ZigBee與RFID在物流管理系統(tǒng)的應用
一、應用需求
數字化管理是提高物流管理水平的關鍵所在,然而,對物流管理而言,數字化管理的概念應該包括,A. 所運貨物單據管理電子化(包括建擋和傳輸);B. 貨物在運輸途中位置的信息化。前者,主要是通過讀取所運貨物的識別碼(條碼或RFID)的方式來實現的;而后者則是通過GPS定位系統(tǒng),和無線移動網絡來實現。因此在物流管理系統(tǒng)的數據采集和傳輸來說,保證有效數據識別和數據的傳輸是整個系統(tǒng)的關鍵所在。
二、行業(yè)現狀
對條碼標簽和RFID,許多人應該都非常熟悉,前者使用的是光掃描,掃描器和條碼之間,不能有任何物理遮擋;后者使用的“電磁場掃描“,兩者之間可以有遮擋。但歸根到底,兩者所讀取的數據,都僅僅是一個身份碼而已。真正的數據資料,必須通過讀碼器所讀出的身份碼,到預先建立好的數據庫中進行查閱。其次,由于條碼和RFID的讀取方式,都是通過條碼和RFID標簽微弱的反射或被動耦合的信號來實現的(那些有源和可儲存少量數據的RFID實際已經超出RFID本身的定義范圍),因而讀取距離都非常有限。另外,由于這兩種標簽本身都不儲存數據,信號讀取器必須要與數據庫相連,因而靈活性差。這些局限性,大大限制了它的作用的發(fā)揮。
因此基于ZIGBEE和RFID結合的物流管理系統(tǒng),是基于通信領域一種最新無線通信技術Zigbee和RFID結合使用的一種應用系統(tǒng)。它的主要特點如下:遠距離信息讀??;自帶數據;遠距離數據寫入;讀寫設備十分簡單可靠,價格也十分低廉。因而,使用靈活方便,建設成本低的優(yōu)點。
三、Zigbee、RFID技術簡介
zigbee是一種無線連接技術的商業(yè)化命名,該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯(lián)網應用。
ZigBee標準基于802.15.4協(xié)議棧而建立,具備了強大的設備聯(lián)網功能,它支持三種主要的自組織無線網絡類型,即星型結構、網狀結構(Mesh)和簇狀結構(Cluster tree),特別是網狀結構,具有很強的網絡健壯性和系統(tǒng)可靠性。
圖一 ZIGBEE星型網絡結構
星型網絡結構特點
支持點對點、點對多點通信
中心節(jié)點為ZIGBEE協(xié)調器,終端節(jié)點為ZIGBEE終端設備
所有數據經過中心節(jié)點
適合圓形分散、距離較近的設備聯(lián)網
圖二 ZIGBEE網狀網絡結構
MESH網狀網絡結構特點
系統(tǒng)采用多跳式路由通信
網絡容量很大
可以跨越很大的物理空間,適合距離較遠比較分散的結構
MESH網狀網絡拓撲結構的網絡具有強大的功能,網絡的所有實體只有要通信范圍之內,都可以互相通信,如果沒有直接通路,還可以通過“多級跳”的方式來通信;該拓撲結構還可以組成極為復雜的網絡;除此之外,網絡還具備自組織、自愈功能。
射頻識別系統(tǒng)(RFID)按照能量供給方式的不同,RFID標簽可以分為被動標簽,半被動標簽,半主動標簽和主動標簽,其中被動標簽與讀寫器之間的通信,都依賴于讀寫器天線所發(fā)出的能量;而主動標簽與讀寫器之間通信所需的能量則由標簽所附的電池提供,主動標簽可以主動發(fā)出射頻信號。
四、Zigbee技術特點
設備省電
zigbee技術采用了多種節(jié)電的工作模式,可以確保兩節(jié)五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間;
通信可靠
zigbee采用了CSMA-CA的碰撞避免機制,同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙,避免了發(fā)送數據時的競爭和沖突;MAC層采用了完全確認的數據傳輸機制,每個發(fā)送的數據包都必須等待接收方的確認信息;
網絡的自組織、自愈能力強
zigbee的自組織功能:無需人工干預,網絡節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在,并確定連接關系,組成結構化的網絡;
zigbee自愈功能:增加或者刪除一個節(jié)點,節(jié)點位置發(fā)生變動,節(jié)點發(fā)生故障等等,網絡都能夠自我修復,并對網絡拓撲結構進行相應地調整,無需人工干預,保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。
具備自組織、自愈能力的無線通信網絡才是自動抄表系統(tǒng)最理想的通信方式。
成本低廉
設備的復雜程度低,且Zigbee協(xié)議是免專利費的,這些可以有效地降低設備成本;
Zigbee的工作頻段靈活,為免執(zhí)照頻段的2.4GHz,就是沒有使用費的無線通信。
網絡容量大
一個ZigBee網絡可以容納最多254個從設備和一個主設備,一個區(qū)域內可以同時存在200多個ZigBee網絡;
數據安全
ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能,加密算法采用AES-128,同時各個應用可以靈活確定其安全屬性。
五、基于ZigBee、RFID技術物流管理系統(tǒng)
圖一 汽車進場時讀取RFID數據
圖二 貨物堆場讀取RFID數據
圖三 超市賣場讀取RFID數據
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