基于LTIS技術(shù)的物流跟蹤和通信信息系統(tǒng)

1 引言

在物流供應(yīng)鏈管理中，RFID標(biāo)簽可用于整個供應(yīng)鏈過程的物料和產(chǎn)品跟蹤。從供應(yīng)商供貨到生產(chǎn)、倉儲、配送、運(yùn)輸和銷售。生產(chǎn)企業(yè)，在制造單元(如車間)，要求確保有序和正確的生產(chǎn)流程；在倉儲單元，要求原材料和產(chǎn)品(半成品和成品)準(zhǔn)確地分類和放置。為了確保產(chǎn)品質(zhì)量，原材料、半成品要經(jīng)過加工、包裝、標(biāo)記、放置和保存在倉庫，并且經(jīng)過車間的制造環(huán)節(jié)，生產(chǎn)出成品，然后返回倉儲。在每一個流程，要求將標(biāo)簽附著在物料的生產(chǎn)和儲放單元上，以避免產(chǎn)品信息丟失而發(fā)生錯誤。因此需要利用現(xiàn)代定位、通信技術(shù)建立符合現(xiàn)代物流供應(yīng)鏈要求和發(fā)展的全時域、全空域、全天候的物流跟蹤和通信信息系統(tǒng)(Logisticstrackingandcommunicationsinformationsystems，簡稱LTCIS)。

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

LTIS用于跟蹤和記錄產(chǎn)品計劃、車間生產(chǎn)、倉儲管理、裝卸、遠(yuǎn)程運(yùn)輸?shù)任锪鲉卧形锪?原材料和產(chǎn)品)、倉儲及運(yùn)輸工具的流通信息。

2.1 LTlS的體系結(jié)構(gòu)

RFID可識別和跟蹤具體物料，能實現(xiàn)物流和信息流的關(guān)聯(lián)和同步。要跟蹤標(biāo)簽和用標(biāo)簽所粘貼的對象，就必須記錄物料的流通歷史。LTIS利用標(biāo)簽的剩余內(nèi)存，對64、96或256位的電子產(chǎn)品碼(EPC)不能包含的跟蹤信息進(jìn)行實時存儲和更新。為此設(shè)計了三個重要的表格，分別是標(biāo)簽、物流跟蹤、歷史作業(yè)的表格。這些表格記錄物料的流通歷史與現(xiàn)狀。LTIS硬件由標(biāo)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(yīng)用服務(wù)器、RFID中間件服務(wù)器、web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Wi—FiLAN、GPS終端組成。圖1顯示了LTIS解決方案的體系結(jié)構(gòu)。

為了平衡工作量，使網(wǎng)絡(luò)更新和維護(hù)更加方便，并符合現(xiàn)有物流企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，LTIS軟件采用分布式3級客戶端／服務(wù)器架構(gòu)系統(tǒng)。另外將瀏覽器／服務(wù)器結(jié)構(gòu)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(tǒng)；倉庫監(jiān)控子系統(tǒng)；物料跟蹤子系統(tǒng)；系統(tǒng)管理子系統(tǒng)；物料單位與物流單元Wi—Fi定位子系統(tǒng)；物流運(yùn)輸單元GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)。

2.2 Wi—Fi／GPS／RFID方案的LTIS

由于物流作業(yè)空間十分廣闊，或者像物流運(yùn)輸單元那樣，遠(yuǎn)離基地，工作環(huán)境封閉，這給絕大多數(shù)傳統(tǒng)的RFID方案造成了應(yīng)用上的障礙。開發(fā)一套可實時提供貨物和設(shè)備位置的RFID閱讀器基礎(chǔ)設(shè)施過于昂貴，且要求在作業(yè)區(qū)域安裝天線。為此，本文設(shè)計Wi—Fi／GPS／RFID方案的LTIS。這套系統(tǒng)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(qū)域內(nèi)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(yuǎn)地區(qū)也能滿足定位要求。

LTIS的Wi—Fi／GPS／RFID方案通過結(jié)合GPS和Wi—Fi有源RFID標(biāo)簽提供一種解決方案。通過軟件可以讓用戶根據(jù)多個標(biāo)準(zhǔn)802.11Wi—Fi接人點接收標(biāo)簽信號的強(qiáng)弱來定位貼標(biāo)物品，接人點也作為RFID閱讀器。當(dāng)標(biāo)簽距離太遠(yuǎn)時，它的信號無法被至少三個Wi—Fi接人點收到時，標(biāo)簽內(nèi)嵌的GPS接收器可判斷其經(jīng)緯度，接著通過Wi—Fi信號發(fā)送數(shù)據(jù)。

當(dāng)在GPS或Wi—Fi模式下工作時，標(biāo)簽可以被定位到510in內(nèi)。然而，GPS并不能在所有環(huán)境下工作。有些物流單元是封閉的，無法接收衛(wèi)星發(fā)射。各個物流單元需要一定數(shù)量的Wi—Fi接人點，該網(wǎng)絡(luò)可以接收物流單元內(nèi)任何位置標(biāo)簽發(fā)出的信號。

對定位目標(biāo)貼標(biāo)簽。標(biāo)簽需要內(nèi)含Wi—Fi和RFID芯片、天線、GPS芯片、動作感應(yīng)器和電池。

當(dāng)接收到作業(yè)任務(wù)時，員工判斷完成這項任務(wù)需要什么工具，并在Wi～Fi／GPS／RFID方案的LTIS軟件獨(dú)立系統(tǒng)上輸入設(shè)備的名稱。軟件接著展示這個物流單元的平面圖，圖上圖標(biāo)指示物品位置。系統(tǒng)也可以按選定的分類，搜尋所有的設(shè)備。

標(biāo)簽以設(shè)定的間隔發(fā)送ID碼和GPS數(shù)據(jù)。由于標(biāo)簽內(nèi)嵌有移動感應(yīng)器，當(dāng)設(shè)備靜止時，信號的發(fā)送頻率會比移動要低。

最終計劃是將Wi—Fi／GPS／RFID系統(tǒng)集成進(jìn)現(xiàn)有的庫存管理，并擴(kuò)展到所有的物流單元，應(yīng)用于更大面積的物流場所，如機(jī)場和港口等。

2.3 LTIS的設(shè)計與實現(xiàn)

在LTIS中，應(yīng)用程序直接與硬件設(shè)備連接進(jìn)行通信。Wi—Fi／GPS／RFID系統(tǒng)包括設(shè)備、應(yīng)用程序和RFID中間件。為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，設(shè)計另外的應(yīng)用程序連接RFID讀寫器與客戶端應(yīng)用程序，作為如果RFID中間件服務(wù)器失敗的備用解決方案。但需要調(diào)用本地動態(tài)鏈接庫。

(1)應(yīng)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(shè)備。在物料種類繁雜、工作環(huán)境比較復(fù)雜的物流企業(yè)，考慮到處理速度和頻譜允許的范圍，根據(jù)物流作業(yè)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(chǎn)的$6500遠(yuǎn)距離閱讀器模塊，它可以滿足所有的射頻和數(shù)字功能要求，能與各種供應(yīng)商供應(yīng)的Tag—itHF，Tag-itTMHF—I(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織15693標(biāo)準(zhǔn))和所有其他的ISO15693標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(jī)上帶有$6500閱讀器的應(yīng)用軟件通過連接本地動態(tài)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(yīng)用程序的RFID中間件。上述動態(tài)鏈接庫文件(fecom.dll和feisc.du)用Microsoft基礎(chǔ)類寫。使用Java，采用調(diào)用本地鏈接庫的方法，用VisualC++并依據(jù)Java本地接口(JNI)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(yīng)用程序管理的組成部分。結(jié)構(gòu)如圖3。

RFID閱讀器的應(yīng)用需通過RFID中間件服務(wù)器，它可以支持分布式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。它使來自不同供應(yīng)商的異構(gòu)RFID閱讀器兼容，并使應(yīng)用獨(dú)立于特定的硬件和語言環(huán)境。便攜式RFID閱讀器可以閱讀和查閱存儲在標(biāo)簽上的信息。便攜式RFID設(shè)備是由RFID讀寫器模塊和智能終端構(gòu)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(shè)備包括3個部分：RFID數(shù)據(jù)信息采集單元；數(shù)據(jù)承載單元；信息傳遞單元。

通過這3個單元，將RFID智能設(shè)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(shè)備將按照系統(tǒng)管理中心提供的數(shù)據(jù)指令，完成數(shù)據(jù)的采集和實時更新。數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)如圖5。

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

目前，這些智能的終端設(shè)備很容易在市場中找到，只需要將系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)的C和c++源碼或者RFID的使用套件以及接口開發(fā)給這些硬件設(shè)備即可。

數(shù)據(jù)承載單元包括目前國內(nèi)市場使用的主流通信單元，包括GSM、WCDMA、CDMA、TD技術(shù)，以及Wifi技術(shù)。這些技術(shù)可以為智能終端設(shè)備提供實時的數(shù)據(jù)交換環(huán)境，可以做到需要的時候調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)通信單元。

RFID單元負(fù)責(zé)標(biāo)識硬件設(shè)備的相關(guān)信息。智能終端負(fù)責(zé)維護(hù)所在位置的RFID信息的收集和處理。由于有操作系統(tǒng)的介入，數(shù)據(jù)終端負(fù)責(zé)所有任務(wù)的協(xié)調(diào)和上報。

②Example。每件貨物有RFID標(biāo)簽；智能設(shè)備負(fù)責(zé)收集當(dāng)前區(qū)域的貨物信息，并提供統(tǒng)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(shè)備需要放置在物流運(yùn)載工具上)；車上有200件貨物，智能終端設(shè)備能夠讀取這些數(shù)據(jù)，并按照系統(tǒng)的指示實時更新數(shù)據(jù)給總部的服務(wù)器。

2.4智能設(shè)備能夠完成的基本功能

(1)查詢服務(wù)。在公司提供的網(wǎng)絡(luò)平臺上，可給普通客戶查詢的功能，包括物流狀態(tài)(發(fā)貨、物流起始地點等傳統(tǒng)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(dāng)系統(tǒng)發(fā)出指令后，智能設(shè)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(shè)備能夠按照系統(tǒng)預(yù)先的設(shè)定，在貨物到達(dá)指定GPS信息點或者固定的wifi區(qū)域時，實時激發(fā)短信提醒和郵件提醒功能。將預(yù)訂的信息實時傳遞給預(yù)約的客戶。

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

拓展功能包括：對于專業(yè)客戶，提供繼續(xù)智能終端的高層次開發(fā)，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)更新、路況服務(wù)、視頻服務(wù)等。

3 物流跟蹤和通信信息系統(tǒng)LTCIS

Wi—Fi、GPRS、INMARSAT、Intenet都是技術(shù)成熟的通信信息系統(tǒng)，有著獨(dú)立的通信制式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在物流運(yùn)輸單元與供應(yīng)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(shù)據(jù)交換方面，發(fā)揮著既獨(dú)立又相輔相成的作用。通過彼此的耦合和組網(wǎng)，建立可靠實用的物流通信信息系統(tǒng)(LCIS)，成為連接物料跟蹤信息系統(tǒng)、物流跟蹤定位導(dǎo)航系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)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(tǒng)通過通信制式的耦合，實現(xiàn)組網(wǎng)，建立LT—CIS，在技術(shù)上是沒有障礙的。LTCIS的體系結(jié)構(gòu)如圖6。

4 結(jié)論

本文提出了一種集成RFID、GPS和Wi—Fi的物流跟蹤信息系統(tǒng)的解決方案。并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合最新通信技術(shù)，構(gòu)想出全天候、全時空的LTCIS網(wǎng)絡(luò)。對物流企業(yè)供應(yīng)鏈的銜接、暢通和全球化管理，是一個很好的啟示和嘗試。