基于RFID技術(shù)的倉儲管理提貨方案設(shè)計

侯勝宇 ， 顧翠伶 ， 馮 鋒 ，2

（1.寧夏大學(xué) 數(shù)學(xué)計算機(jī)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.東華大學(xué) 旭日管理學(xué)院，上海 200051）

倉儲管理系統(tǒng)中人員權(quán)限問題是當(dāng)前研究的熱點，一個好的管理系統(tǒng)會從多個方面考慮權(quán)限的劃分問題；稍有不得當(dāng)，不但會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，還可能會造成重要的數(shù)據(jù)信息泄露。從安全的角度考慮，一般情況，我們在程序設(shè)計時都會遵循最小授權(quán)原則；即在最少的時間內(nèi)授予程序代碼所需的最低權(quán)限，除非程序需要，否則不會允許使用管理員權(quán)限運行應(yīng)用程序。而在一個多功能信息系統(tǒng)集成平臺中，它含有多個子模塊，而每個模塊都有可能需要自己的一套特有權(quán)限系統(tǒng)，一般軟件開發(fā)者只有通過修改代碼來實現(xiàn)用戶的需求[1]。多數(shù)情況下權(quán)限系統(tǒng)往往是在實施初期用戶就要求設(shè)置，因而設(shè)計一個健全的權(quán)限方案對信息系統(tǒng)集成平臺尤為重要。

那么在現(xiàn)代高度集成化的貨物倉儲管理中，如何合理安排人員權(quán)限問題呢？針對一個大型貨運倉庫，如果能做到恰當(dāng)安排人員的提貨權(quán)限，那么就可以大大減少甚至避免發(fā)貨物、提錯貨、貨物丟失的情況；從而實現(xiàn)高效的自動化倉儲管理。本文提出一種基于RFID技術(shù)實現(xiàn)的自動化人員權(quán)限管理策略，依托軟硬件相結(jié)合，實現(xiàn)倉管人員提貨的自動化管理。

1 方案分析

整個自動化倉儲管理人員提貨權(quán)限方案是建立在兩個基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究的。

1）射頻識別系統(tǒng)的核心技術(shù)—多路存取時防碰撞算法的實現(xiàn)。在RFID系統(tǒng)中主要存在有兩種通信方式：①無線廣播方式，即在一個讀寫器的閱讀范圍內(nèi)存在多個應(yīng)答器，讀寫器發(fā)出的數(shù)據(jù)流有時可能會被多個應(yīng)答器接收。②多路存取方式，即在讀寫器的作用范圍內(nèi)有多個應(yīng)答器同時傳輸數(shù)據(jù)給讀寫器。前者不是筆者考慮的重點，而后者就會出現(xiàn)通信沖突和數(shù)據(jù)碰撞問題[2]。目前，解決方法基本有4種：空分多路法（SDMA-Space Division Multiple Access）、頻分多路法（FDMA-Frequency Division Multiple Access）、 時 分 多 路 法（TDMA-Time Division Multiple Access）和 碼 分 多 路 法（CDMA-Code Division Multiple Access）。考慮 RFID系統(tǒng)通信形式、功耗、系統(tǒng)的復(fù)雜性以及成本等因素，選擇TDMA方法來實現(xiàn)射頻識別系統(tǒng)中的防碰撞機(jī)制。基于TDMA防碰撞算法又分為：基于比特的二進(jìn)制搜索算法和基于時隙的 ALOHA算法；本方案采用二進(jìn)制搜索算法來解決防碰撞問題[3-4]。

2）射頻識別系統(tǒng)的基礎(chǔ)--EPC數(shù)據(jù)編碼格式的設(shè)計。EPC數(shù)據(jù)編碼方案的選取將決定著EPC數(shù)據(jù)采集的方便實現(xiàn)。在本方案中，EPC數(shù)據(jù)編碼格式設(shè)計包括兩部分：①人員提貨權(quán)限編碼的設(shè)計。②貨物標(biāo)識的EPC編碼設(shè)計。目前，EPC編碼方案有13種，其通用結(jié)構(gòu)是由一個分層次、可變長度的標(biāo)頭以及一系列數(shù)字字段組成如圖1所示。標(biāo)頭定義了總長，識別類型和EPC編碼結(jié)構(gòu)，其中還可以包括它的濾值；標(biāo)頭的長度是可變的[5]。

圖1 EPC編碼的通用結(jié)構(gòu)Fig.1 EPC encoding of general structure

2 方案設(shè)計

該方案設(shè)計包括2個部分：貨物編碼方案設(shè)計和提貨人員權(quán)限方案設(shè)計。在貨物編碼方案設(shè)計部分，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需要，采用其中一種GID—96通用標(biāo)識符。它不依賴于任何現(xiàn)有已知的規(guī)范及標(biāo)識方案，采用由3個字段（通用管理者代碼、對象分類代碼、序列號）組成的96位EPC代碼，加入標(biāo)頭后，保證了EPC命名空間的唯一性。其格式如表1所示。

其中，通用管理者代碼用來標(biāo)識一個組織實體，例如一個公司、管理者等；它負(fù)責(zé)維持后字段的編號；對象分類代碼用來標(biāo)識通用管理者代碼下的物品的種類或者類型；序列號用來標(biāo)識對象分類代碼下的每個具體對象。三者的編碼都是唯一的，而且在同一類型下是不允許重復(fù)的。通過這種編碼格式可以看出，對象分類代碼部分表示了倉儲物資的類型；也就代表著倉庫中所儲存的物資種類，當(dāng)一個大型貨運倉庫有多個提貨人員時，該代碼也給出了一種合理的分配提貨人員權(quán)限的辦法[6]。

鑒于提貨人員只是針對一個特定的物流企業(yè)，其提貨權(quán)限很少涉及對外方面；而且考慮到倉儲管理系統(tǒng)的高效運作及健壯性與穩(wěn)定性，在提貨人員權(quán)限編碼方案設(shè)計部分，采用單獨給提貨人員設(shè)立一套自定義的權(quán)限編碼格式。其編碼格式仍然以GID-96為基礎(chǔ)進(jìn)行自定義設(shè)計，目的是為了在批量檢索數(shù)據(jù)庫時更方便實現(xiàn)、效率更高。其編碼格式如表2所示。

編碼中通用管理者分為2種：具有最高權(quán)限的董事部、分管不同提貨人員的倉管部；分別賦予不同編碼來表示。在對象分類代碼部分：董事部下屬對象分類代碼全部置1，表示著董事部人員具有最高權(quán)限，可以查看當(dāng)前倉庫中各種物資的庫存情況及提取倉庫中的各種物資。倉管部分管的不同提貨人員具有不同的對象分類代碼，這也意識不同的提貨人員所提貨物類型不同。在序列號部分，根據(jù)人員人數(shù)N，采取高位使用辦法：N＝2M-2（其中，M<36，全 0、全 1 不用，故要減2）；剩下36-M位，不考慮通用管理者及對象分類，對其全部置0。校驗碼采用循環(huán)冗余碼校驗（CRC），其最大優(yōu)點就是識別錯誤的可靠性高，即使在有多重錯誤時，也只需少量操作就可以識別出錯誤所在；而且16位CRC可以校驗4千字節(jié)長的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)完整性，輕松滿足RFID系統(tǒng)需求。

表1 通用標(biāo)識符（GID-96）Tab.1 General identifier （GID-96）

表2 提貨人員權(quán)限編碼Tab.2 Perm issions code of delivery personnel

3 方案實現(xiàn)

首先，不同類型的物資在出庫操作時，分別由具有不同權(quán)限的提貨人員來實現(xiàn)。提貨人員的權(quán)限由其EPC編碼中的“對象分類代碼”來表示，提貨人員首先將自身攜帶的提貨權(quán)限由專用權(quán)限閱讀器讀取得到。系統(tǒng)獲取得到該電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)后，通過截取指令將權(quán)限標(biāo)簽數(shù)據(jù)中的“對象分類代碼”截取存儲到一個私有變量中。其所提的貨物在出庫時，由閱讀器得到每個貨物的電子標(biāo)簽，并將采集得到的電子標(biāo)簽通過中間件傳輸?shù)较到y(tǒng)中去，在傳輸過程中，要做兩個操作：1）截取貨物電子標(biāo)簽中的對象分類代碼與提貨人員權(quán)限電子標(biāo)簽中的對象分類代碼進(jìn)行模式匹配操作，當(dāng)匹配成功時，則以該物資電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)為搜索條件遍歷數(shù)據(jù)庫中庫存表；當(dāng)匹配不成功時，（即所提貨物標(biāo)簽中的對象分類代碼與提貨人員權(quán)限標(biāo)簽中的對象分類代碼不同），說明提貨人員不具備提取該物品的權(quán)限，則將該貨物的電子標(biāo)簽反饋到液晶顯示終端，并呈高亮顯示；以備倉管人員檢查核對。2）當(dāng)提貨成功后，貨物出庫操作；同時，以該貨物電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)為搜索條件檢索數(shù)據(jù)庫，更新當(dāng)前數(shù)據(jù)庫倉儲物資庫存表；保證庫存表中貨物數(shù)量與倉庫中一一對應(yīng)。該更新操作與貨物入庫操作有一些相似。其整個提貨操作流程如圖2所示。

EPC數(shù)據(jù)采集部分：出庫物資的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集與人員權(quán)限電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集二者操作是“異步”的。先采集提貨人員權(quán)限標(biāo)簽數(shù)據(jù)，獲取后再與采集出庫物資電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行模式匹配。這樣做的原因在于存儲倉儲物資信息的數(shù)據(jù)庫與人員權(quán)限信息的數(shù)據(jù)庫是分開管理的，這樣可以有效保證提貨人員權(quán)限信息不被泄露或竊取，防止倉儲物資損失。

應(yīng)用程序模塊部分：鑒于多個讀寫器同時工作時，其每秒鐘讀取得到的標(biāo)簽數(shù)量非常龐大。通常采用開辟一塊緩沖區(qū)來暫存電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)。電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)以消息隊列的方式存儲，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 提貨操作流程圖Fig.2 Flow chart of delivery operation

圖3 EPC數(shù)據(jù)隊列Fig.3 EPC data queue

為了方便理解，筆者僅以EPC數(shù)據(jù)隊列中任意一個電子標(biāo)簽為例來演示其整個處理過程。首先電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)出隊列操作，進(jìn)入應(yīng)用程序接口。圖4是整個處理流程圖。

圖4 應(yīng)用程序部分處理流程圖Fig.4 Portion of the application process flow chart

4 方案驗證

鑒于EPC數(shù)據(jù)采集是在硬件部分實現(xiàn)，這里不在過多贅述。模擬已采集得到的EPC數(shù)據(jù)，對方案進(jìn)行驗證。采集得到的EPC數(shù)據(jù)以形同二維表的形式存儲在EXCEL表格中，當(dāng)前倉儲物資庫存表存儲在ORACLE數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行批量檢索數(shù)據(jù)庫。由于批量檢索數(shù)據(jù)庫對查詢響應(yīng)時間要求非常高，這里采用劃分－抽樣－匹配的思想。物資在入庫操作時已進(jìn)行了簡單的分類的劃分，因而在批量檢索時只需對每類倉儲物資抽取庫存表中第一個進(jìn)行匹配。當(dāng)對象分類代碼部分與當(dāng)前庫存表中存儲記錄吻合時，再進(jìn)行序列號的匹配；該方法最在的好處是：一次截取，多次使用。批量檢索數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫的對象分類代碼在核對人員提貨權(quán)限時會再次使用，只需一個臨時變量來暫存該代碼即可；大大減少了截取工作量，縮短了處理時間。

針對上述研究，在MatLab中分3種環(huán)境進(jìn)行仿真。仿真環(huán)境1：庫存表記錄固定1 000條，出庫標(biāo)簽變化：8～100個，提貨人員為1人；仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 記錄數(shù)固定的不同標(biāo)簽數(shù)量識別時間仿真結(jié)果Fig.5 Fixed number of records the number of different labels identify the time simulation results

仿真環(huán)境2：出庫標(biāo)簽固定30個，庫存表記錄變化：100～1 500個，提貨人員為1人；仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同記錄數(shù)的30個標(biāo)簽識別時間仿真結(jié)果Fig.6 Number of different record 30 labels identifies time simulation results

仿真環(huán)境3：出庫標(biāo)簽變化：20～70個，庫存表記錄變化：150～1 450個，提貨人員為1人；仿真結(jié)果如圖7所示。從仿真結(jié)果可以看出，該方法能夠正確處理數(shù)據(jù)；實現(xiàn)以對象分類代碼為核心的分類提貨管理。相比普通提貨方法，縮短出庫時間。通過對貨物電子標(biāo)簽的鎖定，使得提貨出錯故障降低到最小，達(dá)到了方案設(shè)計時的初衷。為現(xiàn)代化的倉儲提貨管理提供了一個新的思路。

圖7 標(biāo)簽記錄數(shù)隨機(jī)出庫時間仿真結(jié)果Fig.7 Random Label records out of library time simulation results

5 結(jié) 論

為了實現(xiàn)高效、快捷的現(xiàn)代化倉儲管理，提出了一種基于RFID技術(shù)的人員提貨權(quán)限自動化管理方案。依托對提貨人員EPC特殊編碼，合理分配了倉管人員提貨權(quán)限，解決了出庫慢、提貨出錯的問題。但從設(shè)計權(quán)限編碼本身特點看，該提貨權(quán)限方案具有一定的局限性。當(dāng)倉儲物資類型繁多時，每個倉管人員只單獨賦予一種貨物類型的提貨權(quán)限可能將無法滿足倉儲管理靈活性需求，導(dǎo)致倉管人員浪費，增加了倉儲管理投資成本。這也是本方案下一步有待改進(jìn)的地方。

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