基于RFID和WSNs的倉儲監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計

    一、引言 
    倉儲是物流系統(tǒng)的一部分, 是在原產(chǎn)地、消費(fèi)地，或者在這兩地之間存儲包括原材料、在制品、成品等倉儲物品，并且向管理者提供有關(guān)存儲倉儲物品的狀態(tài)、條件和處理情況等信息。倉儲類型主要包括原料及零組件倉儲、在制品倉儲、制成品倉儲、物流中心、訂單履行中心及倉儲、區(qū)域倉儲、地方性倉儲、保稅倉儲、附加價值服務(wù)倉儲等，而其基本作業(yè)主要包括收貨、預(yù)先包裝、入庫、儲存、揀貸、包裝及定價、分類及集中、單位包裝及出貨等。
    根據(jù)深入的用戶需求分析和大量的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，可以將常見的與倉儲監(jiān)管需求劃分為監(jiān)控、倉儲管理、管理信息支持等三大主干功能，目前這些功能往往是互相獨(dú)立的，且各主干功能的實(shí)現(xiàn)水平和效果也參差不齊；其中倉儲管理領(lǐng)域的產(chǎn)品和解決方案較為成熟，監(jiān)控領(lǐng)域的產(chǎn)品和解決方案目前以視頻監(jiān)控類為主。
    本文作者長期進(jìn)行RFID及WSNs相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)，并在國家自然科學(xué)基金委的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“競爭型機(jī)器人遙操作機(jī)理的研究”(60575048)、天津市科委的天津市中小企業(yè)創(chuàng)新基金項(xiàng)目“危險化學(xué)品倉儲監(jiān)管系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備”(200605)的資助下，開展了深入的理論研究和扎實(shí)的產(chǎn)業(yè)化 工作。本文在RFID和WSNs兩種技術(shù)及相關(guān)部件的基礎(chǔ)上，結(jié)合倉儲管理的現(xiàn)狀、特點(diǎn)和實(shí)際需求，自主研發(fā)了新型倉儲監(jiān)管系統(tǒng)通用平臺，并為典型用戶提供定制的解決方案。其中，RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員、貨物、車輛等目標(biāo)的識別，WSNs技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉儲環(huán)境智能，滿足溫度、濕度、成分等環(huán)境參數(shù)的分布式監(jiān)控的需求。RFID和WSNs技術(shù)為倉儲監(jiān)管系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)綜合運(yùn)用情境敏感、在線信息交互、基于傳感器節(jié)點(diǎn)和RFID的目標(biāo)搜索與定位等技術(shù)，在數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)支撐下，運(yùn)用獨(dú)特的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)倉儲管理的全方位信息支持。
    二、RFID和WSNs技術(shù)簡介
    RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別)技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。與傳統(tǒng)的識別方式相比，具有無需直接接觸、無需光學(xué)可視、無需人工干預(yù)即可完成信息輸入和處理，操作快捷方便等優(yōu)點(diǎn)，因而可以廣泛應(yīng)用于包括生產(chǎn)、物流、交通、運(yùn)輸、醫(yī)療、防偽、郵包跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理、廢物管理等多處倉儲相關(guān)需要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域[1-2]。
    WSNs(Wireless Sensor Networks，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))是由大量散布于待監(jiān)測地域的傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式形成的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的各個傳感器節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)收集和將數(shù)據(jù)路由到接收器的功能。傳感器節(jié)點(diǎn)一般都由采集信息、信號的傳感器單元、處理與存儲單元、收發(fā)單元、電源單元、相關(guān)支持軟件等功能模塊組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種自組織網(wǎng)絡(luò)，自組織網(wǎng)絡(luò)是一種沒有預(yù)定基礎(chǔ)設(shè)施支撐的自組織可重構(gòu)的多跳網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹⑿诺赖沫h(huán)境、業(yè)務(wù)的模式隨節(jié)點(diǎn)的移動而動態(tài)改變[3-6]。
    三、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
    1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要組成部分
    本文所設(shè)計的倉儲監(jiān)管系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)模式，主要由數(shù)據(jù)中心、區(qū)域（本地）倉儲管理機(jī)、區(qū)域監(jiān)控機(jī)、信息匯集節(jié)點(diǎn)、電子標(biāo)簽與普通傳感器節(jié)點(diǎn)等部分組成。
    1）數(shù)據(jù)中心：這是整個倉儲監(jiān)管系統(tǒng)的核心部分。它主要包括倉儲信息數(shù)據(jù)庫、部門信息數(shù)據(jù)庫、倉儲物品知識庫三個數(shù)據(jù)庫。倉儲信息數(shù)據(jù)庫主要包括與日常倉儲作業(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息；部門信息數(shù)據(jù)庫主要包括庫區(qū)內(nèi)各部門的人員信息、設(shè)備信息、班次信息等；倉儲物品知識庫主要包括與倉儲物品相關(guān)的各種知識，如倉儲物品的類屬、特性、存儲要求、運(yùn)輸要求等。
    數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用程序具有以下功能：提供比較完備的關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展功能；針對各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，提供與數(shù)據(jù)庫無關(guān)的數(shù)據(jù)接口，保證子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問。
    2）區(qū)域倉儲管理機(jī)：用于完成本區(qū)內(nèi)的倉儲作業(yè)管理。
    3）區(qū)域監(jiān)控機(jī)：用于完成本區(qū)的設(shè)備、環(huán)境、人員、車輛等信息的監(jiān)控。
    4）信息匯集節(jié)點(diǎn)：包括倉儲應(yīng)用節(jié)點(diǎn)（RFID讀寫器）、身份認(rèn)證節(jié)點(diǎn)（RFID讀寫器）、特定目標(biāo)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)（RFID讀寫器／WSNs中心節(jié)點(diǎn)）、環(huán)境監(jiān)控中心節(jié)點(diǎn)（WSNs中心節(jié)點(diǎn)）等。
    5)電子標(biāo)簽與普通傳感器節(jié)點(diǎn)：向信息匯集節(jié)點(diǎn)提供直接的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
    除上述主要組成部分以外，還配備了電子標(biāo)簽與節(jié)點(diǎn)發(fā)行工作站、倉儲管理工作站、庫區(qū)監(jiān)控工作站、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器等，從而構(gòu)成完整的倉儲監(jiān)管硬件系統(tǒng)。