倉庫物聯網管理的應用

劉修軍 周耀

摘要：物聯網技術新一代IT技術充分運用在各行各業之中，人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，達到“智慧”狀態，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關系，倉庫物聯網管理應用就是利用物聯網技術將倉庫管理與網絡連接起來，將倉庫動態的管理達到隨時隨地都能管理和查看倉庫的情況。

關鍵詞：物聯網感知層網絡層應用層倉庫管理平臺傳感器

1 概述

物聯網是在移動互聯網的基礎上，利用智能控制終端、各類傳感器、智能設備、RFID、數據通信等技術，實現物與物、人與物之間進行“溝通”的智能。物聯網由感知層、網絡層和應用層構成。感知層的核心就是無線傳感器網絡WSN網絡層采用有線或無線網絡在感知層與應用層之間承擔通信功能。應用層是所有物聯網信息處理及存儲的載體，對感知層的感知信息進行處理，并以不同方式把處理結果進行呈現。物聯網可以應用于幾乎所有領域，倉庫物聯網應用可以借助射頻識別（RFID）技術、傳感技術、移動互聯網，實現倉庫的全自動化倉儲、倉儲智能控制與實時監控、倉儲安防，使生產企業、流通企業、代理商、專賣店之間異地、遠程、動態全天候的智能聯網與物物通信。

2 體系結構

系統按功能劃分為功能管理部分、物聯網網關和倉庫管理平臺部分。功能管理部分由倉庫管理域構成。倉庫管理域是一個無線傳感網，傳感器節點之間通過無線方式通信，所有傳感信息通過匯聚節點匯總后通過有線方式傳送到物聯網網關；無線傳感網內部各傳感節點之間使用基于IEEE802.15.4的短距離無線通信方式進行數據交互，上層使用ZigBee協議。使用無線方式可以靈活布局傳感器節點。無線傳感網與物聯網網關之間使用LAN進行通信；物聯網網關與應用平臺之間使用移動互聯網進行通信。物聯網網關把傳感信息按應用傳送到應用層處理平臺；應用層處理平臺對傳感信息進行分析處理、存儲；并可把信息實時傳遞到移動終端或WEB終端。倉庫物聯網管理平臺對管理域的信息進行分析處理，處理結果以可視化的界面呈現。

倉庫物聯網體系結構如下圖：

3 系統描述

3.1 傳感器節點 ①硬件描述。傳感器節點硬件為嵌入式系統，由處理器、存儲器、各類傳感器、射頻模塊等構成；傳感器節點采用低功耗的處理器。②功能分層描述。傳感器節點功能上由物理層、媒體接入層、網絡/安全層及應用層構成。物理層提供物理層數據服務和管理服務，物理層數據服務通過無線信道收發數據，可以使用2.4GHz頻段的16個信道。媒體接入層分為邏輯鏈路控制（LLC）和媒體接入控制（MAC）子層。LLC子層保證傳輸的可靠性、分段/重組等功能；MAC子層負責無線鏈路建立，信道接入控制，幀傳送/接收。網絡/安全層負責新建網絡、加入/離開網絡、設備尋址及路由，信息安全處理。應用層分為應用子層（APS）、ZigBee設備對象（ZDO）和自定義應用對象構成。③節點分類。傳感器節點在傳感網絡中分為協調器/路由器節點和端節點，每個獨立的傳感網絡有一個協調器節點管理網絡，即物聯網體系結構中的匯聚節點。匯聚節點管理端節點的加入、離開請求，維護網絡拓撲結構及信息的轉發和匯總，匯聚節點不但具有RF功能模塊，還提供以太網接口或移動通信接口（TD/WCDMA/CDMA2000）。端節點只采集傳感器信息并向匯聚節點上報，或接收匯聚節點的數據并執行指定動作。④節點功能。實時采集管理倉庫的各種數據如溫度、濕度、控制、商品進出貨物等等。

3.2 網關功能 ①網關硬件。物聯網網關硬件可采用高性能的嵌入式平臺或通用PC服務器，操作系統可采用嵌入式Linux或Windows。②網關功能。信息匯總：物聯網網關直接與無線傳感網的匯聚節點連接，接收每個傳感網各個傳感/控制節點的傳感信息，根據節點類型及信息類型，按對應的應用類型進行分類匯總。信息分發：物聯網網關通過移動/互聯網直接與煙草物聯網管理平臺連接，根據收集的傳感信息對發送到管理平臺。命令中轉：物聯網管理平臺可以對自身管理的傳感器/控制節點發送控制命令（如控制空調等），物聯網管理平臺直接把控制命令發送到物聯網網關，物聯網網關對命令分析后確定命令的目的節點，然后轉發到相應傳感網的匯聚節點。

3.3 管理平臺 ①管理平臺硬件。管理平臺硬件采用PC服務器，操作系統采用Windows/Linux。②管理平臺功能。信息采集：物聯網管理平臺通過物聯網網關收集各傳感器/控制節點的上報信息。信息存儲：平臺的信息存儲/備份功能對收集的各類信息進行保存并做好備份，對各個功能模塊分析后生成的數據進行保存。信息呈現：通過WEB終端把數據分析結果以可視化圖形界面形式呈現。告警管理：當監測數據被判斷為故障數據時，保存到故障庫并通過WEB終端或移動終端主動向相關人員報告故障信息。信息查詢：平臺管理人員可以通過WEB終端或移動終端查詢倉庫環境的溫濕度、門狀態的當前狀態或歷史狀態。配置管理：對傳感器/控制節點、匯聚節點信息進行配置：添加、編輯、刪除；安全管理：平臺保存的每個節點的數據都有存取權限，只有通過安全審查才能提取相應的信息，平臺對非法的請求予以拒絕。平臺在向傳感網控制節點發送控制指令之前對指令進行合法性驗證。WEB管理：提供遠端WEB接入功能，在內部網的任何PC上通過Web訪問應用管理平臺進行系統的實現操作維護功能。倉庫環境管理：對倉庫環境的各種信息進行記錄并呈現給管理員，當倉庫環境產生報警信息時，提示相關管理員處理先關報警狀態。倉儲設備遠程控制：當管理人員向倉儲環境的控制節點發送控制指令（啟動/停止空調、抽濕機等）時，對管理人員的權限和控制指令的合法性（當前環境溫濕度）進行判斷，避免發送非法遙控指令。第三方接口：包括與現有的“數字化倉儲系統”、“半自動分揀作業系統”的接口實現數據共享及動畫仿真；與移動運營商之間短信平臺的短信接口，實現手機的實時查詢功能。

4 系統實現

4.1 系統邏輯結構 系統在功能上由三部分構成：倉庫無線傳感網及物聯網網關、倉庫物聯網管理平臺，分別完成感知層、傳輸層、應用層功能。

4.2 系統實現 ①感知層的實現。倉庫物聯網環境監控可完成對倉庫的溫度、濕度、貨物情況、空調控制等等，當倉庫的環境超過實際情況或發生異常情況后通知物聯網管理平臺，由物聯網管理平臺集中處理并通知相關管理人員處理相關異常。感知層的傳輸由無線網絡組成，主要技術使用zigbee技術和wifi技術實現感知層的傳輸和控制。②通信層的實現。通信層的實體由物聯網關實現，其硬件選用商用的服務器，其實現功能由網關應用軟件實現。考慮到倉庫物流中心的實際情況，物聯網關與無線傳感網之間采用WiFi通信；物聯網關與應用管理平臺之間通過企業內部網通信。③應用層的實現。應用層功能由倉庫物聯網管理平臺實現，其硬件選用商用的服務器，其實現功能由倉庫及安防管理應用軟件實現。為了實現手機查詢及手機報警功能，倉庫物聯網管理平臺需要與移動運營商的短信中心/短信網關連接，完成對手機的短信收發功能。

為了共享數據，倉庫物聯網管理平臺與現有的 “半自動分揀作業系統”連接。

參考文獻：

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