基于CDN系統原理的智能物流倉配體系研究*

許仲生 羅娟娟

(1.集美大學誠毅學院，福建 廈門 361012；2.廈門海洋職業技術學院，福建 廈門 361006)

2019年我國社會物流總費用14.6萬億元，占GDP的比率為14.7%，比上年下降0.1個百分點[1]。盡管這一比率從2012年開始逐年降低，但相對發達國家如美國(2018年美國企業物流成本占GDP的比率為8%[2])而言，我國持續推進物流降本增效仍大有可為之處。近年的學術研究中，提升物流信息化和智能化水平已成為降低物流成本、提升物流運作效率的共識之一。本文擬通過對CDN(Content Delivery Network，內容分發網絡)技術的分析，探索其運行機理在提升物流智能化運作的可行性及實現。

1 理論概述

1.1 CDN技術簡介

CDN技術起源于1998年，是隨著緩存技術發展而出現的，是為滿足文件(特別是視頻等大文件)的網絡傳輸時效性要求和用戶的訪問響應時間要求而逐漸被廣泛采用的一項新技術。CDN技術通過承擔數據的全網分發工作，實現信息內容由信息源向地理位置分散的邊緣節點進行跨運營商、跨地域推送，并將信息存儲于邊緣節點，從而更好地為終端用戶提供數據訪問服務。基于CDN技術構建起一張由眾多節點組成的連接網絡系統，可實現將用戶訪問請求的信息內容存儲在離用戶較近的節點，使得原來遠程的、主從式的信息訪問模式變成本地的、分布式的信息訪問模式。CDN系統的出現和使用，一方面有效減輕網站的系統維護和信息發布的工作量，另一方面也避免傳統可能出現的網站服務器和傳輸通道的擠占問題。

CDN系統通常由分發服務系統、負載均衡系統和運營管理系統等三部分構成[3]，不同組成部分的功能見表1。

表1 CDN系統的組成及功能

1.2 智能物流概述

智能物流是利用數字化、信息化集成技術，改變原有的物流運作模式，實現貨物運輸過程的自動化運作和高效率管理，讓整個物流系統具有智慧思維并能自行解決物流中的某些問題[4]。智能物流既包括物流管理、物流規劃等技術的“軟智能”，也包括物流設備的“硬智能”。智能物流通過對需求、倉儲、運輸等物流運作信息的收集、分析和處理，實現全程化的信息跟蹤和優化，使得企業的物流決策更加科學，從而實現了面向用戶的主動化物流管理。

基于功能視角，智能物流體系可分為信息層、決策層和應用層等三個層次[5]。其中信息層包括信息感知、信息傳輸、信息存儲和信息處理等功能模塊；決策層包括網點優化、路線優化、倉儲優化、配載優化、庫存優化等功能模塊；應用層則體現為智能倉儲、智能運輸、智能配送、智能裝卸、智能揀選、智能包裝等具體智能物流子功能應用模塊。

圖1 智能物流的功能

2 CDN系統與智能物流倉配體系類比分析

2.1 結構類比

CDN系統通常由中心節點、區域節點和邊緣節點三個層級構成。中心節點和區域節點主要起到將熱點內容推送到邊緣節點的作用，另外還作為邊緣節點內容的補充。而邊緣節點則是直接面向用戶提供內容服務。而常見的智能物流倉配系統同樣呈現物流中心-配送中心-配送站點三層體系結構，其中物流中心作為商品的儲存基地，配送中心則起到商品快速集散的功能，配送站點則肩負著商品最后一公里分撥派送的任務(如圖2)。盡管兩者的體系結構類似，但是在具體運作過程中，CDN系統中的信息內容是向下級分散儲存的。而在物流倉配系統中，為實現庫存的集約化管理，商品往往是集中于上級的物流中心。

①CDN體系結構 ②智能物流倉配體系結構

2.2 技術類比

CDN系統的核心運作技術包括內容統一編碼和編址技術、內容分發技術、用戶請求重定向調度技術、負載均衡技術和緩存替換技術等[6]。內容統一編碼和編址技術可以實現對信息內容的編碼和定位，這是后期的內容管理和分發順利進行的前提條件；內容分發技術則起到將信息內容從源復制到邊緣節點的作用；用戶請求重定向度技術可把用戶的信息訪問請求分配到最優的節點；負載均衡技術可實現訪問任務在節點內服務器的合理分配，保持服務器性能的充分發揮及訪問需求的時效性；緩存替換技術則是根據信息內容的熱度及服務器的存儲情況有策略地進行內容更新。

而在智能物流倉配運行過程中，同樣存在商品編碼、商品定位、商品分揀、物流運輸、訂單處理、配送路線優化、配送任務優化、需求預測、庫存管理和庫存更新等技術，這些技術與上述的CDN運作技術存在一定程度的相通(見表2)。

表2 CDN運作技術與智能物流倉配運行技術的類比

2.3 運作方式類比

CDN系統的運行方式分為推式和拉式兩種。在推式運行方式中，用戶的信息內容請求被CDN系統定向到距離該用戶最近且儲存有該信息內容的邊緣站點，并由該站點提供面向用戶的訪問服務。而拉式運行方式中，用戶的信息內容請求被定向到距離該用戶最近的邊緣站點，如果該站點儲存有該信息內容，則由該邊緣站點提供訪問服務；如果該邊緣站點沒有儲存該信息內容，則由該邊緣站點向上級請求、遞歸查找并最終獲取該信息內容后返回給用戶。

而目前智能物流倉配體系的運作過程，往往是用戶提交訂單，物流中心接受該訂單后進行揀貨、包裝、運輸到配送中心進行集配貨后分送到距離用戶最近的配送站點，再由配送站點安排人員派送訂單商品。智能物流倉配體系運行的主要目標是訂單商品的快速揀選、運輸和配送，盡可能減少物流成本和用戶的等待時間。智能物流倉配體系現有的運作方式類似于CDN系統的拉式運行方式。但是兩者之間還是有明顯區別，智能物流倉配體系更多是訂單商品的事后分發。而CDN系統的拉式運行方式由于引入了內容分發技術和緩存替換技術，使得邊緣站點對用戶信息內容的滿足率大為提升，減少了遞歸查找等相對耗時的發生概率，在運行過程中變成信息內容的事先預測與分發。

3 CDN系統對智能物流倉配體系構建的啟示

通過對CDN系統和運行技術的分析，智能物流倉配體系在構建過程中可通過庫存下沉、訂單商品前移等手段，在降低物流成本的同時加快客戶反映速度。庫存下沉指的是改變原有庫存集中于物流中心的做法，將部分熱銷商品的庫存下沉到下級的配送中心甚至是配送站點。訂單商品前移指在訂單還沒發生前，基于需求預測，將可能發生銷售的商品分發到配送中心和配送站點。

在日常運行過程中，庫存下沉和訂單商品前移可利用現有物流配送中的剩余運力來進行，在不增加物流運輸成本的同時將商品轉移至距離消費者更近的地方。當然庫存下沉和訂單商品前移均可能導致庫存量上升、商品滯銷、調撥成本上升等風險。應對上述風險，則需要借鑒CDN的相關運作技術，特別是用戶請求重定向調度技術、負載均衡技術和緩存替換技術。

4 基于CDN系統原理的智能物流倉配體系

4.1 CDN技術在智能物流倉配體系中的應用前景分析

4.1.1 緩存替換技術

CDN技術中的常見緩存替換技術包括 LRU(Least Recently Used，最近最少使用)算法、LFU(Least Frequently Used，最少頻率使用)算法、基于分數因子的緩存(Scoring Based Caching)算法等。其中LRU算法和LFU算法主要基于訪問時間和訪問頻率淘汰未被經常使用的數據，而基于分數因子的緩存算法則是根據一定的因子對數據進行排序，從而在儲存能力限定情況下決定數據的留存范圍。借鑒上述算法，特別是結合訂單數據、用戶數據和時間環境因素設置合理的分數因子，利用基于分數因子的緩存算法確定優先級，可更好決定在智能物流倉配體系下哪些商品應該在銷售未發生前適時前移。另外再根據LRU算法或LFU算法進行商品的動態調整。

4.1.2 負載均衡技術

常見的CDN均衡技術包括基于網絡拓撲策略、基于服務效用策略、基于分級均衡策略和基于P2P均衡策略等[7]。上述策略同樣對智能物流倉配體系的運作具有參考意義。現有智能物流倉配體系運作過程中往往是根據地理位置和距離進行配送線路的規劃和配送任務的分配，類似于CDN中的基于網絡拓撲策略。這樣運作方式可能會存在配送站點和配送人員任務不均的問題。基于服務效用的策略主要是根據配送站點和配送人員的工作能力進行任務分配，有助于避免可能存在的局部阻塞現象。基于分級均衡策略的基本思想是根據不同級別的均衡采用不同的均衡策略，類似在智能物流倉配體系運作中，根據不同的產品、不同的用戶等待效用、不同的運輸成本采用不同的均衡策略。而隨著無人機送貨、共享配送等新型配送形式的發展，基于P2P均衡策略則可以提供充分利用閑置配送資源的運作策略。

4.1.3 用戶請求重定向調度技術

傳統的用戶請求重定向調度技術包括基于DNS(Domain Name System，域名系統)定向和基于網絡就近性原則兩種。現有智能物流倉配體系中的訂單分配主要是根據地理距離、即就近性原則，將訂單分配給相對固定的物流中心及下屬的配送體系來履行。但是如果存在缺貨情況，則需要對訂單進行重新分配到有貨的物流中心進行調貨后，再來進行訂單履行。在CDN系統中DNS起到重定向調度的作用，對于智能物流倉配體系中也需要有類似角色的系統，對局部缺貨的商品進行重新定向，在時間和成本限制條件下制定出最優的商品調度方案。

4.1.4 內容分發技術

CDN系統的內容分發技術主要是在緩存替換技術的指導下實現信息內容由源節點向邊緣節點的發送，具體發送的實現還需要考慮流行度、用戶興趣度及系統負載等限制因素。在智能物流倉配體系運行過程中，同樣需要考慮空閑運力、下級節點倉儲能力等限制因素，根據緩存替換技術確定的優先級來進行商品的預先發送。

4.2 基于CDN系統原理的智能物流倉配運行體系

基于CDN系統原理的智能物流倉配體系可提供推式(push)和拉式(pull)的物流服務。在借鑒運用CDN相關技術后，該智能物流倉配體系一方面可在客戶訂單下達后提供高效、低成本的物流配送服務；另一方面可在客戶訂單尚未下達之前進行熱門商品的預先前移運輸，為客戶提供即時送達的物流配送服務，即刻滿足用戶需求。此外，該智能物流倉配體系還具備學習和完善的功能，可在具體的物流運作過程中不斷修正運作策略、適時調整和改進運作算法，從而實現面向不同商品、不同用戶提供個性化的物流服務。通過不斷發展和完善，最終實現面向頭部商品(用戶需求集中、銷售情況良好、銷售最大的商品)提供主動物流服務和面向尾部商品(需求個性化，銷售量較為離散的商品)提供被動物流服務的無縫銜接。

圖3 基于CDN系統構建思想的智能物流倉配運行體系

5 結論

當前，在供給側結構性改革背景下，智能物流倉配體系的建設不僅有助于推動我國物流產業的發展，更能夠促進我國產業優化升級，促進國民經濟由粗放型向集約型轉變，推動我國經濟由“大量生產-大量流通-大量消費”的時代向“多樣化消費-有限生產-高效率流通”時代轉變。智能物流倉配系統的關鍵技術中除了包括條形碼技術、RFID技術、智能運輸技術和物聯網技術，一個科學、合理、智能的物流倉配運作體系也是十分關鍵。CDN解決快速將內容分送至需求用戶手中的問題，其思想和運作機理在某種程度上十分契合智能物流倉配系統的運作要求，不論是CDN的結構模型，還是其相關技術，對于智能物流倉配體系的構建都具有良好的指導意義。