基于RFID技術的倉儲管理提貨方案設計

侯勝宇 ， 顧翠伶 ， 馮 鋒 ，2

（1.寧夏大學 數學計算機學院，寧夏 銀川 750021；2.東華大學 旭日管理學院，上海 200051）

倉儲管理系統中人員權限問題是當前研究的熱點，一個好的管理系統會從多個方面考慮權限的劃分問題；稍有不得當，不但會造成系統不穩定，還可能會造成重要的數據信息泄露。從安全的角度考慮，一般情況，我們在程序設計時都會遵循最小授權原則；即在最少的時間內授予程序代碼所需的最低權限，除非程序需要，否則不會允許使用管理員權限運行應用程序。而在一個多功能信息系統集成平臺中，它含有多個子模塊，而每個模塊都有可能需要自己的一套特有權限系統，一般軟件開發者只有通過修改代碼來實現用戶的需求[1]。多數情況下權限系統往往是在實施初期用戶就要求設置，因而設計一個健全的權限方案對信息系統集成平臺尤為重要。

那么在現代高度集成化的貨物倉儲管理中，如何合理安排人員權限問題呢？針對一個大型貨運倉庫，如果能做到恰當安排人員的提貨權限，那么就可以大大減少甚至避免發貨物、提錯貨、貨物丟失的情況；從而實現高效的自動化倉儲管理。本文提出一種基于RFID技術實現的自動化人員權限管理策略，依托軟硬件相結合，實現倉管人員提貨的自動化管理。

1 方案分析

整個自動化倉儲管理人員提貨權限方案是建立在兩個基礎上進行深入研究的。

1）射頻識別系統的核心技術—多路存取時防碰撞算法的實現。在RFID系統中主要存在有兩種通信方式：①無線廣播方式，即在一個讀寫器的閱讀范圍內存在多個應答器，讀寫器發出的數據流有時可能會被多個應答器接收。②多路存取方式，即在讀寫器的作用范圍內有多個應答器同時傳輸數據給讀寫器。前者不是筆者考慮的重點，而后者就會出現通信沖突和數據碰撞問題[2]。目前，解決方法基本有4種：空分多路法（SDMA-Space Division Multiple Access）、頻分多路法（FDMA-Frequency Division Multiple Access）、 時 分 多 路 法（TDMA-Time Division Multiple Access）和 碼 分 多 路 法（CDMA-Code Division Multiple Access）。考慮 RFID系統通信形式、功耗、系統的復雜性以及成本等因素，選擇TDMA方法來實現射頻識別系統中的防碰撞機制。基于TDMA防碰撞算法又分為：基于比特的二進制搜索算法和基于時隙的 ALOHA算法；本方案采用二進制搜索算法來解決防碰撞問題[3-4]。

2）射頻識別系統的基礎--EPC數據編碼格式的設計。EPC數據編碼方案的選取將決定著EPC數據采集的方便實現。在本方案中，EPC數據編碼格式設計包括兩部分：①人員提貨權限編碼的設計。②貨物標識的EPC編碼設計。目前，EPC編碼方案有13種，其通用結構是由一個分層次、可變長度的標頭以及一系列數字字段組成如圖1所示。標頭定義了總長，識別類型和EPC編碼結構，其中還可以包括它的濾值；標頭的長度是可變的[5]。

圖1 EPC編碼的通用結構Fig.1 EPC encoding of general structure

2 方案設計

該方案設計包括2個部分：貨物編碼方案設計和提貨人員權限方案設計。在貨物編碼方案設計部分，根據系統設計的需要，采用其中一種GID—96通用標識符。它不依賴于任何現有已知的規范及標識方案，采用由3個字段（通用管理者代碼、對象分類代碼、序列號）組成的96位EPC代碼，加入標頭后，保證了EPC命名空間的唯一性。其格式如表1所示。

其中，通用管理者代碼用來標識一個組織實體，例如一個公司、管理者等；它負責維持后字段的編號；對象分類代碼用來標識通用管理者代碼下的物品的種類或者類型；序列號用來標識對象分類代碼下的每個具體對象。三者的編碼都是唯一的，而且在同一類型下是不允許重復的。通過這種編碼格式可以看出，對象分類代碼部分表示了倉儲物資的類型；也就代表著倉庫中所儲存的物資種類，當一個大型貨運倉庫有多個提貨人員時，該代碼也給出了一種合理的分配提貨人員權限的辦法[6]。

鑒于提貨人員只是針對一個特定的物流企業，其提貨權限很少涉及對外方面；而且考慮到倉儲管理系統的高效運作及健壯性與穩定性，在提貨人員權限編碼方案設計部分，采用單獨給提貨人員設立一套自定義的權限編碼格式。其編碼格式仍然以GID-96為基礎進行自定義設計，目的是為了在批量檢索數據庫時更方便實現、效率更高。其編碼格式如表2所示。

編碼中通用管理者分為2種：具有最高權限的董事部、分管不同提貨人員的倉管部；分別賦予不同編碼來表示。在對象分類代碼部分：董事部下屬對象分類代碼全部置1，表示著董事部人員具有最高權限，可以查看當前倉庫中各種物資的庫存情況及提取倉庫中的各種物資。倉管部分管的不同提貨人員具有不同的對象分類代碼，這也意識不同的提貨人員所提貨物類型不同。在序列號部分，根據人員人數N，采取高位使用辦法：N＝2M-2（其中，M<36，全 0、全 1 不用，故要減2）；剩下36-M位，不考慮通用管理者及對象分類，對其全部置0。校驗碼采用循環冗余碼校驗（CRC），其最大優點就是識別錯誤的可靠性高，即使在有多重錯誤時，也只需少量操作就可以識別出錯誤所在；而且16位CRC可以校驗4千字節長的數據塊的數據完整性，輕松滿足RFID系統需求。

表1 通用標識符（GID-96）Tab.1 General identifier （GID-96）

表2 提貨人員權限編碼Tab.2 Perm issions code of delivery personnel

3 方案實現

首先，不同類型的物資在出庫操作時，分別由具有不同權限的提貨人員來實現。提貨人員的權限由其EPC編碼中的“對象分類代碼”來表示，提貨人員首先將自身攜帶的提貨權限由專用權限閱讀器讀取得到。系統獲取得到該電子標簽數據后，通過截取指令將權限標簽數據中的“對象分類代碼”截取存儲到一個私有變量中。其所提的貨物在出庫時，由閱讀器得到每個貨物的電子標簽，并將采集得到的電子標簽通過中間件傳輸到系統中去，在傳輸過程中，要做兩個操作：1）截取貨物電子標簽中的對象分類代碼與提貨人員權限電子標簽中的對象分類代碼進行模式匹配操作，當匹配成功時，則以該物資電子標簽數據為搜索條件遍歷數據庫中庫存表；當匹配不成功時，（即所提貨物標簽中的對象分類代碼與提貨人員權限標簽中的對象分類代碼不同），說明提貨人員不具備提取該物品的權限，則將該貨物的電子標簽反饋到液晶顯示終端，并呈高亮顯示；以備倉管人員檢查核對。2）當提貨成功后，貨物出庫操作；同時，以該貨物電子標簽數據為搜索條件檢索數據庫，更新當前數據庫倉儲物資庫存表；保證庫存表中貨物數量與倉庫中一一對應。該更新操作與貨物入庫操作有一些相似。其整個提貨操作流程如圖2所示。

EPC數據采集部分：出庫物資的電子標簽數據采集與人員權限電子標簽數據采集二者操作是“異步”的。先采集提貨人員權限標簽數據，獲取后再與采集出庫物資電子標簽數據進行模式匹配。這樣做的原因在于存儲倉儲物資信息的數據庫與人員權限信息的數據庫是分開管理的，這樣可以有效保證提貨人員權限信息不被泄露或竊取，防止倉儲物資損失。

應用程序模塊部分：鑒于多個讀寫器同時工作時，其每秒鐘讀取得到的標簽數量非常龐大。通常采用開辟一塊緩沖區來暫存電子標簽數據。電子標簽數據以消息隊列的方式存儲，其結構如圖3所示。

圖2 提貨操作流程圖Fig.2 Flow chart of delivery operation

圖3 EPC數據隊列Fig.3 EPC data queue

為了方便理解，筆者僅以EPC數據隊列中任意一個電子標簽為例來演示其整個處理過程。首先電子標簽數據出隊列操作，進入應用程序接口。圖4是整個處理流程圖。

圖4 應用程序部分處理流程圖Fig.4 Portion of the application process flow chart

4 方案驗證

鑒于EPC數據采集是在硬件部分實現，這里不在過多贅述。模擬已采集得到的EPC數據，對方案進行驗證。采集得到的EPC數據以形同二維表的形式存儲在EXCEL表格中，當前倉儲物資庫存表存儲在ORACLE數據庫中，進行批量檢索數據庫。由于批量檢索數據庫對查詢響應時間要求非常高，這里采用劃分－抽樣－匹配的思想。物資在入庫操作時已進行了簡單的分類的劃分，因而在批量檢索時只需對每類倉儲物資抽取庫存表中第一個進行匹配。當對象分類代碼部分與當前庫存表中存儲記錄吻合時，再進行序列號的匹配；該方法最在的好處是：一次截取，多次使用。批量檢索數據數據庫的對象分類代碼在核對人員提貨權限時會再次使用，只需一個臨時變量來暫存該代碼即可；大大減少了截取工作量，縮短了處理時間。

針對上述研究，在MatLab中分3種環境進行仿真。仿真環境1：庫存表記錄固定1 000條，出庫標簽變化：8～100個，提貨人員為1人；仿真結果如圖5所示。

圖5 記錄數固定的不同標簽數量識別時間仿真結果Fig.5 Fixed number of records the number of different labels identify the time simulation results

仿真環境2：出庫標簽固定30個，庫存表記錄變化：100～1 500個，提貨人員為1人；仿真結果如圖6所示。

圖6 不同記錄數的30個標簽識別時間仿真結果Fig.6 Number of different record 30 labels identifies time simulation results

仿真環境3：出庫標簽變化：20～70個，庫存表記錄變化：150～1 450個，提貨人員為1人；仿真結果如圖7所示。從仿真結果可以看出，該方法能夠正確處理數據；實現以對象分類代碼為核心的分類提貨管理。相比普通提貨方法，縮短出庫時間。通過對貨物電子標簽的鎖定，使得提貨出錯故障降低到最小，達到了方案設計時的初衷。為現代化的倉儲提貨管理提供了一個新的思路。

圖7 標簽記錄數隨機出庫時間仿真結果Fig.7 Random Label records out of library time simulation results

5 結 論

為了實現高效、快捷的現代化倉儲管理，提出了一種基于RFID技術的人員提貨權限自動化管理方案。依托對提貨人員EPC特殊編碼，合理分配了倉管人員提貨權限，解決了出庫慢、提貨出錯的問題。但從設計權限編碼本身特點看，該提貨權限方案具有一定的局限性。當倉儲物資類型繁多時，每個倉管人員只單獨賦予一種貨物類型的提貨權限可能將無法滿足倉儲管理靈活性需求，導致倉管人員浪費，增加了倉儲管理投資成本。這也是本方案下一步有待改進的地方。

[1]鄧玉茹，方賡.一種通用數據庫數據權限系統的設計及實現[J].數據庫及信息管理，2007，2（7）:13-17.DENG Yu-ru，FANG Geng.The design and realization of a data jurisdiction system for general databases[J].Database&Information Management，2007，2（7）:13-17.

[2]董麗華.RFID技術與應用[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3]姜麗芬，盧桂章，辛運帷.射頻識別系統中的防碰撞算法研究[J].計算機工程與應用，2007，43（15）:29-32.JIANG Li-fen，LU Gui-zhang，XIN Yun-wei.Research on anticollision algorithm in radio frequency identification system[J].Computer Engineering and Applications，2007，43（15）:29-32.

[4]馬劍波.RFID系統防碰撞算法研究[D].北京：北京交通大學，2006.

[5]中國物品編碼中心.EPC數據結構[R].國家質量監督檢驗檢疫總局.

[6]鄒應全，胥磊.EPC class lb規范研究[J].中國科技信息，2005（11）:30-31.ZOU Ying-quan，XU Lei.An introduction to EPC classlb standard[J].China Science and Technology Information，2005（11）：30-31.