Εφαρμογή του συστήματος RFID ZigBee σε logistics τρίτων

Αυτό το άρθρο χρησιμοποιεί την επίπεδη αποθήκη της αναπτυσσόμενης εταιρείας logistics τρίτου μέρους στη Νέα Περιοχή Tianjin Binhai ως περιβάλλον εφαρμογής για να δημιουργήσει ένα σύνολο έξυπνων λύσεων αποθήκευσης βασισμένες στην έννοια του Διαδικτύου των πραγμάτων και με δυνατότητα κλιμάκωσης. Στο σύστημα έξυπνης αποθήκευσης RFID, κάθε ή περισσότερες ηλεκτρονικές ετικέτες RFID πρέπει να έχει τον αντίστοιχο αναγνώστη/εγγραφή για την ανίχνευση πληροφοριών και κάθε ομάδα συσκευών ανάγνωσης καρτών RFID πρέπει επίσης να ανταλλάσσει δεδομένα με τον διακομιστή. Ωστόσο, στις εργασίες αποθήκευσης, η επιφάνεια του δρόμου για την ανύψωση οχημάτων πρέπει να είναι λεία για να διασφαλίζεται η ομαλή λειτουργία και ο χώρος της αποθήκης είναι ψηλός και έχει μεγάλο άνοιγμα, επομένως η ενσύρματη διάταξη δεν είναι βολική. Τα ασύρματα δίκτυα πρέπει να χρησιμοποιούνται για την επίτευξη ασύρματης αλληλεπίδρασης δεδομένων. Ως εκ τούτου, η ολοένα και πιο ώριμη τεχνολογία ZigBee χρησιμοποιείται για την ασύρματη δικτύωση συσκευών ανάγνωσης καρτών RFID για την επίτευξη δυναμικής ανταλλαγής δεδομένων.

1 Επίδειξη λύσης δικτύου ad hoc ZigBee

Με βάση τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της αποθήκευσης logistics τρίτων και τις πραγματικές απαιτήσεις απόστασης μετάδοσης, μετά από οριζόντια σύγκριση πολλών μεθόδων ασύρματης μετάδοσης, επιλέχθηκε μια λύση ασύρματου ad hoc δικτύου βασισμένη στην τεχνολογία ZigBee. Το Ad hoc δίκτυο ZigBee είναι μια πλατφόρμα ασύρματου δικτύου μετάδοσης δεδομένων υψηλής αξιοπιστίας που βασίζεται στην τεχνολογία ασύρματης επικοινωνίας IEEE802.1 5.4 και αποτελείται από έως και 65.535 μονάδες ασύρματης μετάδοσης δεδομένων. Μέσα σε ολόκληρο το δίκτυο, κάθε μονάδα μετάδοσης δεδομένων ZigBee μπορεί να επικοινωνεί μεταξύ τους και η απόσταση μεταξύ των κόμβων μπορεί να επεκταθεί απεριόριστα από τα τυπικά 75 m. Έχει τα χαρακτηριστικά της εύκολης χρήσης, της αξιόπιστης λειτουργίας και της χαμηλής τιμής.

Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους δικτύωσης, η τεχνολογία ZigBee υιοθετεί πρώτα μια ad hoc μέθοδο επικοινωνίας δικτύου. Κάθε κόμβος ZigBee μπορεί να λειτουργήσει ανεξάρτητα. Μόλις παρουσιαστεί ένα πρόβλημα σε έναν κόμβο, τα δεδομένα μπορούν να μεταδοθούν μέσω άλλων κόμβων και το νέο RFID μπορεί να μεταδοθεί ανά πάσα στιγμή και οπουδήποτε. Όταν ο αναγνώστης ενταχθεί στο δίκτυο, δεν θα επηρεάσει τη χρήση ολόκληρου του δικτύου. Εάν χρησιμοποιείται τεχνολογία Wi-Fi, η αποτυχία ενός AP θα έχει ως αποτέλεσμα όλοι οι αναγνώστες RFID στην περιοχή κάλυψης να μην μπορούν να ανταλλάξουν δεδομένα. Δεύτερον, η στοίβα πρωτοκόλλου ZigBee είναι απλή και σχετικά εύκολη στην εφαρμογή. Η εκτέλεση του ZigBee απαιτεί σύστημα Ο πόρος είναι περίπου 28 Kb, ενώ η στοίβα πρωτοκόλλου Bluetooth είναι σχετικά πολύπλοκη και απαιτεί περίπου 250 Kb πόρων συστήματος. Επιπλέον, το ZigBee είναι πιο ευέλικτο από το Bluetooth και είναι πιο ευνοϊκό για τον έλεγχο του κόστους του συστήματος.

Στις εργασίες αποθήκευσης, σύμφωνα με τη διαδικασία λειτουργίας, απαιτείται μεγάλος αριθμός κόμβων μετάδοσης δεδομένων και το κόστος ενός τεράστιου αριθμού εξοπλισμού επικοινωνίας και του κόστους επικοινωνίας κατά την εκτέλεση στο δίκτυο επηρεάζει άμεσα το κόστος του συστήματος. Η τεχνολογία ZigBee δεν θα παράγει περισσότερα εκτός από το αρχικό κόστος επένδυσης. Χρεώσεις καθημερινής χρήσης. Αν και ο ρυθμός μετάδοσης του ZigBee δεν είναι γρήγορος (η ζώνη συχνοτήτων των 2,4 GHz είναι μόνο 250 Kb/s), λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά των εργασιών αποθήκευσης, η ηλεκτρονική ετικέτα στην παλέτα φορτίου γράφει μόνο τον αριθμό ID του φορτίου και το μήκος byte είναι συνήθως εντός 32 B, επομένως δεν θα έχει πολύ μεγάλο αντίκτυπο στον ρυθμό μετάδοσης και πληροί τις κανονικές συνθήκες εργασίας. Επιπλέον, το ZigBee έχει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Κάτω από το ίδιο περιβάλλον τροφοδοσίας, ο συνεχής χρόνος λειτουργίας του Bluetooth και του WIFI είναι πολύ μικρότερος από το ZigBee.

Τα πρωτόκολλα που σχετίζονται με το RFID ορίζουν μόνο διεπαφές επικοινωνίας, ενώ το ZigBee διαθέτει ένα σχετικά πλήρες πρωτόκολλο δικτύωσης επικοινωνίας. Το ZigBee μπορεί να επιλέξει τη ζώνη συχνοτήτων ISM 2,4 GHz (παγκόσμια κοινή ζώνη συχνοτήτων) στη ζώνη συχνοτήτων εργασίας, ενώ το RFID μπορεί να λειτουργήσει σε 915 MHz ή άλλες ζώνες συχνοτήτων. Και τα δύο Μην παρεμβαίνουν μεταξύ τους στη συχνότητα επικοινωνίας. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η αποθήκη είναι ένα εσωτερικό περιβάλλον και η απόσταση μεταξύ των κόμβων είναι σχετικά κοντινή, η μονάδα ZigBee μπορεί να διαπεράσει εμπόδια συγκεκριμένου πάχους κατά τη λειτουργία, επομένως η εξασθένηση του σήματος είναι αμελητέα. Μέσω πρωτοκόλλων αυτοοργάνωσης δικτύου, οι συσκευές στο δίκτυο μπορούν να επικοινωνούν άμεσα ή έμμεσα ασύρματα. Η αξιοπιστία και η χρήση συχνότητας του δικτύου είναι πολύ υψηλή και το ZigBee διαθέτει σχετικά πλήρη λειτουργία ελέγχου ταυτότητας ασφαλείας.

Συνοπτικά, είναι καταλληλότερο να επιλέξετε την τεχνολογία ZigBee ως το δίκτυο μετάδοσης δεδομένων για το σύστημα RFID στην έξυπνη αποθήκευση logistics τρίτων.

2 Αρχές και δομές δικτύου

Ένα δίκτυο ZigBee πρέπει να αποτελείται από έναν κεντρικό συντονιστή (Coordinator) και έναν δρομολογητή (Router). Κάθε δίκτυο ZigBee απαιτεί και χρειάζεται μόνο έναν κεντρικό συντονιστή για τη δημιουργία του δικτύου. Όταν ένας κόμβος ενώνεται, εκχωρεί διευθύνσεις στο cΧειροκόμβοι? ο δρομολογητής είναι υπεύθυνος για την αποστολή, λήψη και προώθηση δεδομένων και την εύρεση της καταλληλότερης διαδρομής δρομολόγησης. Όταν ένας κόμβος ενώνεται, στους κόμβους εκχωρούνται διευθύνσεις κατά τη σύνδεση, επομένως ένα δίκτυο ZigBee μπορεί να απαιτεί πολλούς δρομολογητές. Όταν ένα δίκτυο αποτελείται από έναν κεντρικό συντονιστή και Ν δρομολογητές, το δίκτυο είναι ένα πραγματικό δίκτυο MESH και όλα τα δεδομένα που αποστέλλονται από κάθε κόμβο δρομολογούνται αυτόματα στον κόμβο-στόχο.

Εφαρμογή του συστήματος RFID που βασίζεται σε ZigBee σε έξυπνες αποθήκες logistics τρίτων

Το σύστημα RFID που βασίζεται στην τεχνολογία αυτοοργάνωσης δικτύου ZigBee υιοθετεί τη δομή του δικτύου MESH και αποτελείται από έναν κύριο κόμβο ελέγχου και αρκετούς υπο-κόμβους (ο αριθμός των υπο-κόμβων εξαρτάται από τον αριθμό των αναγνωστών RFID στην αποθήκη), όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Ο κύριος κόμβος ελέγχου αποτελείται από τον διακομιστή και τον κεντρικό συντονιστή μέσω της σειριακής θύρας. ο υπο-κόμβος αποτελείται από τη συσκευή ανάγνωσης καρτών και τον δρομολογητή μέσω της σειριακής θύρας. Η σειριακή θύρα επιλέγει τη λειτουργία αμφίδρομης επικοινωνίας RS 232.

Αφού ξεκινήσουν όλες οι συσκευές ZigBee, ο κύριος κόμβος θα αρχίσει να δημιουργεί ένα δίκτυο ZigBee, να προσθέτει όλους τους υπο-κόμβους στο δίκτυο, να εκχωρεί διευθύνσεις δικτύου σε κάθε υπο-κόμβο και να αποθηκεύει τις πληροφορίες στη βάση δεδομένων. Αφού η συσκευή ανάγνωσης καρτών συλλέξει τα δεδομένα της ετικέτας, στέλνει πρώτα τα δεδομένα στον δρομολογητή που είναι συνδεδεμένος σε αυτήν. Στη συνέχεια, ο δρομολογητής στέλνει τα δεδομένα της ετικέτας μαζί με τις πληροφορίες του προγράμματος ανάγνωσης καρτών στον κύριο κόμβο ελέγχου μέσω του δικτύου ZigBee πολλαπλών βημάτων για αποθήκευση. Ο κύριος κόμβος ελέγχου στέλνει τη συσκευή ανάγνωσης στη συσκευή ανάγνωσης καρτών. Η εντολή διαμόρφωσης παραμέτρων αποστέλλεται στον αναγνώστη μέσω επικοινωνίας με το δρομολογητή και, στη συνέχεια, η συσκευή κόμβου τοποθεσίας εισέρχεται στη λειτουργία εξοικονόμησης ενέργειας. όταν ο κύριος κόμβος ελέγχου εκδίδει μια εντολή στον θυγατρικό κόμβο, η συσκευή κόμβου τοποθεσίας μπορεί να αφυπνιστεί ανά πάσα στιγμή, αναζητώντας το δίκτυο της διεύθυνσης του θυγατρικού κόμβου και στη συνέχεια να μεταφέρει την εντολή στον δρομολογητή μέσω του δικτύου πολλαπλών δρομολογίων σύμφωνα με στη διεύθυνση δικτύου και μετά περάστε την στην αντίστοιχη συσκευή ανάγνωσης καρτών μέσω του δρομολογητή. Τέλος, ο δρομολογητής στέλνει μια ειδοποίηση επιβεβαίωσης για τη λήψη της εντολής στον κύριο κόμβο.

3. Διάταξη υλικού δικτύου

Λαμβάνοντας ως παράδειγμα μια επίπεδη αποθήκη logistics τρίτων, εγκαθίστανται συσκευές ανάγνωσης καρτών σε κάθε χώρο φόρτωσης και στην είσοδο και την έξοδο της αποθήκης. Τα εμπορεύματα μπαίνουν και βγαίνουν στην αποθήκη με την παλέτα. Η ηλεκτρονική ετικέτα επικολλάται στην παλέτα και η ετικέτα αποθηκεύει τον αριθμό ταυτότητας των εμπορευμάτων. Ο εξοπλισμός ZigBee που χρησιμοποιείται για τη δικτύωση βασίζεται στο τσιπ CC2530F256 της εταιρείας TI, εκτελεί το πρωτόκολλο ZigBee2007/PRO και το κύκλωμα έχει ενσωματωθεί στη μονάδα ZigBee. Έχει όλα τα χαρακτηριστικά του πρωτοκόλλου ZigBee. Το πλεονέκτημα της χρήσης της ενότητας είναι ότι οι χρήστες δεν χρειάζεται να κατανοήσουν το περίπλοκο πρωτόκολλο ZigBee. Όλη η επεξεργασία του πρωτοκόλλου ZigBee ολοκληρώνεται αυτόματα στη μονάδα ZigBee και τα προγράμματα κόμβων εγγράφονται στη λειτουργική μονάδα με ενσωματωμένο τρόπο. Ο χρήστης χρειάζεται μόνο να μεταδίδει δεδομένα μέσω της σειριακής θύρας.

Μεταξύ αυτών, η μονάδα ZigBee, η συσκευή ανάγνωσης καρτών και ο διακομιστής ακολουθούν την ασύγχρονη σειριακή μορφή αμφίδρομης επικοινωνίας RS 232. όλες οι συσκευές ανάγνωσης καρτών RFID και τα σήματα ένδειξης τους συνδέονται με τον μικροελεγκτή μέσω της συσκευής διανομέα και ελέγχονται ομοιόμορφα από τον μικροελεγκτή. Η συσκευή ανάγνωσης καρτών Συνδέεται επίσης με τον μικροελεγκτή μέσω της σειριακής θύρας RS 232. Τα τροφοδοτικά της μονάδας ZigBee, της συσκευής ανάγνωσης καρτών RFID και του μικροελεγκτή είναι όλα μεταξύ 5 και 12 V, χρησιμοποιώντας τυπικά επίπεδα TTL.

Ο διακομιστής και η κύρια μονάδα ελέγχου ZigBee είναι εγκατεστημένα στο γενικό δωμάτιο αποστολής της αποθήκης και χρησιμοποιούνται για την αποστολή και λήψη οδηγιών και την κανονική αποστολή των εργασιών αποθήκευσης. όλες οι συσκευές ανάγνωσης καρτών και οι συσκευές ZigBee εγκαθίστανται στις πραγματικές τοποθεσίες αποθήκης και στις εισόδους και εξόδους της αποθήκης για να γίνουν ένας ενιαίος κόμβος δικτύου. Όλοι οι κόμβοι αποτελούνται από σύστημα RFID που βασίζεται στην ασύρματη μετάδοση ZigBee. Η ενδεικτική λυχνία κατάστασης χώρου φορτίου που ελέγχεται από τον μικροελεγκτή είναι εγκατεστημένη πάνω από το χώρο φορτίου για να υπενθυμίζει στο προσωπικό τις κανονικές εργασίες αποθήκευσης. η οπτική διεπαφή που μετατράπηκε μετά την επεξεργασία από τη βάση δεδομένων εμφανίζεται στον κεντρικό υπολογιστή στην αίθουσα αποστολής αφενός, και αφετέρου εμφανίζεται στην αποθήκη Μια μεγάλη οθόνη παρέχεται για περιήγηση στο προσωπικό.

Εφαρμογή συστήματος RFID (ZigBee) σε logistics τρίτων

Όταν προκύπτουν άλλες ροές εργασίας και έκτακτες ανάγκες κατά τη διάρκεια εργασιών αποθήκευσης, όπως καταμέτρηση αποθεμάτων, μεταφορά αγαθών σε χώρους αποθήκης, εμπορεύματα που δεν έχουν τοποθετηθεί ή κατεστραμμένες ετικέτες κ.λπ., η συσκευή ανάγνωσης RFID αφυπνίζει τον δρομολογητή ZigBee εγκαίρως μέσω του σήματος που ανιχνεύεται σε πραγματικό χρόνο και στη συνέχεια μεταδίδει τις πληροφορίες σε αεγκαίρως. Παραδίδεται στον κεντρικό συντονιστή στη βάση δεδομένων υποστήριξης για διαχείριση αποθήκευσης. Σχεδόν όλες οι διαδικασίες απελευθερώνουν τους εργαζόμενους από τις παραδοσιακές μεθόδους λειτουργίας. Η ακριβής λειτουργία συλλογής πληροφοριών βελτιώνει την αξιοπιστία της διαχείρισης δεδομένων του συστήματος και αποτρέπει αποτελεσματικά τα ανθρώπινα λάθη.

4. Συμπέρασμα

Μετά από τον πραγματικό έλεγχο λειτουργίας, οι μονάδες ZigBee χωρίζονται κατά περίπου 3 μέτρα μεταξύ τους σε ένα εσωτερικό περιβάλλον και το σήμα είναι καλό. Υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας αποθήκευσης, ο χρόνος που χρειάζεται ο διακομιστής για να λάβει πακέτα δεδομένων είναι περίπου 20 έως 40 ms, που πληροί τις κανονικές συνθήκες εργασίας.

Μια συνηθισμένη αποθήκη τρίτων με περίπου 500 θέσεις φορτίου απαιτεί περίπου 500 μονάδες ZigBee. Η τιμή μονάδας των μονάδων ZigBee στην αγορά είναι βασικά από 40 έως 60 RMB. Επομένως, το κόστος εγκατάστασης ενός συστήματος αυτοοργάνωσης δικτύου ZigBee στην αποθήκη κυμαίνεται μεταξύ 20.000 και 30.000 γιουάν. Για μεγάλες και μεσαίες εταιρείες αποθήκευσης, είναι οικονομικά αποδοτικό. Ωστόσο, για ορισμένες μικρές εταιρείες αποθήκευσης που εκτιμούν τα κέρδη, εξακολουθεί να είναι δύσκολο να βελτιώσουν άμεσα τις δραστηριότητές τους. Επομένως, εάν το κόστος δεν μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά, το σχέδιο δεν θα μπορεί να γενικευτεί. Σύμφωνα με διαφορετικά μεγέθη επιχειρήσεων και διαφορετικά χαρακτηριστικά αποθήκης, ο αριθμός των μονάδων ZigBee μπορεί να μειωθεί κατάλληλα κατά την υλοποίηση της πραγματικής λύσης. Για παράδειγμα, πολλές γειτονικές συσκευές ανάγνωσης καρτών RFID μπορούν να μοιράζονται μια μονάδα ZigBee μέσω μιας συσκευής διανομέα, μειώνοντας έτσι αποτελεσματικά το κόστος. Ωστόσο, το πρόβλημα που προκύπτει είναι ότι ο όγκος των δεδομένων που μεταδίδονται από κάθε μονάδα ZigBee κάθε φορά είναι πολύ περιορισμένος. Εάν το πρόβλημα της μεθόδου διαδοχικής μετάδοσης δεδομένων και του διαστήματος μετάδοσης δεν μπορούν να λυθούν καλά, η ταχύτητα απόκρισης και η απόδοση εργασίας του συστήματος θα επηρεαστούν σε μεγάλο βαθμό. Πιστεύω όμως ότι αυτά τα προβλήματα θα λυθούν στο άμεσο μέλλον με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας ZigBee.