基于RFID的物流跟踪和通信信息系统设计与实现

在物流供应链管理中，RFID标签可用于整个供应链过程的物料和产品跟踪。从供应商供货到生产、仓储、配送、运输和销售。生产企业，在制造单元(如车间)，要求确保有序和正确的生产流程；在仓储单元，要求原材料和产品(半成品和成品)准确地分类和放置。为了确保产品质量，原材料、半成品要经过加工、包装、标记、放置和保存在仓库，并且经过车间的制造环节，生产出成品，然后返回仓储。在每一个流程，要求将标签附着在物料的生产和储放单元上，以避免产品信息丢失而发生错误。因此需要利用现代定位、通信技术建立符合现代物流供应链要求和发展的全时域、全空域、全天候的物流跟踪和通信信息系统(Logisticstrackingandcommunicationsinformationsystems，简称LTCIS)。

2 物流跟踪信息系统LTIS(1ogisticstrackinginformationsystems)

        LTIS用于跟踪和记录产品计划、车间生产、仓储管理、装卸、远程运输等物流单元中物料(原材料和产品)、仓储及运输工具的流通信息。

        2.1  LTlS的体系结构

        RFID可识别和跟踪具体物料，能实现物流和信息流的关联和同步。要跟踪标签和用标签所粘贴的对象，就必须记录物料的流通历史。LTIS利用标签的剩余内存，对64、96或256位的电子产品码(EPC)不能包含的跟踪信息进行实时存储和更新。为此设计了三个重要的表格，分别是标签、物流跟踪、历史作业的表格。这些表格记录物料的流通历史与现状。LTIS硬件由标签、固定的阅读器、便携式阅读器、分布在不同地方的工作站、固定的一系列应用服务器、RFID中间件服务器、web服务器和数据库服务器、Wi—FiLAN、GPS终端组成。图1显示了LTIS解决方案的体系结构。

        为了平衡工作量，使网络更新和维护更加方便，并符合现有物流企业的内部网和数据库标准，LTIS软件采用分布式3级客户端／服务器架构系统。另外将浏览器／服务器结构作为一项额外的解决方案。

         LTIS软件包括6个功能单元：原材料和半成品加工子系统；仓库监控子系统；物料跟踪子系统；系统管理子系统；物料单位与物流单元Wi—Fi定位子系统；物流运输单元GPS定位导航系统。

        2.2  Wi—Fi／GPS／RFID方案的LTIS

        由于物流作业空间十分广阔，或者像物流运输单元那样，远离基地，工作环境封闭，这给绝大多数传统的RFID方案造成了应用上的障碍。开发一套可实时提供货物和设备位置的RFID阅读器基础设施过于昂贵，且要求在作业区域安装天线。为此，本文设计Wi—Fi／GPS／RFID方案的LTIS。这套系统类似AeroScoutu新推出的UnifiedAssetVisibility(UAV)方案。Wi—Fi／GPS／RFID方案能够满足在广阔的区域内定位物料单位和物流单元的位置，即便在Wi—Fi接人点分布稀少的边远地区也能满足定位要求。

        LTIS的Wi—Fi／GPS／RFID方案通过结合GPS和Wi—Fi有源RFID标签提供一种解决方案。通过软件可以让用户根据多个标准802.11Wi—Fi接人点接收标签信号的强弱来定位贴标物品，接人点也作为RFID阅读器。当标签距离太远时，它的信号无法被至少三个Wi—Fi接人点收到时，标签内嵌的GPS接收器可判断其经纬度，接着通过Wi—Fi信号发送数据。

        当在GPS或Wi—Fi模式下工作时，标签可以被定位到510in内。然而，GPS并不能在所有环境下工作。有些物流单元是封闭的，无法接收卫星发射。各个物流单元需要一定数量的Wi—Fi接人点，该网络可以接收物流单元内任何位置标签发出的信号。

         对定位目标贴标签。标签需要内含Wi—Fi和RFID芯片、天线、GPS芯片、动作感应器和电池。

          当接收到作业任务时，员工判断完成这项任务需要什么工具，并在Wi～Fi／GPS／RFID方案的LTIS软件独立系统上输入设备的名称。软件接着展示这个物流单元的平面图，图上图标指示物品位置。系统也可以按选定的分类，搜寻所有的设备。

        标签以设定的间隔发送ID码和GPS数据。由于标签内嵌有移动感应器，当设备静止时，信号的发送频率会比移动要低。

        最终计划是将Wi—Fi／GPS／RFID系统集成进现有的库存管理，并扩展到所有的物流单元，应用于更大面积的物流场所，如机场和港口等。

        2.3  LTIS的设计与实现

        在LTIS中，应用程序直接与硬件设备连接进行通信。Wi—Fi／GPS／RFID系统包括设备、应用程序和RFID中间件。为了确保系统的稳定性，设计另外的应用程序连接RFID读写器与客户端应用程序，作为如果RFID中间件服务器失败的备用解决方案。但需要调用本地动态链接库。

        (1)应用程序与RFID阅读器之间的通信。由于工作频率不同，有四种类型的RFID设备。在物料种类繁杂、工作环境比较复杂的物流企业，考虑到处理速度和频谱允许的范围，根据物流作业的要求需要灵活选用。在物流单元中，选择固定式RFID阅读器模块，如德州仪器(TI)产的$6500远距离阅读器模块，它可以满足所有的射频和数字功能要求，能与各种供应商供应的Tag—itHF，Tag-itTMHF—I(国际标准化组织15693标准)和所有其他的ISO15693标准进行通信。

        本文使用两种方法与阅读器通信。一种是客户端计算机上带有$6500阅读器的应用软件通过连接本地动态链接库来通信。TI提供程序库feisc.dll和fecom.du。如图2。

        另一种是安装一个用于连接阅读器和客户端应用程序的RFID中间件。上述动态链接库文件(fecom.dll和feisc.du)用Microsoft基础类写。使用Java，采用调用本地链接库的方法，用VisualC++并依据Java本地接口(JNI)的标准设计中间件。RFID中间件基于三个部分：阅读界面组件，事件管理组件，应用程序管理的组成部分。结构如图3。

         RFID阅读器的应用需通过RFID中间件服务器，它可以支持分布式的网络应用。它使来自不同供应商的异构RFID阅读器兼容，并使应用独立于特定的硬件和语言环境。便携式RFID阅读器可以阅读和查阅存储在标签上的信息。便携式RFID设备是由RFID读写器模块和智能终端构成的。他们通过RS232或其他接口来连接。

         (2)Wi—Fi／GPS／RFID的实施

        ①RFID智能设备包括3个部分：RFID数据信息采集单元；数据承载单元；信息传递单元。

        通过这3个单元，将RFID智能设备整合在智能终端上。其中可以选择的平台包括WindowsMobile，WindowsPocketPC(windowsCE)，AndroidOS，LinuxOS。智能设备将按照系统管理中心提供的数据指令，完成数据的采集和实时更新。数据单元结构如图5。

        最底层为操作系统和硬件配置，可以选择WindowsMobile，CE，Linux，Android以及symbian系统。可以选择的硬件供应商包括：TI、Qualcomm、Freescale、Samsung、MTK、Broad—com、MarvelandIntel。

        目前，这些智能的终端设备很容易在市场中找到，只需要将系统中标准的C和c++源码或者RFID的使用套件以及接口开发给这些硬件设备即可。

        数据承载单元包括目前国内市场使用的主流通信单元，包括GSM、WCDMA、CDMA、TD技术，以及Wifi技术。这些技术可以为智能终端设备提供实时的数据交换环境，可以做到需要的时候调用相应的数据通信单元。

        RFID单元负责标识硬件设备的相关信息。智能终端负责维护所在位置的RFID信息的收集和处理。由于有操作系统的介入，数据终端负责所有任务的协调和上报。

        ②Example。每件货物有RFID标签；智能设备负责收集当前区域的货物信息，并提供统计和上报功能，一般物流人员能了解货物情况(在物流条件下，智能设备需要放置在物流运载工具上)；车上有200件货物，智能终端设备能够读取这些数据，并按照系统的指示实时更新数据给总部的服务器。

        2.4智能设备能够完成的基本功能

        (1)查询服务。在公司提供的网络平台上，可给普通客户查询的功能，包括物流状态(发货、物流起始地点等传统信息)。

        (2)追踪功能。其中对于固定伙伴客户或大客户，增加GPS位置信息的上报，可以让客户随时了解货物的位置。(当系统发出指令后，智能设备会把RFID信息以及Wifi、GPS定位信息传递给公司平台。)

        (3)定时上报的功能。设备能够按照系统预先的设定，在货物到达指定GPS信息点或者固定的wifi区域时，实时激发短信提醒和邮件提醒功能。将预订的信息实时传递给预约的客户。

        (4)拓展功能。设备可以整合目前物流公司的系统平台，将用户终端界面延伸到智能设备上(类似笔记本功能)。操作者可以通过权限，管理和更新公司的物流数据。

        拓展功能包括：对于专业客户，提供继续智能终端的高层次开发，包括数据采集、数据更新、路况服务、视频服务等。

3 物流跟踪和通信信息系统LTCIS

        Wi—Fi、GPRS、INMARSAT、Intenet都是技术成熟的通信信息系统，有着独立的通信制式和网络结构。在物流运输单元与供应链其它物流单元，尤其是与中央控制信息中心的信息传递和数据交换方面，发挥着既独立又相辅相成的作用。通过彼此的耦合和组网，建立可靠实用的物流通信信息系统(LCIS)，成为连接物料跟踪信息系统、物流跟踪定位导航系统和中央控制系统的天线和信息高速公路。LTIS(Wi—Fi／RFID／GPS)、LCIS(Wi—Fi／GPRS／INMARSAT)、MIS(ManagementIn,formationSystem)几个系统通过通信制式的耦合，实现组网，建立LT—CIS，在技术上是没有障碍的。LTCIS的体系结构如图6。

4 结论

        本文提出了一种集成RFID、GPS和Wi—Fi的物流跟踪信息系统的解决方案。并以此为基础，结合最新通信技术，构想出全天候、全时空的LTCIS网络。对物流企业供应链的衔接、畅通和全球化管理，是一个很好的启示和尝试。