倉儲是物流系統(tǒng)的一部分, 是在原產(chǎn)地,、消費地,，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目經(jīng)驗，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立的,，且各主干功能的實現(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)基金項目“競爭型機器人遙操作機理的研究”(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、特點和實際需求,，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)實現(xiàn)人員,、貨物,、車輛等目標的識別，WSN技術(shù)實現(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)綜合運用情境敏感、在線信息交互,、基于傳感器節(jié)點和RFID的目標搜索與定位等技術(shù),，在數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)支撐下，運用獨特的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu),，實現(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)是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(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，因而可以廣泛應(yīng)用于包括生產(chǎn),、物流,、交通、運輸,、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)的拓撲、信道的環(huán)境,、業(yè)務(wù)的模式隨節(jié)點的移動而動態(tài)改變[3-6],。

　　三、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　1,、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要組成部分

　　本文所設(shè)計的倉儲監(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,、區(qū)域監(jiān)控機,、信息匯集節(jié)點、電子標簽與普通傳感器節(jié)點等部分組成,。

　　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,，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫擴展功能;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：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：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：包括倉儲應(yīng)用節(jié)點(RFID讀寫器),、身份認證節(jié)點(RFID讀寫器),、特定目標監(jiān)控節(jié)點(RFID讀寫器/WSN中心節(jié)點)、環(huán)境監(jiān)控中心節(jié)點(WSN中心節(jié)點)等,。

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

　　除上述主要組成部分以外,，還配備了電子標簽與節(jié)點發(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

　　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)計了獨特的自適應(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：電子標簽或普通傳感器節(jié)點→庫區(qū)節(jié)點→通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器→本地管理機→應(yīng)用服務(wù)器→數(shù)據(jù)服務(wù)器,。電子標簽或普通傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，首先會在本地管理機進行匯總,、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,。本地管理機負責所轄區(qū)域內(nèi)的倉儲管理和庫區(qū)監(jiān)控,。本結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：由于本地管理機對數(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。

　　當本地管理機出現(xiàn)故障時,，信息傳輸線路為：電子標簽或普通傳感器節(jié)點→庫區(qū)節(jié)點→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通信,。一旦本地管理機異常,，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)進行監(jiān)控,。本地管理機恢復(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的相關(guān)數(shù)據(jù)下傳至本地管理機,，一旦中心服務(wù)器故障,，本地管理機可以根據(jù)最后一次更新的數(shù)據(jù)獨立工作，并將本區(qū)數(shù)據(jù)進行暫存,，當中心服務(wù)器恢復(fù)正常時,，再進行數(shù)據(jù)的更新與交互。

　　四,、軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

　　本系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖2所示,。由電子標簽、WSN節(jié)點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)點來滿足不同應(yīng)用子系統(tǒng)的需要,，并實現(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)點的設(shè)計

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

 

　　圖3 RFID讀寫器/WSN節(jié)點

　　六,、結(jié)束語

　　本文作者的創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾個方面：RFID技術(shù)和WSN技術(shù)的有機結(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，實現(xiàn)倉儲管理的信息全方位支持;運用情境敏感的在線信息交互技術(shù)提高人-機交互水平;采用獨特的自適應(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),。

　　實際應(yīng)用表明,，本文所設(shè)計的基于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、實時,、準確的信息采集和實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,。