Anwendung des RFID-ZigBee-Systems in der Logistik Dritter

In diesem Artikel wird das FlachLager des wachsenden DrittLogistikunternehmens in der Tianjin Binhai New Area als Anwendungsumgebung verwendet, um eine Reihe intelligenter Lagerlösungen zu etablieren, die auf dem Konzept des Internets der Dinge basieren und einen skalierbaren Wert bieten. Im RFID-System der intelligenten Lagerhaltung muss jedes oder mehrere elektronische RFID-Tags über ein entsprechendes Lese-/Schreibgerät zur Informationserfassung verfügen, und jede Gruppe von RFID-Kartenlesern muss außerdem Daten mit dem Server austauschen. Allerdings muss bei Lagerbetrieben die Straßenoberfläche zum Heben von Fahrzeugen glatt sein, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, und der Lagerraum ist hoch und hat eine große Spannweite, sodass eine kabelgebundene Anordnung unbequem ist. Um eine drahtlose Dateninteraktion zu erreichen, müssen drahtlose Netzwerke verwendet werden. Daher wird die immer ausgereiftere ZigBee-Technologie genutzt, um RFID-Kartenleser drahtlos zu vernetzen und so einen dynamischen Datenaustausch zu erreichen.

1 Demonstration der ZigBee-Ad-hoc-Netzwerklösung

Basierend auf den Betriebseigenschaften der Logistiklagerhaltung Dritter und den tatsächlichen Anforderungen an die Übertragungsentfernung wurde nach einem horizontalen Vergleich mehrerer drahtloser Übertragungsmethoden eine drahtlose Ad-hoc-Netzwerklösung auf Basis der ZigBee-Technologie ausgewählt. Das ZigBee-Ad-hoc-Netzwerk ist eine hochzuverlässige drahtlose Datenübertragungsnetzwerkplattform, die auf der drahtlosen Kommunikationstechnologie IEEE802.1 5.4 basiert und aus bis zu 65.535 drahtlosen Datenübertragungsmodulen besteht. Innerhalb des gesamten Netzwerks kann jedes ZigBee-Datenübertragungsmodul miteinander kommunizieren und der Abstand zwischen den Knoten kann von den standardmäßigen 75 m stufenlos erweitert werden. Es zeichnet sich durch einfache Bedienung, zuverlässigen Betrieb und niedrigen Preis aus.

Im Vergleich zu anderen Netzwerkmethoden verwendet die ZigBee-Technologie zunächst eine Ad-hoc-Netzwerkkommunikationsmethode. Jeder ZigBee-Knoten kann unabhängig arbeiten. Sobald an einem Knoten ein Problem auftritt, können Daten über andere Knoten übertragen werden und neue RFID-Daten können jederzeit und überall übertragen werden. Wenn der Leser dem Netzwerk beitritt, hat dies keinen Einfluss auf die Nutzung des gesamten Netzwerks. Bei Verwendung der WLAN-Technologie führt ein Ausfall eines AP dazu, dass alle RFID-Lesegeräte im Abdeckungsbereich keine Daten austauschen können. Zweitens ist der ZigBee-Protokollstapel einfach und relativ leicht zu implementieren. Das Ausführen von ZigBee erfordert eine Systemressource von etwa 28 KB, während der Bluetooth-Protokollstapel relativ komplex ist und etwa 250 KB Systemressourcen benötigt. Darüber hinaus ist ZigBee flexibler als Bluetooth und trägt besser zur Kontrolle der Systemkosten bei.

Im Lagerbetrieb ist je nach Betriebsprozess eine große Anzahl von Datenübertragungsknoten erforderlich, und die Kosten für eine große Anzahl von Kommunikationsgeräten und die Kommunikationskosten beim Betrieb im Netzwerk wirken sich direkt auf die Systemkosten aus. Die ZigBee-Technologie wird über die anfänglichen Investitionskosten hinaus nicht mehr generieren. Tägliche Nutzungsgebühren. Obwohl die Übertragungsrate von ZigBee nicht hoch ist (das 2,4-GHz-Frequenzband beträgt nur 250 Kbit/s), schreibt das elektronische Etikett auf der FrachtPalette angesichts der Besonderheiten von Lagerbetrieben nur die ID-Nummer der Fracht und die Bytelänge liegt normalerweise innerhalb von 32 B, hat also keinen allzu großen Einfluss auf die Übertragungsrate und erfüllt normale Arbeitsbedingungen. Darüber hinaus hat ZigBee einen geringen Stromverbrauch. Unter der gleichen Stromversorgungsumgebung ist die kontinuierliche Arbeitszeit von Bluetooth und WIFI viel kürzer als bei ZigBee.

RFID-bezogene Protokolle legen nur Kommunikationsschnittstellen fest, während ZigBee über ein relativ vollständiges Kommunikationsnetzwerkprotokoll verfügt. ZigBee kann das 2,4-GHz-ISM-Frequenzband (Global Common Frequency Band) als Arbeitsfrequenzband wählen, während RFID im 915-MHz- oder anderen Frequenzband arbeiten kann. Beide stören sich gegenseitig nicht auf der Kommunikationsfrequenz. Da es sich bei dem Lager um eine Innenumgebung handelt und der Abstand zwischen den Knoten relativ gering ist, kann das ZigBee-Modul während des Betriebs Hindernisse mit einer bestimmten Dicke durchdringen, sodass die Signaldämpfung vernachlässigbar ist. Durch selbstorganisierende Netzwerkprotokolle können Geräte im Netzwerk direkt oder indirekt drahtlos kommunizieren. Die Zuverlässigkeit und Frequenzauslastung des Netzwerks ist sehr hoch und ZigBee verfügt über einen relativ vollständigen Sicherheitsauthentifizierungsmodus.

Zusammenfassend ist es am besten, die ZigBee-Technologie als Datenübertragungsnetzwerk für das RFID-System in der intelligenten Lagerhaltung von Drittanbietern zu wählen.

2 Netzwerkprinzipien und -strukturen

Ein ZigBee-Netzwerk muss aus einem zentralen Koordinator (Coordinator) und einem Router (Router) bestehen. Jedes ZigBee-Netzwerk erfordert und benötigt nur einen zentralen Koordinator, um das Netzwerk aufzubauen. Wenn ein Knoten beitritt, weist er c Adressen zuHild-Knoten; Der Router ist für das Senden, Empfangen und Weiterleiten von Daten sowie für die Suche nach dem am besten geeigneten Routing-Pfad verantwortlich. Wenn ein Knoten beitritt, werden den Knoten beim Beitritt Adressen zugewiesen, sodass ein ZigBee-Netzwerk möglicherweise mehrere Router erfordert. Wenn ein Netzwerk aus einem zentralen Koordinator und N Routern besteht, ist das Netzwerk ein echtes MESH-Netzwerk und alle von jedem Knoten gesendeten Daten werden automatisch an den Zielknoten weitergeleitet.

Anwendung des ZigBee-basierten RFID-Systems in der intelligenten Logistiklagerung von Drittanbietern

Das auf der selbstorganisierenden Netzwerktechnologie ZigBee basierende RFID-System übernimmt die MESH-Netzwerkstruktur und besteht aus einem Hauptsteuerknoten und mehreren Unterknoten (die Anzahl der Unterknoten hängt von der Anzahl der RFID-Lesegeräte im Lager ab), wie in Abbildung dargestellt 1. Der Hauptkontrollknoten besteht aus dem Server und dem zentralen Koordinator über die serielle Schnittstelle. Der Unterknoten besteht aus dem Kartenleser und dem Router über die serielle Schnittstelle. Der serielle Port wählt den bidirektionalen Kommunikationsmodus RS 232 aus.

Nachdem alle ZigBee-Geräte gestartet wurden, beginnt der Masterknoten mit dem Aufbau eines ZigBee-Netzwerks, fügt alle Unterknoten zum Netzwerk hinzu, weist jedem Unterknoten Netzwerkadressen zu und speichert die Informationen in der Datenbank. Nachdem der Kartenleser die Tag-Daten erfasst hat, sendet er die Daten zunächst an den damit verbundenen Router. Anschließend sendet der Router die Tag-Daten zusammen mit den Kartenleserinformationen über das Multi-Hop-ZigBee-Netzwerk zur Speicherung an den Master-Kontrollknoten. Der Master-Steuerknoten sendet das Lesegerät an den Kartenleser. Der Parameterkonfigurationsbefehl wird über die Kommunikation mit dem Router an das Lesegerät gesendet, und dann wechselt das Standortknotengerät in den Energiesparmodus. Wenn der Hauptsteuerknoten einen Befehl an den untergeordneten Knoten ausgibt, kann das Standortknotengerät jederzeit aufgeweckt werden, indem es nach der Netzwerkadresse des untergeordneten Knotens sucht und dann den Befehl entsprechend über das Multi-Hop-Netzwerk an den Router übermittelt an die Netzwerkadresse senden und dann über den Router an den entsprechenden Kartenleser weiterleiten. Abschließend sendet der Router eine Empfangsbestätigung des Befehls an den Masterknoten.

3. Netzwerk-Hardware-Layout

Am Beispiel eines Logistik-Flachlagers eines Drittanbieters sind in jedem Laderaum sowie am Ein- und Ausgang des Lagers Kartenleser installiert. Die Ware gelangt mit der Palette ins Lager und verlässt es wieder. Das elektronische Etikett wird auf der Palette angebracht und speichert die ID-Nummer der Ware. Die für die Vernetzung verwendete ZigBee-Ausrüstung basiert auf dem CC2530F256-Chip der Firma TI, läuft mit dem ZigBee2007/PRO-Protokoll und die Schaltung wurde in das ZigBee-Modul integriert. Es verfügt über alle Eigenschaften des ZigBee-Protokolls. Der Vorteil bei der Verwendung des Moduls besteht darin, dass Benutzer das komplexe ZigBee-Protokoll nicht verstehen müssen. Die gesamte Verarbeitung des ZigBee-Protokolls wird automatisch im ZigBee-Modul abgeschlossen und die Knotenprogramme werden eingebettet in das Modul geschrieben. Der Benutzer muss lediglich Daten über die serielle Schnittstelle übertragen.

Unter ihnen folgen das ZigBee-Modul, der Kartenleser und der Server dem asynchronen seriellen Zwei-Wege-Kommunikationsformat RS 232; Alle RFID-Kartenleser und ihre Anzeigesignale sind über das Hub-Gerät mit dem Mikrocontroller verbunden und werden einheitlich vom Mikrocontroller gesteuert. Der Kartenleser ist auch über die serielle RS 232-Schnittstelle mit dem Mikrocontroller verbunden. Die Stromversorgungen des ZigBee-Moduls, des RFID-Kartenlesers und des Mikrocontrollers liegen alle zwischen 5 und 12 V und verwenden Standard-TTL-Pegel.

Der Server und das ZigBee-Hauptsteuerungsmodul sind im allgemeinen Versandraum des Lagers installiert und werden zum Senden und Empfangen von Anweisungen sowie zur normalen Abwicklung von Lagervorgängen verwendet. Alle Kartenleser und ZigBee-Geräte werden an den tatsächlichen Lagerstandorten und Lagereingängen und -ausgängen installiert, um einen einzigen Netzwerkknoten zu bilden. Alle Knoten bestehen aus einem RFID-System, das auf der drahtlosen ZigBee-Übertragung basiert. Die vom Mikrocontroller gesteuerte Laderaumstatusanzeige ist über dem Laderaum angebracht, um das Personal an den normalen Lagerbetrieb zu erinnern; Die nach der Verarbeitung durch die Datenbank konvertierte visuelle Oberfläche wird einerseits auf dem Leitrechner im Versandraum und andererseits im Lager angezeigt. Für das Personal steht ein großer Bildschirm zum Durchsuchen zur Verfügung.

Anwendung des RFID-Systems (ZigBee) in der Logistik Dritter

Wenn während des Lagerbetriebs andere Arbeitsabläufe und Notfälle auftreten, wie z. B. Bestandszählung, Warentransfer in Lagerbereiche, verlegte Waren oder beschädigte Etiketten usw., weckt der RFID-Leser den ZigBee-Router rechtzeitig durch das in Echtzeit erfasste Signal auf überträgt die Informationen dann in arechtzeitig. Es wird dem zentralen Koordinator der Backend-Datenbank zur Speicherverwaltung übergeben. Fast alle Prozesse befreien die Arbeitnehmer von herkömmlichen Arbeitsmethoden. Der genaue Informationserfassungsmodus verbessert die Zuverlässigkeit der Datenverwaltung des Systems und verhindert wirksam menschliche Fehler.

4. Fazit

Nach dem tatsächlichen Betriebstest sind die ZigBee-Module in einer Innenumgebung etwa 3 m voneinander entfernt und das Signal ist gut. Unter normalen Betriebsbedingungen im Lager beträgt die Zeit, die der Server benötigt, um Datenpakete zu empfangen, etwa 20 bis 40 ms, was den normalen Arbeitsbedingungen entspricht.

Ein gewöhnliches Lager eines Drittanbieters mit etwa 500 Ladeplätzen erfordert etwa 500 ZigBee-Module. Der Stückpreis der ZigBee-Module auf dem Markt beträgt grundsätzlich 40 bis 60 RMB. Daher liegen die Kosten für die Installation eines selbstorganisierenden ZigBee-Netzwerksystems im Lager zwischen 20.000 und 30.000 Yuan. Für große und mittlere Lagerunternehmen ist es kostengünstig. Für einige kleine Lagerunternehmen, die Wert auf Gewinn legen, ist es jedoch immer noch schwierig, ihr Geschäft sofort zu verbessern. Wenn die Kosten nicht wirksam kontrolliert werden können, ist der Plan daher nicht verallgemeinerbar. Je nach Unternehmensgröße und unterschiedlichen Lagereigenschaften kann die Anzahl der ZigBee-Module bei der Implementierung der eigentlichen Lösung entsprechend reduziert werden. Beispielsweise können mehrere benachbarte RFID-Kartenleser über ein Hub-Gerät ein ZigBee-Modul gemeinsam nutzen und so die Kosten effektiv senken. Das daraus resultierende Problem besteht jedoch darin, dass die von jedem ZigBee-Modul gleichzeitig übertragene Datenmenge sehr begrenzt ist. Wenn das Problem der sequentiellen Datenübertragungsmethode und des Übertragungsintervalls nicht gut gelöst werden kann, werden die Reaktionsgeschwindigkeit und die Arbeitseffizienz des Systems stark beeinträchtigt. Ich glaube jedoch, dass diese Probleme durch die kontinuierliche Weiterentwicklung der ZigBee-Technologie in naher Zukunft gelöst werden.