ZigBee與RFID在物流管理系統(tǒng)的應用

一、應用需求  

數(shù)字化管理是提高物流管理水平的關鍵所在，然而，對物流管理而言，數(shù)字化管理的概念應該包括，A. 所運貨物單據(jù)管理電子化（包括建擋和傳輸）；B. 貨物在運輸途中位置的信息化。前者，主要是通過讀取所運貨物的識別碼（條碼或RFID）的方式來實現(xiàn)的；而后者則是通過GPS定位系統(tǒng)，和無線移動網(wǎng)絡來實現(xiàn)。因此在物流管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸來說，保證有效數(shù)據(jù)識別和數(shù)據(jù)的傳輸是整個系統(tǒng)的關鍵所在。 

二、行業(yè)現(xiàn)狀  

對條碼標簽和RFID，許多人應該都非常熟悉，前者使用的是光掃描，掃描器和條碼之間，不能有任何物理遮擋；后者使用的“電磁場掃描“，兩者之間可以有遮擋。但歸根到底，兩者所讀取的數(shù)據(jù)，都僅僅是一個身份碼而已。真正的數(shù)據(jù)資料，必須通過讀碼器所讀出的身份碼，到預先建立好的數(shù)據(jù)庫中進行查閱。其次，由于條碼和RFID的讀取方式，都是通過條碼和RFID標簽微弱的反射或被動耦合的信號來實現(xiàn)的（那些有源和可儲存少量數(shù)據(jù)的RFID實際已經(jīng)超出RFID本身的定義范圍），因而讀取距離都非常有限。另外，由于這兩種標簽本身都不儲存數(shù)據(jù)，信號讀取器必須要與數(shù)據(jù)庫相連，因而靈活性差。這些局限性，大大限制了它的作用的發(fā)揮。 

因此基于ZIGBEE和RFID結合的物流管理系統(tǒng)，是基于通信領域一種最新無線通信技術Zigbee和RFID結合使用的一種應用系統(tǒng)。它的主要特點如下：遠距離信息讀??；自帶數(shù)據(jù)；遠距離數(shù)據(jù)寫入；讀寫設備十分簡單可靠，價格也十分低廉。因而，使用靈活方便，建設成本低的優(yōu)點。 

三、Zigbee、RFID技術簡介 

zigbee是一種無線連接技術的商業(yè)化命名，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯(lián)網(wǎng)應用。  

ZigBee標準基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備了強大的設備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡類型，即星型結構、網(wǎng)狀結構(Mesh)和簇狀結構(Cluster tree)，特別是網(wǎng)狀結構，具有很強的網(wǎng)絡健壯性和系統(tǒng)可靠性。 

                       圖一  ZIGBEE星型網(wǎng)絡結構 
星型網(wǎng)絡結構特點 
  支持點對點、點對多點通信 
  中心節(jié)點為ZIGBEE協(xié)調器，終端節(jié)點為ZIGBEE終端設備 
  所有數(shù)據(jù)經(jīng)過中心節(jié)點 
  適合圓形分散、距離較近的設備聯(lián)網(wǎng) 

                          圖二  ZIGBEE網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構 

MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構特點  

  系統(tǒng)采用多跳式路由通信  

  網(wǎng)絡容量很大  

  可以跨越很大的物理空間，適合距離較遠比較分散的結構 

MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲結構的網(wǎng)絡具有強大的功能，網(wǎng)絡的所有實體只有要通信范圍之內，都可以互相通信，如果沒有直接通路，還可以通過“多級跳”的方式來通信；該拓撲結構還可以組成極為復雜的網(wǎng)絡；除此之外，網(wǎng)絡還具備自組織、自愈功能。 

射頻識別系統(tǒng)（RFID）按照能量供給方式的不同，RFID標簽可以分為被動標簽，半被動標簽，半主動標簽和主動標簽，其中被動標簽與讀寫器之間的通信，都依賴于讀寫器天線所發(fā)出的能量；而主動標簽與讀寫器之間通信所需的能量則由標簽所附的電池提供，主動標簽可以主動發(fā)出射頻信號。 

四、Zigbee技術特點 

設備省電  

zigbee技術采用了多種節(jié)電的工作模式，可以確保兩節(jié)五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間；  

通信可靠  

zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突；MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息；  

網(wǎng)絡的自組織、自愈能力強 

zigbee的自組織功能：無需人工干預，網(wǎng)絡節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網(wǎng)絡；  

zigbee自愈功能：增加或者刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)生變動，節(jié)點發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡都能夠自我修復，并對網(wǎng)絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。  

具備自組織、自愈能力的無線通信網(wǎng)絡才是自動抄表系統(tǒng)最理想的通信方式。 

成本低廉  

設備的復雜程度低，且Zigbee協(xié)議是免專利費的，這些可以有效地降低設備成本； 
Zigbee的工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的2.4GHz，就是沒有使用費的無線通信。 

網(wǎng)絡容量大  

一個ZigBee網(wǎng)絡可以容納最多254個從設備和一個主設備，一個區(qū)域內可以同時存在200多個ZigBee網(wǎng)絡；  

數(shù)據(jù)安全  

ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES-128，同時各個應用可以靈活確定其安全屬性。 

五、基于ZigBee、RFID技術物流管理系統(tǒng) 

                      圖一 汽車進場時讀取RFID數(shù)據(jù) 

                        圖二  貨物堆場讀取RFID數(shù)據(jù) 

                             圖三  超市賣場讀取RFID數(shù)據(jù)