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基于RFID的物流跟蹤和通信信息系統設計與實現

時間:2018-10-17  來源:RFID世界網

  在物流供應鏈管理中,RFID標簽可用于整個供應鏈過程的物料和產品跟蹤。從供應商供貨到生產、倉儲、配送、運輸和銷售。生產企業,在制造單元(如車間),要求確保有序和正確的生產流程;在倉儲單元,要求原材料和產品(半成品和成品)準確地分類和放置。為了確保產品質量,原材料、半成品要經過加工、包裝、標記、放置和保存在倉庫,并且經過車間的制造環節,生產出成品,然后返回倉儲。在每一個流程,要求將標簽附著在物料的生產和儲放單元上,以避免產品信息丟失而發生錯誤。因此需要利用現代定位、通信技術建立符合現代物流供應鏈要求和發展的全時域、全空域、全天候的物流跟蹤和通信信息系統(LogisTIcstrackingandcommunicaTIonsinformaTIonsystems,簡稱LTCIS)。

  2 物流跟蹤信息系統LTIS(1ogisticstrackinginformationsystems)

  LTIS用于跟蹤和記錄產品計劃、車間生產、倉儲管理、裝卸、遠程運輸等物流單元中物料(原材料和產品)、倉儲及運輸工具的流通信息。

  2.1 LTlS的體系結構

  RFID可識別和跟蹤具體物料,能實現物流和信息流的關聯和同步。要跟蹤標簽和用標簽所粘貼的對象,就必須記錄物料的流通歷史。LTIS利用標簽的剩余內存,對64、96或256位的電子產品碼(EPC)不能包含的跟蹤信息進行實時存儲和更新。為此設計了三個重要的表格,分別是標簽、物流跟蹤、歷史作業的表格。這些表格記錄物料的流通歷史與現狀。LTIS硬件由標簽、固定的閱讀器、便攜式閱讀器、分布在不同地方的工作站、固定的一系列應用服務器、RFID中間件服務器、web服務器和數據庫服務器、Wi—FiLAN、GPS終端組成。圖1顯示了LTIS解決方案的體系結構。

  為了平衡工作量,使網絡更新和維護更加方便,并符合現有物流企業的內部網和數據庫標準,LTIS軟件采用分布式3級客戶端/服務器架構系統。另外將瀏覽器/服務器結構作為一項額外的解決方案。

  LTIS軟件包括6個功能單元:原材料和半成品加工子系統;倉庫監控子系統;物料跟蹤子系統;系統管理子系統;物料單位與物流單元Wi—Fi定位子系統;物流運輸單元GPS定位導航系統。

  2.2 Wi—Fi/GPS/RFID方案的LTIS

  由于物流作業空間十分廣闊,或者像物流運輸單元那樣,遠離基地,工作環境封閉,這給絕大多數傳統的RFID方案造成了應用上的障礙。開發一套可實時提供貨物和設備位置的RFID閱讀器基礎設施過于昂貴,且要求在作業區域安裝天線。為此,本文設計Wi—Fi/GPS/RFID方案的LTIS。這套系統類似AeroScoutu新推出的UnifiedAssetVisibility(UAV)方案。Wi—Fi/GPS/RFID方案能夠滿足在廣闊的區域內定位物料單位和物流單元的位置,即便在Wi—Fi接人點分布稀少的邊遠地區也能滿足定位要求。

  LTIS的Wi—Fi/GPS/RFID方案通過結合GPS和Wi—Fi有源RFID標簽提供一種解決方案。通過軟件可以讓用戶根據多個標準802.11Wi—Fi接人點接收標簽信號的強弱來定位貼標物品,接人點也作為RFID閱讀器。當標簽距離太遠時,它的信號無法被至少三個Wi—Fi接人點收到時,標簽內嵌的GPS接收器可判斷其經緯度,接著通過Wi—Fi信號發送數據。

  當在GPS或Wi—Fi模式下工作時,標簽可以被定位到510in內。然而,GPS并不能在所有環境下工作。有些物流單元是封閉的,無法接收衛星發射。各個物流單元需要一定數量的Wi—Fi接人點,該網絡可以接收物流單元內任何位置標簽發出的信號。

  對定位目標貼標簽。標簽需要內含Wi—Fi和RFID芯片、天線、GPS芯片、動作感應器和電池。

  當接收到作業任務時,員工判斷完成這項任務需要什么工具,并在Wi~Fi/GPS/RFID方案的LTIS軟件獨立系統上輸入設備的名稱。軟件接著展示這個物流單元的平面圖,圖上圖標指示物品位置。系統也可以按選定的分類,搜尋所有的設備。

  標簽以設定的間隔發送ID碼和GPS數據。由于標簽內嵌有移動感應器,當設備靜止時,信號的發送頻率會比移動要低。

  最終計劃是將Wi—Fi/GPS/RFID系統集成進現有的庫存管理,并擴展到所有的物流單元,應用于更大面積的物流場所,如機場和港口等。

  2.3 LTIS的設計與實現

  在LTIS中,應用程序直接與硬件設備連接進行通信。Wi—Fi/GPS/RFID系統包括設備、應用程序和RFID中間件。為了確保系統的穩定性,設計另外的應用程序連接RFID讀寫器與客戶端應用程序,作為如果RFID中間件服務器失敗的備用解決方案。但需要調用本地動態鏈接庫。

  (1)應用程序與RFID閱讀器之間的通信。由于工作頻率不同,有四種類型的RFID設備。在物料種類繁雜、工作環境比較復雜的物流企業,考慮到處理速度和頻譜允許的范圍,根據物流作業的要求需要靈活選用。在物流單元中,選擇固定式RFID閱讀器模塊,如德州儀器(TI)產的$6500遠距離閱讀器模塊,它可以滿足所有的射頻和數字功能要求,能與各種供應商供應的Tag—itHF,Tag-itTMHF—I(國際標準化組織15693標準)和所有其他的ISO15693標準進行通信。

  本文使用兩種方法與閱讀器通信。一種是客戶端計算機上帶有$6500閱讀器的應用軟件通過連接本地動態鏈接庫來通信。TI提供程序庫feisc.dll和fecom.du。如圖2。

  另一種是安裝一個用于連接閱讀器和客戶端應用程序的RFID中間件。上述動態鏈接庫文件(fecom.dll和feisc.du)用Microsoft基礎類寫。使用Java,采用調用本地鏈接庫的方法,用VisualC++并依據Java本地接口(JNI)的標準設計中間件。RFID中間件基于三個部分:閱讀界面組件,事件管理組件,應用程序管理的組成部分。結構如圖3。

  RFID閱讀器的應用需通過RFID中間件服務器,它可以支持分布式的網絡應用。它使來自不同供應商的異構RFID閱讀器兼容,并使應用獨立于特定的硬件和語言環境。便攜式RFID閱讀器可以閱讀和查閱存儲在標簽上的信息。便攜式RFID設備是由RFID讀寫器模塊和智能終端構成的。他們通過RS232或其他接口來連接。

  (2)Wi—Fi/GPS/RFID的實施

  ①RFID智能設備包括3個部分:RFID數據信息采集單元;數據承載單元;信息傳遞單元。

  通過這3個單元,將RFID智能設備整合在智能終端上。其中可以選擇的平臺包括WindowsMobile,WindowsPocketPC(windowsCE),AndroidOS,LinuxOS。智能設備將按照系統管理中心提供的數據指令,完成數據的采集和實時更新。數據單元結構如圖5。

  最底層為操作系統和硬件配置,可以選擇WindowsMobile,CE,Linux,Android以及symbian系統。可以選擇的硬件供應商包括:TI、Qualcomm、Freescale、Samsung、MTK、Broad—com、MarvelandIntel。

  目前,這些智能的終端設備很容易在市場中找到,只需要將系統中標準的C和c++源碼或者RFID的使用套件以及接口開發給這些硬件設備即可。

  數據承載單元包括目前國內市場使用的主流通信單元,包括GSM、WCDMA、CDMA、TD技術,以及Wifi技術。這些技術可以為智能終端設備提供實時的數據交換環境,可以做到需要的時候調用相應的數據通信單元。

  RFID單元負責標識硬件設備的相關信息。智能終端負責維護所在位置的RFID信息的收集和處理。由于有操作系統的介入,數據終端負責所有任務的協調和上報。

  ②Example。每件貨物有RFID標簽;智能設備負責收集當前區域的貨物信息,并提供統計和上報功能,一般物流人員能了解貨物情況(在物流條件下,智能設備需要放置在物流運載工具上);車上有200件貨物,智能終端設備能夠讀取這些數據,并按照系統的指示實時更新數據給總部的服務器。

  2.4智能設備能夠完成的基本功能

  (1)查詢服務。在公司提供的網絡平臺上,可給普通客戶查詢的功能,包括物流狀態(發貨、物流起始地點等傳統信息)。

  (2)追蹤功能。其中對于固定伙伴客戶或大客戶,增加GPS位置信息的上報,可以讓客戶隨時了解貨物的位置。(當系統發出指令后,智能設備會把RFID信息以及Wifi、GPS定位信息傳遞給公司平臺。)

  (3)定時上報的功能。設備能夠按照系統預先的設定,在貨物到達指定GPS信息點或者固定的wifi區域時,實時激發短信提醒和郵件提醒功能。將預訂的信息實時傳遞給預約的客戶。

  (4)拓展功能。設備可以整合目前物流公司的系統平臺,將用戶終端界面延伸到智能設備上(類似筆記本功能)。操作者可以通過權限,管理和更新公司的物流數據。

  拓展功能包括:對于專業客戶,提供繼續智能終端的高層次開發,包括數據采集、數據更新、路況服務、視頻服務等。

  3 物流跟蹤和通信信息系統LTCIS

  Wi—Fi、GPRS、INMARSAT、Intenet都是技術成熟的通信信息系統,有著獨立的通信制式和網絡結構。在物流運輸單元與供應鏈其它物流單元,尤其是與中央控制信息中心的信息傳遞和數據交換方面,發揮著既獨立又相輔相成的作用。通過彼此的耦合和組網,建立可靠實用的物流通信信息系統(LCIS),成為連接物料跟蹤信息系統、物流跟蹤定位導航系統和中央控制系統的天線和信息高速公路。LTIS(Wi—Fi/RFID/GPS)、LCIS(Wi—Fi/GPRS/INMARSAT)、MIS(ManagementIn,formationSystem)幾個系統通過通信制式的耦合,實現組網,建立LT—CIS,在技術上是沒有障礙的。LTCIS的體系結構如圖6。

基于RFID的物流跟蹤和通信信息系統設計與實現

  4 結論

  本文提出了一種集成RFID、GPS和Wi—Fi的物流跟蹤信息系統的解決方案。并以此為基礎,結合最新通信技術,構想出全天候、全時空的LTCIS網絡。對物流企業供應鏈的銜接、暢通和全球化管理,是一個很好的啟示和嘗試。

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