RFID技術在物流中的應用與研究

陸 昊，陸安江，張正平

（貴州大學 計算機科學與信息學院，貴州 貴陽 550025）

0 引言

自動識別技術就是應用一定的識別裝置，通過被識別物品和識別裝置之間的接近活動，自動地獲取被識別物品的相關信息，并提供給后臺的計算機處理系統來完成相關后續處理的一種技術[1]。目前，條形碼技術是最為成熟和廣泛使用的產品識別手段，它在物流技術的發展中起到了不可估量的促進作用。但隨著物流信息技術的不斷發展，這種技術存在的種種問題也不斷浮現出來，并對物流過程產生一定影響。為了解決這些問題，一種新的識別系統，那就是RFID（無線射頻識別），它在歐美發達國家已經表現出相當高的專業性和普及趨勢。

1 RFID組成和工作原理

RFID系統通常是由信號發射器（標簽是典型的形式），閱讀器和發射—接收天線組成的。標簽貼在被識別物體上并攜帶物體的信息，當標簽在閱讀器磁場范圍內后，它將和射頻閱讀器之間利用感應、微波能量或無限電波進行非接觸式雙向通信，進行數據交換，從而實現識別。讀寫器確定了標簽上的信息后，進一步通過計算機和網絡實現對物體的信息采集、處理等功能[2]。射頻識別系統工作原理和組成如圖 1所示。

2 RFID的特點

RFID的特點有：

①讀取快捷方便，距離大，穿透力強。

②識別速度快。

③數據記憶容量大。

④使用壽命長。

⑤標簽的數據可以更改。

⑥安全性好。

圖1 RFID系統組成和工作原理

3 RFID在物流中的應用

在物流中使用RFID技術是相當有必要的，因其優越性，它將會取代條形碼技術，并給物流帶來革命性的變化。企業可以在物流的各個環節中采用這種技術來減少企業對于人力、財力等不必要的投入，從而節約成本，增強物流過程中商品信息的及時性和準確性。RFID主要在以下環節上對物流領域發揮重大的作用[3]。

（1）生產環節

這個環節自動化生產線運作就是靠運用RFID技術，實現對原材料、零部件、半成品和成品的識別與跟蹤。RFID技術還能及時根據生產進度發出補貨的信息，實現對流水線均衡協調，加強了對產品質量的控制與追蹤。

（2）存儲環節

在存儲貨物的倉庫中，RFID技術最廣泛的使用是存取貨物和庫存盤點，使存貨和取貨實現自動化，將倉庫里貨物流動的信息進行有效的管理。把物流系統制定的收貨計劃、取貨計劃、裝運計劃與RFID技術結合起來，可以高效完成一系列業務操作。在庫存盤點時，RFID技術使商品的登記自動化，不需要人工檢查或條碼掃描[4]。

（3）運輸環節

運輸貨物的過程中，RFID標簽將被貼在車輛、集裝箱或者貨物上，同時RFID接收轉發裝置安裝在運輸線上的檢查點上。這樣，接收裝置接收到存有商品各種信息的標簽發送的信號后，轉發到衛星，再由衛星發送到運輸調度中心，最后進入數據庫。這樣以來運轉中貨物的數量，其始發地和目的地以及預期到達的時間都可以了解到，實現貨物流動信息的實時采集、處理，保證貨物安全。

（4）配送環節

RFID技術能夠很大程度上加快配送的速度。貼有RFID標簽的商品一旦進入配送中心，配送中心的讀寫器馬上可以讀取商品存在標簽中的信息，系統就將這些信息和發貨記錄進行比較，以檢測出可能的錯誤，然后將這些標簽的信息更新為商品最新的存放地點和狀態，確保對商品的精確控制[5]。

（5）銷售環節

在銷售環節RFID技術可以改進零售商的庫存管理，適實補貨，跟蹤運輸與庫存。

4 RFID防碰撞算法在物流中的應用

在RFID技術中，防碰撞算法直接影響標簽的識別速率。主流的防碰撞算法有ALOHA和二進制樹搜索算法，這里主要介紹應用最廣的ALOHA類防碰撞算法在物流中的應用，并用OPNET仿真平臺進行仿真，其仿真結果對在物流環節中的應用有一定的參考性。

4.1 時隙ALOHA防碰撞算法描述

在此算法中，當標簽進入讀寫器磁場范圍內后，讀寫器發送識別命令并設定Round_size參數，也就是時隙ALOHA算法中的單次識讀循環的時隙總數。接收到命令的標簽將隨機選擇時隙數，使時隙計數器置 1。如果時隙計數器值等于標簽選擇的時隙數，標簽就把它自己的序列號傳輸給閱讀器。若無標簽回答或是檢測到多個標簽回答沖突，讀寫器則發送Close_slot（結束時隙）命令，時隙計數器也加1。若接收到一個標簽正確回答，就發送Next_slot（下一時隙）命令，最后讀寫器檢測時隙數如果等于最初設定的Round_size的話此次循環結束，將進入新的循環[6]。如表1。

表1 時隙ALOHA算法標簽系統示例

由此可知，ALOHA算法中Round_size參數是一個很重要的參數，它的設置將會影響到標簽的識別速率。所以在物流的具體應用中需要尋求Round_size的最優化取值，這樣才能盡可能提高識別率。

4.2 算法分析與仿真

ALOHA算法吞吐量由式（1）計算：

其中G為一幀的發送時間內總共發送的平均幀數。

標簽識別率公式為：

其中T為識別的標簽總數，N為識別的時間。由（2）可得：

其中t為單位時隙，n為總時隙數。

又同等條件下單位時隙是固定的，故可得：

利用OPNET仿真軟件進行測試，查看不同Round_size下的標簽識別速率，如表2。

表2 Round_size對應不同標簽的識別速率

從表2可以看出，不同數目的標簽在不同的Round_size參數下的識別速率不同，且在某一個參數下識別速率是最快的。

若將此性質用于物流將會對其有重要的作用，比如在倉儲應用中，若入倉的一批貨物有60件，貼有Type A型標簽，則讀寫器將Round_size自動設置為32的最優取值。在超市應用中，若顧客一次購買商品 20件，則讀寫器自將Round_size設置為8。這樣就可以以最快的速率來識別電子標簽。

5 影響中國未來RFID技術發展的制約因素

盡管RFID技術在自動識別領域有諸多優勢，但是它在未來的應用和推廣上面臨很多嚴重的問題[7]：

（1）隱私安全問題

RFID標簽數據傳輸給閱讀器，或閱讀器詢問標簽時，這些過程都是遠距離識讀的，且信號也是開放的，所以就容易給非法用戶利用。

（2）標準不統一

制約RFID發展的最大因素就是技術標準，目前為止，國際上主要有3大RFID標準體系，但全球還沒有一個統一的RFID技術的國際標準。

（3）成本較高

推廣和應用RFID技術最直接的問題是成本問題[8]。

[1] QIN Lele,ZHANG Huixiao,ZHANG Jinfeng,et al. The Application of RFID in Logistics Information System[J]. Service Operations and Logistics,and Informatics, 2008(12-15):534-537.

[2] 王睿, 趙龑．RFID 技術及其應用系統構架的研究[J]．通信技術,2009,42(05):116-118．

[3] 董麗華．RFID技術在物流領域中的應用[J]．上海海事大學學報,2006(S1):169-172．

[4] 李和平, 黎福海．基于 RFID技術的倉儲管理系統[J]．物流技術,2007(05):107-108．

[5] 王麗亞．物流信息系統與應用案例[M]．北京：科學出版社,2007．

[6] 舒琳, 李波, 劉震宇, 等．ALOHA類RFID防碰撞算法OPNET建模與優化[J]．電子技術應用, 2007(10):114-116.

[7] 劉靜．RFID頻識別技術在物流行業的應用現狀與展望[J]．甘肅科技, 2006(11):61．

[8] 羅春彬, 彭龑, 易彬．RFID技術發展與應用綜述[J]．通信技術,2009,42(12):112-114．