RFID技術(shù)在物流中的應(yīng)用與研究

陸 昊，陸安江，張正平

（貴州大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與信息學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

0 引言

自動識別技術(shù)就是應(yīng)用一定的識別裝置，通過被識別物品和識別裝置之間的接近活動，自動地獲取被識別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺的計算機(jī)處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)[1]。目前，條形碼技術(shù)是最為成熟和廣泛使用的產(chǎn)品識別手段，它在物流技術(shù)的發(fā)展中起到了不可估量的促進(jìn)作用。但隨著物流信息技術(shù)的不斷發(fā)展，這種技術(shù)存在的種種問題也不斷浮現(xiàn)出來，并對物流過程產(chǎn)生一定影響。為了解決這些問題，一種新的識別系統(tǒng)，那就是RFID（無線射頻識別），它在歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)表現(xiàn)出相當(dāng)高的專業(yè)性和普及趨勢。

1 RFID組成和工作原理

RFID系統(tǒng)通常是由信號發(fā)射器（標(biāo)簽是典型的形式），閱讀器和發(fā)射—接收天線組成的。標(biāo)簽貼在被識別物體上并攜帶物體的信息，當(dāng)標(biāo)簽在閱讀器磁場范圍內(nèi)后，它將和射頻閱讀器之間利用感應(yīng)、微波能量或無限電波進(jìn)行非接觸式雙向通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)識別。讀寫器確定了標(biāo)簽上的信息后，進(jìn)一步通過計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對物體的信息采集、處理等功能[2]。射頻識別系統(tǒng)工作原理和組成如圖 1所示。

2 RFID的特點(diǎn)

RFID的特點(diǎn)有：

①讀取快捷方便，距離大，穿透力強(qiáng)。

②識別速度快。

③數(shù)據(jù)記憶容量大。

④使用壽命長。

⑤標(biāo)簽的數(shù)據(jù)可以更改。

⑥安全性好。

圖1 RFID系統(tǒng)組成和工作原理

3 RFID在物流中的應(yīng)用

在物流中使用RFID技術(shù)是相當(dāng)有必要的，因其優(yōu)越性，它將會取代條形碼技術(shù)，并給物流帶來革命性的變化。企業(yè)可以在物流的各個環(huán)節(jié)中采用這種技術(shù)來減少企業(yè)對于人力、財力等不必要的投入，從而節(jié)約成本，增強(qiáng)物流過程中商品信息的及時性和準(zhǔn)確性。RFID主要在以下環(huán)節(jié)上對物流領(lǐng)域發(fā)揮重大的作用[3]。

（1）生產(chǎn)環(huán)節(jié)

這個環(huán)節(jié)自動化生產(chǎn)線運(yùn)作就是靠運(yùn)用RFID技術(shù)，實現(xiàn)對原材料、零部件、半成品和成品的識別與跟蹤。RFID技術(shù)還能及時根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度發(fā)出補(bǔ)貨的信息，實現(xiàn)對流水線均衡協(xié)調(diào)，加強(qiáng)了對產(chǎn)品質(zhì)量的控制與追蹤。

（2）存儲環(huán)節(jié)

在存儲貨物的倉庫中，RFID技術(shù)最廣泛的使用是存取貨物和庫存盤點(diǎn)，使存貨和取貨實現(xiàn)自動化，將倉庫里貨物流動的信息進(jìn)行有效的管理。把物流系統(tǒng)制定的收貨計劃、取貨計劃、裝運(yùn)計劃與RFID技術(shù)結(jié)合起來，可以高效完成一系列業(yè)務(wù)操作。在庫存盤點(diǎn)時，RFID技術(shù)使商品的登記自動化，不需要人工檢查或條碼掃描[4]。

（3）運(yùn)輸環(huán)節(jié)

運(yùn)輸貨物的過程中，RFID標(biāo)簽將被貼在車輛、集裝箱或者貨物上，同時RFID接收轉(zhuǎn)發(fā)裝置安裝在運(yùn)輸線上的檢查點(diǎn)上。這樣，接收裝置接收到存有商品各種信息的標(biāo)簽發(fā)送的信號后，轉(zhuǎn)發(fā)到衛(wèi)星，再由衛(wèi)星發(fā)送到運(yùn)輸調(diào)度中心，最后進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。這樣以來運(yùn)轉(zhuǎn)中貨物的數(shù)量，其始發(fā)地和目的地以及預(yù)期到達(dá)的時間都可以了解到，實現(xiàn)貨物流動信息的實時采集、處理，保證貨物安全。

（4）配送環(huán)節(jié)

RFID技術(shù)能夠很大程度上加快配送的速度。貼有RFID標(biāo)簽的商品一旦進(jìn)入配送中心，配送中心的讀寫器馬上可以讀取商品存在標(biāo)簽中的信息，系統(tǒng)就將這些信息和發(fā)貨記錄進(jìn)行比較，以檢測出可能的錯誤，然后將這些標(biāo)簽的信息更新為商品最新的存放地點(diǎn)和狀態(tài)，確保對商品的精確控制[5]。

（5）銷售環(huán)節(jié)

在銷售環(huán)節(jié)RFID技術(shù)可以改進(jìn)零售商的庫存管理，適實補(bǔ)貨，跟蹤運(yùn)輸與庫存。

4 RFID防碰撞算法在物流中的應(yīng)用

在RFID技術(shù)中，防碰撞算法直接影響標(biāo)簽的識別速率。主流的防碰撞算法有ALOHA和二進(jìn)制樹搜索算法，這里主要介紹應(yīng)用最廣的ALOHA類防碰撞算法在物流中的應(yīng)用，并用OPNET仿真平臺進(jìn)行仿真，其仿真結(jié)果對在物流環(huán)節(jié)中的應(yīng)用有一定的參考性。

4.1 時隙ALOHA防碰撞算法描述

在此算法中，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器磁場范圍內(nèi)后，讀寫器發(fā)送識別命令并設(shè)定Round_size參數(shù)，也就是時隙ALOHA算法中的單次識讀循環(huán)的時隙總數(shù)。接收到命令的標(biāo)簽將隨機(jī)選擇時隙數(shù)，使時隙計數(shù)器置 1。如果時隙計數(shù)器值等于標(biāo)簽選擇的時隙數(shù)，標(biāo)簽就把它自己的序列號傳輸給閱讀器。若無標(biāo)簽回答或是檢測到多個標(biāo)簽回答沖突，讀寫器則發(fā)送Close_slot（結(jié)束時隙）命令，時隙計數(shù)器也加1。若接收到一個標(biāo)簽正確回答，就發(fā)送Next_slot（下一時隙）命令，最后讀寫器檢測時隙數(shù)如果等于最初設(shè)定的Round_size的話此次循環(huán)結(jié)束，將進(jìn)入新的循環(huán)[6]。如表1。

表1 時隙ALOHA算法標(biāo)簽系統(tǒng)示例

由此可知，ALOHA算法中Round_size參數(shù)是一個很重要的參數(shù)，它的設(shè)置將會影響到標(biāo)簽的識別速率。所以在物流的具體應(yīng)用中需要尋求Round_size的最優(yōu)化取值，這樣才能盡可能提高識別率。

4.2 算法分析與仿真

ALOHA算法吞吐量由式（1）計算：

其中G為一幀的發(fā)送時間內(nèi)總共發(fā)送的平均幀數(shù)。

標(biāo)簽識別率公式為：

其中T為識別的標(biāo)簽總數(shù)，N為識別的時間。由（2）可得：

其中t為單位時隙，n為總時隙數(shù)。

又同等條件下單位時隙是固定的，故可得：

利用OPNET仿真軟件進(jìn)行測試，查看不同Round_size下的標(biāo)簽識別速率，如表2。

表2 Round_size對應(yīng)不同標(biāo)簽的識別速率

從表2可以看出，不同數(shù)目的標(biāo)簽在不同的Round_size參數(shù)下的識別速率不同，且在某一個參數(shù)下識別速率是最快的。

若將此性質(zhì)用于物流將會對其有重要的作用，比如在倉儲應(yīng)用中，若入倉的一批貨物有60件，貼有Type A型標(biāo)簽，則讀寫器將Round_size自動設(shè)置為32的最優(yōu)取值。在超市應(yīng)用中，若顧客一次購買商品 20件，則讀寫器自將Round_size設(shè)置為8。這樣就可以以最快的速率來識別電子標(biāo)簽。

5 影響中國未來RFID技術(shù)發(fā)展的制約因素

盡管RFID技術(shù)在自動識別領(lǐng)域有諸多優(yōu)勢，但是它在未來的應(yīng)用和推廣上面臨很多嚴(yán)重的問題[7]：

（1）隱私安全問題

RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)傳輸給閱讀器，或閱讀器詢問標(biāo)簽時，這些過程都是遠(yuǎn)距離識讀的，且信號也是開放的，所以就容易給非法用戶利用。

（2）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

制約RFID發(fā)展的最大因素就是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前為止，國際上主要有3大RFID標(biāo)準(zhǔn)體系，但全球還沒有一個統(tǒng)一的RFID技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)。

（3）成本較高

推廣和應(yīng)用RFID技術(shù)最直接的問題是成本問題[8]。

[1] QIN Lele,ZHANG Huixiao,ZHANG Jinfeng,et al. The Application of RFID in Logistics Information System[J]. Service Operations and Logistics,and Informatics, 2008(12-15):534-537.

[2] 王睿, 趙龑．RFID 技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)架的研究[J]．通信技術(shù),2009,42(05):116-118．

[3] 董麗華．RFID技術(shù)在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]．上海海事大學(xué)學(xué)報,2006(S1):169-172．

[4] 李和平, 黎福海．基于 RFID技術(shù)的倉儲管理系統(tǒng)[J]．物流技術(shù),2007(05):107-108．

[5] 王麗亞．物流信息系統(tǒng)與應(yīng)用案例[M]．北京：科學(xué)出版社,2007．

[6] 舒琳, 李波, 劉震宇, 等．ALOHA類RFID防碰撞算法OPNET建模與優(yōu)化[J]．電子技術(shù)應(yīng)用, 2007(10):114-116.

[7] 劉靜．RFID頻識別技術(shù)在物流行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J]．甘肅科技, 2006(11):61．

[8] 羅春彬, 彭龑, 易彬．RFID技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用綜述[J]．通信技術(shù),2009,42(12):112-114．