面向物聯(lián)網(wǎng)的RFID技術(shù)在倉儲管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

李政 劉釗 孟思彤

摘要：現(xiàn)今，“物聯(lián)網(wǎng)”一詞已出現(xiàn)我們生活的方方面面。如在物資倉儲管理過程當(dāng)中，物聯(lián)網(wǎng)便扮演著重要角色。然而，物資管理過程當(dāng)中，更多的是通過人員來操作，導(dǎo)致勞動效率低下，人力資源嚴(yán)重浪費(fèi)。同時貨物數(shù)量也在不斷地增加，出入庫頻率更是與日劇增，該模式下，工作效率會大打折扣。針對此現(xiàn)象，本文在物資倉儲管理系統(tǒng)中結(jié)合了RFID系統(tǒng)，在貼有標(biāo)簽的物資掃描過程中，對信號沖突問題進(jìn)行標(biāo)簽防碰撞算法優(yōu)化，提高系統(tǒng)吞吐率，使得新算法讀取大量標(biāo)簽時高效、準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：倉儲管理；RFID；標(biāo)簽防碰撞算法

現(xiàn)今，“物聯(lián)網(wǎng)”一詞頻繁地出現(xiàn)在世人眼前，伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和智能嵌入技術(shù)的迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已出現(xiàn)在我們生活的方方面面。在眾多的自動識別技術(shù)中，RFID成為物聯(lián)網(wǎng)中物品自動識別的最重要的技術(shù)，它提供了物聯(lián)網(wǎng)的“物”與“網(wǎng)”連接的基本手段。RFID系統(tǒng)利用射頻信號的空間耦合傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對物體信息的自動讀取和識別。系統(tǒng)由三個部分組成： 硬件和應(yīng)用軟件部分，以及 RFID應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)格式和通信協(xié)議。

讀寫器掃描有效范圍內(nèi)的標(biāo)簽，讀取數(shù)據(jù)，完成對產(chǎn)品信息的搜集。在此過程中由于會讀取大量標(biāo)簽，勢必會造成標(biāo)簽信號沖突，導(dǎo)致標(biāo)簽漏讀、誤讀現(xiàn)象。通過眾多學(xué)者的研究，標(biāo)簽防碰撞技術(shù)主要有4種：空分多路法（SDMA）、頻分多路法（FDMA）、碼分多路法（CDMA）、時分多路法（TDMA）。而TDMA是現(xiàn)今最常用的。利用該方法設(shè)計的算法主要分為兩大類：ALOHA算法和二進(jìn)制樹搜索算法。二進(jìn)制樹搜索算法算法在設(shè)計過程中較為復(fù)雜，需要運(yùn)行較長時間。因此本文在ALOHA算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。

1 Aloha算法描述

1.1 傳統(tǒng)防碰撞算法

在純ALOHA算法中，標(biāo)簽隨機(jī)選取時間點(diǎn)響應(yīng)閱讀器，發(fā)生碰撞時，閱讀器向標(biāo)簽發(fā)出延遲指令，但該延遲是隨機(jī)的，因此在該算法中，碰撞周期會很長， 所能達(dá)到吞吐率的最大值為18.4%，只適合標(biāo)簽稀疏情況下使用。在純 ALOHA 算法的基礎(chǔ)上稍作改進(jìn)得到時隙 ALOHA 算法（SA），它將一段時間劃分為離散的時隙單元，使得碰撞時長縮短為純ALOHA算法的一半，因此，吞吐率提高了一倍。幀時隙 ALOHA（FSA）算法引用幀的概念，標(biāo)簽隨機(jī)選擇幀值范圍內(nèi)的一個時隙對閱讀器進(jìn)行響應(yīng)。

假設(shè)N為幀長，n為閱讀器范圍內(nèi)可識別標(biāo)簽數(shù)，在此假定，各個時隙內(nèi)所有標(biāo)簽都是均勻分布，則標(biāo)簽選擇每個時隙的概率都是 1/N，因此在一個時隙內(nèi)，具有r個標(biāo)簽的概率為：Pr=Crn（11N）r（1-11N）n-r，該時隙為空時隙、成功時隙、碰撞時隙的概率分別為P0，P1，Pr，三種情況對應(yīng)的期望值分別為E0，E1，Er，系統(tǒng)吞吐率為S=E11N，由S′=0可知，N≈n+1，可得到幀長與標(biāo)簽數(shù)相近時，系統(tǒng)吞吐率最大。由此人們又提出了動態(tài)幀時隙ALOHA 算法（DFSA）對每輪查詢后未識別標(biāo)簽數(shù)進(jìn)行估計，然后動態(tài)地調(diào)整幀長，使之與系統(tǒng)內(nèi)當(dāng)前標(biāo)簽數(shù)相近。

1.2 自適應(yīng)分組位隙ALOHA標(biāo)簽防碰撞算法

自適應(yīng)分組位隙ALOHA標(biāo)簽防碰撞算法（AGSA）在DFSA的基礎(chǔ)上，在每輪閱讀過程中結(jié)合了標(biāo)簽估計算法，通過分析根據(jù)剩余標(biāo)簽的數(shù)量，合理分配幀長。通過MATLAB仿真不同幀長下（N=16，32，64，128，256）吞吐率的變化，發(fā)現(xiàn)，相鄰幀長下的兩條吞吐率曲線會有交點(diǎn)，交點(diǎn)以上，吞吐率一直保持著較高水平，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理分組，使得時隙數(shù)不會因為過多而浪費(fèi)，也不會因為過少而導(dǎo)致堵塞，系統(tǒng)吞吐率會保持較高水平。當(dāng)標(biāo)簽數(shù)n的取值為22～44時，幀長為32；44～88時，幀長為64；88～177時，幀長為128；當(dāng)n大于128時，幀長為256且保持不變。這就為后期分組奠定了基礎(chǔ)。

L為標(biāo)簽位隙長度，由上述可知，一輪查詢內(nèi)，每個沖突時隙平均含有的標(biāo)簽數(shù)如下式：t=n-N11Nr，由此可得系統(tǒng)吞吐率為：

通過MATLAB仿真分析，AGSA算法吞吐率基本維持在70%左右，大大提高了倉儲管理系統(tǒng)的工作效率。

2 系統(tǒng)操作

主機(jī)與標(biāo)簽進(jìn)行通信時，首先主機(jī)會發(fā)送命令給AS3992讀寫模塊，讀寫模塊將收集到的數(shù)據(jù)返回給主機(jī)，兩者通信的數(shù)據(jù)格式是相同的。主機(jī)向閱讀器發(fā)送的命令體為命令碼、命令字節(jié)長度和命令數(shù)據(jù)的結(jié)合，返回數(shù)據(jù)的命令碼是對發(fā)送數(shù)據(jù)命令碼的回答?？蓪?biāo)簽操作的命令有盤存命令，喚醒表簽/休眠標(biāo)簽，訪問命令。例如要選中EPC為01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 23的標(biāo)簽，發(fā)送33 0F 0C 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 23 若接受34 03 09，表示此標(biāo)簽無法讀寫，若接收34 03 00，表示可以讀寫此標(biāo)簽了。

打開AS3992 Reader Suite應(yīng)用程序，首先設(shè)置工作頻率為915MHz，在Rogers讀寫器表示上點(diǎn)擊右鍵，選擇 Advanced Reader Settings。點(diǎn)擊Edit中 Settings 按鈕，點(diǎn)擊位置 1 ，選擇“USA”，然后調(diào)整 Output level 的值到恰當(dāng)?shù)闹担热? 或者1。完成后，均需要點(diǎn)擊對應(yīng)的 Set 按鍵。接上天線，點(diǎn)擊 Start Scan，即可掃描到標(biāo)簽。

3 結(jié)論

本文在物聯(lián)網(wǎng)前提下，研究RFID在倉儲管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，并在動態(tài)幀時隙ALOHA算法的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)算法。該算法通過在標(biāo)簽信息段后加入一定的時隙數(shù)，當(dāng)碰撞發(fā)生時通過時隙再識別，使得系統(tǒng)吞吐率提高近一倍，并結(jié)合動態(tài)分組，在保持高吞吐率的同時，大大降低了閱讀器的查詢周期數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李萌，錢志鴻，張旭，等.基于時隙預(yù)測的RFID防碰撞ALOHA算法[J].通信學(xué)報，2011，32（12）：4350.

[2]劉曉崗.RFID系統(tǒng)防碰撞算法研究[D].南昌航空大學(xué)，2015.

作者簡介：李政（1993），女，山西晉城人，計算機(jī)技術(shù)專業(yè)，研究方向：系統(tǒng)監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)管理；劉釗（1992），男，河北滄州人，計算機(jī)技術(shù)專業(yè)，研究方向：系統(tǒng)監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)管理；孟思彤（1993），女，遼寧本溪人，計算機(jī)技術(shù)專業(yè)，研究方向：系統(tǒng)監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)管理。