劉修軍 周耀

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中，人類可以以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達(dá)到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然間的關(guān)系，倉庫物聯(lián)網(wǎng)管理應(yīng)用就是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將倉庫管理與網(wǎng)絡(luò)連接起來，將倉庫動態(tài)的管理達(dá)到隨時(shí)隨地都能管理和查看倉庫的情況。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)感知層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層倉庫管理平臺傳感器

1 概述

物聯(lián)網(wǎng)是在移動互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用智能控制終端、各類傳感器、智能設(shè)備、RFID、數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間進(jìn)行“溝通”的智能。物聯(lián)網(wǎng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層構(gòu)成。感知層的核心就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN網(wǎng)絡(luò)層采用有線或無線網(wǎng)絡(luò)在感知層與應(yīng)用層之間承擔(dān)通信功能。應(yīng)用層是所有物聯(lián)網(wǎng)信息處理及存儲的載體，對感知層的感知信息進(jìn)行處理，并以不同方式把處理結(jié)果進(jìn)行呈現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)可以應(yīng)用于幾乎所有領(lǐng)域，倉庫物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以借助射頻識別（RFID）技術(shù)、傳感技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)倉庫的全自動化倉儲、倉儲智能控制與實(shí)時(shí)監(jiān)控、倉儲安防，使生產(chǎn)企業(yè)、流通企業(yè)、代理商、專賣店之間異地、遠(yuǎn)程、動態(tài)全天候的智能聯(lián)網(wǎng)與物物通信。

2 體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)按功能劃分為功能管理部分、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和倉庫管理平臺部分。功能管理部分由倉庫管理域構(gòu)成。倉庫管理域是一個無線傳感網(wǎng)，傳感器節(jié)點(diǎn)之間通過無線方式通信，所有傳感信息通過匯聚節(jié)點(diǎn)匯總后通過有線方式傳送到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)；無線傳感網(wǎng)內(nèi)部各傳感節(jié)點(diǎn)之間使用基于IEEE802.15.4的短距離無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，上層使用ZigBee協(xié)議。使用無線方式可以靈活布局傳感器節(jié)點(diǎn)。無線傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)之間使用LAN進(jìn)行通信；物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與應(yīng)用平臺之間使用移動互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)把傳感信息按應(yīng)用傳送到應(yīng)用層處理平臺；應(yīng)用層處理平臺對傳感信息進(jìn)行分析處理、存儲；并可把信息實(shí)時(shí)傳遞到移動終端或WEB終端。倉庫物聯(lián)網(wǎng)管理平臺對管理域的信息進(jìn)行分析處理，處理結(jié)果以可視化的界面呈現(xiàn)。

倉庫物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)如下圖：

3 系統(tǒng)描述

3.1 傳感器節(jié)點(diǎn) ①硬件描述。傳感器節(jié)點(diǎn)硬件為嵌入式系統(tǒng)，由處理器、存儲器、各類傳感器、射頻模塊等構(gòu)成；傳感器節(jié)點(diǎn)采用低功耗的處理器。②功能分層描述。傳感器節(jié)點(diǎn)功能上由物理層、媒體接入層、網(wǎng)絡(luò)/安全層及應(yīng)用層構(gòu)成。物理層提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)，物理層數(shù)據(jù)服務(wù)通過無線信道收發(fā)數(shù)據(jù)，可以使用2.4GHz頻段的16個信道。媒體接入層分為邏輯鏈路控制（LLC）和媒體接入控制（MAC）子層。LLC子層保證傳輸?shù)目煽啃?、分?重組等功能；MAC子層負(fù)責(zé)無線鏈路建立，信道接入控制，幀傳送/接收。網(wǎng)絡(luò)/安全層負(fù)責(zé)新建網(wǎng)絡(luò)、加入/離開網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備尋址及路由，信息安全處理。應(yīng)用層分為應(yīng)用子層（APS）、ZigBee設(shè)備對象（ZDO）和自定義應(yīng)用對象構(gòu)成。③節(jié)點(diǎn)分類。傳感器節(jié)點(diǎn)在傳感網(wǎng)絡(luò)中分為協(xié)調(diào)器/路由器節(jié)點(diǎn)和端節(jié)點(diǎn)，每個獨(dú)立的傳感網(wǎng)絡(luò)有一個協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，即物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)管理端節(jié)點(diǎn)的加入、離開請求，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及信息的轉(zhuǎn)發(fā)和匯總，匯聚節(jié)點(diǎn)不但具有RF功能模塊，還提供以太網(wǎng)接口或移動通信接口（TD/WCDMA/CDMA2000）。端節(jié)點(diǎn)只采集傳感器信息并向匯聚節(jié)點(diǎn)上報(bào)，或接收匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并執(zhí)行指定動作。④節(jié)點(diǎn)功能。實(shí)時(shí)采集管理倉庫的各種數(shù)據(jù)如溫度、濕度、控制、商品進(jìn)出貨物等等。

3.2 網(wǎng)關(guān)功能 ①網(wǎng)關(guān)硬件。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)硬件可采用高性能的嵌入式平臺或通用PC服務(wù)器，操作系統(tǒng)可采用嵌入式Linux或Windows。②網(wǎng)關(guān)功能。信息匯總：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)直接與無線傳感網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)連接，接收每個傳感網(wǎng)各個傳感/控制節(jié)點(diǎn)的傳感信息，根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型及信息類型，按對應(yīng)的應(yīng)用類型進(jìn)行分類匯總。信息分發(fā)：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過移動/互聯(lián)網(wǎng)直接與煙草物聯(lián)網(wǎng)管理平臺連接，根據(jù)收集的傳感信息對發(fā)送到管理平臺。命令中轉(zhuǎn)：物聯(lián)網(wǎng)管理平臺可以對自身管理的傳感器/控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令（如控制空調(diào)等），物聯(lián)網(wǎng)管理平臺直接把控制命令發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對命令分析后確定命令的目的節(jié)點(diǎn)，然后轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)傳感網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)。

3.3 管理平臺 ①管理平臺硬件。管理平臺硬件采用PC服務(wù)器，操作系統(tǒng)采用Windows/Linux。②管理平臺功能。信息采集：物聯(lián)網(wǎng)管理平臺通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)收集各傳感器/控制節(jié)點(diǎn)的上報(bào)信息。信息存儲：平臺的信息存儲/備份功能對收集的各類信息進(jìn)行保存并做好備份，對各個功能模塊分析后生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。信息呈現(xiàn)：通過WEB終端把數(shù)據(jù)分析結(jié)果以可視化圖形界面形式呈現(xiàn)。告警管理：當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)被判斷為故障數(shù)據(jù)時(shí)，保存到故障庫并通過WEB終端或移動終端主動向相關(guān)人員報(bào)告故障信息。信息查詢：平臺管理人員可以通過WEB終端或移動終端查詢倉庫環(huán)境的溫濕度、門狀態(tài)的當(dāng)前狀態(tài)或歷史狀態(tài)。配置管理：對傳感器/控制節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行配置：添加、編輯、刪除；安全管理：平臺保存的每個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都有存取權(quán)限，只有通過安全審查才能提取相應(yīng)的信息，平臺對非法的請求予以拒絕。平臺在向傳感網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制指令之前對指令進(jìn)行合法性驗(yàn)證。WEB管理：提供遠(yuǎn)端WEB接入功能，在內(nèi)部網(wǎng)的任何PC上通過Web訪問應(yīng)用管理平臺進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)操作維護(hù)功能。倉庫環(huán)境管理：對倉庫環(huán)境的各種信息進(jìn)行記錄并呈現(xiàn)給管理員，當(dāng)倉庫環(huán)境產(chǎn)生報(bào)警信息時(shí)，提示相關(guān)管理員處理先關(guān)報(bào)警狀態(tài)。倉儲設(shè)備遠(yuǎn)程控制：當(dāng)管理人員向倉儲環(huán)境的控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制指令（啟動/停止空調(diào)、抽濕機(jī)等）時(shí)，對管理人員的權(quán)限和控制指令的合法性（當(dāng)前環(huán)境溫濕度）進(jìn)行判斷，避免發(fā)送非法遙控指令。第三方接口：包括與現(xiàn)有的“數(shù)字化倉儲系統(tǒng)”、“半自動分揀作業(yè)系統(tǒng)”的接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及動畫仿真；與移動運(yùn)營商之間短信平臺的短信接口，實(shí)現(xiàn)手機(jī)的實(shí)時(shí)查詢功能。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)在功能上由三部分構(gòu)成：倉庫無線傳感網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、倉庫物聯(lián)網(wǎng)管理平臺，分別完成感知層、傳輸層、應(yīng)用層功能。

4.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) ①感知層的實(shí)現(xiàn)。倉庫物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)控可完成對倉庫的溫度、濕度、貨物情況、空調(diào)控制等等，當(dāng)倉庫的環(huán)境超過實(shí)際情況或發(fā)生異常情況后通知物聯(lián)網(wǎng)管理平臺，由物聯(lián)網(wǎng)管理平臺集中處理并通知相關(guān)管理人員處理相關(guān)異常。感知層的傳輸由無線網(wǎng)絡(luò)組成，主要技術(shù)使用zigbee技術(shù)和wifi技術(shù)實(shí)現(xiàn)感知層的傳輸和控制。②通信層的實(shí)現(xiàn)。通信層的實(shí)體由物聯(lián)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)，其硬件選用商用的服務(wù)器，其實(shí)現(xiàn)功能由網(wǎng)關(guān)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)?？紤]到倉庫物流中心的實(shí)際情況，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)與無線傳感網(wǎng)之間采用WiFi通信；物聯(lián)網(wǎng)關(guān)與應(yīng)用管理平臺之間通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)通信。③應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用層功能由倉庫物聯(lián)網(wǎng)管理平臺實(shí)現(xiàn)，其硬件選用商用的服務(wù)器，其實(shí)現(xiàn)功能由倉庫及安防管理應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)手機(jī)查詢及手機(jī)報(bào)警功能，倉庫物聯(lián)網(wǎng)管理平臺需要與移動運(yùn)營商的短信中心/短信網(wǎng)關(guān)連接，完成對手機(jī)的短信收發(fā)功能。

為了共享數(shù)據(jù)，倉庫物聯(lián)網(wǎng)管理平臺與現(xiàn)有的 “半自動分揀作業(yè)系統(tǒng)”連接。

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