物联网中的智能物流仓储系统研究

    引言

　　物流是商品流通供应链中非常重要的环节，在国民经济中占据重要地位，而仓储是现代物流的核心环节。在仓储管理活动过程中会产生大量的仓储信息，这种信息常伴随着仓库订货、货物入库、货物管理和货物出库的发生而产生，一般具有数据操作频繁、数据量大和信息内容复杂等特点。高效合理的仓储能够对货物进行有效的控制和管理。如何降低存货投资，加强存货控制与监管，提高空间、人员和设备的使用率以及缩短入库、出库流程和查货时间等是企业降低成本和提高自身竞争力的关键。

　　仓储的发展经历了人工和机械化仓储、自动化仓储和智能化仓储三个发展阶段。信息技术已成为仓储技术的重要支柱，自动化仓储与信息采集决策系统的结合以及无线射频技术的运用使仓储朝着智能化的方向发展。物联网IOT(InternetOfthings)的提出为智能仓储系统的发展指明了方向，它将货物与互联网相联系，使所有的物品都能被远程感知和控制。因此，研究物联网化的智能仓储系统具有十分重要的意义。

　　1 物联网

　　物联网的概念是在1999年被提出的，物联网是连接物品的网络，其定义是:通过射频识别RFID(radiOfrequencyidentificatiOn)、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把物品与互联网连接起来进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。讨论物联网时，常常提到M2M的概念，M2M可以解释成为人到人(mantOman)、人到机器(mantOmachine)、机器到机器(machinetOmachine)。

　　1.1 物联网的网络体系

　　物联网已经在物流仓储、假冒产品的防范、智能楼宇、路灯管理、智能电表和城市自来水网等基础设施以及医疗护理等领域得到了应用。但由于现阶段关于物联网的研究和应用仍处于初级阶段，所以对于物联网没有统一的规范，而要深入研究物联网的体系结构，必须首先研究物联网已经构建的应用系统和应用实例。

　　目前，物联网还没有一个广泛认同的体系结构，也没有一个统一的技术标准和协议，现最具代表性的物联网架构是欧美支持的电子产品代码EPC(electrOnicprOductcOde)GlObal物联网体系架构和日本的Ubiqui??tOusID(UID)物联网系统。按照物联网定义基本应用功能要求，可以把其描述为如图1所示的体系结构。

　　 



 

　　图1 物联网体系架构

　　物联网的感知层包括传感器等数据采集设备和数据接入到网关之前的传感器网络和智能终端;网络层建立在现有的移动通信网和互联网基础上，通过各种接入设备与移动通信网和互联网相连，它还包括信息存储、查询和网络管理功能;物联网应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。

　　1.2 基于EPC的物联网系统

　　目前，物联网IOT的应用多数是基于射频识别RFID的电子产品代码EPC网络。RFID是一种非接触式的自动识别技术，它的工作原理是:使用射频电磁波，在阅读器和被分类跟踪的移动物品(物品上附着有RFID标签)之间，通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的。EPC物联网系统的主要组件包括:

　　EPC标签，EPC是一种全球范围内标准定义的产品数字标识，存贮在标签中;

　　电子标签阅读器，它是一种采用射频识别技术阅读电子标签内存储的信息并传递给物流仓储管理信息系统的装置;

　　EPC中间件，这是一组具有特殊属性的程序模块或服务，用户可以根据某种应用需求定制和集成EPC中间件中的不同功能部件，其中最重要的部件是应用层事件ALE(applicatiOnlayerevents)，它用于处理应用层相关的事件;

　　EPC信息服务包括两个功能，一是存储EPC中间件处理的信息，二是查询相关的信息;

　　对象名字服务ONS(Objectsnameservice)，类似于域名服务器，其中的信息可用于指向某个存放EPC中间件信息的服务器。EPC物联网系统结构如图2所示。

　　 



 

　　图2 EPC 物联网系统结构

　　2 智能物流仓储系统

　　智能物流仓储系统不仅要能够进行入库管理、出库管理、库内移动、盘点管理、调拨管理、退换货管理和报表分析，还要能够监测货物的位置偏移和周围环境的温度、湿度，对库房进行视频监控和火灾报警等。智能物流仓储系统包括硬件和软件两部分。软件部分主要为仓储管理系统，它按照物流仓储的业务要求，对信息、资源、行为、物品和人员等进行管理和调配，使它们高效合理地运转，并使整个系统与互联网相对接;硬件部分主要是支撑仓储管理系统的各种硬件设备和各种工具等。

　　智能物流仓储系统将货物的信息发布到物联网中。在整个物联网范围内，不管是货物信息查询、货物订购，还是货物流通都可以方便地进行远程操作和监控。智能仓储系统中货物的处理步骤如下。

　　入库流程，首先利用RFID技术对入库货物的电子标签身份进行验证，并将货物的信息传送到数据中心进行货物登记，计算出上架仓位和分配路线，然后向叉车发送上架指令，对货物进行跟踪和定位，以确保货物存放到正确的仓位。

　　库存管理，对库存货物进行内部操作处理，主要包括货物指引与到位检查、货位自动识别和数量自动校验、分配库区是否正确、退货处理、掉换处理、包装处理和报废处理等功能。

　　出库流程，首先领货人员向仓库信息系统提交出库申请，智能仓储管理系统根据优先级查询货物的信息和仓位，然后向叉车发出调度指令，叉车到达仓位核对货物信息无误后，开始转运货物。在这之间的每个操作单元，阅读器货物信息都将被及时地发送回数据管理中心，以及时判断每个环节的操作是否准确无误。

　　3 智能仓储系统结构研究

　　3.1 WSN与EPC结合的可行性分析

　　无线传感器网络WSN(wirelesssensOrnetwOrk)是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给管理中心。

　　目前，对于物联网的研究尚未深入，对物联网的技术内涵也缺乏专业的研究，一些专业或非专业的报道通常会把无线传感器网络WSN和物联网IOT相混淆，在我国通常把物联网叫做传感网，但它并不等同于无线传感器网络。从网络架构和协议上看，IOT与WSN完全不同;从目标特征上看，IOT是检测和联网已知的物品，而WSN是探测感知未知物或其参数信息。但两者又密不可分，RFID技术是物联网的核心技术之一，物联网中的RFID模块可以集成传感器技术或与WSN相结合互补，从而获取物品在物流过程中所经历的温度和湿度等环境参数，它还可以通过WSN进行RFID阅读器的数据传输，弱化WSN的传感功能;而在WSN的一些外延应用中，也可以把RFID协议作为无线通信协议之一，或者探测已知物体的属性。

　　目前，已有基于EPC的智能仓储管理系统和基于WSN(如ZigBee技术)的物流仓储管理系统的示范案例，但是距离真正达到&智能化?的要求还很远。对基于EPC的智能仓储管理系统，像叉车和手持设备等移动式阅读器来说，还要搭建专门的无线传输网路;而对于基于WSN(如ZigBee技术)的仓储管理系统，由于节点成本比EPC标签高，且节点体积还没有真正实现微型化，从而使其无法像标签一样贴在表面，对物品的移动有很大的影响。

　　基于EPC的智能仓储系统可以和WSN相结合，结合后的系统利用WSN进行EPC系统的数据传输，并对仓库环境进行监测，如温度、湿度和光线的检测以及无线视频监控等。WSN是对EPC系统的有效补充，从而使整个仓储系统向真正的智能化方向发展。

　　利用WSN进行EPC系统数据传输的优势如下:

　　减少了EPC阅读器进行有线传输的布线成本和因布线带来的作业干扰;?单一网络就可以实现数据传输，如果阅读器使用有线网络进行数据传输，对于移动式阅读器则还需要搭建专门的无线网络，增加了系统的复杂度和成本;#WSN在环境监控上具有无可比拟的优势，且应用比较成熟;?现阶段WSN节点的成本较低，网络稳定性和数据可靠性也得到很大提高。因此，从成本和应用合理性上来看，EPC系统与WSN二者结合是可行的。

　　3.2 智能物流仓储系统研究设计

　　在每一个作业流程中，阅读器首先通过RFID技术读取货物的信息，然后作为WSN的节点把信息发送出去，经WSN数据到达数据管理中心，最后管理系统分析数据后发出调度指令。叉车车载阅读器同时可作为WSN的中心节点，读取电子标签中物品信息和接收环境检测数据，实现仓储应用管理、特定目标监控和环境数据监控。WSN在系统中扮演的角色是数据传输，同时，它可对仓库环境进行检测和监控，还可以用于货物定位。

　　物流仓储中的RFID阅读器分为移动式和固定式两种。移动式RFID阅读器主要安装在手持终端上，适用于操作地点不固定的场合，使用方法类似于条码阅读器;固定式阅读器主要安装在进出通道和操作台上，适用于自动识别和跟踪校验。应用在手持终端和叉车上的RFID移动式阅读器需要与相关设备相结合，同时，还要架设覆盖操作范围的无线网络，保证作业数据实时传输。RFID手持终端除了具有RFID阅读器的全部功能外，还应具有手持端仓储业务操作系统和WSN节点的功能。

　　RFID智能叉车集成了RFID无线车载终端、读写器、WSN中心节点和车载终端业务操作系统等，它能自动查找工作任务中的货位且具有警示报错功能，对于各类业务操作可自动实时确认，并能通过RFID系统对货物状态和目前所处地点等信息进行管理，提供对现有仓库库存情况的各种查询方式，如货物查询和货位查询等。

　　 



 

　　图3　智能仓储管理系统

　　根据图2所示的EPCGlObal物联网系统结构以及WSN技术和仓储管理活动流程，设计出如图3所示的智能仓储管理系统。

　　阅读器和WSN节点相结合，不仅能够发送阅读器扫描的EPC标签信息，还可以传送环境监测信息。这种具有阅读器功能的节点应充当WSN的中心节点。为了提高WSN的可靠性，网络设计成网状的自组织网络，避免某个中心节点故障导致数据无法传输的情况发生。当然，对WSN中的多传感多源信息进行融合可以减轻网络负担，这也是一个研究热点。

　　4 结束语

　　本文介绍了物联网与智能物流仓储系统，主要对基于EPCGlObal构架的物联网与其在智能物流仓储管理系统中的应用进行了研究和分析，并提出将EPC物联网与WSN相结合的观点，实现互补应用;同时讨论了RFID和WSN技术融合的可行性和仓储管理应用的优势以及业务方案的初步设计。通过分析和研究可以发现，物联网对提高物流仓储系统效率具有很大潜力。

　　物联网应用前景广阔，它将为我们的生产生活带来翻天覆地的变化，但是我们也应该看到，物联网应用还处于初级阶段，要完全达到智能物流仓储管理系统的要求，还存在技术标准、网络结构和协议、安全问题和终端等技术问题，还需要对其进行开创性研究。