基于LTIS技術的物流跟蹤和通信信息系統(tǒng)

1 引言

在物流供應鏈管理中，RFID標簽可用于整個供應鏈過程的物料和產品跟蹤。從供應商供貨到生產、倉儲、配送、運輸和銷售。生產企業(yè)，在制造單元(如車間)，要求確保有序和正確的生產流程；在倉儲單元，要求原材料和產品(半成品和成品)準確地分類和放置。為了確保產品質量，原材料、半成品要經過加工、包裝、標記、放置和保存在倉庫，并且經過車間的制造環(huán)節(jié)，生產出成品，然后返回倉儲。在每一個流程，要求將標簽附著在物料的生產和儲放單元上，以避免產品信息丟失而發(fā)生錯誤。因此需要利用現代定位、通信技術建立符合現代物流供應鏈要求和發(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用于跟蹤和記錄產品計劃、車間生產、倉儲管理、裝卸、遠程運輸等物流單元中物料(原材料和產品)、倉儲及運輸工具的流通信息。

2.1 LTlS的體系結構

RFID可識別和跟蹤具體物料，能實現物流和信息流的關聯和同步。要跟蹤標簽和用標簽所粘貼的對象，就必須記錄物料的流通歷史。LTIS利用標簽的剩余內存，對64、96或256位的電子產品碼(EPC)不能包含的跟蹤信息進行實時存儲和更新。為此設計了三個重要的表格，分別是標簽、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狀。LTIS硬件由標簽、固定的閱讀器、便攜式閱讀器、分布在不同地方的工作站、固定的一系列應用服務器、RFID中間件服務器、web服務器和數據庫服務器、Wi—FiLAN、GPS終端組成。圖1顯示了LTIS解決方案的體系結構。

為了平衡工作量，使網絡更新和維護更加方便，并符合現有物流企業(yè)的內部網和數據庫標準，LTIS軟件采用分布式3級客戶端／服務器架構系統(tǒng)。另外將瀏覽器／服務器結構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)；物流運輸單元GPS定位導航系統(tǒng)。

2.2 Wi—Fi／GPS／RFID方案的LTIS

由于物流作業(yè)空間十分廣闊，或者像物流運輸單元那樣，遠離基地，工作環(huán)境封閉，這給絕大多數傳統(tǒng)的RFID方案造成了應用上的障礙。開發(fā)一套可實時提供貨物和設備位置的RFID閱讀器基礎設施過于昂貴，且要求在作業(yè)區(qū)域安裝天線。為此，本文設計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地區(qū)也能滿足定位要求。

LTIS的Wi—Fi／GPS／RFID方案通過結合GPS和Wi—Fi有源RFID標簽提供一種解決方案。通過軟件可以讓用戶根據多個標準802.11Wi—Fi接人點接收標簽信號的強弱來定位貼標物品，接人點也作為RFID閱讀器。當標簽距離太遠時，它的信號無法被至少三個Wi—Fi接人點收到時，標簽內嵌的GPS接收器可判斷其經緯度，接著通過Wi—Fi信號發(fā)送數據。

當在GPS或Wi—Fi模式下工作時，標簽可以被定位到510in內。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量的Wi—Fi接人點，該網絡可以接收物流單元內任何位置標簽發(fā)出的信號。

對定位目標貼標簽。標簽需要內含Wi—Fi和RFID芯片、天線、GPS芯片、動作感應器和電池。

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

標簽以設定的間隔發(fā)送ID碼和GPS數據。由于標簽內嵌有移動感應器，當設備靜止時，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)集成進現有的庫存管理，并擴展到所有的物流單元，應用于更大面積的物流場所，如機場和港口等。

2.3 LTIS的設計與實現

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

(1)應用程序與RFID閱讀器之間的通信。由于工作頻率不同，有四種類型的RFID設備。在物料種類繁雜、工作環(huán)境比較復雜的物流企業(yè)，考慮到處理速度和頻譜允許的范圍，根據物流作業(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)產的$6500遠距離閱讀器模塊，它可以滿足所有的射頻和數字功能要求，能與各種供應商供應的Tag—itHF，Tag-itTMHF—I(國際標準化組織15693標準)和所有其他的ISO15693標準進行通信。

本文使用兩種方法與閱讀器通信。一種是客戶端計算機上帶有$6500閱讀器的應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基礎類寫。使用Java，采用調用本地鏈接庫的方法，用VisualC++并依據Java本地接口(JNI)的標準設計中間件。RFID中間件基于三個部分：閱讀界面組件，事件管理組件，應用程序管理的組成部分。結構如圖3。

RFID閱讀器的應用需通過RFID中間件服務器，它可以支持分布式的網絡應用。它使來自不同供應商的異構RFID閱讀器兼容，并使應用獨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簽上的信息。便攜式RFID設備是由RFID讀寫器模塊和智能終端構成的。他們通過RS232或其他接口來連接。

(2)Wi—Fi／GPS／RFID的實施

①RFID智能設備包括3個部分：RFID數據信息采集單元；數據承載單元；信息傳遞單元。

通過這3個單元，將RFID智能設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。智能設備將按照系統(tǒng)管理中心提供的數據指令，完成數據的采集和實時更新。數據單元結構如圖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擇的硬件供應商包括：TI、Qualcomm、Freescale、Samsung、MTK、Broad—com、MarvelandIntel。

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

數據承載單元包括目前國內市場使用的主流通信單元，包括GSM、WCDMA、CDMA、TD技術，以及Wifi技術。這些技術可以為智能終端設備提供實時的數據交換環(huán)境，可以做到需要的時候調用相應的數據通信單元。

RFID單元負責標識硬件設備的相關信息。智能終端負責維護所在位置的RFID信息的收集和處理。由于有操作系統(tǒng)的介入，數據終端負責所有任務的協(xié)調和上報。

②Example。每件貨物有RFID標簽；智能設備負責收集當前區(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，智能設備需要放置在物流運載工具上)；車上有200件貨物，智能終端設備能夠讀取這些數據，并按照系統(tǒng)的指示實時更新數據給總部的服務器。

2.4智能設備能夠完成的基本功能

(1)查詢服務。在公司提供的網絡平臺上，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。(當系統(tǒng)發(fā)出指令后，智能設備會把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。設備能夠按照系統(tǒng)預先的設定，在貨物到達指定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。將預訂的信息實時傳遞給預約的客戶。

(4)拓展功能。設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備上(類似筆記本功能)。操作者可以通過權限，管理和更新公司的物流數據。

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)，包括數據采集、數據更新、路況服務、視頻服務等。

3 物流跟蹤和通信信息系統(tǒng)LTCIS

Wi—Fi、GPRS、INMARSAT、Intenet都是技術成熟的通信信息系統(tǒng)，有著獨立的通信制式和網絡結構。在物流運輸單元與供應鏈其它物流單元，尤其是與中央控制信息中心的信息傳遞和數據交換方面，發(fā)揮著既獨立又相輔相成的作用。通過彼此的耦合和組網，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，實現組網，建立LT—CIS，在技術上是沒有障礙的。LTCIS的體系結構如圖6。

4 結論

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，結合最新通信技術，構想出全天候、全時空的LTCIS網絡。對物流企業(yè)供應鏈的銜接、暢通和全球化管理，是一個很好的啟示和嘗試。