置或RAIN RFID Reader，同時也可以使用此一套軟體服務多個Client/Server端的應用服務，將多對多的複雜連線架構變成兩個簡單的一對多連線架構。

訊息過濾與派送協調 - 因有Middleware存在，應用端(ERP，WMS，AMS等)不需收到沒有意義的IoT Tag或ED資訊，由Middleware依偏碼規則進行派送服務，降低企業端的應用系統在處理IoT原始資料時所需耗費的工時。

支持多款設備與擴充-設備擴充端由Middleware來管理佈署，省去應用端每增加一部IoT設備或Reader時，該IoT設備在應用程式均需擴充修改的情況。

但現行的中介軟體系統也有著相同的缺點，目前市售的中介軟體系統都有著共同的特徵：

系統複雜 - 由於很多軟體大廠提供的IoT中介軟體平台均以該公司現有產品擴加

服務較不單一 - 因這些軟體大廠並非以IoT產業為發展主軸，故在硬體支援度上需要大量IoT硬體供應商配合整合至平台中。

導入成本(售價)過高-因搭載現有的軟體平台系統，所以，中介軟體可能會與其他服務和資料庫等一起搭售，造成導人成本過高。

面臨版本無維護或大幅版本更新等問題- 許多公司因雲服務架構需求，常有大動作的調整現有IoT Device整合入口，造成原產品絕版或無服務等系統孤兒，時有所聞。

整體維護成本極高-中介軟體原本以降低整合門檻為目標，結果在中介軟體服務本身過於複雜的軟體架構，導至當發生了IoT/ RFID等問題時，須要做障礙排除時，過多的整合介面與訊息節點，使其障礙排除不易。造成無法快速恢復的情況。

圖2.複雜的IoT/ RFID 架構

四. 嵌入在Reader的中介軟體與URC

永道在IoT價值鏈中的角色是承襲RAIN RFID與IoT整體解決方案提供者的角色。專業投入在過去中介軟體的著墨很深，提供的中介軟體服務型式以Web API/ Windows based為主，這些都是以上層應用軟體的型式做為中介軟體。

2020年起我們重新改善精進了中介軟體服務架構，我們將中介軟體從x86平台移到RFID Reader中，使其成為一台內建中介軟體的RFID Reader。

4-1.我們提供兩種方式使其建置RFID Reader中的中介軟體

4-1-1.可以出廠時定義好軟體服務架構、封包格式及傳送目的地。

4-1-2.開放指令提供使用者快速建構中介軟體，使Reader可自主工作。

4-2. 內嵌中介軟體的Reader，有幾個好處

4-2-1.Reader無需複雜步驟即可成功啟動服務。

4-2-2.提供可靠度交握方法，快速整合至需求系統中。

4-2-3.建置與維護成本低，定價親民且高展性。同時，遇到異常狀況時，因中間沒有一套大型Server與一般x86的PC安裝電腦版的RFID中介軟體，精減了很多的實體線路節點(後端到PC，PC到Reader的線路)與軟體整合訊息節點，造成障礙排除困難。永道在這方面可快速障礙排除，確認連線品質，數據的正確性與快速恢復系統等好處。

4-2-4.無償提供中介軟體

圖3.在RAIN RFID Reader中的嵌入式中介軟體架構

永道所銷售的AL-510、AL-400、AL-410與其他多款RAIN RFID Reader內建了RFID　Middleware系統服務做為Client整合。此技術將IoT Reader中介軟體中的Auto Reader　Mode 來主動傳送資料，透過設定學習指令，您只要把Reader過電，資料可以直接傳送到Server的服務中。不需複雜的指令學習，是業界內最容易整合的IoT設備與RFID Reader。

有關Al-510等Reader參考資料可參考：

https://www.arizontw.com/webls-zh-tw/al-510-rfid-uhf-reader-new-products.html

Tina Chueh   Jun. 17,2021