CN101894314A - 一种基于物联网的仓储应用方法 - Google Patents

Abstract

基于物联网的仓储应用方法是一种基于物联网的应用方案，主要用于解决传统仓储应用过程中的人员成本过高，智能化程度不够的问题，该方法将仓储应用的任务分发到不同的节点上，通过网络中的智能节点，普通传感器节点以及RFID标签间的相互协作来完成用户仓储应用流程中不同阶段的任务，并提出了相应的方法。在简单的统计指标基础之上，可以有效地实时检测到仓库中货物的状态，避免了依靠复杂人工操作而导致人力资源成本过多的消耗，保证了对仓储应用监测的客观准确性、完备性和及时性，从而满足物联网大规模应用的需求，达到进一步提高仓储应用效率的目的。

Description

一种基于物联网的仓储应用方法

技术领域

本发明涉及一种基于物联网的仓储应用方法，主要用于解决物流系统中仓储应用问题，属于物联网及物流应用领域。

背景技术

随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现。由这些微型传感器构成的物联网引起了人们的极大关注。这种物联网综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽、准确的信息，传送到需要这些信息的用户。在物联网的诸多应用中，无线仓储处理是一项基本功能，由于物联网中的智能节点兼具有RFID(RadioFrequency Identification，无线射频识别)阅读器和无线传感器网络节点的功能，采用无线通信的方式以及传感器网络部署随机，体积小，价格低廉，具有自组织性、鲁棒性和隐蔽性等特点，非常适合应用于物流系统中的仓储管理。然而随着温度敏感性产品、危险品等特种物流的发展，现有的仓储处理方法在监控实时性、通信自适应性和网络结构的自主灵活性等方面存在诸多问题，迫切需要将信息量丰富的温度、湿度、图像、音频、视频等信息为基础的物联网技术引入到现有的仓储应用环境中来，实现细粒度、精准信息的应用。因而，近年来，对基于物联网技术的无线仓储应用方法的研究已引起了科研人员的密切关注。

传统的仓储应用中，货物的信息采集主要采用条码技术，但条码技术具有记录的信息无法更改，存储容量相对较小的缺点。条形码扫描仪必须看到条形码才能读取，如果条形码被撕裂、污损或者丢失，扫描仪将无法扫描、识别货物。如果需更改信息则需要重新贴上条形码标签，这样既增加了人力成本，又增加了物流成本，进而影响到物流效益。

基于物联网的无线仓储应用方法将货物识别信息编码写入RFID(RadioFrequency Identification，无线射频识别)标签中，并使用传感器来监测货物的周围物理环境，并通过无线自组织成网的方式来实现货物品的识别跟踪，还可以根据仓储应用的流程来提供灵活的定制方案。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于物联网的仓储应用方法，用于解决当前仓储应用中的不足，实现物联网在无线仓储管理领域中的细粒度、精准信息的应用。

技术方案：本发明的一种基于物联网的无线仓储应用方法可以适合于现有的仓储管理系统，在深入分析仓储管理系统现有特点的基础上，其目标是通过智能节点对货物上的电子标签信息的管理来实现对整个仓储管理流程进行实时的监测，通过节点间的通信协作来完成对仓储管理中的货物进行实时跟踪任务，从而达到节省人力资源成本，提高仓库空间利用率，在尽量少地消耗节点和网络资源的情况下，通过简单的方法来有效的解决目前仓储管理系统中的不足。

实现一种基于物联网的仓储应用方法，它应具有如下特征：整个仓储应用系统由五类设备组成：1)标识货物信息的RFID标签；2)智能节点，用于收集区域内的标识货物的RFID标签信息；3)普通传感器节点，用于监测货物周围物理环境信息；4)基站节点，用于收集智能节点的信息；5)服务器，用于存储与仓储应用相关的数据信息。

本方案中的仓储应用系统采用四层结构模式，主要由RFID标签、普通传感器节点、智能节点、基站节点和服务器构成，五种设备详细功能如下：

RFID标签：RFID标签用来存储物品识别信息(如ID号、物品名称、物品种类等等)，并利用无线电波与智能节点进行非接触双向通信。

普通传感器节点：普通传感器节点利用自身的传感器模块实时监测货物的位置信息以及货物周围物理环境信息，并将监测结果传送至智能节点。

智能节点：智能节点负责对监测区域内货物的RFID标签信息以及普通传感器节点传送过来的监测数据采用现有的压缩，融合算法进行处理，并负责将处理后的数据传送到基站节点。因为需要进行大量的运算，因而此类节点需具有较高的剩余能量。

基站节点：基站节点主要是对智能节点发送过来的数据进行简单处理后上传到服务器。

服务器：服务器主要实现日常信息数据库、部门信息数据库和知识数据库的管理。日常信息数据库主要包括仓储应用相关的数据信息。部门信息数据库主要包括物流系统中各部门单位的人员、设备等识别信息。知识数据库主要包括物品类属、特性、存储要求和运输信息等。

一、体系结构

无线传感器网络从逻辑上可以分为平面式和层簇式两种体系结构。平面式结构中，各传感器节点地位平等，都参与数据采集和路由转发功能。在层簇式结构中，将节点分为普通传感器节点、簇头节点和基站节点。各簇节点通过本簇簇头节点将采集的数据传送给基站节点，簇头节点相对普通传感器节点功能更强大、资源更丰富；基站是整个网络中功能最强的、资源最丰富的节点，负责整个网络的管理。本发明的方法就建立在无线传感器网络的层簇式体系结构基础上，添加了RFID标签，智能节点等设备。图1给出了典型的按基于物联网的仓储应用方法设计出的仓储应用系统体系结构示意图。

该体系结构分为两个部分：服务器(PC机)部分和节点端部分。终端部分包括货物基本信息管理模块、入库管理功能模块、出库管理功能模块以及库存管理功能模块。节点端部分包括标识货物的RFID标签、普通传感器节点以及智能节点，其中智能节点采用层簇式拓扑结构进行组网。

下面给出这几个模块的具体说明：

货物基本信息管理功能模块：主要实现向RFID标签中写入供应商所供应货物的信息，及时进行仓储系统货位信息、货物信息的更新功能。

入库管理功能模块：主要实现入库货物的检验、入库查询、入库作业以及入库单检查的功能

出库管理功能模块：主要实现出库货物查询、出库作业以及出库报表生成的功能。

库存管理功能模块：主要实现货物盘点、货物查询以及货位查询的功能。

二、方法流程

基于物联网的仓储应用方法包括初始网络设置、货物入库管理、货物出库管理三部分，

初始网络设置所包含的步骤为：

步骤1).将仓库区域划分为若干个正方形网格区域，在每个区域中心部署智能节点；

步骤2).部署无线传感器网络，智能节点与网络内的所有节点，RFID标签进行通信，获取自身唯一的区域信息以及空闲货位信息；

步骤3).对智能节点组成的网络进行分簇，每个簇选举出簇头节点负责和基站节点通信；

步骤4).簇头节点记录本簇内节点的节点号和区域信息；

步骤5).簇头节点将本簇内成员节点的区域位置信息发送至基站节点；

步骤6).基站节点保存簇头节点发送的节点区域位置信息以及空闲货位信息，建立整个网络的区域邻居信息表以及空闲货位信息表；

步骤7).在步骤3)至步骤6)所部署好的网络中，设置网络维护时间间隔；

步骤8).根据步骤7)中设置的时间间隔来对整个网络进行维护，时间到转步骤3)执行，否则继续执行步骤9)；

货物入库管理所包含的步骤为：

步骤9).向货物RFID标签中写入货物基本信息，生成预入库信息，进行货位信息和系统货物信息更新；

步骤10).基站节点采集即将入库货物的RFID信息，并将相关信息自动输入到仓储应用系统；

步骤11).仓储应用系统对入库货物的信息进行检验，若合格则将货物信息转换成库存信息，并通过整个网络的空闲货位信息表选择空闲货位，并通知空闲货位的智能节点，生成货物抵达货位的最优路径，否则系统提示出错，由工作人员解决；

步骤12).货物到达指定位置后，智能节点确认货物就位，通知基站节点更新系统库存信息；

步骤13).货物入库后，打印入库清单；

货物出库管理所包含的步骤为：

步骤14).仓储应用系统根据订单信息自动生成最优出货方案，确定出货区，并通知相关的智能节点和相关人员进行提货。

步骤15).待工作人员提取货物时，智能节点负责检验所提货物是否合格，若合格，对区域货物信息表和空闲货位信息表进行更新，并将更新后的区域货物信息表和空闲货位信息表发送基站节点，否则提示出错，由工作人员解决；

步骤16).基站节点收到智能节点发送的区域货物信息表和空闲货位信息表后通知仓储应用系统进行更新库存信息以及空闲货位信息；

步骤17).待货物出库完成后，生成出库报表。

有益效果：本发明方法针对物联网在仓储管理中的应用提出了一种高效的仓储应用方法，主要实现货物的出库，入库以及库存的智能化应用，从而达到节省人力资源成本，提高仓库空间利用率，在尽量少地消耗节点和网络资源的情况下，通过简单的方法来有效的解决目前仓储应用系统中不足。通过使用本发明提出的基于物联网的仓储应用方法，在无需消耗过多资源的条件下保证了对整个仓储应用流程监测的客观准确性、完备性和及时性，从而实现整个仓储应用的智能化，达到进一步提高物联网的大规模应用的目的。下面我们给出具体的说明。

混合性：传统的仓储应用在监控实时性、通信自适应性和网络自主灵活性方面仍然存在诸多为题，为了充分发挥物联网的特点，我们在实际设计时将仓储应用的任务分发到分散到智能节点、RFID标签和普通传感器节点上，通过网络中不同地位的节点间的相互协作来完成整个仓储管理任务。

有效性：本发明方法根据仓储流程中的应用需求，提出了相应的初始网络设置、货物入库管理以及货物出库管理方法。货物的仓储管理，建立在简单的通信消耗基础之上，可以有效地实时地对整个仓储应用流程进行监测。

客观准确性：本发明方法要求网络中智能节点对网络中货物信息的判断建立在仓储应用系统授权的基础上，即，网络中的智能节点监测到货物必须是通过仓储应用系统授权进行处理，并通知相关的节点进行同步跟踪。这主要是针对仓储应用流程中、容易出错，为降低误差而设计的，实现了仓储应用流程管理的客观性和准确性。

附图说明

图1是基于物联网的仓储应用系统体系结构示意图。

图2是根据基于物联网的仓储应用方法设计出的货物入库流程图。

图3是根据基于物联网的仓储应用方法设计出的货物出库流程图。

具体实施方式

基于物联网的仓储应用系统开发过程具体如下：

步骤一：进行需求分析确定仓储应用流程任务定义和仓储应用流程任务的发布接口。首先要根据需要完成任务需求，明确任务发布接口形式及参数。仓储应用任务的输入接口采用图形化界面提供给用户，确定仓储应用任务的发布方式，仓储应用任务通过基于不同的操作系统采用不同的数据包格式下发到目标智能节点执行，如采用TinyOS操作系统部署无线智能节点网络，则采用TinyOS数据包格式对任务的各项参数进行封装，再通过串口传送到基站节点，继而发布到执行节点；最后，确定结果的返回方式，仍然采用数据包对返回结果数据进行封装，通过基站返回到终端，终端对数据包进行解析后以图形化界面的形式显示给用户。

步骤二：建立智能节点构成的网络拓扑及对智能节点、RFID标签，普通传感器节点的状态初始化。对于智能节点构成的传感器网络采用层次式分簇结构，采用现有的分簇算法，如LEACH、GAF算法等将整个网络分成若干簇，每个簇有一个簇头节点负责和基站通信，簇内的节点之间可以相互通信。簇头节点保存自己簇内节点的信息，簇内节点保存各自邻居节点的状态信息。

步骤三：在仓库中部署基于物联网的仓储应用系统应用的基础设施。一个典型的该类应用通常需要下面几个部件：

(1)服务器终端：提供图形化的操作界面供用户输入仓储应用任务的各项参数，封装成数据包并通过串口发往基站节点；对由串口传来的结果数据包进行解析，将用户需求的目标的位置实时的以图形化的形式显示给用户。

(2)兼具有RFID阅读器和无线传感器网络节点的功能的智能节点：是物联网的网络站点，具有独立的计算、存储能力，而且可以与周围的其他传感器节点通过无线信道和无线协议进行无线广播通信，并可以与区域内的RFID标签进行通信，获取货物基本信息的功能。

(3)基站节点：一个特殊的智能节点，具有持续的电力供应，提供了与服务器之间的有线通信软硬件接口。

(4)普通传感器节点：普通传感器节点利用自身的传感器模块实时监测货物的位置信息以及货物周围物理坏境信息，并将监测结果传送至智能节点。

(5)RFID标签：RFID标签用来存储物品识别信息(如ID号、物品名称、物品种类等等)，并利用无线电波与智能节点进行非接触双向通信。

部署完基础设施之后还需加载无线传感器操作系统，如TinyOS、MantisOS等。在部署完硬件基础设施及软件系统后，就可以将按本发明方案所设计的基于物联网的仓储应用系统部署到服务器终端及节点端上，开始其应用。

Claims (1)

1.一种基于物联网的仓储应用方法，其特征在于该方法包括初始网络设置、货物入库管理、货物出库管理三部分，

初始网络设置所包含的步骤为：

步骤1).将仓库区域划分为若干个正方形网格区域，在每个区域中心部署智能节点；

步骤2).部署无线传感器网络，智能节点与网络内的所有节点，RFID标签进行通信，获取自身唯一的区域信息以及空闲货位信息；

步骤3).对智能节点组成的网络进行分簇，每个簇选举出簇头节点负责和基站节点通信；

步骤4).簇头节点记录本簇内节点的节点号和区域信息；

步骤5).簇头节点将本簇内成员节点的区域位置信息发送至基站节点；

步骤6).基站节点保存簇头节点发送的节点区域位置信息以及空闲货位信息，建立整个网络的区域邻居信息表以及空闲货位信息表；

步骤7).在步骤3)至步骤6)所部署好的网络中，设置网络维护时间间隔；

步骤8).根据步骤7)中设置的时间间隔来对整个网络进行维护，时间到转步骤3)执行，否则继续执行步骤9)；

货物入库管理所包含的步骤为：

步骤9).向货物RFID标签中写入货物基本信息，生成预入库信息，进行货位信息和系统货物信息更新；

步骤10).基站节点采集即将入库货物的RFID信息，并将相关信息自动输入到仓储管理系统；

步骤11).仓储管理系统对入库货物的信息进行检验，若合格则将货物信息转换成库存信息，并通过整个网络的空闲货位信息表选择空闲货位，并通知空闲货位的智能节点，生成货物抵达货位的最优路径，否则系统提示出错，由工作人员解决；

步骤12).货物到达指定位置后，智能节点确认货物就位，通知基站节点更新系统库存信息；

步骤13).货物入库后，打印入库清单；

货物出库管理所包含的步骤为：

步骤14).仓储管理系统根据订单信息自动生成最优出货方案，确定出货区，并通知相关的智能节点和相关人员进行提货。

步骤15).待工作人员提取货物时，智能节点负责检验所提货物是否合格，若合格，对区域货物信息表和空闲货位信息表进行更新，并将更新后的区域货物信息表和空闲货位信息表发送基站节点，否则提示出错，由工作人员解决；

步骤16).基站节点收到智能节点发送的区域货物信息表和空闲货位信息表后通知仓储管理系统进行更新库存信息以及空闲货位信息；

步骤17).待货物出库完成后，生成出库报表。

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