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基于物联网的智能化物流仓储管理系统设计方案
文章来源：博能科技 发布时间：2017-09-27 访问量：人
1 引言
物联网被称为继计算机、互联网以后，世界信息产业第三次浪潮，目前很多个国家都在花巨资进行深入的研究。物联网是由多项信息技术融合而成新型的技术体系。随着物联网提出跟发展，"物联网促进物流智能化"已经被广泛关注。"基于物联网智能物流"包含三个基本的要点：一是如何部署更加的广泛、及时、准确信息采集技术;二是怎样把这些信息实现互联互通，既满足专用要求，也能够实现方便的开放和共享;三是信息如何管理、加工、应用，解决各种现实问题，把虚拟世界信息转化到实体世界的应用中来，也就是进入到了IBM 称之为"智慧地球"的时代。
在物流的领域看来，物联网只是技术的手段，目标是物流智能化。仓储管理是现代物流重要组成部分，试图通过对物联网研究设计一种新型高智能化仓储管理系统，为"智能物流"开展细节研究跟探索。
2 物联网
2.1 概念
在2005 年突尼斯举行的信息社会世界峰会上面，国际电信联盟(ITU)发布《互联网报告2005:物联网》一文，正式提出物联网概念。2009 年初，在美国总统奥巴马跟美国工商业领袖举行的会议上，IBM 首席执行官提出"智慧地球"概念，并且建议新政府投资新一代的智慧型基础设施，从此物联网概念进入国家的战略层，发达的国家也纷纷效仿，提出相应战略的对策。随即物联网概念也在中国升温，2009年8月温家宝总理指出，在国家重大科技专项中加快推进传感网的发展，尽快建立了"感知中国中心",2010 年物联网进入了人代会政府工作报告。
物联网被称为继计算机、互联网以后，世界信息产业第三次浪潮，目前很多个国家都在花巨资进行深入的研究。物联网是由多项信息技术融合而成新型的技术体系。随着物联网提出跟发展，"物联网促进物流智能化"已经被广泛关注。"基于物联网智能物流"包含三个基本的要点：一是如何部署更加的广泛、及时、准确信息采集技术;二是怎样把这些信息实现互联互通，既满足专用要求，也能够实现方便的开放和共享;三是信息如何管理、加工、应用，解决各种现实问题，把虚拟世界信息转化到实体世界的应用中来，也就是进入到了IBM 称之为"智慧地球"的时代。
在物流的领域看来，物联网只是技术的手段，目标是物流智能化。仓储管理是现代物流重要组成部分，试图通过对物联网研究设计一种新型高智能化仓储管理系统，为"智能物流"开展细节研究跟探索。
2 物联网
2.1 概念
在2005 年突尼斯举行的信息社会世界峰会上面，国际电信联盟(ITU)发布《互联网报告2005:物联网》一文，正式提出物联网概念。2009 年初，在美国总统奥巴马跟美国工商业领袖举行的会议上，IBM 首席执行官提出"智慧地球"概念，并且建议新政府投资新一代的智慧型基础设施，从此物联网概念进入国家的战略层，发达的国家也纷纷效仿，提出相应战略的对策。随即物联网概念也在中国升温，2009年8月温家宝总理指出，在国家重大科技专项中加快推进传感网的发展，尽快建立了"感知中国中心",2010 年物联网进入了人代会政府工作报告。
关于物联网概念很多解释，简言之：物联网是指通过射频识别的装置、红外感应器、全球定位的系统、激光扫描仪等信息的传感设备，按约定协议，把任何物品跟互联网连接，进行信息交换跟通信，能够实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理一种网络在这个网络当中，系统能够自动地、实时地对物体进行了识别、定位、追踪、监控并且触发相应事件。
2.2 技术体系
结合实际应用对物联网涉及核心技术进行归类跟的梳理，主要包括感知跟标识技术、网络跟通信技术、计算跟服务技术以及管理与支撑技术四大体系。 感知跟标识技术是物联网的基础，负责采集物理世界中发生物理事件和数据，实现外部世界信息的感知跟识别。网络是物联网信息传递跟服务支撑基础的设施，通过互联功能，实现了感知信息高可靠性、高安全性的传送;通信技术包括各种有线及无线通信，其中近距离的无线通信技术将是物联网研究重点。
海量感知信息的计算跟处理是物联网核心支撑，需要研究数据的融合、高效存储、语义集成、数据挖掘等关键的技术，攻克物联网"云计算"中虚拟化、网格计算、服务化跟智能化技术;服务与应用是物联网的最终价值体现，需要面向典型应用的需求，提炼核心共性支撑的技术，研究规范化、通用化服务体系结构及应用支撑环境、面向服务的计算技术等。管理跟支撑技术是保证物联网实现"可运行-可管理-可控制"的关键，包括测量分析、网络管理跟安全保障等方面。
结合实际应用对物联网涉及核心技术进行归类跟的梳理，主要包括感知跟标识技术、网络跟通信技术、计算跟服务技术以及管理与支撑技术四大体系。 感知跟标识技术是物联网的基础，负责采集物理世界中发生物理事件和数据，实现外部世界信息的感知跟识别。网络是物联网信息传递跟服务支撑基础的设施，通过互联功能，实现了感知信息高可靠性、高安全性的传送;通信技术包括各种有线及无线通信，其中近距离的无线通信技术将是物联网研究重点。
海量感知信息的计算跟处理是物联网核心支撑，需要研究数据的融合、高效存储、语义集成、数据挖掘等关键的技术，攻克物联网"云计算"中虚拟化、网格计算、服务化跟智能化技术;服务与应用是物联网的最终价值体现，需要面向典型应用的需求，提炼核心共性支撑的技术，研究规范化、通用化服务体系结构及应用支撑环境、面向服务的计算技术等。管理跟支撑技术是保证物联网实现"可运行-可管理-可控制"的关键，包括测量分析、网络管理跟安全保障等方面。
2.3 结构与原理
如图1 所示，物联网划分为感知层、网络层跟应用层3 层。其中感知层用于识别物体，采集信息;网络层用于传递跟处理感知层获取的信息;应用层跟各行各业的专业技术深度融合，实现了智能化的管理。
如图1 所示，物联网划分为感知层、网络层跟应用层3 层。其中感知层用于识别物体，采集信息;网络层用于传递跟处理感知层获取的信息;应用层跟各行各业的专业技术深度融合，实现了智能化的管理。
物品在生产完成的时候，贴上存储有电子产品代码(EPC)电子标签对物品属性来进行标识，同时将这个EPC 代码详细信息存储在EPC 信息服务系统服务器中。在运输、销售、使用、回收等任何的环节， 当某个读写器在读取范围内监测到标签的存在，就会将标签所含的EPC 数据传往与其相连中间件，中间件是以该EPC 数据为键值，在ONS 服务器获取包含该物品信息EPC 信息服务器的网络地址，然后中间件根据该地址查询的EPC信息服务器，获得物品特定的信息，并且将信息转换为适合网络传输处理的数据格式。再将物品的信息通过网络传输到了信息的处理中心，由处理中心利用应用程序完成更深层次计算处理。
3 系统设计
3.1 网络架构
针对仓储管理中存在物流信息处理效率低及出入库盘点不准确等问题，提出了一种基于物联网的仓储管理系统设计方案。方案中仓储管理物联网通过了RFID电子标签实现物品自动识别跟出入库，利用无线传感器网络对仓储车间进行了实时的监控，从而极大提高仓储管理的智能化水平。
针对仓储管理中存在物流信息处理效率低及出入库盘点不准确等问题，提出了一种基于物联网的仓储管理系统设计方案。方案中仓储管理物联网通过了RFID电子标签实现物品自动识别跟出入库，利用无线传感器网络对仓储车间进行了实时的监控，从而极大提高仓储管理的智能化水平。
3.2 系统流程
仓储管理系统工作的流程包括入库、出库、移库、盘点、拣选跟分发等环节。系统采用了国际上最先进无线射频身份识别技术(RFID)，为每件物品提供了一个惟一标志码(EPC 代码)，并且在服务器中存储货物的相关属性的信息，从而使系统可以自动识别物品，能够对物品进行跟踪和监控。另外，仓储车间还安装很多摄像头或视频传感器及温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等构成无线传感器网络，并且使其基本覆盖所有盲区，这样工作人员能够在监控中心随时了解仓储车间的情况，并且及时处理。这样就在高效、准确、快捷基础上，进一步的提高了仓储管理安全性。
仓储管理系统工作的流程包括入库、出库、移库、盘点、拣选跟分发等环节。系统采用了国际上最先进无线射频身份识别技术(RFID)，为每件物品提供了一个惟一标志码(EPC 代码)，并且在服务器中存储货物的相关属性的信息，从而使系统可以自动识别物品，能够对物品进行跟踪和监控。另外，仓储车间还安装很多摄像头或视频传感器及温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等构成无线传感器网络，并且使其基本覆盖所有盲区，这样工作人员能够在监控中心随时了解仓储车间的情况，并且及时处理。这样就在高效、准确、快捷基础上，进一步的提高了仓储管理安全性。
3.3 系统组成
结合上述的分析，智能仓储物联网主要是由仓储物品识别、信息采集的处理、仓储物品的监控、后台信息服务器、本地数据库的服务器、业务系统六大模块的组成。
在仓储物品识别的模块，系统采用了EPC 代码作为物品的惟一的标志码，为每个物品贴上了一个具有EPC 的RFID 标签。标签是由存入EPC 的硅芯片跟天线组成，附在被标志物品上面，EPC 代码内含有一串数字代表物品ID、类别、名称、供应商、生产日期、产地、入库时间、货架号等信息，信息存储在后台EPC-IS 服务器数据库中。同时，随着物品在仓库内外转移或变化，这些数据能够得到实时地更新。
在信息采集处理的模块，通过RFID 数据采集接口获取物品详细信息从而进行处理。当物品通过仓储车间入口的时候，由设置在仓库入口物品标签读写器读取物品的EPC 代码，然后根据物品EPC 代码访问后台EPC-IS 的服务器，获得物品详细信息，并且将相关信息保存到本地数据库，最后交由信息处理模块进行的处理。仓储车间入口处能够安装多部读写器进行分类的处理，还应为不可读标签提供手动大的编码区。
结合上述的分析，智能仓储物联网主要是由仓储物品识别、信息采集的处理、仓储物品的监控、后台信息服务器、本地数据库的服务器、业务系统六大模块的组成。
在仓储物品识别的模块，系统采用了EPC 代码作为物品的惟一的标志码，为每个物品贴上了一个具有EPC 的RFID 标签。标签是由存入EPC 的硅芯片跟天线组成，附在被标志物品上面，EPC 代码内含有一串数字代表物品ID、类别、名称、供应商、生产日期、产地、入库时间、货架号等信息，信息存储在后台EPC-IS 服务器数据库中。同时，随着物品在仓库内外转移或变化，这些数据能够得到实时地更新。
在信息采集处理的模块，通过RFID 数据采集接口获取物品详细信息从而进行处理。当物品通过仓储车间入口的时候，由设置在仓库入口物品标签读写器读取物品的EPC 代码，然后根据物品EPC 代码访问后台EPC-IS 的服务器，获得物品详细信息，并且将相关信息保存到本地数据库，最后交由信息处理模块进行的处理。仓储车间入口处能够安装多部读写器进行分类的处理，还应为不可读标签提供手动大的编码区。
在仓储物品监控模块，通过在仓储车间内外布置一系列传感器，包括视频传感器、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等，使基本覆盖所有的盲区，自组织构成了一个无线传感器网络，通过该网络跟Internet 及业务系统的互联，使工作人员能够在监控中心随时了解仓储车间内外的各类情况，以便及时的处理。
后台信息服务器用于存储物品详细信息，如物品ID、类别、名称、入库时间等，并且能实时地响应远程应用程序的请求，允许通过物品EPC 码对物品信息来进行查询。
本地数据库服务器用于存储信息采集处理模块所获得物品信息，方便在业务系统中查询跟维护。仓储工作人员可以通过无线设备或Web 客户端随时随地查询物品当前状态。
业务系的功能除了出入库管理外主要就是在库管理，在库管理包括在库物品的保管、在库物品查询、在库物品盘点等作业。在库物品查询、在库物品盘点作业过程中都采用RFID 技术。
后台信息服务器用于存储物品详细信息，如物品ID、类别、名称、入库时间等，并且能实时地响应远程应用程序的请求，允许通过物品EPC 码对物品信息来进行查询。
本地数据库服务器用于存储信息采集处理模块所获得物品信息，方便在业务系统中查询跟维护。仓储工作人员可以通过无线设备或Web 客户端随时随地查询物品当前状态。
业务系的功能除了出入库管理外主要就是在库管理，在库管理包括在库物品的保管、在库物品查询、在库物品盘点等作业。在库物品查询、在库物品盘点作业过程中都采用RFID 技术。
4 系统实现
4.1 RFID 标签及读写器
在智能仓储物联网中，针对仓储物品识别跟信息采集处理两个模块应用的需求，建议采用西门子的研发适用于物流、仓储跟配送智能无线射频识别系统--SIMATIC RFID 系统。这个系统能够将数据直接存储到附在产品上的标签当中，可靠、快速、经济地读写数据;而且MOBY 系列标签通信的速率快、抗干扰性强，具有不同的存储容量、不同环境耐受条件的移动存储单元，有不同读/写距离和数据传输速率，根据具体应用需求可选择配合不同接口模块使用，能够以不同的通信方式和业务控制系统进行通信。
具体应用中能够在仓库入口和出口处各定点安装了2-4 套SIMATIC RF 系列读写器，用于实现了入/出库操作;在仓库内部再配置2-4 套移动的读写器，用于仓储盘点跟物品拣选。
在智能仓储物联网中，针对仓储物品识别跟信息采集处理两个模块应用的需求，建议采用西门子的研发适用于物流、仓储跟配送智能无线射频识别系统--SIMATIC RFID 系统。这个系统能够将数据直接存储到附在产品上的标签当中，可靠、快速、经济地读写数据;而且MOBY 系列标签通信的速率快、抗干扰性强，具有不同的存储容量、不同环境耐受条件的移动存储单元，有不同读/写距离和数据传输速率，根据具体应用需求可选择配合不同接口模块使用，能够以不同的通信方式和业务控制系统进行通信。
具体应用中能够在仓库入口和出口处各定点安装了2-4 套SIMATIC RF 系列读写器，用于实现了入/出库操作;在仓库内部再配置2-4 套移动的读写器，用于仓储盘点跟物品拣选。
4.2 RFID 中间件及数据过滤
博能科技提供了一体化的软件解决方案，但是并不适用于本系统物联网的物流仓储管理应用，因此需要设计一种针对系统实用的RFID中间件。
中间件功能的模块包括：RFID 读写器接口模块、逻辑读写器映射模块、RFID 数据过滤模块、设备管理的模块、业务系统的接口模块，如图4 所示。其中：RFID读写器接口是用于中间件跟RFID 读写器的数据通信，主要获取RFID 数据及下达设备管理模块的读写器指令;设备管理模块用于调整RFID 读写设备工作状态，配置相应的接口参数等;逻辑读写器映射模块用于将多个物理读写器或者读写器的多条天线映射成为一个逻辑读写器。一个逻辑读写器代表一个有具体含义的数据采集点，并且不管该采集点在物理上由多少个读写器跟天线组成。它屏蔽了数据采集点的具体实现方式，减少数据过滤等上层模块与下层数据采集部分的软件的耦合度。对于上层业务的系统来说，只有逻辑读写器，所以逻辑读写器映射模块对RFID 数据有初步的过滤功能。
博能科技提供了一体化的软件解决方案，但是并不适用于本系统物联网的物流仓储管理应用，因此需要设计一种针对系统实用的RFID中间件。
中间件功能的模块包括：RFID 读写器接口模块、逻辑读写器映射模块、RFID 数据过滤模块、设备管理的模块、业务系统的接口模块，如图4 所示。其中：RFID读写器接口是用于中间件跟RFID 读写器的数据通信，主要获取RFID 数据及下达设备管理模块的读写器指令;设备管理模块用于调整RFID 读写设备工作状态，配置相应的接口参数等;逻辑读写器映射模块用于将多个物理读写器或者读写器的多条天线映射成为一个逻辑读写器。一个逻辑读写器代表一个有具体含义的数据采集点，并且不管该采集点在物理上由多少个读写器跟天线组成。它屏蔽了数据采集点的具体实现方式，减少数据过滤等上层模块与下层数据采集部分的软件的耦合度。对于上层业务的系统来说，只有逻辑读写器，所以逻辑读写器映射模块对RFID 数据有初步的过滤功能。
RFID 采集原始数据量非常大，在实际应用之中，根据具体配置的不同，每台读写器每秒能够上报数个至数十个不等的电子标签的数据，如重复多次扫描同一个电子标签，但是其中只有少部分是对用户有意义、非重复性数据，这样大量数据如果不经过去冗等处理而直接的上传，将会给整个RFID系统带来很大负担。因此，系统采用数据采集事件编码方法对RFID 采集数据进行过滤处理。首先对电子标签状态改变进行了编码，定义标签出现状态编码为0,标签状态消失编码为1;然后加入计时器机制，对计时器有效时间内同一标签的状态跳变进行忽略，从而在状态定义跟时间维度两个方面对数据进行去重化。这个方法能够很好地消除冗余数据，减少上层系统负荷。
4.3 传感器、微处理器、通信芯片以及协议
在智能仓储物联网之中，针对仓储物品监控模块应用的需求，采用Zigbee 无线传感器网络跟有线网络相结合并与局域网、互联网相连设计思路实现了整个仓储车间的物品监控。具有功耗极低、系统简单、组网方式灵活、成本低、低等待时间等性质，适用于此类监控系统设计。
出于节能考虑，仓储物品监控模块的数据采集应要求传感器体积小、低功耗、外围电路简单，最好采用不需要信号调理电路数字式传感器。主控单元建议采用单片机。无线通信模块建议采用CC1000 芯片与微控器及一些外围无源元件一起构成的。
在智能仓储物联网之中，针对仓储物品监控模块应用的需求，采用Zigbee 无线传感器网络跟有线网络相结合并与局域网、互联网相连设计思路实现了整个仓储车间的物品监控。具有功耗极低、系统简单、组网方式灵活、成本低、低等待时间等性质，适用于此类监控系统设计。
出于节能考虑，仓储物品监控模块的数据采集应要求传感器体积小、低功耗、外围电路简单，最好采用不需要信号调理电路数字式传感器。主控单元建议采用单片机。无线通信模块建议采用CC1000 芯片与微控器及一些外围无源元件一起构成的。
4.4 业务系统
业务系统是基于Internet 环境，采用B/S 模式进行开发。如图5 所示，在Java EE 平台上设计并且实现的业务系统包括RFID 通信管理、物品的入库管理、物品的出库管理、物品在库管理(包括在库物品监控、查询跟盘点)、货位优化管理、合同管理、报表管理、费用管理、系统管理等模块。从而使整个基于物联网技术仓储管理系统无缝的连接，彻底实现信息的采集、仓储物品识别、仓储物品的监控、后台服务器维护以及本地数据库维护等功能。
5 结束语
智能仓储物联网解决传统仓储管理过程中物流信息处理效率低及出入库盘点不准确等问题，系统在出入库、监控、盘点、拣货等方面有快速、便捷、准确、高效以及高度自动化等优点。在现代物流的领域，物联网体现出其积极的促进作用。通过该系统分析跟实现，形成了一种利用物联网进行物流仓储管理的新型实用的设计方法。能够结合本文的部分基础理论知识跟具体系统架构方法进行深入研究跟探讨，在切实理解物联网原理跟技术特点的基础上，进一步促进在诸多领域的更广应用和更大发展。由于物联网要求所有的物品都贴上具有一定成本电子标签，而且不断的壮大的物联网会频繁招至各类病毒攻击，因此物联网在仓储物流等诸多领域应用的方面，怎样降低系统成本、提高网络的安全性，还需要进一步的深入研究。
业务系统是基于Internet 环境，采用B/S 模式进行开发。如图5 所示，在Java EE 平台上设计并且实现的业务系统包括RFID 通信管理、物品的入库管理、物品的出库管理、物品在库管理(包括在库物品监控、查询跟盘点)、货位优化管理、合同管理、报表管理、费用管理、系统管理等模块。从而使整个基于物联网技术仓储管理系统无缝的连接，彻底实现信息的采集、仓储物品识别、仓储物品的监控、后台服务器维护以及本地数据库维护等功能。
5 结束语
智能仓储物联网解决传统仓储管理过程中物流信息处理效率低及出入库盘点不准确等问题，系统在出入库、监控、盘点、拣货等方面有快速、便捷、准确、高效以及高度自动化等优点。在现代物流的领域，物联网体现出其积极的促进作用。通过该系统分析跟实现，形成了一种利用物联网进行物流仓储管理的新型实用的设计方法。能够结合本文的部分基础理论知识跟具体系统架构方法进行深入研究跟探讨，在切实理解物联网原理跟技术特点的基础上，进一步促进在诸多领域的更广应用和更大发展。由于物联网要求所有的物品都贴上具有一定成本电子标签，而且不断的壮大的物联网会频繁招至各类病毒攻击，因此物联网在仓储物流等诸多领域应用的方面，怎样降低系统成本、提高网络的安全性，还需要进一步的深入研究。
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