基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算架構(gòu)的物流園區(qū)供應(yīng)鏈管理平臺(tái)研究

張澤建，王曉東

（湖北物資流通技術(shù)研究所，湖北 襄陽 441002）

基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算架構(gòu)的物流園區(qū)供應(yīng)鏈管理平臺(tái)研究

張澤建，王曉東

（湖北物資流通技術(shù)研究所，湖北 襄陽 441002）

以現(xiàn)代物流供應(yīng)鏈管理理論為指導(dǎo)，結(jié)合物流園區(qū)的主營(yíng)業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的物流供應(yīng)鏈管理平臺(tái)，解決物流園區(qū)物流公司、車隊(duì)和司機(jī)的信息不流暢、不及時(shí)、無法實(shí)時(shí)查詢等關(guān)鍵問題，為物流園區(qū)提供科學(xué)的管理手段和現(xiàn)代化的管理工具，以提高物流園區(qū)的現(xiàn)代化管理水平，實(shí)現(xiàn)物流園區(qū)的快速健康發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)；云計(jì)算；物流園區(qū)；供應(yīng)鏈管理

1 引言

伴隨著電子商務(wù)的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方式發(fā)生了巨大的變化，原來單純的企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐晕锪鞴?yīng)鏈管理為核心的競(jìng)爭(zhēng)。所以整合供應(yīng)鏈中供應(yīng)商、制造商、倉(cāng)庫(kù)、配送中心和代理商等各個(gè)參與方的各類管理信息系統(tǒng)于一體，實(shí)現(xiàn)各方資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的物流供應(yīng)鏈管理模式越來越被企業(yè)所重視。而物流園區(qū)作為物流業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇，更需要建立適合物流園區(qū)的供應(yīng)鏈管理公共平臺(tái)，使各類企業(yè)不需要過多地投入軟硬件資源，就能依托物流園區(qū)開展各項(xiàng)物流供應(yīng)鏈服務(wù)，這已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)學(xué)者和專家關(guān)注的焦點(diǎn)。

本文直接面對(duì)物流園區(qū)企業(yè)高度密集、業(yè)務(wù)活動(dòng)移動(dòng)頻繁、企業(yè)專業(yè)分工程度較高、數(shù)據(jù)特征多異等特點(diǎn)，建立基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算架構(gòu)的物流供應(yīng)鏈管理平臺(tái)，整合各企業(yè)和社會(huì)的物流資源，以提高物流園區(qū)的社會(huì)資源利用率和優(yōu)化配置效率，為各物流企業(yè)提供高效、優(yōu)質(zhì)的物流供應(yīng)鏈管理服務(wù)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算架構(gòu)的物流供應(yīng)鏈管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算架構(gòu)的物流供應(yīng)鏈管理平臺(tái)將物流園區(qū)的車輛、人員、物流設(shè)備與RFID標(biāo)簽綁定，通過在倉(cāng)儲(chǔ)等區(qū)域設(shè)置傳感器節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)集有線/無線和傳感器網(wǎng)絡(luò)為一體的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)支持RFID、LCD/LED、車載終端等多種數(shù)據(jù)采集方式，動(dòng)態(tài)獲取物流園區(qū)內(nèi)各供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)的物流資源和相關(guān)物品的信息，建立以物流資源數(shù)據(jù)、物流業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、知識(shí)數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)為主體的物流園區(qū)數(shù)據(jù)中心，支持物流園區(qū)內(nèi)各應(yīng)用系統(tǒng)的自主訪問。同時(shí)平臺(tái)為物流園區(qū)內(nèi)各供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)提供企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理、GPS/GIS監(jiān)控管理等多種云架構(gòu)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)和一站式的物流園區(qū)應(yīng)用軟件服務(wù)，如電子車庫(kù)管理、運(yùn)輸配載管理等。平臺(tái)的總體技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)層。建立基于物流資源數(shù)據(jù)（如貨物屬性、托盤屬性等）、物流業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（如出庫(kù)提貨單、配送訂單等）、知識(shí)數(shù)據(jù)（如配送路徑優(yōu)化、車輛調(diào)度優(yōu)化等）、元數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)處理過程中建立的視圖數(shù)據(jù)）等為主體的物流園區(qū)數(shù)據(jù)中心。

（2）應(yīng)用服務(wù)層。主要對(duì)數(shù)據(jù)層傳輸?shù)母鞣N異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為應(yīng)用層的各種應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。該層采用的關(guān)鍵技術(shù)是異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)。

（3）應(yīng)用層。該層主要為用戶提供三個(gè)方面的軟件系統(tǒng)應(yīng)用，即園區(qū)公共信息管理系統(tǒng)、園區(qū)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和園區(qū)SaaS服務(wù)系統(tǒng)。平臺(tái)不僅支持PaaS模式為用戶提供公共資源的Web服務(wù)，如電子超市管理、電子車庫(kù)管理等，還支持以SaaS模式為用戶提供GPS/GIS監(jiān)控管理、園區(qū)信息智能推送等應(yīng)用軟件服務(wù)。同時(shí)還為各類用戶主體提供手機(jī)短信、專用設(shè)備信息接收等多種增值服務(wù)。該層采用的關(guān)鍵技術(shù)有異構(gòu)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、信息智能推送技術(shù)。

（4）表示層。該層通過建立物流園區(qū)的門戶網(wǎng)站，讓用戶通過注冊(cè)登錄網(wǎng)站，享受物流園區(qū)提供的各種應(yīng)用軟件服務(wù)。

（5）用戶層。該層主要描述平臺(tái)的使用用戶。

2.2 平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算架構(gòu)的物流供應(yīng)鏈管理平臺(tái)上各個(gè)物流企業(yè)之間的數(shù)據(jù)采集和交換采用VPN等有線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)；物流企業(yè)與運(yùn)輸車輛、駕駛員等動(dòng)態(tài)運(yùn)作實(shí)體間通過移動(dòng)寬帶等無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物流資源和物品狀態(tài)等信息資源的數(shù)據(jù)采集和交換；集裝箱、托盤等儲(chǔ)運(yùn)工具主要通過儲(chǔ)備庫(kù)中的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和交換。具體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3 平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算架構(gòu)的物流供應(yīng)鏈管理平臺(tái)中異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成中間件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)集成中間件采用SOA的架構(gòu)模式來實(shí)現(xiàn)其五個(gè)核心功能?？偧軜?gòu)分五層：表示層、業(yè)務(wù)層、服務(wù)總線、服務(wù)層和數(shù)據(jù)層。其中，表示層主要為用戶提供各種數(shù)據(jù)訪問的接口；業(yè)務(wù)層主要完成用戶業(yè)務(wù)規(guī)則的制定；服務(wù)總線層是架構(gòu)的核心層，主要完成用戶服務(wù)的注冊(cè)、查詢、組合、綁定和調(diào)用等功能，從而實(shí)現(xiàn)信息的交互；服務(wù)層涵蓋了中間件實(shí)現(xiàn)的所有功能；數(shù)據(jù)層是各種異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)中心。中間件的總架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 集成中間件的總架構(gòu)圖

（1）建立服務(wù)注冊(cè)庫(kù)和映射字典。異構(gòu)數(shù)據(jù)源具有結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)，建立XML格式的映射字典，對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析，便于中間件對(duì)不同的數(shù)據(jù)源采取不同的處理模式。注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的過程將數(shù)據(jù)庫(kù)訪問人員分為兩類：物流園區(qū)數(shù)據(jù)控制中心人員和其他物流供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員。物流園區(qū)數(shù)據(jù)控制中心人員對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)源的注冊(cè)信息進(jìn)行審核確認(rèn)，確保語義無沖突，然后中間件以XML格式保存數(shù)據(jù)記錄，建立數(shù)據(jù)映射字典。企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員實(shí)時(shí)在注冊(cè)器中詳細(xì)描述當(dāng)前信息，通過連接中間件獲取企業(yè)想要的信息資源。

（2）應(yīng)用全局模式XmlSchema驗(yàn)證異構(gòu)數(shù)據(jù)源的描述。全局模式XmlSchema不僅支持?jǐn)?shù)據(jù)類型和XML語法規(guī)則，而且能夠?qū)⒍啾碇g的制約關(guān)系在數(shù)據(jù)庫(kù)中呈現(xiàn)出來。使用全局模式XmlSchema驗(yàn)證中間件中各數(shù)據(jù)源是否達(dá)到全局模式的統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)。

（3）數(shù)據(jù)引擎功能的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)引擎主要完成查詢語句的優(yōu)化、分解、合并等功能。查詢優(yōu)化實(shí)質(zhì)上是對(duì)客戶端產(chǎn)生的查詢請(qǐng)求進(jìn)行細(xì)致的解析，利用映射文檔對(duì)查詢語句進(jìn)行詳細(xì)分解和解析，檢驗(yàn)其正確性，然后轉(zhuǎn)化為對(duì)不同異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢語句，利用異構(gòu)數(shù)據(jù)連接池的配置文件連接不同的異構(gòu)數(shù)據(jù)源進(jìn)行查詢。如果查詢的信息同時(shí)在多個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中，就需要利用表名、關(guān)鍵字集等對(duì)查詢語句進(jìn)行分解，形成多個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢語句。針對(duì)查詢分解語句的各個(gè)查詢結(jié)果進(jìn)行合并，經(jīng)全局模式XmlSchema驗(yàn)證后，返回驗(yàn)證結(jié)果給客戶。

（4）數(shù)據(jù)適配器功能的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)適配器主要對(duì)數(shù)據(jù)引擎?zhèn)鬏攣淼臄?shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)源的不同，建立不同的數(shù)據(jù)連接方式。建立數(shù)據(jù)連接池，將不同數(shù)據(jù)源的連接配置信息（如數(shù)據(jù)庫(kù)名、密碼、用戶名、端口號(hào)等）以XML格式進(jìn)行詳細(xì)的存儲(chǔ)，然后采用ConstructDBConnStr()方法將為不同數(shù)據(jù)源建立的不同配置信息與數(shù)據(jù)庫(kù)連接字符串一起實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源的不同連接方式。

3.2 基于情景模式的物流園區(qū)信息智能推送系統(tǒng)

本文通過建立基于情景感知模式的園區(qū)信息智能推送系統(tǒng)，為物流園區(qū)內(nèi)各供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)提供主動(dòng)的信息推送服務(wù)。該系統(tǒng)首先利用工作流引擎、傳感器設(shè)備等信息源獲取用戶當(dāng)前情景信息，然后利用本體（具有可以解決信息組織、信息檢索以及異構(gòu)信息系統(tǒng)的互操作問題的特點(diǎn)）建立物流園區(qū)供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)的本體元情景模型和業(yè)務(wù)情景模型對(duì)情景信息進(jìn)行處理，最后實(shí)現(xiàn)基于本體的情景相似匹配與推送，為物流園區(qū)內(nèi)各主體提供基于時(shí)間、地點(diǎn)、用戶、查詢和任務(wù)情境的多情景智能推送服務(wù)，同時(shí)維護(hù)情景信息的自動(dòng)更新，實(shí)現(xiàn)與需求主體間的自適應(yīng)。

基于情景感知的物流園區(qū)信息智能推送系統(tǒng)主要解決兩個(gè)核心問題：情景的智能感知和情景的匹配與服務(wù)信息的推送。本文采用Jena軟件來實(shí)現(xiàn)情景的感知推理，不僅支持本體知識(shí)的推理，而且支持自定義的推理。其流程為：獲取情景信息，并利用本體模型和OWL語言對(duì)情景信息描述，存入情景庫(kù)；獲取情景信息觸發(fā)情景推理行為，判斷情景信息是否是已知情景信息，是，就進(jìn)行本體驗(yàn)證，否則選擇合適的推理引擎進(jìn)行信息推理；進(jìn)行本體驗(yàn)證時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)輸入的情景信息與已保存情景信息沖突，就轉(zhuǎn)入沖突處理，否則推理成功。情景推理流程圖如圖4所示。

圖4 情景推理流程圖

而情境的匹配與服務(wù)信息的推送則是通過構(gòu)建通用本體層次概念結(jié)構(gòu)樹，采用基于OWL本體的語義相似匹配方法來實(shí)現(xiàn)，計(jì)算公式為：

3.3 物流供應(yīng)鏈管理平臺(tái)中云計(jì)算模式的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

項(xiàng)目利用Hadoop平臺(tái)的MapReduce編程模型，通過設(shè)計(jì)一個(gè)頻繁閉子樹挖掘算法來實(shí)現(xiàn)物流園區(qū)的海量數(shù)據(jù)挖掘。MapReduce編程模型是采用函數(shù)式的編程思想，將整個(gè)模型的計(jì)算過程分為映射過程Map（階段負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)拆分）和聚集處理過程Reduce（負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)歸并）。我們改變現(xiàn)有MapReduce中Master節(jié)點(diǎn)的任務(wù)分配隨機(jī)策略，建立基于時(shí)間消耗成本最小的啟發(fā)式云資源分配模型，以期達(dá)到消耗成本最小化的目的。模型如下：

當(dāng)節(jié)點(diǎn)i中使用過資源r，則Fri=1，否則為0。

頻繁閉子樹挖掘算法首先對(duì)給定的樹數(shù)據(jù)庫(kù)TDB設(shè)定Driver控制程序，由Driver并行掃描TDB，按行讀取，完成所有1子樹的挖掘，最后將所有任務(wù)都交給云平臺(tái)，本文采用啟發(fā)式云資源分配策略動(dòng)態(tài)分配資源進(jìn)行挖掘。算法總流程如圖5所示。

4 總結(jié)

基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的物流供應(yīng)鏈管理平臺(tái)能夠?yàn)槲锪鲌@區(qū)的第三方物流公司、汽車司機(jī)、企業(yè)貨主等提供倉(cāng)庫(kù)管理、物流貨物（貨車）信息、信用貸款等服務(wù)，為物流園區(qū)提供科學(xué)的管理手段和現(xiàn)代化的管理工具，以提高物流園區(qū)的現(xiàn)代化管理水平，實(shí)現(xiàn)物流園區(qū)的大規(guī)模發(fā)展，并在發(fā)展中有效地進(jìn)行管理、控制，達(dá)到增強(qiáng)物流園區(qū)競(jìng)爭(zhēng)力和全面提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。項(xiàng)目的實(shí)施將提高物流園區(qū)的資源集結(jié)速度和資源的優(yōu)化配置效率，充分發(fā)揮物流園區(qū)的業(yè)務(wù)職能，使物流園區(qū)成為越來越多物流供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)的聚集地，促進(jìn)物流供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)的規(guī)范化管理。平臺(tái)的運(yùn)行實(shí)施將大大提高當(dāng)?shù)匚锪髻Y源的運(yùn)輸配送效率，帶動(dòng)農(nóng)業(yè)、制造業(yè)等大批相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

Study on Logistics Park Supply Chain Management Platform Based on IOT and Cloud Computation Framework

Zhang Zejian,Wang Xiaodong
(Hubei Logistics Technology Research Institute,Xiangyang 441002,China)

In this paper,guided by the modern logistics and supply chain management theory and in connection of the main business process of a logistics park,we built the logistics and supply chain management platform based on IOT and cloud computation capable of solving the major problems afflicting the logistics companies,truck fleets and drivers of the logistics park.

IOT;cloudcomputation;logistics park;supply chain management

F253.9

A

1005-152X(2017)01-0069-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.01.013

2016-11-28

基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算架構(gòu)的物流供應(yīng)鏈管理平臺(tái)研究（2014BAA155）

張澤建（1982-），男，湖北襄陽人，湖北物資流通技術(shù)研究所工程師，研究方向：物流技術(shù)；王曉東（1966-），男，河南方城人，湖北物資流通技術(shù)研究所高級(jí)工程師，研究方向：自動(dòng)控制。