物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，目前多個國家都在花巨資進(jìn)行深入研究。物聯(lián)網(wǎng)是由多項信息技術(shù)融合而成的新型技術(shù)體系。隨著物聯(lián)網(wǎng)的提出與發(fā)展，"物聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)物流智能化"已被廣泛關(guān)注。"基于物聯(lián)網(wǎng)的智能物流"包含三個基本要點：一是如何部署更加廣泛、及時、準(zhǔn)確的信息采集技術(shù)；二是如何把這些信息實現(xiàn)互聯(lián)互通，既滿足專用的要求，也能實現(xiàn)方便的開放和共享；三是信息如何管理、加工、應(yīng)用，解決各種現(xiàn)實問題，把虛擬世界的信息轉(zhuǎn)化到實體世界的應(yīng)用中來，也就是進(jìn)入到IBM 稱之為"智慧地球"的時代。

在物流領(lǐng)域看來，物聯(lián)網(wǎng)只是技術(shù)手段，目標(biāo)是物流的智能化。倉儲管理是現(xiàn)代物流的重要組成部分，本文試圖通過對物聯(lián)網(wǎng)的研究設(shè)計一種新型高智能化的倉儲管理系統(tǒng)，為"智能物流"開展細(xì)節(jié)的研究和探索。

2 物聯(lián)網(wǎng)

2.1 概念

在2005 年突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了《互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》一文，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。2009 年初，在美國總統(tǒng)奧巴馬與美國工商業(yè)領(lǐng)袖舉行的會議上，IBM 首席執(zhí)行官提出"智慧地球"的概念，并建議新政府投資新一代的智慧型基礎(chǔ)設(shè)施，從此物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)入了國家的戰(zhàn)略層，發(fā)達(dá)國家也紛紛效仿，提出相應(yīng)的戰(zhàn)略對策。隨即物聯(lián)網(wǎng)概念也在中國升溫，2009年8 月溫家寶總理指出，在國家重大科技專項中加快推進(jìn)傳感網(wǎng)發(fā)展，盡快建立"感知中國中心",2010 年物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了人代會的政府工作報告。

關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)概念有很多解釋，簡言之：物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)

在這個網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)可以自動地、實時地對物體進(jìn)行識別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件。

2.2 技術(shù)體系

結(jié)合實際應(yīng)用對物聯(lián)網(wǎng)涉及的核心技術(shù)進(jìn)行歸類和梳理，主要包括感知與標(biāo)識技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、計算與服務(wù)技術(shù)及管理與支撐技術(shù)四大體系。

感知和標(biāo)識技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)外部世界信息的感知和識別。網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)信息傳遞和服務(wù)支撐的基礎(chǔ)設(shè)施，通過泛在的互聯(lián)功能，實現(xiàn)感知信息高可靠性、高安全性傳送；通信技術(shù)包括各種有線及無線通信，其中近距離無線通信技術(shù)將是物聯(lián)網(wǎng)的研究重點。

海量感知信息的計算與處理是物聯(lián)網(wǎng)的核心支撐，需要研究數(shù)據(jù)融合、高效存儲、語義集成、數(shù)據(jù)挖掘等關(guān)鍵技術(shù)，攻克物聯(lián)網(wǎng)"云計算"中的虛擬化、網(wǎng)格計算、服務(wù)化和智能化技術(shù)；服務(wù)和應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)的最終價值體現(xiàn)，需要面向典型應(yīng)用需求，提煉核心共性支撐技術(shù)，研究規(guī)范化、通用化服務(wù)體系結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用支撐環(huán)境、面向服務(wù)的計算技術(shù)等。管理與支撐技術(shù)是保證物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)"可運行-可管理-可控制"的關(guān)鍵，包括測量分析、網(wǎng)絡(luò)管理和安全保障等方面。

2.3 結(jié)構(gòu)與原理

如圖1 所示，物聯(lián)網(wǎng)劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3 層。其中感知層用于識別物體，采集信息；網(wǎng)絡(luò)層用于傳遞和處理感知層獲取的信息；應(yīng)用層與各行各業(yè)的專業(yè)技術(shù)深度融合，實現(xiàn)智能化管理。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

一個簡單物聯(lián)網(wǎng)的工作過程如圖2 所示[8].物品在生產(chǎn)完成時，貼上存儲有電子產(chǎn)品代碼（EPC）的電子標(biāo)簽對物品屬性進(jìn)行標(biāo)識，同時將這個EPC 代碼的詳細(xì)信息存儲在EPC 信息服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)器中。在運輸、銷售、使用、回收等任何環(huán)節(jié)，當(dāng)某個讀寫器在其讀取范圍內(nèi)監(jiān)測到標(biāo)簽的存在，就會將標(biāo)簽所含EPC 數(shù)據(jù)傳往與其相連的中間件，中間件以該EPC 數(shù)據(jù)為鍵值，在ONS 服務(wù)器獲取包含該物品信息的EPC 信息服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)地址，然后中間件根據(jù)該地址查詢EPC信息服務(wù)器，獲得物品的特定信息，并將信息轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸處理的數(shù)據(jù)格式。再將物品的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行?，由處理中心利用?yīng)用程序完成更深層次的計算處理。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)工作示意圖

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

針對倉儲管理中存在的物流信息處理效率低以及出入庫盤點不準(zhǔn)確等問題，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計方案。方案中的倉儲管理物聯(lián)網(wǎng)通過RFID 電子標(biāo)簽實現(xiàn)物品的自動識別和出入庫，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對倉儲車間進(jìn)行實時監(jiān)控，從而極大地提高了倉儲管理的智能化水平。其系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 智能倉儲物聯(lián)網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)

3.2 系統(tǒng)流程

倉儲管理系統(tǒng)的工作流程包括入庫、出庫、移庫、盤點、揀選與分發(fā)等環(huán)節(jié)。系統(tǒng)采用國際上最先進(jìn)的無線射頻身份識別技術(shù)（RFID），為每件物品提供一個惟一標(biāo)志碼（EPC 代碼），并在服務(wù)器中存儲貨物的相關(guān)屬性信息，從而使系統(tǒng)能夠自動識別物品，可以對物品進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控。另外，倉儲車間還安裝多個攝像頭或視頻傳感器以及溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器等構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并使其基本覆蓋所有盲區(qū)，這樣工作人員可以在監(jiān)控中心隨時了解倉儲車間的情況，并及時處理。這樣就在高效、準(zhǔn)確、快捷的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了倉儲管理的安全性。

{$page$}

3.3 系統(tǒng)組成

結(jié)合上述分析，智能倉儲物聯(lián)網(wǎng)主要由倉儲物品識別、信息采集處理、倉儲物品監(jiān)控、后臺信息服務(wù)器、本地數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、業(yè)務(wù)系統(tǒng)六大模塊組成。

在倉儲物品識別模塊，系統(tǒng)采用EPC 代碼作為物品的惟一標(biāo)志碼，為每個物品貼上一個具有EPC 的RFID 標(biāo)簽。標(biāo)簽由存入EPC 的硅芯片和天線組成，附在被標(biāo)志物品上，EPC 代碼內(nèi)含一串?dāng)?shù)字代表物品ID、類別、名稱、供應(yīng)商、生產(chǎn)日期、產(chǎn)地、入庫時間、貨架號等信息，信息存儲在后臺EPC-IS 服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。同時，隨著物品在倉庫內(nèi)外的轉(zhuǎn)移或變化，這些數(shù)據(jù)可以得到實時地更新。

在信息采集處理模塊，通過RFID 數(shù)據(jù)采集接口獲取物品的詳細(xì)信息從而進(jìn)行處理。當(dāng)物品通過倉儲車間入口時，由設(shè)置在倉庫入口的物品標(biāo)簽讀寫器讀取物品的EPC 代碼，然后根據(jù)物品的EPC 代碼訪問后臺EPC-IS 服務(wù)器，獲得物品的詳細(xì)信息，并將相關(guān)信息保存到本地數(shù)據(jù)庫，最后交由信息處理模塊進(jìn)行處理。倉儲車間入口處可以安裝多部讀寫器進(jìn)行分類處理，還應(yīng)為不可讀標(biāo)簽提供手動編碼區(qū)。

在倉儲物品監(jiān)控模塊，通過在倉儲車間內(nèi)外布置一系列的傳感器，包括視頻傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器等，使其基本覆蓋所有盲區(qū)，自組織構(gòu)成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)與Internet 及業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)，使工作人員可以在監(jiān)控中心隨時了解倉儲車間內(nèi)外的各類情況，以便及時處理。

后臺信息服務(wù)器用于存儲物品的詳細(xì)信息，如物品ID、類別、名稱、入庫時間等，并能實時地響應(yīng)遠(yuǎn)程應(yīng)用程序的請求，允許通過物品的EPC 碼對物品信息進(jìn)行查詢。

本地數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲信息采集處理模塊所獲得的物品信息，以便在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中查詢和維護(hù)。倉儲工作人員可以通過無線設(shè)備或Web 客戶端隨時隨地查詢物品的當(dāng)前狀態(tài)。

業(yè)務(wù)系統(tǒng)的功能除了出入庫管理外主要就是在庫管理，在庫管理包括在庫物品保管、在庫物品查詢、在庫物品盤點等作業(yè)。在庫物品查詢、在庫物品盤點作業(yè)過程中均采用RFID 技術(shù)。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 RFID 標(biāo)簽及讀寫器

在智能倉儲物聯(lián)網(wǎng)中，針對倉儲物品識別和信息采集處理兩個模塊的應(yīng)用需求，建議采用西門子研發(fā)的適用于物流、倉儲和配送的智能無線射頻識別系統(tǒng)--SIMATIC RFID 系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)直接存儲到附在產(chǎn)品上的標(biāo)簽中，能夠可靠、快速、經(jīng)濟(jì)地讀寫數(shù)據(jù)；而且MOBY 系列標(biāo)簽通信速率快、抗干擾性強(qiáng)，具有不同存儲容量、不同環(huán)境耐受條件的移動存儲單元，有不同的讀/寫距離和數(shù)據(jù)傳輸速率，根據(jù)具體應(yīng)用需求可選擇配合不同的接口模塊使用，可以以不同的通信方式和業(yè)務(wù)控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。

具體應(yīng)用中可以在倉庫入口和出口處各定點安裝2-4 套SIMATIC RF 系列讀寫器，用于實現(xiàn)入/出庫操作；在倉庫內(nèi)部再配置2-4 套移動讀寫器，用于倉儲盤點和物品揀選。

4.2 RFID 中間件及數(shù)據(jù)過濾

西門子SIMATIC RF-MANAGER 中間件為SIMATIC RF600 提供了一體化的軟件解決方案，但并不適用于本系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的物流倉儲管理應(yīng)用，因此需要設(shè)計一種針對系統(tǒng)實用的RFID 中間件。

中間件的功能模塊包括：RFID 讀寫器接口模塊、邏輯讀寫器映射模塊、RFID 數(shù)據(jù)過濾模塊、設(shè)備管理模塊、業(yè)務(wù)系統(tǒng)接口模塊，如圖4 所示。其中：RFID讀寫器接口用于中間件與RFID 讀寫器的數(shù)據(jù)通信，主要有獲取RFID 數(shù)據(jù)以及下達(dá)設(shè)備管理模塊的讀寫器指令；設(shè)備管理模塊用于調(diào)整RFID 讀寫設(shè)備的工作狀態(tài)，配置相應(yīng)的接口參數(shù)等；邏輯讀寫器映射模塊用于將多個物理讀寫器或者讀寫器的多條天線映射成為一個邏輯讀寫器。一個邏輯讀寫器代表了一個有具體含義的數(shù)據(jù)采集點，而不管該采集點在物理上由多少個讀寫器和天線組成。它屏蔽了數(shù)據(jù)采集點的具體實現(xiàn)方式，減少了數(shù)據(jù)過濾等上層模塊與下層數(shù)據(jù)采集部分的軟件耦合度。對于上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)來說，可見的只有邏輯讀寫器，所以邏輯讀寫器映射模塊對RFID 數(shù)據(jù)有初步過濾的功能。

圖4 RFID 中間件設(shè)計

RFID 采集的原始數(shù)據(jù)量非常大，在實際應(yīng)用中，根據(jù)具體的配置不同，每臺讀寫器每秒可以上報數(shù)個至數(shù)十個不等的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，如重復(fù)多次掃描同一個電子標(biāo)簽，但其中只有少部分是對用戶有意義的、非重復(fù)性的數(shù)據(jù)，這樣大量的數(shù)據(jù)如果不經(jīng)過去冗等處理而直接上傳，將會給整個RFID 系統(tǒng)帶來很大的負(fù)擔(dān)。因此，系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集事件編碼的方法對RFID 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾處理。首先對電子標(biāo)簽狀態(tài)的改變進(jìn)行編碼，定義標(biāo)簽出現(xiàn)的狀態(tài)編碼為0,標(biāo)簽狀態(tài)消失的編碼為1;然后加入計時器機(jī)制，對計時器有效時間內(nèi)的同一標(biāo)簽的狀態(tài)跳變進(jìn)行忽略，從而在狀態(tài)定義和時間維度兩個方面對數(shù)據(jù)進(jìn)行去重化。該方法能夠很好地消除冗余數(shù)據(jù)，減少上層系統(tǒng)的負(fù)荷。

4.3 傳感器、微處理器、通信芯片及協(xié)議

在智能倉儲物聯(lián)網(wǎng)中，針對倉儲物品監(jiān)控模塊的應(yīng)用需求，采用Zigbee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合并與局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)相連的設(shè)計思路實現(xiàn)整個倉儲車間的物品監(jiān)控。Zigbee 技術(shù)具有功耗極低、系統(tǒng)簡單、組網(wǎng)方式靈活、成本低、低等待時間等性質(zhì)，適用于此類監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。

出于節(jié)能的考慮，倉儲物品監(jiān)控模塊的數(shù)據(jù)采集應(yīng)要求傳感器體積小、低功耗、外圍電路簡單，最好采用不需要信號調(diào)理電路的數(shù)字式傳感器。主控單元建議采用Atmel 公司的Atmega16L 單片機(jī)。無線通信模塊建議采用CC1000 芯片與微控器及一些外圍無源元件一起構(gòu)成。

4.4 業(yè)務(wù)系統(tǒng)

圖5 業(yè)務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)流程圖

業(yè)務(wù)系統(tǒng)基于Internet 環(huán)境，采用B/S 模式進(jìn)行開發(fā)。如圖5 所示，在Java EE 平臺上設(shè)計并實現(xiàn)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括RFID 通信管理、物品入庫管理、物品出庫管理、物品在庫管理（包括在庫物品監(jiān)控、查詢和盤點）、貨位優(yōu)化管理、合同管理、報表管理、費用管理、系統(tǒng)管理等模塊。從而使整個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲管理系統(tǒng)無縫連接，徹底實現(xiàn)了信息采集、倉儲物品識別、倉儲物品監(jiān)控、后臺服務(wù)器維護(hù)及本地數(shù)據(jù)庫維護(hù)等功能。

5 結(jié)束語

智能倉儲物聯(lián)網(wǎng)解決了傳統(tǒng)倉儲管理過程中物流信息處理效率低以及出入庫盤點不準(zhǔn)確等問題，系統(tǒng)在出入庫、監(jiān)控、盤點、揀貨等方面具有快速、便捷、準(zhǔn)確、高效及高度自動化等優(yōu)點。在現(xiàn)代物流領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)體現(xiàn)出其積極的促進(jìn)作用。通過該系統(tǒng)的分析與實現(xiàn)，形成一種利用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行物流倉儲管理的新型實用的設(shè)計方法?？梢越Y(jié)合本文的部分基礎(chǔ)理論知識和具體系統(tǒng)架構(gòu)方法進(jìn)行深入研究和探討，在切實理解物聯(lián)網(wǎng)原理和技術(shù)特點的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步促進(jìn)其在諸多領(lǐng)域的更廣應(yīng)用和更大發(fā)展。由于物聯(lián)網(wǎng)要求所有的物品都貼上具有一定成本的電子標(biāo)簽，而且不斷壯大的物聯(lián)網(wǎng)會頻繁招至各類病毒攻擊，因此物聯(lián)網(wǎng)在倉儲物流等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用方面，如何降低系統(tǒng)成本、提高網(wǎng)絡(luò)安全性，還需要進(jìn)一步深入研究。