Zastosowanie systemu RFID ZigBee w logistyce zewnętrznej

W tym artykule wykorzystano płaski magazyn rozwijającej się firmy logistycznej trzeciej strony w Tianjin Binhai New Area jako środowisko aPlikacji do ustanowienia zestawu inteligentnych rozwiązań magazynowych opartych na koncepcji Internetu rzeczy i o skalowalnej wartości. W systemie RFID inteligentnego magazynowania każdy lub kilka elektronicznych tagów RFID musi mieć odpowiadający mu czytnik/zapisywacz do wykrywania informacji, a każda grupa czytników kart RFID musi również wymieniać dane z serwerem. Jednak w operacjach magazynowych nawierzchnia drogi do podnoszenia pojazdów musi być gładka, aby zapewnić płynną pracę, a przestrzeń magazynowa jest wysoka i ma dużą rozpiętość, więc układ przewodowy jest niewygodny. Aby osiągnąć bezprzewodową interakcję danych, należy użyć sieci bezprzewodowych. Dlatego coraz bardziej dojrzała technologia ZigBee jest używana do bezprzewodowego łączenia czytników kart RFID w celu osiągnięcia dynamicznej wymiany danych.

1 demonstracja rozwiązania sieci ad hoc ZigBee

Na podstawie charakterystyki operacyjnej zewnętrznego magazynu logistycznego i rzeczywistych wymagań dotyczących odległości transmisji, po poziomym porównaniu kilku metod transmisji bezprzewodowej, wybrano rozwiązanie sieci ad hoc bezprzewodowej oparte na technologii ZigBee. Sieć ad hoc ZigBee to niezawodna platforma sieciowa bezprzewodowej transmisji danych oparta na technologii komunikacji bezprzewodowej IEEE802.1 5.4 i składająca się z maksymalnie 65 535 modułów bezprzewodowej transmisji danych. W obrębie całej sieci każdy moduł transmisji danych ZigBee może komunikować się ze sobą, a odległość między węzłami można nieskończenie zwiększyć ze standardowych 75 m. Charakteryzuje się łatwością użytkowania, niezawodną pracą i niską ceną.

W porównaniu z innymi metodami sieciowymi, technologia ZigBee najpierw przyjmuje metodę komunikacji sieciowej ad hoc. Każdy węzeł ZigBee może pracować niezależnie. Gdy w węźle wystąpi problem, dane mogą być przesyłane przez inne węzły, a nowy RFID może być przesyłany w dowolnym czasie i miejscu. Gdy czytnik dołącza do sieci, nie ma to wpływu na korzystanie z całej sieci; jeśli używana jest technologia Wifi, awaria AP spowoduje, że wszystkie czytniki RFID w obszarze zasięgu nie będą mogły wymieniać danych. Po drugie, stos protokołów ZigBee jest prosty i stosunkowo łatwy do wdrożenia. Uruchomienie ZigBee wymaga systemu Zasób wynosi około 28 Kb, podczas gdy stos protokołów Bluetooth jest stosunkowo złożony i wymaga około 250 Kb zasobów systemowych. Ponadto ZigBee jest bardziej elastyczny niż Bluetooth i bardziej sprzyja kontrolowaniu kosztów systemu.

W operacjach magazynowych, zgodnie z procesem operacyjnym, wymagana jest duża liczba węzłów transmisji danych, a koszt ogromnej liczby urządzeń komunikacyjnych i koszty komunikacji podczas pracy w sieci bezpośrednio wpływają na koszt systemu; technologia ZigBee nie wygeneruje więcej poza początkowym kosztem inwestycji. Opłaty za codzienne użytkowanie. Chociaż szybkość transmisji ZigBee nie jest szybka (pasmo częstotliwości 2,4 GHz wynosi tylko 250 Kb/s), biorąc pod uwagę charakterystykę operacji magazynowych, etykieta elektroniczna na palecie ładunkowej zapisuje tylko numer identyfikacyjny ładunku, a długość bajtu zwykle mieści się w granicach 32 B, więc nie będzie miała zbyt dużego wpływu na szybkość transmisji i spełnia normalne warunki pracy. Ponadto ZigBee ma niskie zużycie energii. W tym samym środowisku zasilania ciągły czas pracy Bluetooth i WIFI jest znacznie krótszy niż ZigBee.

Protokoły związane z RFID określają jedynie interfejsy komunikacyjne, podczas gdy ZigBee ma stosunkowo kompletny protokół sieciowy komunikacji. ZigBee może wybrać pasmo częstotliwości ISM 2,4 GHz (globalne wspólne pasmo częstotliwości) w paśmie częstotliwości roboczej, podczas gdy RFID może działać w paśmie 915 MHz lub innych pasmach częstotliwości. Oba nie zakłócają się wzajemnie na częstotliwości komunikacyjnej. Biorąc pod uwagę, że magazyn jest środowiskiem wewnętrznym, a odległość między węzłami jest stosunkowo niewielka, moduł ZigBee może przenikać przeszkody o określonej grubości podczas pracy, więc tłumienie sygnału jest nieistotne. Dzięki samoorganizującym się protokołom sieciowym urządzenia w sieci mogą komunikować się bezpośrednio lub pośrednio bezprzewodowo. Niezawodność i wykorzystanie częstotliwości sieci są bardzo wysokie, a ZigBee ma stosunkowo kompletny tryb uwierzytelniania bezpieczeństwa.

Podsumowując, najbardziej odpowiednim wyborem jest technologia ZigBee jako sieć transmisji danych dla systemu RFID w inteligentnym magazynowaniu logistycznym stron trzecich.

2 Zasady i struktury sieciowe

Sieć ZigBee musi składać się z centralnego koordynatora (Coordinator) i routera (Router). Każda sieć ZigBee wymaga i potrzebuje tylko jednego centralnego koordynatora do utworzenia sieci. Gdy węzeł dołącza, przydziela adresy do cwęzły hild; router odpowiada za wysyłanie, odbieranie i przekazywanie danych oraz znajdowanie najbardziej odpowiedniej ścieżki routingu. Gdy węzeł dołącza, węzły otrzymują adresy podczas dołączania, więc sieć ZigBee może wymagać wielu routerów. Gdy sieć składa się z centralnego koordynatora i N routerów, sieć jest prawdziwą siecią MESH, a wszystkie dane wysyłane przez każdy węzeł są automatycznie kierowane do węzła docelowego.

Zastosowanie systemu RFID opartego na ZigBee w inteligentnym magazynowaniu logistycznym stron trzecich

System RFID oparty na technologii samoorganizującej się sieci ZigBee przyjmuje strukturę sieci MESH i składa się z głównego węzła sterującego i kilku podwęzłów (liczba podwęzłów zależy od liczby czytników RFID w magazynie), jak pokazano na rysunku 1. Główny węzeł sterujący składa się z serwera i centralnego koordynatora poprzez port szeregowy; podwęzeł składa się z czytnika kart i routera przez port szeregowy. Port szeregowy wybiera tryb komunikacji dwukierunkowej RS 232.

Po uruchomieniu wszystkich urządzeń ZigBee węzeł główny rozpocznie budowę sieci ZigBee, doda wszystkie podwęzły do sieci, przypisze adresy sieciowe każdemu podwęzłowi i zapisze informacje w bazie danych. Po zebraniu danych tagu przez czytnik kart, najpierw wysyła on dane do podłączonego do niego routera. Następnie router wysyła dane tagu wraz z informacjami o czytniku kart do głównego węzła sterującego przez wieloskokową sieć ZigBee w celu przechowywania. Główny węzeł sterujący wysyła czytnik do czytnika kart. Polecenie konfiguracji parametrów jest wysyłane do czytnika poprzez komunikację z routerem, a następnie urządzenie węzła lokalizacji przechodzi w tryb oszczędzania energii; gdy główny węzeł sterujący wydaje polecenie węzłowi podrzędnemu, urządzenie węzła lokalizacji może zostać obudzone w dowolnym momencie, poprzez wyszukanie sieci adresu węzła podrzędnego, a następnie przekazanie polecenia do routera przez sieć wieloskokową zgodnie z adresem sieciowym, a następnie przekazanie go do odpowiedniego czytnika kart przez router. Na koniec router wysyła powiadomienie potwierdzające otrzymanie polecenia do węzła głównego.

3. Układ sprzętu sieciowego

Biorąc za przykład płaski magazyn logistyczny strony trzeciej, czytniki kart są instalowane w każdej przestrzeni ładunkowej oraz przy wejściu i wyjściu z magazynu. Towary wchodzą i wychodzą z magazynu wraz z paletą. Etykieta elektroniczna jest przymocowana do palety, a etykieta przechowuje numer identyfikacyjny towarów. Sprzęt ZigBee używany do sieciowania jest oparty na układzie CC2530F256 firmy TI, obsługuje protokół ZigBee2007/PRO, a obwód został zintegrowany z modułem ZigBee. Posiada on wszystkie cechy protokołu ZigBee. Zaletą korzystania z modułu jest to, że użytkownicy nie muszą rozumieć złożonego protokołu ZigBee. Całe przetwarzanie protokołu ZigBee jest automatycznie wykonywane w module ZigBee, a programy węzłów są zapisywane w module w sposób osadzony. Użytkownik musi jedynie przesłać dane przez port szeregowy.

Wśród nich moduł ZigBee, czytnik kart i serwer korzystają z asynchronicznego formatu dwukierunkowej komunikacji szeregowej RS 232; wszystkie czytniki kart RFID i ich sygnały wskaźnikowe są podłączone do mikrokontrolera za pośrednictwem urządzenia koncentratora i są jednolicie kontrolowane przez mikrokontroler. Czytnik kart Jest on również podłączony do mikrokontrolera przez port szeregowy RS 232. Zasilacze modułu ZigBee, czytnika kart RFID i mikrokontrolera mają napięcie od 5 do 12 V, przy użyciu standardowych poziomów TTL.

Serwer i główny moduł sterujący ZigBee są zainstalowane w ogólnej sali dyspozytorskiej magazynu i służą do wysyłania i odbierania instrukcji oraz normalnej wysyłki operacji magazynowych; wszystkie czytniki kart i urządzenia ZigBee są zainstalowane w rzeczywistych lokalizacjach magazynowych oraz wejściach i wyjściach magazynowych, aby stać się pojedynczym węzłem sieciowym. Wszystkie węzły składają się z systemu RFID opartego na bezprzewodowej transmisji ZigBee. Kontrolka stanu przestrzeni ładunkowej sterowana przez mikrokontroler jest zainstalowana nad przestrzenią ładunkową, aby przypominać personelowi o normalnych operacjach magazynowych; interfejs wizualny przekonwertowany po przetworzeniu przez bazę danych jest wyświetlany na komputerze hosta w sali dyspozytorskiej z jednej strony, a z drugiej strony wyświetlany w magazynie. Personel ma do dyspozycji duży ekran do przeglądania.

Zastosowanie systemu RFID (ZigBee) w logistyce zewnętrznej

Gdy podczas operacji magazynowych wystąpią inne przepływy pracy i sytuacje awaryjne, takie jak liczenie zapasów, przenoszenie towarów do obszarów magazynowych, zagubione towary lub uszkodzone etykiety itp., Czytnik RFID budzi router ZigBee na czas za pomocą sygnału wykrywanego w czasie rzeczywistym, a następnie przesyła informacje wterminowo. Jest on przekazywany centralnemu koordynatorowi do bazy danych zaplecza w celu zarządzania magazynem. Prawie wszystkie procesy uwalniają pracowników od tradycyjnych metod operacyjnych. Dokładny tryb zbierania informacji poprawia niezawodność zarządzania danymi systemu i skutecznie zapobiega błędom ludzkim.

4 Wnioski

Po rzeczywistych testach działania moduły ZigBee są oddzielone od siebie o około 3 m w środowisku wewnętrznym, a sygnał jest dobry. W normalnych warunkach pracy magazynu czas, w którym serwer otrzymuje pakiety danych, wynosi około 20 do 40 ms, co spełnia normalne warunki pracy.

Zwykły magazyn zewnętrzny z około 500 miejscami ładunkowymi wymaga około 500 modułów ZigBee. Cena jednostkowa modułów ZigBee na rynku wynosi zasadniczo od 40 do 60 RMB. Dlatego koszt instalacji samoregulującego się systemu sieciowego ZigBee w magazynie wynosi od 20 000 do 30 000 juanów. Dla dużych i średnich firm magazynowych jest to opłacalne. Jednak dla niektórych małych firm magazynowych, które cenią sobie zyski, nadal trudno jest natychmiast poprawić swoją działalność. Dlatego jeśli kosztów nie można skutecznie kontrolować, plan nie będzie uogólnialny. W zależności od różnych rozmiarów przedsiębiorstw i różnych cech magazynów, liczbę modułów ZigBee można odpowiednio zmniejszyć podczas wdrażania rzeczywistego rozwiązania. Na przykład kilka sąsiadujących czytników kart RFID może współdzielić moduł ZigBee za pośrednictwem urządzenia koncentratora, co skutecznie obniża koszty. Jednak wynikającym z tego problemem jest to, że ilość danych przesyłanych przez każdy moduł ZigBee w danym momencie jest bardzo ograniczona. Jeśli problem sekwencyjnej metody transmisji danych i interwału transmisji nie może zostać dobrze rozwiązany, szybkość reakcji i wydajność pracy systemu zostaną znacznie ograniczone. Wierzę jednak, że problemy te zostaną rozwiązane w niedalekiej przyszłości dzięki ciągłemu rozwojowi technologii ZigBee.