采取有源RFID的堆栈办理体系计划方案

　　1 小序

　　我国堆栈办理的近况不容乐观，大多数堆栈还停顿在比较原始的人工办理阶段，必要投入大量人力成原来对堆栈中货品和出入堆栈的车辆、集装箱的信息举行登记办理，如许不但导致人力资源的浪费，并且有较高的堕落率。 堆栈办理是物流办理中很紧张的一个关键。

　　比年来，一些先辈的当代化办理技能被引入到海内，如创建数据库来生存货品信息，被动式的电子标志也被实行应用于货品信息登记之中。但是上述技能还是必要较多的人工操纵，分外是信息的征求进程，必要通过一些手持式配置，来举行货品和车辆的信息登记。

　　无线射频主动辨认技能(Radio FrequencyIdentification，俗称电子标志)是环球物流范畴最新的应用技能，把RFID本身的技能好处与堆栈办理的需求相连合，可以很好地办理如今堆栈办理中的题目，进步事变服从。本文连合有源RFID 技能，通过对堆栈环境的实地观察，计划了从硬件到软件的架构体系，利用RFID 和无线网络，实现了一套具有实际利用代价、高效且低本钱的堆栈办理体系。

　　2 RFID技能概述

　　RFID 技能利用无线射频方法在射频读写器和射频标志之间举行非打仗双向数据传输以到达目标辨认和数据互换的目标。辨认事变无须人工干涉，反响速率快，抗滋扰本领强，可辨认高速活动物体并可同时辨认多个标志。具有快速主动扫描、体积小、信息容量大、历久性强、可重复利用、寂静保密性高、便于携带等特点。

　　根据实现的方法差别，RFID 可分为两类：有源RFID和无源RFID。无源RFID 的电子标志上不带电池，其事变所必要的全部电源都寄托转换吸取到的阅读器发送的电磁波而得到，以是其阅读器的发射功率一样平常较大。与之相反，有源RFID 的电子标志自身具备电池，可提供全部器件事变的电源，因而相应阅读器的发射功率请求不高，并且有效阅读间隔也较前者有所增长。本文提出的堆栈办理体系，思量到有源RFID的上述好处，基于此技能实现。

　　3 堆栈办理体系

　　3.1堆栈办理概述

　　如今的堆栈办理重要分成三部分：一是出入货品信息的记录和办理：二是出入车辆(集装箱)的相干信息的记录；三是堆栈内集装箱的定位。对付前两部分的需求，如今绝大多数的堆栈还是采取人工记录的要领，导致人力本钱和堕落率高等题目。本文所提出的基于有源RFID 的堆栈办理体系重要用于餍足第一、第二部分的需求，可以有效地进步堆栈办理的服从。

　　3.2体系架构

　　整个堆栈办理体系如图11所示。堆栈内的货品都是由货车装载，通过堆栈大门运入堆栈内的。货品偶然安排在集装箱内，因此，本体系中的RFID移动节点，即标志，通常安置在货车(集装箱)内。由于任意货品出入堆栈都必须颠末大门，因此RFID牢固节点，即读卡器，被安置在堆栈大门上，它与客户端PC机通过USB线相连接。同时，PC客户端又通过包围整个堆栈的2．4G无线局域网与作为办事器真个PC机相连接，而作为办事器真个PC 机是整个体系的总控制外观。读卡器收到的信息通过PC客户端终极返回给PC控制外观。

　　3.3硬件计划

　　节点的硬件。此中控制芯片和射频芯片分别选用Silicon C8051 F31 0 和ChipconCCI 1 O0。此中RFID 移动节点安置了FreescaleMMA726O加快度传感器，用来获取货车(或集装箱)当前的活动状态。移动节点还利用MCU 内部1 6KB大小的Flash保存货品信息。同时，RFID牢固节点安置了FT232串口转USB芯片，用于和控制外观通过USB接口通讯。电源方面，移动节点采取11 00mA手机电池供电，牢固节点采取外接电源供电。

　　本体系中RFID读卡器和标志之间的通讯频率设置在433MHz，而是常见的2．4GHz。采取433MHz作为射频芯片通讯频率，基于以下思量：433MHz频率对传输环境请求较低，由于本体系是在堆栈中利用，思量到堆栈有大量的货品堆放，和移动节点大概被安置在车辆(或集装箱)内，因此对付传输的穿透性请求较高。相比之下，2。4GHz更得当在空旷地点传输。别的，本体系对付传输的间隔(1 00米左右)和速率的请求都不高，颠末实际丈量后433MHz频率完全可以胜任。

　　4 软件计划

　　4.1软件体系布局

　　RFID节点的软件布局如图3所示。这里引入无线传感器网络(wSN)中物理层和介质访问控~J(MAC)层的见解，是将WSN技能与RFID技能的一种融合。通过构建这两层协议栈，可以使RFI D体系具有更清楚的软件体系布局。

　　在硬件之上，是各个硬件模块的驱动，包括SPI、串口、片内Flash、加快度传感器和射频芯片CC11 OO驱动。此中，CC11 00驱动又是物理层的一部分，提供了射频芯片的频率等参数设置和无线收发成果。物理层之上是本体系计划的MAC 层协议栈。

　　MAC层协议栈包括，RFID数据包格局的定义、节点地点的分派和数据包的发送担当。此中共定义了1 2种范例的RFID数据包，4种用于门禁办理，8种用于货品办理；RFID的网络地点由一个字节表现；并计划了4个函数用于数据包的发送与吸取。在驱动和物理层之上，除MAC层之外，还定义了一部分体系调用来提供MCU和射频芯片的状态切换，移动节点活动状态的探测和货品办理中货品信息在Flash上的记录等成果。以上先容的各协议层细致布局如图4所示。

　　有了底层软件布局的支持，在最上层的软件体系布局映射的是OSI模型中应用层和网络层的成果，实现了门禁办理、货品办理等成果。这一层分为上下两层，基层映射网络层的职能，为RFID 读卡器和标志之间的通讯计划了一套带低功耗算法的通讯规约(见4。2节)。基于网络层的通讯规约，门禁和货品办理这两大成果才华在应用层举行实现。

　　4.2 RFID通讯规约

　　如4．1节所述，RFID读卡器和移动节点之间的通讯规约构成堆栈办理体系两大重要成果的软件底子。通讯规约的计划重要分成两部分，一部分用于移动节点的定位时的数据通讯，另一部分用于货品信息查问和办理时的数据通讯。

　　起首，本体系中采取了RSSI算法来对移动节点举行定位，RSSI算法根据节点之间通讯时信号的强弱作为定位的参数。但是由于信号强度与间隔并非完全表现为单调干系，以是根据实际丈量的信号强度数据，把定位精度低落，以5米为单位，把每5米内的信号强度取均匀值，如许就得到了信号强度和间隔之间单调递减的干系。基于这点，就可以根据RSSI算法对移动节点举行定位。

　　详细定位进程如下：采取雷同TCP／IP协议中二次握手协议，确保通讯的鲁棒性。读卡器广播位置查问恳求，此恳求中包括代表差别范畴的N个阈值。当移动节点担当到此恳求，检测当前信号强度值，把它与这N个阀值分别举行比较，确定本身如今所处的位置，并举行应答。当读卡器吸取到某个标志的应答，则再向该标志发送一个二次确认恳求，标志复兴此恳求。这时读卡器才以为对这个标志订位告成，并通过串口把结果返回到控制外观。

　　对付第二类货品查问办理的通讯，详细进程如下：PC控制外观向读卡器发送货品办理下令。货品办理下令包括查问、修改、增长和删除某辆货车(或某个集装箱)中的货品信息。当读卡器吸取到指令后，把指令转发给移动节点，移动节点根据指令的内容，在内部Flash中举行相应的操纵，如查问和修改，并把结果返回给读卡器。读卡器收到结果后返回给控制外观，控制外观更新数据库。

　　4.3低功耗算法

　　本体系中，移动节点计划成有源RFID，那么低功耗就成为一个必须要办理的题目。本体系中应用了以下几个要领实现低功耗算法。起首，移动节点不事变时出于就寝状态，均匀3秒钟唤醒一次，每次唤醒4ms左右。由于就寝状态下功耗可以马虎不计，因此实际利用的功耗约为唤醒状态的1／1 000。其次，移动节点可以利用加快度传感器检测当前本身的活动状态，要是节点在移动中，阐明货品很大概正在通过堆栈大门，这时为了监控的精确性，把唤醒时间收缩到0．5秒：而平常当节点静止时，可以增长唤醒的时间隔断。这一要领可以使电量得到?

　　好的分派，进一步低落功耗。其三，在举行定位时，移动节点会记录本身前次所处的位置，要是在新的一次查问中，本身位置并未产生变革，则不再和读卡器举行下一步通讯，直接进入就寝状态。

　　4.4数据加密

　　别的，由于RFID通过射频芯片举行数据的传输，传输进程的数据存在被截获的大概，从而导致堆栈信息的泄漏或被恶意变动。因此，在体系应用层协议栈的计划中，参加数据加密。如许包管了应用层以下处理惩罚的数据都是加密后的数据，也便是说传输进程的数据包都是颠末加密的。当担当节点收到数据包，并逐层分析到它的应用层是才会加密的信息在返回到控制外观后，才由控制外观举行解密，如许可以包管堆栈数据的寂静性，使此体系实用于对寂静性请求较高的军用堆栈中。

　　5 总结

　　本文提出了基于有源RFID的堆栈办理体系，不但给出了硬件计划方案和节点间的通讯规约的计划，并且参加低功耗算法，使得体系能确切地应用于堆栈办理，对付进步堆栈的车辆和集装箱出入办理，以及记录货品信息有紧张的实际意义，可以很大程度地低落人力本钱，进步服从。