一,、引言

　　倉(cāng)儲(chǔ)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(chǔ)包括原材料,、在制品,、成品等倉(cāng)儲(chǔ)物品，并且向管理者提供有關(guān)存儲(chǔ)倉(cāng)儲(chǔ)物品的狀態(tài)、條件和處理情況等信息,。倉(cāng)儲(chǔ)類型主要包括原料及零組件倉(cāng)儲(chǔ),、在制品倉(cāng)儲(chǔ)、制成品倉(cāng)儲(chǔ),、物流中心,、訂單履行中心及倉(cāng)儲(chǔ)、區(qū)域倉(cāng)儲(chǔ),、地方性倉(cāng)儲(chǔ),、保稅倉(cāng)儲(chǔ)、附加價(jià)值服務(wù)倉(cāng)儲(chǔ)等,，而其基本作業(yè)主要包括收貨,、預(yù)先包裝、入庫,、儲(chǔ)存、揀貸,、包裝及定價(jià),、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(cāng)儲(chǔ)監(jiān)管需求劃分為監(jiān)控、倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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(zhǎng)期進(jìn)行RFID及WSNs相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā),，并在國(guó)家自然科學(xué)基金委的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“競(jìng)爭(zhēng)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(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)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WSNs兩種技術(shù)及相關(guān)部件的基礎(chǔ)上,，結(jié)合倉(cāng)儲(chǔ)管理的現(xiàn)狀、特點(diǎn)和實(shí)際需求,，自主研發(fā)了新型倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)管系統(tǒng)通用平臺(tái),，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(shí)別,，WSNs技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)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WSNs技術(shù)為倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)管理的全方位信息支持,。

　　二、RFID和WSNs技術(shù)簡(jiǎn)介

　　RFID（Radio Frequency Identification,，射頻識(shí)別)技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù),，射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。與傳統(tǒng)的識(shí)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(cāng)儲(chǔ)相關(guān)需要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域[1-2],。

　　WSNs(Wireless Sensor Networks，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))是由大量散布于待監(jiān)測(cè)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(gè)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(hào)的傳感器單元,、處理與存儲(chǔ)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(dòng)而動(dòng)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(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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(gè)倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)管系統(tǒng)的核心部分,。它主要包括倉(cāng)儲(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫,、部門信息數(shù)據(jù)庫、倉(cāng)儲(chǔ)物品知識(shí)庫三個(gè)數(shù)據(jù)庫,。倉(cāng)儲(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫主要包括與日常倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)物品知識(shí)庫主要包括與倉(cāng)儲(chǔ)物品相關(guān)的各種知識(shí),，如倉(cāng)儲(chǔ)物品的類屬,、特性、存儲(chǔ)要求,、運(yùn)輸要求等,。

　　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(duì)各個(gè)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(cāng)儲(chǔ)管理機(jī)：用于完成本區(qū)內(nèi)的倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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／WSNs中心節(jié)點(diǎn)）、環(huán)境監(jiān)控中心節(jié)點(diǎn)（WSNs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(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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(huì)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(cāng)儲(chǔ)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(duì)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(shí)性,，又會(huì)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(shí),，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(shí)，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(shí)匯總至中心服務(wù)器，通過整個(gè)庫區(qū)的庫區(qū)監(jiān)控工作站對(duì)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(huì)自動(dòng)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(shí)特殊情況的應(yīng)對(duì)措施：中心服務(wù)器定期將各

本地管理機(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(shí),，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,、WSNs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(cāng)儲(chǔ)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／WSNs節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)中的RFID讀寫器／WSNs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(duì)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／WSNs節(jié)點(diǎn)互聯(lián),。

　　圖3 RFID讀寫器／WSNs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(gè)方面：RFID技術(shù)和WSNs技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，為倉(cāng)庫監(jiān)管提供高效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),；在RFID技術(shù)、WSNs技術(shù)基礎(chǔ)上,，構(gòu)建倉(cāng)儲(chǔ)管理全數(shù)字化平臺(tái),，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(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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WSNs的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)管系統(tǒng),，可以為倉(cāng)儲(chǔ),、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)等相關(guān)企業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)提供快速,、實(shí)時(shí),、準(zhǔn)確的信息采集和實(shí)時(shí)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(cāng)儲(chǔ)的管理,，降低事故發(fā)生率。