一種基於物聯網的倉儲應用方法
2023-05-06 09:42:51 1
專利名稱：一種基於物聯網的倉儲應用方法
技術領域：
本發明涉及一種基於物聯網的倉儲應用方法，主要用於解決物流系統中倉儲應用 問題，屬於物聯網及物流應用領域。
背景技術：
隨著通信技術、嵌入式計算技術和傳感器技術的飛速發展和日益成熟，具有感知 能力、計算能力和通信能力的微型傳感器開始在世界範圍內出現。由這些微型傳感器構成 的物聯網引起了人們的極大關注。這種物聯網綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式 信息處理技術和通信技術，能夠協作地實時監測、感知、採集網絡分布區域內的各種環境或 監測對象的信息，並對這些信息進行處理，獲得詳盡、準確的信息，傳送到需要這些信息的 用戶。在物聯網的諸多應用中，無線倉儲處理是一項基本功能，由於物聯網中的智能節點兼 具有RFID(Radi0FrequenCy Identification，無線射頻識別)閱讀器和無線傳感器網絡節 點的功能，採用無線通信的方式以及傳感器網絡部署隨機，體積小，價格低廉，具有自組織 性、魯棒性和隱蔽性等特點，非常適合應用於物流系統中的倉儲管理。然而隨著溫度敏感性 產品、危險品等特種物流的發展，現有的倉儲處理方法在監控實時性、通信自適應性和網絡 結構的自主靈活性等方面存在諸多問題，迫切需要將信息量豐富的溫度、溼度、圖像、音頻、 視頻等信息為基礎的物聯網技術引入到現有的倉儲應用環境中來，實現細粒度、精準信息 的應用。因而，近年來，對基於物聯網技術的無線倉儲應用方法的研究已引起了科研人員的 密切關注。傳統的倉儲應用中，貨物的信息採集主要採用條碼技術，但條碼技術具有記錄的 信息無法更改，存儲容量相對較小的缺點。條形碼掃描儀必須看到條形碼才能讀取，如果條 形碼被撕裂、汙損或者丟失，掃描儀將無法掃描、識別貨物。如果需更改信息則需要重新貼 上條形碼標籤，這樣既增加了人力成本，又增加了物流成本，進而影響到物流效益。基於物聯網的無線倉儲應用方法將貨物識別信息編碼寫入RFID (RadioFrequency Identification，無線射頻識別)標籤中，並使用傳感器來監測貨物的周圍物理環境，並通 過無線自組織成網的方式來實現貨物品的識別跟蹤，還可以根據倉儲應用的流程來提供靈 活的定製方案。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種基於物聯網的倉儲應用方法，用於解決當前 倉儲應用中的不足，實現物聯網在無線倉儲管理領域中的細粒度、精準信息的應用。技術方案本發明的一種基於物聯網的無線倉儲應用方法可以適合於現有的倉儲 管理系統，在深入分析倉儲管理系統現有特點的基礎上，其目標是通過智能節點對貨物上 的電子標籤信息的管理來實現對整個倉儲管理流程進行實時的監測，通過節點間的通信協 作來完成對倉儲管理中的貨物進行實時跟蹤任務，從而達到節省人力資源成本，提高倉庫 空間利用率，在儘量少地消耗節點和網絡資源的情況下，通過簡單的方法來有效的解決目前倉儲管理系統中的不足。實現一種基於物聯網的倉儲應用方法，它應具有如下特徵整個倉儲應用系統由 五類設備組成1)標識貨物信息的RFID標籤；2)智能節點，用於收集區域內的標識貨物的 RFID標籤信息；3)普通傳感器節點，用於監測貨物周圍物理環境信息；4)基站節點，用於收 集智能節點的信息；5)伺服器，用於存儲與倉儲應用相關的數據信息。本方案中的倉儲應用系統採用四層結構模式，主要由RFID標籤、普通傳感器節 點、智能節點、基站節點和伺服器構成，五種設備詳細功能如下RFID標籤RFID標籤用來存儲物品識別信息(如ID號、物品名稱、物品種類等 等)，並利用無線電波與智能節點進行非接觸雙向通信。普通傳感器節點普通傳感器節點利用自身的傳感器模塊實時監測貨物的位置信 息以及貨物周圍物理環境信息，並將監測結果傳送至智能節點。智能節點智能節點負責對監測區域內貨物的RFID標籤信息以及普通傳感器節 點傳送過來的監測數據採用現有的壓縮，融合算法進行處理，並負責將處理後的數據傳送 到基站節點。因為需要進行大量的運算，因而此類節點需具有較高的剩餘能量。基站節點基站節點主要是對智能節點發送過來的數據進行簡單處理後上傳到服 務器。伺服器伺服器主要實現日常信息資料庫、部門信息資料庫和知識資料庫的管理。 日常信息資料庫主要包括倉儲應用相關的數據信息。部門信息資料庫主要包括物流系統中 各部門單位的人員、設備等識別信息。知識資料庫主要包括物品類屬、特性、存儲要求和運 $H!jfn 息等。一、體系結構無線傳感器網絡從邏輯上可以分為平面式和層簇式兩種體系結構。平面式結構 中，各傳感器節點地位平等，都參與數據採集和路由轉發功能。在層簇式結構中，將節點分 為普通傳感器節點、簇頭節點和基站節點。各簇節點通過本簇簇頭節點將採集的數據傳送 給基站節點，簇頭節點相對普通傳感器節點功能更強大、資源更豐富；基站是整個網絡中功 能最強的、資源最豐富的節點，負責整個網絡的管理。本發明的方法就建立在無線傳感器網 絡的層簇式體系結構基礎上，添加了 RFID標籤，智能節點等設備。圖1給出了典型的按基 於物聯網的倉儲應用方法設計出的倉儲應用系統體系結構示意圖。該體系結構分為兩個部分伺服器(PC機)部分和節點端部分。終端部分包括貨 物基本信息管理模塊、入庫管理功能模塊、出庫管理功能模塊以及庫存管理功能模塊。節點 端部分包括標識貨物的RFID標籤、普通傳感器節點以及智能節點，其中智能節點採用層簇 式拓撲結構進行組網。下面給出這幾個模塊的具體說明貨物基本信息管理功能模塊主要實現向RFID標籤中寫入供應商所供應貨物的 信息，及時進行倉儲系統貨位信息、貨物信息的更新功能。入庫管理功能模塊主要實現入庫貨物的檢驗、入庫查詢、入庫作業以及入庫單檢 查的功能出庫管理功能模塊主要實現出庫貨物查詢、出庫作業以及出庫報表生成的功能。庫存管理功能模塊主要實現貨物盤點、貨物查詢以及貨位查詢的功能。
二、方法流程基於物聯網的倉儲應用方法包括初始網絡設置、貨物入庫管理、貨物出庫管理三 部分，初始網絡設置所包含的步驟為步驟1).將倉庫區域劃分為若干個正方形網格區域，在每個區域中心部署智能節點。步驟2).部署無線傳感器網絡，智能節點與網絡內的所有節點，RFID標籤進行通 信，獲取自身唯一的區域信息以及空閒貨位信息；步驟3).對智能節點組成的網絡進行分簇，每個簇選舉出簇頭節點負責和基站節 點通信；步驟4).簇頭節點記錄本簇內節點的節點號和區域信息；步驟5).簇頭節點將本簇內成員節點的區域位置信息發送至基站節點；步驟6).基站節點保存簇頭節點發送的節點區域位置信息以及空閒貨位信息，建 立整個網絡的區域鄰居信息表以及空閒貨位信息表；步驟7).在步驟3)至步驟6)所部署好的網絡中，設置網絡維護時間間隔；步驟8).根據步驟7)中設置的時間間隔來對整個網絡進行維護，時間到轉步驟3) 執行，否則繼續執行步驟9)；貨物入庫管理所包含的步驟為步驟9).向貨物RFID標籤中寫入貨物基本信息，生成預入庫信息，進行貨位信息 和系統貨物信息更新；步驟10).基站節點採集即將入庫貨物的RFID信息，並將相關信息自動輸入到倉 儲應用系統；步驟11).倉儲應用系統對入庫貨物的信息進行檢驗，若合格則將貨物信息轉換 成庫存信息，並通過整個網絡的空閒貨位信息表選擇空閒貨位，並通知空閒貨位的智能節 點，生成貨物抵達貨位的最優路徑，否則系統提示出錯，由工作人員解決；步驟12).貨物到達指定位置後，智能節點確認貨物就位，通知基站節點更新系統 庫存信息；步驟13).貨物入庫後，列印入庫清單；貨物出庫管理所包含的步驟為步驟14).倉儲應用系統根據訂單信息自動生成最優出貨方案，確定出貨區，並通 知相關的智能節點和相關人員進行提貨。步驟15).待工作人員提取貨物時，智能節點負責檢驗所提貨物是否合格，若合 格，對區域貨物信息表和空閒貨位信息表進行更新，並將更新後的區域貨物信息表和空閒 貨位信息表發送基站節點，否則提示出錯，由工作人員解決；步驟16).基站節點收到智能節點發送的區域貨物信息表和空閒貨位信息表後通 知倉儲應用系統進行更新庫存信息以及空閒貨位信息；步驟17).待貨物出庫完成後，生成出庫報表。有益效果本發明方法針對物聯網在倉儲管理中的應用提出了一種高效的倉儲應 用方法，主要實現貨物的出庫，入庫以及庫存的智能化應用，從而達到節省人力資源成本，提高倉庫空間利用率，在儘量少地消耗節點和網絡資源的情況下，通過簡單的方法來有效 的解決目前倉儲應用系統中不足。通過使用本發明提出的基於物聯網的倉儲應用方法，在 無需消耗過多資源的條件下保證了對整個倉儲應用流程監測的客觀準確性、完備性和及時 性，從而實現整個倉儲應用的智能化，達到進一步提高物聯網的大規模應用的目的。下面我 們給出具體的說明。混合性傳統的倉儲應用在監控實時性、通信自適應性和網絡自主靈活性方面仍 然存在諸多為題，為了充分發揮物聯網的特點，我們在實際設計時將倉儲應用的任務分發 到分散到智能節點、RFID標籤和普通傳感器節點上，通過網絡中不同地位的節點間的相互 協作來完成整個倉儲管理任務。有效性本發明方法根據倉儲流程中的應用需求，提出了相應的初始網絡設置、貨 物入庫管理以及貨物出庫管理方法。貨物的倉儲管理，建立在簡單的通信消耗基礎之上，可 以有效地實時地對整個倉儲應用流程進行監測。客觀準確性本發明方法要求網絡中智能節點對網絡中貨物信息的判斷建立在倉 儲應用系統授權的基礎上，即，網絡中的智能節點監測到貨物必須是通過倉儲應用系統授 權進行處理，並通知相關的節點進行同步跟蹤。這主要是針對倉儲應用流程中、容易出錯， 為降低誤差而設計的，實現了倉儲應用流程管理的客觀性和準確性。
圖1是基於物聯網的倉儲應用系統體系結構示意圖。圖2是根據基於物聯網的倉儲應用方法設計出的貨物入庫流程圖。圖3是根據基於物聯網的倉儲應用方法設計出的貨物出庫流程圖。
具體實施例方式基於物聯網的倉儲應用系統開發過程具體如下步驟一進行需求分析確定倉儲應用流程任務定義和倉儲應用流程任務的發布接 口。首先要根據需要完成任務需求，明確任務發布接口形式及參數。倉儲應用任務的輸入 接口採用圖形化界面提供給用戶，確定倉儲應用任務的發布方式，倉儲應用任務通過基於 不同的作業系統採用不同的數據包格式下發到目標智能節點執行，如採用TinyOS操作系 統部署無線智能節點網絡，則採用TinyOS數據包格式對任務的各項參數進行封裝，再通過 串口傳送到基站節點，繼而發布到執行節點；最後，確定結果的返回方式，仍然採用數據包 對返回結果數據進行封裝，通過基站返回到終端，終端對數據包進行解析後以圖形化界面 的形式顯示給用戶。步驟二 建立智能節點構成的網絡拓撲及對智能節點、RFID標籤，普通傳感器節 點的狀態初始化。對於智能節點構成的傳感器網絡採用層次式分簇結構，採用現有的分簇 算法，如LEACH、GAF算法等將整個網絡分成若干簇，每個簇有一個簇頭節點負責和基站通 信，簇內的節點之間可以相互通信。簇頭節點保存自己簇內節點的信息，簇內節點保存各自 鄰居節點的狀態信息。步驟三在倉庫中部署基於物聯網的倉儲應用系統應用的基礎設施。一個典型的 該類應用通常需要下面幾個部件
(1)伺服器終端提供圖形化的操作界面供用戶輸入倉儲應用任務的各項參數， 封裝成數據包並通過串口發往基站節點；對由串口傳來的結果數據包進行解析，將用戶需 求的目標的位置實時的以圖形化的形式顯示給用戶。(2)兼具有RFID閱讀器和無線傳感器網絡節點的功能的智能節點是物聯網的網 絡站點，具有獨立的計算、存儲能力，而且可以與周圍的其他傳感器節點通過無線信道和無 線協議進行無線廣播通信，並可以與區域內的RFID標籤進行通信，獲取貨物基本信息的功 能。(3)基站節點一個特殊的智能節點，具有持續的電力供應，提供了與伺服器之間 的有線通信軟硬體接口。(4)普通傳感器節點普通傳感器節點利用自身的傳感器模塊實時監測貨物的位 置信息以及貨物周圍物理壞境信息，並將監測結果傳送至智能節點。(5) RFID標籤RFID標籤用來存儲物品識別信息(如ID號、物品名稱、物品種類等 等)，並利用無線電波與智能節點進行非接觸雙向通信。部署完基礎設施之後還需加載無線傳感器作業系統，如TinyOS、MantisOS等。在 部署完硬體基礎設施及軟體系統後，就可以將按本發明方案所設計的基於物聯網的倉儲應 用系統部署到伺服器終端及節點端上，開始其應用。
權利要求
一種基於物聯網的倉儲應用方法，其特徵在於該方法包括初始網絡設置、貨物入庫管理、貨物出庫管理三部分，初始網絡設置所包含的步驟為步驟1).將倉庫區域劃分為若干個正方形網格區域，在每個區域中心部署智能節點；步驟2).部署無線傳感器網絡，智能節點與網絡內的所有節點，RFID標籤進行通信，獲取自身唯一的區域信息以及空閒貨位信息；步驟3).對智能節點組成的網絡進行分簇，每個簇選舉出簇頭節點負責和基站節點通信；步驟4).簇頭節點記錄本簇內節點的節點號和區域信息；步驟5).簇頭節點將本簇內成員節點的區域位置信息發送至基站節點；步驟6).基站節點保存簇頭節點發送的節點區域位置信息以及空閒貨位信息，建立整個網絡的區域鄰居信息表以及空閒貨位信息表；步驟7).在步驟3)至步驟6)所部署好的網絡中，設置網絡維護時間間隔；步驟8).根據步驟7)中設置的時間間隔來對整個網絡進行維護，時間到轉步驟3)執行，否則繼續執行步驟9)；貨物入庫管理所包含的步驟為步驟9).向貨物RFID標籤中寫入貨物基本信息，生成預入庫信息，進行貨位信息和系統貨物信息更新；步驟10).基站節點採集即將入庫貨物的RFID信息，並將相關信息自動輸入到倉儲管理系統；步驟11).倉儲管理系統對入庫貨物的信息進行檢驗，若合格則將貨物信息轉換成庫存信息，並通過整個網絡的空閒貨位信息表選擇空閒貨位，並通知空閒貨位的智能節點，生成貨物抵達貨位的最優路徑，否則系統提示出錯，由工作人員解決；步驟12).貨物到達指定位置後，智能節點確認貨物就位，通知基站節點更新系統庫存信息；步驟13).貨物入庫後，列印入庫清單；貨物出庫管理所包含的步驟為步驟14).倉儲管理系統根據訂單信息自動生成最優出貨方案，確定出貨區，並通知相關的智能節點和相關人員進行提貨。步驟15).待工作人員提取貨物時，智能節點負責檢驗所提貨物是否合格，若合格，對區域貨物信息表和空閒貨位信息表進行更新，並將更新後的區域貨物信息表和空閒貨位信息表發送基站節點，否則提示出錯，由工作人員解決；步驟16).基站節點收到智能節點發送的區域貨物信息表和空閒貨位信息表後通知倉儲管理系統進行更新庫存信息以及空閒貨位信息；步驟17).待貨物出庫完成後，生成出庫報表。
全文摘要
基於物聯網的倉儲應用方法是一種基於物聯網的應用方案，主要用於解決傳統倉儲應用過程中的人員成本過高，智能化程度不夠的問題，該方法將倉儲應用的任務分發到不同的節點上，通過網絡中的智能節點，普通傳感器節點以及RFID標籤間的相互協作來完成用戶倉儲應用流程中不同階段的任務，並提出了相應的方法。在簡單的統計指標基礎之上，可以有效地實時檢測到倉庫中貨物的狀態，避免了依靠複雜人工操作而導致人力資源成本過多的消耗，保證了對倉儲應用監測的客觀準確性、完備性和及時性，從而滿足物聯網大規模應用的需求，達到進一步提高倉儲應用效率的目的。
文檔編號G06Q10/00GK101894314SQ20101015581
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月23日 優先權日2010年4月23日
發明者凡高娟, 葉寧, 孫力娟, 沙超, 王汝傳, 王海元, 肖甫, 黃小桑, 黃海平 申請人:南京郵電大學