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

　　根據(jù)深入的用戶需求分析和大量的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),，可以將常見的與倉儲監(jiān)管需求劃分為監(jiān)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(dú)立的，且各主干功能的實(shí)現(xiàn)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(jiān)控領(lǐng)域的產(chǎn)品和解決方案目前以視頻監(jiān)控類為主,。

　　本文作者長期進(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(xiàng)目“競爭型機(jī)器人遙操作機(jī)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(xiàng)目“危險化學(xué)品倉儲監(jiān)管系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備”(200605)的資助下,，開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(chǔ)上,，結(jié)合倉儲管理的現(xiàn)狀,、特點(diǎn)和實(shí)際需求，自主研發(fā)了新型倉儲監(jiān)管系統(tǒng)通用平臺,，并為典型用戶提供定制的解決方案,。其中，RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員,、貨物,、車輛等目標(biāo)的識別，WSN技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉儲環(huán)境智能,，滿足溫度,、濕度、成分等環(huán)境參數(shù)的分布式監(jiān)控的需求,。RFID和WSN技術(shù)為倉儲監(jiān)管系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),，系統(tǒng)綜合運(yùn)用情境敏感,、在線信息交互、基于傳感器節(jié)點(diǎn)和RFID的目標(biāo)搜索與定位等技術(shù),，在數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)支撐下,，運(yùn)用獨(dú)特的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)倉儲管理的全方位信息支持,。

　　二,、RFID和WSN技術(shù)簡介

　　RFID(Radio Frequency IdentificatiON，射頻識別)技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動識別技術(shù),，射頻識別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù),。與傳統(tǒng)的識別方式相比，具有無需直接接觸,、無需光學(xué)可視,、無需人工干預(yù)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(yīng)用于包括生產(chǎn),、物流、交通,、運(yùn)輸,、醫(yī)療、防偽,、郵包跟蹤,、設(shè)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(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域[1-2],。

　　WSN(Wireless Sensor Networks,，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))是由大量散布于待監(jiān)測地域的傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式形成的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的各個傳感器節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)收集和將數(shù)據(jù)路由到接收器的功能,。傳感器節(jié)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,。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種自組織網(wǎng)絡(luò),，自組織網(wǎng)絡(luò)是一種沒有預(yù)定基礎(chǔ)設(shè)施支撐的自組織可重構(gòu)的多跳網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)中,，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?、信道的環(huán)境、業(yè)務(wù)的模式隨節(jié)點(diǎn)的移動而動態(tài)改變[3-6],。

　　三,、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1,、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要組成部分

　　本文所設(shè)計(jì)的倉儲監(jiān)管系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)模式，主要由數(shù)據(jù)中心,、區(qū)域(本地)倉儲管理機(jī),、區(qū)域監(jiān)控機(jī)、信息匯集節(jié)點(diǎn),、電子標(biāo)簽與普通傳感器節(jié)點(diǎn)等部分組成。

　　1)數(shù)據(jù)中心：這是整個倉儲監(jiān)管系統(tǒng)的核心部分,。它主要包括倉儲信息數(shù)據(jù)庫,、部門信息數(shù)據(jù)庫、倉儲物品知識庫三個數(shù)據(jù)庫,。倉儲信息數(shù)據(jù)庫主要包括與日常倉儲作業(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息;部門信息數(shù)據(jù)庫主要包括庫區(qū)內(nèi)各部門的人員信息,、設(shè)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,，如倉儲物品的類屬,、特性、存儲要求,、運(yùn)輸求等,。

　　數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用程序具有以下功能：提供比較完備的關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展功能;針對各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng),，提供與數(shù)據(jù)庫無關(guān)的數(shù)據(jù)接口,，保證子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問。

　　2)區(qū)域倉儲管理機(jī)：用于完成本區(qū)內(nèi)的倉儲作業(yè)管理,。

　　3)區(qū)域監(jiān)控機(jī)：用于完成本區(qū)的設(shè)備,、環(huán)境、人員,、車輛等信息的監(jiān)控,。

　　4)信息匯集節(jié)點(diǎn)：包括倉儲應(yīng)用節(jié)點(diǎn)(RFID讀寫器)、身份認(rèn)證節(jié)點(diǎn)(RFID讀寫器),、特定目標(biāo)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)(RFID讀寫器/WSN中心節(jié)點(diǎn)),、環(huán)境監(jiān)控中心節(jié)點(diǎn)(WSN中心節(jié)點(diǎn))等。

　　5)電子標(biāo)簽與普通傳感器節(jié)點(diǎn)：向信息匯集節(jié)點(diǎn)提供直接的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),。

　　除上述主要組成部分以外,，還配備了電子標(biāo)簽與節(jié)點(diǎn)發(fā)行工作站、倉儲管理工作站,、庫區(qū)監(jiān)控工作站,、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器等，從而構(gòu)成完整的倉儲監(jiān)管硬件系統(tǒng),。

　　2,、自適應(yīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

　　為了給倉儲物品的監(jiān)管提供高效,、可靠的系統(tǒng)構(gòu)架，本文設(shè)計(jì)了獨(dú)特的自適應(yīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu),，如圖1所示,。

　　正常工作情況下，信息傳 輸線路為：電子標(biāo)簽或普通傳感器節(jié)點(diǎn)→庫區(qū)節(jié)點(diǎn)→通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器→本地管理機(jī)→應(yīng)用服務(wù)器→數(shù)據(jù)服務(wù)器,。電子標(biāo)簽或普通傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),，首先會在本地管理機(jī)進(jìn)行匯總、分類,、本地處理等操作,，然后將處理后的數(shù)據(jù)上傳至中心服務(wù)器。本地管理機(jī)負(fù)責(zé)所轄區(qū)域內(nèi)的倉儲管理和庫區(qū)監(jiān)控,。本結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：由于本地管理機(jī)對數(shù)據(jù)做了預(yù)處理,，這既保證了本地處理結(jié)果的實(shí)時性，又會大大減少中心服務(wù)器的工作量,，從而提高系統(tǒng)的整體性能,。

　　當(dāng)本地管理機(jī)出現(xiàn)故障時，信息傳輸線路為：電子標(biāo)簽或普通傳感器節(jié)點(diǎn)→庫區(qū)節(jié)點(diǎn)→通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器→應(yīng)用服務(wù)器→數(shù)據(jù)服務(wù)器,。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時,，通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器與應(yīng)用服務(wù)器之間存在物理連接。正常情況下它們之間是不進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)交換,，通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器只與本地管理機(jī)通信,。一旦本地管理機(jī)異常，應(yīng)用服務(wù)器將通信工作接管,，以保證該區(qū)域的數(shù)據(jù)能夠及時匯總至中心服務(wù)器,，通過整個庫區(qū)的庫區(qū)監(jiān)控工作站對該區(qū)進(jìn)行監(jiān)控。本地管理機(jī)恢復(fù)正常工作后,，應(yīng)用服務(wù)器會自動釋放管理權(quán),，斷開與通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器的通信連接，恢復(fù)正常狀態(tài)下的通信鏈路,。

 

　　圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)示意圖

　　此外,，本系統(tǒng)還充分考慮到中心服務(wù)器故障時特殊情況的應(yīng)對措施：中心服務(wù)器定期將各地管理機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)下傳至本地管理機(jī)，一旦中心服務(wù)器故障,，本地管理機(jī)可以根據(jù)最后一次更新的數(shù)據(jù)獨(dú)立工作,，并將本區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存，當(dāng)中心服務(wù)器恢復(fù)正常時,，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新與交互,。

　　四、軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖2所示,。由電子標(biāo)簽,、WSN節(jié)點(diǎn)中的嵌入式軟件完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集,，并與倉儲管理等各功能模塊進(jìn)行信息交互;本系統(tǒng)的軟件通過第三方軟件接口與其他系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)。系統(tǒng)采用多層混合架構(gòu),，分別利用C/S和B/S的優(yōu)點(diǎn)來滿足不同應(yīng)用子系統(tǒng)的需要,，并實(shí)現(xiàn)用戶界面層、業(yè)務(wù)邏輯層,、數(shù)據(jù)信息層的多層架構(gòu)模式,。

 

　　圖2系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖

　　五、RFID讀寫器/WSN節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)中的RFID讀寫器/WSN節(jié)點(diǎn)如圖3所示,。其中虛線框內(nèi)的部分是中心節(jié)點(diǎn)/RFID讀寫器所具有的標(biāo)配部件,，而對于普通節(jié)點(diǎn)是選配部件;另外，各種傳感器通過可擴(kuò)展的I/O接口實(shí)現(xiàn)與讀寫器/WSN節(jié)點(diǎn)互聯(lián),。

 

　　圖3 RFID讀寫器/WSN節(jié)點(diǎn)

　　六、結(jié)束語

　　本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面：RFID技術(shù)和WSN技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,，為倉庫監(jiān)管提供高效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);在RFID技術(shù),、WSN技術(shù)基礎(chǔ)上，構(gòu)建倉儲管理全數(shù)字化平臺,，在數(shù)據(jù)庫技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)基礎(chǔ)上,，實(shí)現(xiàn)倉儲管理的信息全方位支持;運(yùn)用情境敏感的在線信息交互技術(shù)提高人-機(jī)交互水平;采用獨(dú)特的自適應(yīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為倉儲監(jiān)管提供靈活,、高效,、可靠的系統(tǒng)通信架構(gòu)。

　　實(shí)際應(yīng)用表明,，本文所設(shè)計(jì)的基于RFID和WSN的倉儲監(jiān)管系統(tǒng),，可以為倉儲、生產(chǎn),、經(jīng)營等相關(guān)企業(yè)的倉儲環(huán)節(jié)提供快速,、實(shí)時、準(zhǔn)確的信息采集和實(shí)時處理的全新解決方案,，從而全面提升相關(guān)企業(yè)信息化水平,，規(guī)范倉儲的管理，降低事故發(fā)生率,。