基于RFID無線傳感器網絡的連鎖餐飲資產管理系統

李 琦，柯宗武，姜楚喬

(湖北師范學院 計算機科學與技術學院，湖北 黃石 435002)

0 引言

傳統資產管理通常采用條形碼技術，讀取物品信息時速度慢而且可存儲的信息容量小，成千上萬的物品不能處于實時監控狀態；現代資產管理需要動態監控物品并可以存儲大量信息，以此提高管理效率并減低管理成本[1～2]。

基于RFID與無線傳感器網絡的資產管理系統是可以滿足現代倉庫管理的新技術，系統可以動態、實時采集傳感器節點感知的數據。近距離時管理人員可以通過手持終端讀取RFID及傳感器節點中的數據，遠距離時可以通過網絡訪問數據庫獲取物品的實時信息。采用基于RFID與無線傳感器網絡結合的技術可以有效掌握資產的動態信息，同時在系統中采用決策系統對資產進行有效管理，從而達到節約成本的目的。

1 相關研究

資產管理中用不同種類RFID 標簽如主動RFID 標簽，被動RFID 標簽等，在不同的覆蓋距離，單一管理區域、多管理區域、重疊控制區域中的資產管理，智能管理且具有實時性[3]。

一些學者提出了一些基于RFID的資產管理系統，Chilamkurti提出了CSCE-AMS，使用RFID系統收集信息對資產進行管理，記錄設備的借出人和歸還人，并且可以通過電子郵箱的方式通知到時間沒有歸還設備的人，這個系統就是為了在借出和歸還設備的管理方面使人力使用減少[1]。Meng研究的基于RFID的資產管理系統可以在電子地圖上顯示資產的空間信息并且提供通過SMS自動故障報警通知的功能[4]。Fernandez 使用RFID技術用于管理鐵路貨運行業的資產管理，管理諸如列車車輛，底盤、軸、轉向架、聯軸器等，使用RFID技術監控各個零件的信息，提出一個分層處理方案將標簽信息轉化為重要的信息來閱讀，這種方法的缺點是需要專門耦合每一層相應業務，將事件分離后處理[5]。

上述資產管理系統存在的缺陷是受距離的約束且不能動態獲取被監控物品的實時信息。本文提出了一種新型將RFID與無線傳感器網絡結合的資產管理技術，既保留了傳統資產管理系統的功效，同時由于無線傳感器網絡的使用可以通過傳感器節點實時收集被監測物品的信息，管理人員可以通過網絡獲取傳感數據。既解決了距離問題，也實現了對數據信息的動態獲取在，在系統中設有決策模型可以達到更好的預警處理效果。

2 RFID無線傳感器網絡

2.1 RFID與無線傳感器網絡的結構

目前，RFID與無線傳感器網絡結合的體系結構有三種，第一種是RFID標簽與傳感器節點結合，第二種是RFID閱讀器與傳感器節點結合，第三種是混合的網絡結構[6～9]。

1)RFID標簽與傳感器節點結合

在RFID 標簽與傳感器節點整合的結構中，把傳感器標簽分為兩類：一種是傳感器標簽只能與RFID閱讀器通信；另一種是傳感器標簽可以兩兩相互通信，組成ad hoc 網絡。在RFID 標簽里放入傳感器，這樣可以接收感測器的讀數然后再傳遞給RFID閱讀器。正是因為這種放入了傳感器的RFID標簽為RFID 與無線傳感網絡的整合提供了可能。

2)RFID 閱讀器與傳感器節點結合

在這種方式中，包括智能節點即RFID閱讀器與傳感器節點整合后的節點、單一的RFID 標簽、基站三個成分。智能節點的體積更小，成本更低，并且很容易組建。通過建立ad hoc網絡，智能節點負責從RFID標簽收集數據，并且與基站進行通信，即智能節點起到路由和傳遞消息到目的地的作用。

3)混合的網絡結構(Mix Architecture)

在混合的網絡結構中，RFID標簽與傳感器節點之間是獨立的物理設備，但是它們可以在整合網絡中獨立工作。在這種結構中包括三種硬件設備：智能基站(smart station)、普通RFID標簽以及普通傳感器節點。一個智能基站包括一個閱讀器、一個微型處理設備以及一個網絡接口。RFID標簽和傳感器節點收集的數據都傳送到智能基站。由RFID的服務端與整合網絡的服務端進行通信，并與RFID標簽傳輸信息。

這種方式結合的網絡不需要將兩者整合在一起的硬件設備。但是，在這種結構中RFID標簽與傳感器節點之間可能會有沖突。

2.2 RFID無線傳感器網絡的特點

RFID是一種非接觸的，用于傳輸一個物體的標簽中數據的無線系統，用于物體的識別與跟蹤。RFID通信是快速的，它的應用可以節省時間，提高服務質量，節約人力資源，阻止產品的偽造和盜竊，提高生產效率并維護質量標準。無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)是小型網絡設備，可以通過感應環境，合作地收集溫度、濕度、壓力、震動等信息。兩者的聯合使用可以有更好的性能、更強的可擴展性、可移植性以及可以減少不必要的開銷，會帶來更多無線通信的優勢[10～11]。將RFID與WSN融合在一起可帶來如下好處：

1)更豐富的信息

RFID與WSN可以相互補充，以得到一個物體的標識位置、環境及自身的豐富信息。

2)更方便、更可靠的數據傳輸

在RFID無線傳感器網絡中，數據流主要從客戶端傳輸到服務器，將便攜式RFID閱讀器做成無線傳感器網絡中的節點，可以方便地將閱讀器收集到的信息通過網絡傳輸到數據中心的服務器。

3)降低成本

在物流管理應用中，因增加了更豐富的信息，可以減少一些不必要的浪費，如對于食品進行長途運輸，使用RFID無線傳感網絡獲取食品的狀態，對于已過期或者已變質的食品直接處理掉，減少不必要的物流成本。

3. RFID無線傳感器網絡的連鎖餐飲資產管理系統

鑒于RFID無線傳感器網絡的特點及優勢，提出基于RFID無線傳感器網絡的連鎖餐飲資產管理系統，不僅可以提高管理效率、節省工作時間、提高服務質量，而且可以降低工作成本，達到利益最大化的效果。

在連鎖餐飲資產管理系統中可以實時監控每一單位物品的狀態，物品快到保質期通過決策模型盡快出庫處理，這樣可以降低由于腐爛而造成的成本；在資產管理尤其是食物管理中對溫度的要求十分嚴格，可以通過傳感器節點來感應物品的溫度，實時監控并及時處理防止由于溫度過高而造成腐爛。

3.1 系統結構

將射頻識別設備與無線傳感器網絡相結合應用于資產管理系統中，當有物品進入倉庫時，在物品上貼RFID標簽，此標簽中記錄物品買入時間、生產廠家等信息。將這些貼有RFID標簽的物品入庫，同時將RFID標簽中的信息通過網關傳入數據庫，資產管理系統中的信息在數據庫中進行管理。倉庫管理員利用手持設備通過無線傳感器網絡網關訪問服務器進行數據庫的訪問，完成倉庫管理工作。系統有自動報警的功能，通過RFID與傳感器結點監控物品周圍的狀態信息如溫度、濕度信息，當實時監控的信息數值大于設定的上限值時，系統可以發出警告信息，以便管理員及時處理；當數據庫中的數據信息超過某一值，如保存天數超過保質期限時，產生警告通知倉庫管理員盡快處理。

3. 2 連鎖餐飲企業資產管理系統

連鎖餐飲業具有集團化、中央廚房集中進行生產管理、地理覆蓋范圍廣等特點。如何有效地管理復雜的企業并將食品分送到消費者手中，是企業管理者面臨的一大挑戰，最有效的方式是運用高新科技。由于餐飲業對食品的鮮度要求較高，一般將采購的食品存放在中央冷庫，在中央廚房統一配料，再配送到各個連鎖餐飲店，該系統要實現智能采集信息，并有預警功能，其數據流圖如圖1所示。

圖1 系統數據流圖

在餐飲企業中，由管理人員決策購買食品，食品買回來通過審核后將RFID標簽貼到食品上，將貼有電子標簽的物品送入中央冷庫，在入中央冷庫時管理員通過讀寫器將入庫日期及要送到的貨架位置寫入標簽中。

由于冷庫中節點帶有RFID標簽閱讀器，這樣傳感器節點可以通過閱讀RFID標簽獲取冷庫中貨架的閑置情況，并將信息送至冷庫網關；同時，傳感器節點將監測到的溫度、濕度信息通過多跳方式送至網關，網關再將數據送到管理中心。手持終端是一個集RFID讀寫器、wifi、sink結點于一體的智能終端，管理員可以通過手持終端獲取物品的動態信息及貨架的空閑信息。

在傳統的冷庫管理中，出庫人員一般習慣就近取物品，食品易積壓，造成浪費。在所研究的系統中，管理員可通過手持終端依入庫日期先后查看，取出所需物品，同時查到物品位于哪個貨架上，通知搬運工直接搬運上車、出庫。管理人員在物品上車出庫時向標簽中寫入出庫日期。

3.3 決策模型

本系統將RFID與無線傳感器網絡結合，收集的數據在數據庫中存儲，這樣使用在整個管理流程中，可以實時獲取物品的信息，提高管理的效率，同時系統中有預警模型，這樣可以減少食品因腐爛等原因增加成本，也可以節約人力成本、時間成本。

系統決策模型：假定一周為一個采貨周期，周貨物庫存費C1，每次訂購費C2，日需求量為一常量D，根據經濟學模型可以計算出，每次購貨量Q

(1)

當庫存量小于兩日消費量時，通知管理者決策采購;當庫存量大于7日消費量時，通知管理者決策促銷、賤賣或者丟棄。

物品采購回來入庫時，將物品的貨名、生產日期、有效期、保質期、生產廠家信息、WTID號輸入PC，通過“寫”標簽將這些信息寫到RFID標簽中，可以通過讀標簽獲取標簽中的信息.將帶有RFID標簽的物品放入中央冷庫，并且更新數據庫中的信息。在中央冷庫中放有溫度傳感器節點、濕度傳感器節點、肉類鮮度傳感器節點，可通過網關將數據傳送至數據管理中心(Database)。冷庫中信息管理如圖2所示。 物品在數據庫中的信息來源于RFID標簽中的信息以及傳感器節點傳回的數據信息。

圖2 冷庫中信息管理圖

在冷庫系統中，考慮產品消費的預警模型，即決策將物品送入中央廚房的最佳時間.預警模型是一個無量綱的模型，采用加權的方法計算。模型考慮溫度、濕度、日期三個因素的影響，權系數分別為r1，r2，r3； 當前溫度為Td，最佳溫度為Tz，允許溫度誤差為Tx，當前濕度為Hd，最佳濕度為Hz，允許濕度誤差為Hx.當前日期為Ds，生產日期為Dd，保質期為D0.模型如下：

(2)

根據上述模型，當S的值高于警戒線時，通知管理者進行丟棄、賤賣等處理；當S的值處于低值時則物品狀態適合送入中央廚房加工。

物品進入中央廚房時可以讀標簽獲取物品的相關信息，對送來的物品進行配料加工，出廚房時對標簽重新寫入數據，記錄物品名稱、物品的去向、出廚房時間、物品數量、保鮮期、配料廚師、負責人、ID號。物品入此分店時，即讀取RFID標簽，得到從中央廚房出貨時的信息，并且要在保鮮期內送至餐桌，否則決策丟棄、賤賣。

4 結束語

本文提出了基于RFID無線傳感器網絡的連鎖餐飲資產管理系統，可以動態獲取傳感數據，確保管理人員實時準確地掌握物品的狀態、倉庫中溫度、濕度信息以及庫存的真實數據，合理控制物品庫存量。管理人員通過手持終端或訪問數據庫獲取傳感信息后，通過決策模型及時處理資產，這樣不僅實現可視化管理并及時管理提高了管理效率并減少浪費，為企業節約成本。RFID無線傳感器網絡可應用于各種智能資產管理中，可以提高數據實時性，實現對資產的可視化管理。

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