基于RFID和WSN的倉儲監管系統設計

一、引言

　　倉儲是物流系統的一部分, 是在原產(chǎn)地、消費地，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(lèi)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、區域倉儲、地方性倉儲、保稅倉儲、附加價(jià)值服務(wù)倉儲等，而其基本作業(yè)主要包括收貨、預先包裝、入庫、儲存、揀貸、包裝及定價(jià)、分類(lèi)及集中、單位包裝及出貨等。

　　根據深入的用戶(hù)需求分析和大量的項目經(jīng)驗，可以將常見(jiàn)的與倉儲監管需求劃分為監控、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立的，且各主干功能的實(shí)現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，監控領(lǐng)域的產(chǎn)品和解決方案目前以視頻監控類(lèi)為主。

　　本文作者長(cháng)期進(jìn)行RFID及WSN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)基金項目“競爭型機器人遙操作機理的研究”(60575048)、天津市科委的天津市中小企業(yè)創(chuàng )新基金項目“危險化學(xué)品倉儲監管系統及關(guān)鍵設備”(200605)的資助下，開(kāi)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WSN兩種技術(shù)及相關(guān)部件的基礎上，結合倉儲管理的現狀、特點(diǎn)和實(shí)際需求，自主研發(fā)了新型倉儲監管系統通用平臺，并為典型用戶(hù)提供定制的解決方案。其中，RFID技術(shù)實(shí)現人員、貨物、車(chē)輛等目標的識別，WSN技術(shù)實(shí)現倉儲環(huán)境智能，滿(mǎn)足溫度、濕度、成分等環(huán)境參數的分布式監控的需求。RFID和WSN技術(shù)為倉儲監管系統提供基礎數據，系統綜合運用情境敏感、在線(xiàn)信息交互、基于傳感器節點(diǎn)和RFID的目標搜索與定位等技術(shù)，在數據庫和數據挖掘技術(shù)支撐下，運用獨特的自適應網(wǎng)絡(luò )通信結構，實(shí)現倉儲管理的全方位信息支持。

　　二、RFID和WSN技術(shù)簡(jiǎn)介

　　RFID（Radio Frequency IdentificatiON，射頻識別)技術(shù)是20世紀90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。與傳統的識別方式相比，具有無(wú)需直接接觸、無(wú)需光學(xué)可視、無(wú)需人工干預即可完成信息輸入和處理，操作快捷方便等優(yōu)點(diǎn)，因而可以廣泛應用于包括生產(chǎn)、物流、交通、運輸、醫療、防偽、郵包跟蹤、設備和資產(chǎn)管理、廢物管理等多處倉儲相關(guān)需要收集和處理數據的應用領(lǐng)域[1-2]。

　　WSN(Wireless Sensor Networks，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò ))是由大量散布于待監測地域的傳感器節點(diǎn)通過(guò)自組織方式形成的網(wǎng)絡(luò )。網(wǎng)絡(luò )中的各個(gè)傳感器節點(diǎn)具有數據收集和將數據路由到接收器的功能。傳感器節點(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(wú)線(xiàn)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(méi)有預定基礎設施支撐的自組織可重構的多跳網(wǎng)絡(luò )，在該網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)絡(luò )的拓撲、信道的環(huán)境、業(yè)務(wù)的模式隨節點(diǎn)的移動(dòng)而動(dòng)態(tài)改變[3-6]。

　　三、系統總體結構設計

　　1、系統結構及主要組成部分

　　本文所設計的倉儲監管系統采用三層結構模式，主要由數據中心、區域（本地）倉儲管理機、區域監控機、信息匯集節點(diǎn)、電子標簽與普通傳感器節點(diǎn)等部分組成。

　　1）數據中心：這是整個(gè)倉儲監管系統的核心部分。它主要包括倉儲信息數據庫、部門(mén)信息數據庫、倉儲物品知識庫三個(gè)數據庫。倉儲信息數據庫主要包括與日常倉儲作業(yè)相關(guān)的數據和信息；部門(mén)信息數據庫主要包括庫區內各部門(mén)的人員信息、設備信息、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(lèi)屬、特性、存儲要求、運輸要求等。

　　數據中心的應用程序具有以下功能：提供比較完備的關(guān)系數據庫設計，以及相應的數據庫擴展功能；針對各個(gè)業(yè)務(wù)子系統，提供與數據庫無(wú)關(guān)的數據接口，保證子系統的數據訪(fǎng)問(wèn)。

　　2）區域倉儲管理機：用于完成本區內的倉