郭慶　姚敏

摘要：信息化和物流過程透明化是現(xiàn)代物流業(yè)區(qū)別于傳統(tǒng)物流業(yè)特點(diǎn)。結(jié)合物流業(yè)工作流程，提出了基于RFID和WSN技術(shù)融合的物流系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)了融合RFID技術(shù)和WSN技術(shù)的智能節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了集自動(dòng)身份識(shí)別、自動(dòng)環(huán)境信息采集以及綜合數(shù)據(jù)傳輸功能于一體的智能化數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)，顯著地提高了現(xiàn)代物流業(yè)的信息采集和處理能力。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：現(xiàn)代物流；RFID；WSN；技術(shù)融合

DOIDOI：10.11907/rjdk.171767

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2017）011016003

0引言

物流行業(yè)作為服務(wù)業(yè)的重要組成部分，在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中扮演著越來越重要的角色。傳統(tǒng)意義上的物流是制品從生產(chǎn)地到最終消費(fèi)者的物理性轉(zhuǎn)移活動(dòng)，具體包括包裝、裝卸、運(yùn)輸、保管以及信息傳輸?shù)然顒?dòng)[1]。

信息化是現(xiàn)代物流業(yè)區(qū)別于傳統(tǒng)物流業(yè)的最大特征。通過物流作業(yè)系統(tǒng)和物流信息系統(tǒng)的高度集成，使現(xiàn)代物流行業(yè)與電子商務(wù)企業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的聯(lián)系越來越緊密。物流過程的透明化與可控性是現(xiàn)代物流業(yè)的另一個(gè)特征。將RFID和WSN兩種平行發(fā)展且具有互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)相融合，應(yīng)用于現(xiàn)代物流業(yè)，使所有物流參與者都可依托強(qiáng)大的信息獲取能力與交流平臺(tái)共享和利用物流信息，有助于物流業(yè)提高運(yùn)行效率，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從而給現(xiàn)代物流業(yè)帶來又一次大發(fā)展。

1RFID與WSN技術(shù)融合在現(xiàn)代物流業(yè)的應(yīng)用可行性分析

物流參與者最關(guān)心物流過程中的4個(gè)要素，分別為Who、What、Where、When，即哪件貨物在什么時(shí)候、什么地方處于什么狀態(tài)。RFID技術(shù)負(fù)責(zé)識(shí)別貨物是Who以及當(dāng)前時(shí)間When，WSN技術(shù)則負(fù)責(zé)監(jiān)測貨物的當(dāng)前位置Where和當(dāng)前狀態(tài)What，其中包括貨物的溫度、壓力、濕度、受力、濃度等狀態(tài)信息[2]。物流企業(yè)能通過RFID和WSN技術(shù)獲得海量物流數(shù)據(jù)，從而對(duì)物流運(yùn)輸路徑優(yōu)化、運(yùn)能調(diào)配等決策作出調(diào)整。同時(shí)貨物托運(yùn)方也能通過物流企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)查詢平臺(tái)實(shí)時(shí)了解托運(yùn)貨物的狀態(tài)。

WSN節(jié)點(diǎn)價(jià)格低、抗干擾能力強(qiáng)，以及信息感知和數(shù)據(jù)傳輸距離較遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)可以彌補(bǔ)RFID系統(tǒng)抗干擾能力弱、識(shí)別距離近的缺點(diǎn)[3]，而RFID識(shí)別精度較高的優(yōu)點(diǎn)也彌補(bǔ)了WSN感知精度低的缺點(diǎn)。所以RFID技術(shù)與WSN技術(shù)的融合能在維持較低成本的條件下提高物流系統(tǒng)的信息獲取和利用效率，具有較高性價(jià)比和廣泛的市場應(yīng)用前景。

2基于RFID與WSN技術(shù)融合的物流系統(tǒng)

本文在對(duì)傳統(tǒng)物流業(yè)工作流程分析的基礎(chǔ)上提出了基于RFID與WSN技術(shù)融合的物流系統(tǒng)（WSID，Wireless Sensor Identification Logistics System）。利用RFID與WSN技術(shù)自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)感知、自動(dòng)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)物流業(yè)信息獲取效率低、信息利用度低以及運(yùn)輸過程不可監(jiān)控的缺點(diǎn)。

本文設(shè)計(jì)的WSID物流系統(tǒng)由數(shù)據(jù)感知層、數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用層兩層架構(gòu)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1WSID物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)感知層是WSID物流系統(tǒng)建立物理實(shí)體與抽象數(shù)據(jù)信息映射關(guān)系的基礎(chǔ)，是由智能節(jié)點(diǎn)、RFID標(biāo)簽、WSN節(jié)點(diǎn)組成的分層結(jié)構(gòu)的信息感知網(wǎng)絡(luò)。

每件貨物外包裝上粘貼的RFID標(biāo)簽里都存儲(chǔ)有貨物名稱、重量等貨物身份信息，用于WSID物流系統(tǒng)對(duì)貨物身份的識(shí)別；每輛貨運(yùn)車輛內(nèi)粘貼的車輛識(shí)別標(biāo)簽里存儲(chǔ)有車輛號(hào)牌、車輛載重噸位等車輛信息數(shù)據(jù)，用于車輛身份識(shí)別與貨物信息綁定；分布于物流倉儲(chǔ)區(qū)各倉庫大門處的倉庫智能節(jié)點(diǎn)分別負(fù)責(zé)本倉庫貨物出入庫時(shí)的身份識(shí)別，感知倉庫環(huán)境數(shù)據(jù)等倉儲(chǔ)信息；分布于倉儲(chǔ)區(qū)和物流中轉(zhuǎn)區(qū)的ZigBee路由器將所有智能節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用層。

當(dāng)運(yùn)輸車輛在運(yùn)輸途中需要上傳自身貨運(yùn)信息時(shí)，車上的車輛智能節(jié)點(diǎn)和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）模塊也可通過通用分組無線服務(wù)（General Packet Radio Service， GPRS）技術(shù)把各自采集到的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)給WSID物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用層。

數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用層是WSID物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，它接收來自于數(shù)據(jù)感知層的原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)服務(wù)器的解析、分類、過濾，最終存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中供系統(tǒng)使用。數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用層是WSID物流系統(tǒng)的硬件控制接口，當(dāng)WSID物流系統(tǒng)需要配置數(shù)據(jù)感知層的某些底層感知設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用層會(huì)將具體配置指令通過ZigBee路由器推送給這些感知設(shè)備。數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用層還是WSID物流系統(tǒng)與上層應(yīng)用程序的接口，它能向所有物流行為的參與者提供具體的數(shù)據(jù)信息服務(wù)和管理服務(wù)。

3系統(tǒng)硬件平臺(tái)架構(gòu)

WSID物流系統(tǒng)中集成了無線傳感器節(jié)點(diǎn)的RFID閱讀器，是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集工作的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。通常RFID閱讀器是通過有線網(wǎng)絡(luò)與用戶及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相連，它只負(fù)責(zé)讀寫RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。而集成了無線傳感器節(jié)點(diǎn)的RFID閱讀器還具有感知區(qū)域環(huán)境信息和無線通信能力，可以和周邊的無線傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作，以多跳方式轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸數(shù)據(jù)，因此也被稱為智能節(jié)點(diǎn)（Smart Node）。智能節(jié)點(diǎn)由無線傳感器單元、閱讀器單元、電源、微控制器單元組成。智能節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2智能節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

WSID物流系統(tǒng)要求智能節(jié)點(diǎn)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和通信能力、較強(qiáng)的硬件控制能力以及豐富的硬件接口資源。本文的智能節(jié)點(diǎn)微控制器選用三星公司基于ARM920T核心的S3C2440處理器。S3C2440是16/32位RISC嵌入式處理器，其低功耗全靜態(tài)的設(shè)計(jì)兼顧了系統(tǒng)成本與系統(tǒng)功率[4]，使其成為被廣泛應(yīng)用的一款A(yù)RM9處理器。

當(dāng)前應(yīng)用較多的UHF RFID讀寫器控制芯片有Intel公司的R1000和R2000芯片、PHYCHIPS公司的PR9000芯片以及奧地利微電子AMS公司的AS399X系列芯片。本文采用AMS公司的AS3992芯片實(shí)現(xiàn)射頻收發(fā)模塊功能，AS3992芯片集成了混頻器、增益濾波器、壓控振蕩器、鎖相環(huán)、A/D及D/A轉(zhuǎn)換器等模擬前端器件，內(nèi)置ISO/IEC18000-6C的完整協(xié)議處理系統(tǒng)[5]。endprint

為配合工作于UHF頻段的RFID閱讀器，本文選取集成Alien H3芯片的RFID標(biāo)簽作為貨物身份識(shí)別載體。Alien H3是一款支持EPC global class1 Gen2規(guī)范的單芯片RFID標(biāo)簽集成電路，它使用低成本的CMOS工藝和EEPROM技術(shù)，保證了芯片在極低功率下仍能正常響應(yīng)閱讀器的讀取指令。它提供了64位工廠編程設(shè)置的ID號(hào)，與EPC編碼相結(jié)合，為需要標(biāo)識(shí)的貨物提供唯一的身份編碼。它還向用戶提供512位的存儲(chǔ)空間，可存儲(chǔ)貨物的簡單特征信息[6]。Alien H3芯片結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3Alien H3芯片結(jié)構(gòu)

作為數(shù)據(jù)采集和傳輸平臺(tái)的基礎(chǔ)，無線傳感器芯片的處理能力非常重要。本文選用德州儀器TI公司生產(chǎn)的CC2530型芯片作為無線傳感器芯片。CC2530集成了性能優(yōu)良的2.4GHzRF收發(fā)器，支持IEEE802.15.4、ZigBee和TI公司的Z-Stack協(xié)議，其內(nèi)核為增強(qiáng)型8051MCU[7]。CC2530系統(tǒng)芯片具有32KB、64KB、128KB、256KB閃存容量，提供2個(gè)USART、12位ADC等豐富的外設(shè)。CC2530功耗較低，供電電壓在2V～3.6V之間，主動(dòng)模式時(shí)RX電流為24mA，TX電流為29mA。本文設(shè)計(jì)的智能節(jié)點(diǎn)硬件框架如圖4所示。

圖4智能節(jié)點(diǎn)硬件框架

當(dāng)智能節(jié)點(diǎn)上電后，首先進(jìn)行各部件系統(tǒng)的初始化操作，之后進(jìn)入等待指令狀態(tài)。當(dāng)智能節(jié)點(diǎn)控制器接收到應(yīng)用程序發(fā)來的操作指令后，先判斷其是針對(duì)RFID閱讀器的操作還是WSN節(jié)點(diǎn)的操作。如果是RFID的讀標(biāo)簽指令，則向AS3992發(fā)出讀標(biāo)簽指令，AS3992閱讀器在經(jīng)過標(biāo)簽數(shù)據(jù)CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)和防碰撞處理后，判斷標(biāo)簽數(shù)據(jù)是否讀取成功，如成功讀取則將數(shù)據(jù)通過串口返回給微控制器S3C2440，并再次進(jìn)入等待指令狀態(tài)。如果智能節(jié)點(diǎn)控制器接到的是針對(duì)WSN節(jié)點(diǎn)的操作指令，則CC2530再判斷該指令是否是由微控制器S3C2440發(fā)來的，如果是，則將S3C2440發(fā)來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給指令指定的節(jié)點(diǎn)；如果不是，則認(rèn)為是針對(duì)RFID閱讀器的操作指令，將其通過串口轉(zhuǎn)發(fā)到S3C2440。智能節(jié)點(diǎn)工作流程如圖5所示。

圖5智能節(jié)點(diǎn)工作流程

4結(jié)語

本文通過將RFID與WSN技術(shù)融合的方式設(shè)計(jì)了WSID物流系統(tǒng)，將RFID自動(dòng)識(shí)別物體的準(zhǔn)確性、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)感知環(huán)境信息以及無線傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，綜合應(yīng)用于物流業(yè)，解決了現(xiàn)代物流業(yè)信息化與物流過程透明化的需求。

參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：

[1]周啟蕾.物流學(xué)概論[M].第3版.北京：清華大學(xué)出版社，2013：89.

[2]季德雨.融合WSN與RFID的現(xiàn)代物流監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].沈陽：沈陽航空航天大學(xué)，2011.

[3]羅巍巍，徐曉.基于ZigBee和RFID的環(huán)形流水線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2013，32（11）：98100.

[4]張巍.基于ARM9的多接口嵌入式RFID數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[J].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，26（1）：3032.

[5]許煜，聞?chuàng)P，戴錫春.基于AS3992芯片的遠(yuǎn)距離RFID讀寫器設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2012，31（18）：3234.

[6]美國意聯(lián)科技公司.Alien HIGGS3 RFID射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片產(chǎn)品概況[EB/OL].http：//www.alientechnology.com.cn/ic/higgs3/，201691.

[7]武興華，徐曉輝，等.基于嵌入式的智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016（6）：234237，242.

責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：黃健）endprint