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国家 863 计划 2008 年 RFID 技术与应用重大项目课题申报答辩

RFID 标签动态信息 实时管理软件的研究与开发. 国家 863 计划 2008 年 RFID 技术与应用重大项目课题申报答辩. 清华大学 杭州新世纪信息技术股份有限公司 中企永联数据交换技术（北京）有限公司 上海通用汽车有限公司 答辩人： 李泉林 博士. 汇报提纲. 课题立项依据 研究目标与研究内容 技术线路与研究方案 预期成果与技术指标 创新性和前沿性 已有的研究基础 课题组的技术实力. 课题立项依据. 重大需求

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国家 863 计划 2008 年 RFID 技术与应用重大项目课题申报答辩

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Presentation Transcript

  1. RFID标签动态信息实时管理软件的研究与开发 国家863计划2008年RFID技术与应用重大项目课题申报答辩 清华大学 杭州新世纪信息技术股份有限公司 中企永联数据交换技术（北京）有限公司 上海通用汽车有限公司 答辩人：李泉林 博士

  2. 汇报提纲 • 课题立项依据 • 研究目标与研究内容 • 技术线路与研究方案 • 预期成果与技术指标 • 创新性和前沿性 • 已有的研究基础 • 课题组的技术实力

  3. 课题立项依据 重大需求 • 我国经济的快速发展，推动着各类企业对RFID及其相关管理软件的重大需求，例如高速公路（收费系统）、铁路（火车调度、货物陪送）、汽车工业（制造系统、物流系统）、食品药品管理、电子票务。 • 研发能够快速准确地处理大规模RFID标签的实时管理软件系统，已经成为推进RFID广泛应用的迫切任务。目前，缺乏这类管理软件系统也是制约RFID应用深入发展的主要瓶颈。

  4. 重大需求 物流RFID 制造系统 RFID 物流RFID 4 应用企业和软件公司对于大规模RFID标签的实时管理软件系统有着重大关注： • 汽车工业是RFID技术的一个重要应用领域。从2001年以来各大汽车公司都进行了RFID应用布点，例如，零部件、生产线、机器人、市场销售等。各类标签和阅读器被使用，每天使用的标签以万计并形成庞大数据。如果再与ERP、SCM、CRM等企业管理系统联接并支持企业的数据决策，这就很容易形成千万量级RFID事件的实时处理问题。 市场客户 供应商 市场客户 供应商 供应商 市场客户

  5. 重要功能缺陷 RFID 5 • 常用企业管理软件（ ERP、SCM、CRM ）已经成为企业运营的基础支撑。但是，目前这些常用企业管理软件不具有快速处理大规模RFID事件的能力。因此，在这些常用企业管理软件的框架下，开发并集成能够处理大规模RFID事件的实时管理软件系统对开拓RFID软件产业具有革命性的意义。 生产运作模块 财务管理模块 物流管理模块 人力资源模块 客户服务模块

  6. 在企业管理软件中，没有实时处理大规模RFID事件的功能在企业管理软件中，没有实时处理大规模RFID事件的功能 原因 RFID应用现状 • 应用企业：我国在简单工作行为领域已经广泛地应用了RFID技术，例如身份证和高速收费，用RFID技术取代密集劳动。但是，在企业管理决策层面，目前还缺乏成功案例。 企业不了解RFID投资的回报，缺乏系统级的收益管理研究 为降低自己的RFID投资风险，企业更愿意观望和等待 例如，一汽、东风、奇瑞等对RFID都有很大的兴趣

  7. RFID软件研发现状 • 我国的软件企业大都规模小底子薄，争取成熟盈利项目是它们当前生存的基础。因此单独的软件企业来研发能够处理大规模RFID事件的实时管理软件存在投资风险、技术风险和人力物力不足等问题。 • 国外软件企业很难完全致力于研发适应我国国情的大规模RFID事件的实时管理软件。 • 目前，大学与科研机构是研发大规模RFID事件实时管理软件的主力军，有着新概念、新技术和人力物力的优势。一旦实现了关键技术突破，就可与软件企业一起实现软件的商品化、产业化。

  8. 但是，这些应用系统和中间件都不能有效地处理对大规模 RFID的实时数据。因此，在RFID应用系统中，研发处理大规模RFID实时数据的软件产品是重要的发展方向。 但是，到目前国内外还没有将这些技术集成为一个有机整体，并形成一个完整的软件产品。 软件与技术的现状 对RFID管理软件系统的研发，国内外一些单位已经开发了一些应用软件系统，构建了几个不同的中间件。 开发RFID实时管理软件系统，需要解决RFID数据时空信息描述与一致性控制机制问题，以及对大规模实时数据的存储、压缩、检测、查询、调度等等关键技术问题。在这些关键技术研发方面，国内外已经做了一些重要的研究工作。 8

  9. 相关关键技术与算法 实时调度技术： Reactive Program Modeling Language (RMPL): MIT的Brian Williams 教授 Transaction Processing Facility (TPF), IBM 致2008止，单机速度<1000 查询/秒 复杂事件实时检测技术： Complex Event Processing (CEP): Stanford的David Luckham 海量数据压缩的现有算法： 数据页级压缩算法、属性级压缩算法、Delta Compression压缩方法、基于Bit级压缩的方法、按列压缩和按元组压缩方法、XML数据库压缩技术等等。 海量数据查询的已有成果： 根据Transaction Processing Performance Council的2008年11月报告： 可查询千万量事件/秒的系统 >千万美元

  10. 课题组的研发经验 清华大学 工业工程系 教学与科研 重要条件：深层理解 企业战略管理 企业流程控制 生产运作管理 服务运作管理 集成到常用企业管理软件 ERP、SCM、CRM 研究项目： （1）基于RFID的通用汽车容 器大规模调度管理系统 （2）基于RFID的通用汽车的 实时制造系统研究 （3）上海铁路局火车维修零 配件库存与配送RFID管 理系统（4）全国铁路货运RFID管理 系统 （5）RFID网络的性能分析与 收益分配 大规模RFID事件 实时管理软件 重要条件：综合集成 多种数据处理关键技术 RFID技术 计算机网络 著名软件企业合作 提出了技术集成的 新方法新工具

  11. 课题的基本背景（数据库<1k tps） QoS管理框架：速度、精度、容错、安全与隐私 软件位置

  12. 课题的整体研究构架 一个架构： 基于QoS的自适应实时RFID软件架构 两个目标：软件产品开发应用工程示范 四项关键技术： RFID时空一致性控制机制 海量RFID数据压缩、查询RFID事件实时监测 RFID事件实时调度 一项示范工程： 上海通用的汽车制造与物流系统

  13. 技术线路与研究方案(时空信息)

  14. 拟使用的技术与方法

  15. 课题设置

  16. 课题一：基于服务质量的RFID实时作业系统 • 目标基于QoS度量，解决RFID信息时空一致性描述与控制机制问题。 • 研究重点 • 基于RFID数据的时空代数方法 • RFID网络服务质量(QoS)的监测技术 • 基于QoS的时空一致性控制方法 • 优势 • 具有RFID动态时空信息描述的完备性、统一性 • 具有时空一致性控制机制的动态性、自适应性 • 具有跨系统的信息压缩与分享能力

  17. 2008-8-24 20:08:18 2008-8-30 14:12:24 2008-9-17 20:08:30 2008-9-6 22:19:46 2008-8-8 20:08:00 t 时空信息 工厂 工厂 工厂 工厂 RFID 车间1 车间1 车间1 车间1 车间2 车间2 车间2 车间2 时空代数 事件1 事件2 事件3 Mathematica ST(中间事件)=(in, during) 流水线 流水线 流水线 流水线 流水线 机器 机器 机器 机器 生产线 生产线 生产线 生产线 产品 产品 产品 产品 ST(事件3)=(touch, finish) ST(事件1)=(touch, start) ST(事件2)=(in, during) 分布式网络并行计算 网络化内存 NAM技术 Terracotta DB JVM Java虚拟机 DB JVM JVM JVM JVM JVM JVM

  18. 课题二：数据驱动的自动RFID软件生成技术 • 目标在QoS架构下，自动生成适合RFID网络实时环境的复杂事件检测、海量数据压缩、查询、调度等程序。 • 研究重点 • 数据驱动的算法绑定技术 • 函数与数据结构命名空间管理技术 • 多系统协调机制 • 优势 • RFID实时数据的处理程序具有高度动态性、自适应性 • 算法库具有开放性、可扩展性 • 数据驱动的程序生成技术自动化程度高，能够缩短开发周期

  19. 软件系统平台的工作原理 RFID数据 调度检测压缩查询 处理前数据结构 处理后数据结构 RFID数据 数据处理结果 实时 执行 RFID数据 算法库 实时调度 最早任务期限优先算法最小紧急度有限算法最短处理时间优先算法 实时检测 基于自动机算法基于匹配树算法基于有向图算法基于Petri网算法 海量数据压缩 数据页级压缩算法属性级压缩算法 元组级压缩算法 海量数据查询 逻辑数据库的递归查询并行UNION查询基于XML数据库的查询

  20. 课题三：分布式可重构RFID网络实时应用系统 ERP • 目标在SOA的框架下，集成关键技术、进行系统测试、形成完整产品。与ERP/ CRM/ SCM 等现有企业管理软件进行集成。 • 研究重点 • RFID分布式应用系统动态重构技术 • 系统化软件性能测试技术（一致性、速度、规模） • 与其他信息系统（ERP/SCM/CRM）接口技术 • 优势 • 应用系统的规模大、灵活性高 • 系统运行具有高可靠度 • 系统具有高度可扩展性与兼容性 SCM CRM RFID实时 管理软件 杭州新世纪 中企永联

  21. RFID应用 RFID应用 RFID应用 应用服务器 应用服务器 应用服务器 JVM集群网络 Network Attached Memory RFID中间件 RFID中间件 RFID中间件 时空代数引擎 RFID读写器 RFID读写器 RFID读写器 RFID读写器 RFID读写器 RFID读写器 实时RFID环境 RFID读写器 RFID读写器 RFID读写器

  22. 大时空范围的信息容错性能 RFID应用 RFID应用 JVM JVM JVM RFID 实时数据 Database 高速缓存 Database

  23. 课题四：应用示范工程 • 目标：在大型汽车制造与物流系统中，建立RFID动态信息实时管理软件的验证与示范应用平台。 零部件RFID追踪

  24. 汽车制造系统RFID管理

  25. 预期研究成果 1-2项国家发明专利： RFID实时数据的服务质量监控平台 利用时空对RFID计算资源非配并实现并行计算 2-3项商业化软件产品 1套软件系统: RFID动态信息实时管理 1项应用示范工程： 上海通用制造系统 人才培养： 为企业培养12-15名RFID实时数据管理软件的研发人才 4-5名博士研究生 8-10名硕士研究生

  26. 预期年度进度 第一年： 第二年：

  27. 课题的创新性 理论创新：大容量时空信息分割 首次提出用时空代数的方法，将大规模的RFID实时数据内容分割，由分布式的计算资源来并行处理，解决了计算资源的瓶颈问题。 技术创新：高容错性的大时空范围信息协同机制 利用Network Attached Memory(NAM)等协同技术，将变更的信息高速地备份于网络化的内存中，使得出错信息能从备份系统中快速恢复。 集成创新：基于QoS的多层级系统集成架构 在QoS度量下，该架构能够集成多种关键技术，动态地选用已有的实时压缩、检测、查询、调度算法，以数据驱动的方法实现自动建模、动态算法选择、动态配置分布式计算资源。

  28. 已有的工作基础 • 杭州新世纪信息技术股份有限公司 • 已经将RFID技术应用于全国烟草生产与配送领域，经济效益和社会效果显著 • 正在将RFID应用于电力系统管理 • 清华大学 • 在RFID软硬件研发与应用上拥有雄厚的实力 • 与世界先进的软件公司（如Mathematica，Visual Numerics 等）有战略性的合作关系 • 在先进制造、物流网络和汽车工业等领域中已经承担过多项大型RFID应用工程 • 中企永联数据交换技术（北京）有限公司 • 着重于汽车、船舶、电信企业供应链与供应商管理的信息化技术 • 应用RFID技术于汽车制造企业的物流管理 • 在数据采集、数据交换、数据管理等领域处于国内领先地位 • 上海通用汽车有限公司 • 全球著名汽车制造企业，生产线管理、物流系统、信息化技术都已达到国际领先水平 • 十分重视RFID技术的应用，已支持我们的RFID研究，并希望合作开展有关示范工程 清华大学RFID系统实验室

  29. 课题组介绍 • 承担过的国家级研究课题： • 国家973计划（1项）国家863计划（3项） • 国家自然科学基金（5项）、国家自然科学重点基金（2项） • 项目组成员构成： • 高级职称7人，中级职称6人，初级职称8人 • 博士学位5人，硕士学位16人 • 项目投入工作时间： • 课题参加总人数：至少21人 • 合计工作时间：374人月 国际合作： 课题组与MIT计算机科学系、Wolfram Research、Visual Numerics等有长期的合作研究，对本课题的国内外现状有足够的了解。 研发能力： 依托单位和协作单位对RFID技术、大型RFID的工程应用进行了多年的研发工作，具备国内领先的研发水平。

  30. 课题研究骨干介绍 顾学雍博士 麻省理工学院获博士学位。研究工作着重于系统工程的基础理论及软件工具开发，从数据驱动的思路解决了复杂系统建模的瓶颈问题，并应用于多项工程系统的设计与决策分析。 曾在美国AT&T、美国航空航天局(NASA)、Charles Draper Lab（美国国家重点实验室）等机构从事信息系统研发十多年。设计开发了多项决策支持系统、大型数据库、基础设施监控系统。 • 李泉林博士 • 完成了如下RFID项目：基于RFID的通用汽车容器大规模调度管理系统上海铁路局火车维修零配件库存与配送RFID管理系统全国铁路货运RFID管理系统 • 2006、2007、2008国际RFID技术北京高峰论坛程序委员会主席；《RFID技术与应用》的副主编。 • 曾获四项省部级以上科研奖励。 • 主持了十多项973、863、等国家级科研项目。 程明光高级工程师 曾任邮电部软件中心研究室主任、副总工程师，现任中企永联数据交换技术有限公司总裁。曾获邮电部科技进步一等奖、国家科技成果三等奖、邮电部有突出贡献的专家称号。 长期从事企业间网络通信和信息交换系统的开发。致力于推进互联网络在线数据处理服务技术。

  31. 经费预算

  32. 课题组的整体优势 研 研 研

  33. 谢谢各位指导！

  34. 附件A 上海铁路局机车维修系统RFID管理

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