仓库物联网管理的应用

刘修军 周耀

摘要：物联网技术新一代IT技术充分运用在各行各业之中，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系，仓库物联网管理应用就是利用物联网技术将仓库管理与网络连接起来，将仓库动态的管理达到随时随地都能管理和查看仓库的情况。

关键词：物联网感知层网络层应用层仓库管理平台传感器

1 概述

物联网是在移动互联网的基础上，利用智能控制终端、各类传感器、智能设备、RFID、数据通信等技术，实现物与物、人与物之间进行“沟通”的智能。物联网由感知层、网络层和应用层构成。感知层的核心就是无线传感器网络WSN网络层采用有线或无线网络在感知层与应用层之间承担通信功能。应用层是所有物联网信息处理及存储的载体，对感知层的感知信息进行处理，并以不同方式把处理结果进行呈现。物联网可以应用于几乎所有领域，仓库物联网应用可以借助射频识别（RFID）技术、传感技术、移动互联网，实现仓库的全自动化仓储、仓储智能控制与实时监控、仓储安防，使生产企业、流通企业、代理商、专卖店之间异地、远程、动态全天候的智能联网与物物通信。

2 体系结构

系统按功能划分为功能管理部分、物联网网关和仓库管理平台部分。功能管理部分由仓库管理域构成。仓库管理域是一个无线传感网，传感器节点之间通过无线方式通信，所有传感信息通过汇聚节点汇总后通过有线方式传送到物联网网关；无线传感网内部各传感节点之间使用基于IEEE802.15.4的短距离无线通信方式进行数据交互，上层使用ZigBee协议。使用无线方式可以灵活布局传感器节点。无线传感网与物联网网关之间使用LAN进行通信；物联网网关与应用平台之间使用移动互联网进行通信。物联网网关把传感信息按应用传送到应用层处理平台；应用层处理平台对传感信息进行分析处理、存储；并可把信息实时传递到移动终端或WEB终端。仓库物联网管理平台对管理域的信息进行分析处理，处理结果以可视化的界面呈现。

仓库物联网体系结构如下图：

3 系统描述

3.1 传感器节点 ①硬件描述。传感器节点硬件为嵌入式系统，由处理器、存储器、各类传感器、射频模块等构成；传感器节点采用低功耗的处理器。②功能分层描述。传感器节点功能上由物理层、媒体接入层、网络/安全层及应用层构成。物理层提供物理层数据服务和管理服务，物理层数据服务通过无线信道收发数据，可以使用2.4GHz频段的16个信道。媒体接入层分为逻辑链路控制（LLC）和媒体接入控制（MAC）子层。LLC子层保证传输的可靠性、分段/重组等功能；MAC子层负责无线链路建立，信道接入控制，帧传送/接收。网络/安全层负责新建网络、加入/离开网络、设备寻址及路由，信息安全处理。应用层分为应用子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和自定义应用对象构成。③节点分类。传感器节点在传感网络中分为协调器/路由器节点和端节点，每个独立的传感网络有一个协调器节点管理网络，即物联网体系结构中的汇聚节点。汇聚节点管理端节点的加入、离开请求，维护网络拓扑结构及信息的转发和汇总，汇聚节点不但具有RF功能模块，还提供以太网接口或移动通信接口（TD/WCDMA/CDMA2000）。端节点只采集传感器信息并向汇聚节点上报，或接收汇聚节点的数据并执行指定动作。④节点功能。实时采集管理仓库的各种数据如温度、湿度、控制、商品进出货物等等。

3.2 网关功能 ①网关硬件。物联网网关硬件可采用高性能的嵌入式平台或通用PC服务器，操作系统可采用嵌入式Linux或Windows。②网关功能。信息汇总：物联网网关直接与无线传感网的汇聚节点连接，接收每个传感网各个传感/控制节点的传感信息，根据节点类型及信息类型，按对应的应用类型进行分类汇总。信息分发：物联网网关通过移动/互联网直接与烟草物联网管理平台连接，根据收集的传感信息对发送到管理平台。命令中转：物联网管理平台可以对自身管理的传感器/控制节点发送控制命令（如控制空调等），物联网管理平台直接把控制命令发送到物联网网关，物联网网关对命令分析后确定命令的目的节点，然后转发到相应传感网的汇聚节点。

3.3 管理平台 ①管理平台硬件。管理平台硬件采用PC服务器，操作系统采用Windows/Linux。②管理平台功能。信息采集：物联网管理平台通过物联网网关收集各传感器/控制节点的上报信息。信息存储：平台的信息存储/备份功能对收集的各类信息进行保存并做好备份，对各个功能模块分析后生成的数据进行保存。信息呈现：通过WEB终端把数据分析结果以可视化图形界面形式呈现。告警管理：当监测数据被判断为故障数据时，保存到故障库并通过WEB终端或移动终端主动向相关人员报告故障信息。信息查询：平台管理人员可以通过WEB终端或移动终端查询仓库环境的温湿度、门状态的当前状态或历史状态。配置管理：对传感器/控制节点、汇聚节点信息进行配置：添加、编辑、删除；安全管理：平台保存的每个节点的数据都有存取权限，只有通过安全审查才能提取相应的信息，平台对非法的请求予以拒绝。平台在向传感网控制节点发送控制指令之前对指令进行合法性验证。WEB管理：提供远端WEB接入功能，在内部网的任何PC上通过Web访问应用管理平台进行系统的实现操作维护功能。仓库环境管理：对仓库环境的各种信息进行记录并呈现给管理员，当仓库环境产生报警信息时，提示相关管理员处理先关报警状态。仓储设备远程控制：当管理人员向仓储环境的控制节点发送控制指令（启动/停止空调、抽湿机等）时，对管理人员的权限和控制指令的合法性（当前环境温湿度）进行判断，避免发送非法遥控指令。第三方接口：包括与现有的“数字化仓储系统”、“半自动分拣作业系统”的接口实现数据共享及动画仿真；与移动运营商之间短信平台的短信接口，实现手机的实时查询功能。

4 系统实现

4.1 系统逻辑结构 系统在功能上由三部分构成：仓库无线传感网及物联网网关、仓库物联网管理平台，分别完成感知层、传输层、应用层功能。

4.2 系统实现 ①感知层的实现。仓库物联网环境监控可完成对仓库的温度、湿度、货物情况、空调控制等等，当仓库的环境超过实际情况或发生异常情况后通知物联网管理平台，由物联网管理平台集中处理并通知相关管理人员处理相关异常。感知层的传输由无线网络组成，主要技术使用zigbee技术和wifi技术实现感知层的传输和控制。②通信层的实现。通信层的实体由物联网关实现，其硬件选用商用的服务器，其实现功能由网关应用软件实现。考虑到仓库物流中心的实际情况，物联网关与无线传感网之间采用WiFi通信；物联网关与应用管理平台之间通过企业内部网通信。③应用层的实现。应用层功能由仓库物联网管理平台实现，其硬件选用商用的服务器，其实现功能由仓库及安防管理应用软件实现。为了实现手机查询及手机报警功能，仓库物联网管理平台需要与移动运营商的短信中心/短信网关连接，完成对手机的短信收发功能。

为了共享数据，仓库物联网管理平台与现有的 “半自动分拣作业系统”连接。

参考文献：

[1]李一，陈火峰.关于物联网的研究思考[J].价值工程，2010（08）.

[2]李中伟，金靖芝.物联网中的关键技术[J].价值工程，2011（19）.

[3]李中伟，朱永涛.物联网中的智能感知[J].价值工程，2011（20）.