基于RFID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理提貨方案設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)目前現(xiàn)代化倉(cāng)儲(chǔ)管理的需求，結(jié)合RFID技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于EPC編碼規(guī)則的倉(cāng)管人員提貨管理方案。通過(guò)對(duì)提貨人員EPC特殊編碼，從而實(shí)現(xiàn)提貨權(quán)限的合理分配與管理。有效解決了大型倉(cāng)庫(kù)出入庫(kù)操作的復(fù)雜流程，大大減少提貨出錯(cuò)問(wèn)題，滿(mǎn)足了現(xiàn)代化倉(cāng)儲(chǔ)管理的需求。
關(guān)鍵詞：人員權(quán)限；EPC；編碼規(guī)則；RFID

    倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中人員權(quán)限問(wèn)題是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，一個(gè)好的管理系統(tǒng)會(huì)從多個(gè)方面考慮權(quán)限的劃分問(wèn)題；稍有不得當(dāng)，不但會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，還可能會(huì)造成重要的數(shù)據(jù)信息泄露。從安全的角度考慮，一般情況，我們?cè)诔绦蛟O(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)遵循最小授權(quán)原則；即在最少的時(shí)間內(nèi)授予程序代碼所需的最低權(quán)限，除非程序需要，否則不會(huì)允許使用管理員權(quán)限運(yùn)行應(yīng)用程序。而在一個(gè)多功能信息系統(tǒng)集成平臺(tái)中，它含有多個(gè)子模塊，而每個(gè)模塊都有可能需要自己的一套特有權(quán)限系統(tǒng)，一般軟件開(kāi)發(fā)者只有通過(guò)修改代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的需求。多數(shù)情況下權(quán)限系統(tǒng)往往是在實(shí)施初期用戶(hù)就要求設(shè)置，因而設(shè)計(jì)一個(gè)健全的權(quán)限方案對(duì)信息系統(tǒng)集成平臺(tái)尤為重要。
    那么在現(xiàn)代高度集成化的貨物倉(cāng)儲(chǔ)管理中，如何合理安排人員權(quán)限問(wèn)題呢?針對(duì)一個(gè)大型貨運(yùn)倉(cāng)庫(kù)，如果能做到恰當(dāng)安排人員的提貨權(quán)限，那么就可以大大減少甚至避免發(fā)貨物、提錯(cuò)貨、貨物丟失的情況；從而實(shí)現(xiàn)高效的自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)管理。本文提出一種基于RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化人員權(quán)限管理策略，依托軟硬件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)管人員提貨的自動(dòng)化管理。

1 方案分析
    整個(gè)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)管理人員提貨權(quán)限方案是建立在兩個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究的。
    1)射頻識(shí)別系統(tǒng)的核心技術(shù)一多路存取時(shí)防碰撞算法的實(shí)現(xiàn)。在RFID系統(tǒng)中主要存在有兩種通信方式：①無(wú)線(xiàn)廣播方式，即在一個(gè)讀寫(xiě)器的閱讀范圍內(nèi)存在多個(gè)應(yīng)答器，讀寫(xiě)器發(fā)出的數(shù)據(jù)流有時(shí)可能會(huì)被多個(gè)應(yīng)答器接收。②多路存取方式，即在讀寫(xiě)器的作用范圍內(nèi)有多個(gè)應(yīng)答器同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)給讀寫(xiě)器。前者不是筆者考慮的重點(diǎn)，而后者就會(huì)出現(xiàn)通信沖突和數(shù)據(jù)碰撞問(wèn)題。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(shí)分多路法(TDMA-Time Division Multiple Access)和碼分多路法(CDMA-Code Division Multiple Access)?？紤]RFID系統(tǒng)通信形式、功耗、系統(tǒng)的復(fù)雜性以及成本等因素，選擇TDMA方法來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別系統(tǒng)中的防碰撞機(jī)制。基于TDMA防碰撞算法又分為：基于比特的二進(jìn)制搜索算法和基于時(shí)隙的ALOHA算法；本方案采用二進(jìn)制搜索算法來(lái)解決防碰撞問(wèn)題。
    2)射頻識(shí)別系統(tǒng)的基礎(chǔ)——EPC數(shù)據(jù)編碼格式的設(shè)計(jì)。EPC數(shù)據(jù)編碼方案的選取將決定著EPC數(shù)據(jù)采集的方便實(shí)現(xiàn)。在本方案中，EPC數(shù)據(jù)編碼格式設(shè)計(jì)包括兩部分：①人員提貨權(quán)限編碼的設(shè)計(jì)。②貨物標(biāo)識(shí)的EPC編碼設(shè)計(jì)。目前，EPC編碼方案有13種，其通用結(jié)構(gòu)是由一個(gè)分層次、可變長(zhǎng)度的標(biāo)頭以及一系列數(shù)字字段組成如圖1所示。標(biāo)頭定義了總長(zhǎng)，識(shí)別類(lèi)型和EPC編碼結(jié)構(gòu)，其中還可以包括它的濾值；標(biāo)頭的長(zhǎng)度是可變的。

2 方案設(shè)計(jì)
    該方案設(shè)計(jì)包括2個(gè)部分：貨物編碼方案設(shè)計(jì)和提貨人員權(quán)限方案設(shè)計(jì)。在貨物編碼方案設(shè)計(jì)部分，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，采用其中一種GID-96通用標(biāo)識(shí)符。它不依賴(lài)于任何現(xiàn)有已知的規(guī)范及標(biāo)識(shí)方案，采用由3個(gè)字段(通用管理者代碼、對(duì)象分類(lèi)代碼、序列號(hào))組成的96位EPC代碼。加入標(biāo)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(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)組織實(shí)體，例如一個(gè)公司、管理者等；它負(fù)責(zé)維持后字段的編號(hào)；對(duì)象分類(lèi)代碼用來(lái)標(biāo)識(shí)通用管理者代碼下的物品的種類(lèi)或者類(lèi)型；序列號(hào)用來(lái)標(biāo)識(shí)對(duì)象分類(lèi)代碼下的每個(gè)具體對(duì)象。三者的編碼都是唯一的，而且在同一類(lèi)型下是不允許重復(fù)的。通過(guò)這種編碼格式可以看出，對(duì)象分類(lèi)代碼部分表示了倉(cāng)儲(chǔ)物資的類(lèi)型；也就代表著倉(cāng)庫(kù)中所儲(chǔ)存的物資種類(lèi)，當(dāng)一個(gè)大型貨運(yùn)倉(cāng)庫(kù)有多個(gè)提貨人員時(shí)，該代碼也給出了一種合理的分配提貨人員權(quán)限的辦法。
    鑒于提貨人員只是針對(duì)一個(gè)特定的物流企業(yè)，其提貨權(quán)限很少涉及對(duì)外方面；而且考慮到倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的高效運(yùn)作及健壯性與穩(wěn)定性，在提貨人員權(quán)限編碼方案設(shè)計(jì)部分，采用單獨(dú)給提貨人員設(shè)立一套自定義的權(quán)限編碼格式。其編碼格式仍然以GID-96為基礎(chǔ)進(jìn)行自定義設(shè)計(jì)，目的是為了在批量檢索數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)更方便實(shí)現(xiàn)、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(quán)限的董事部、分管不同提貨人員的倉(cāng)管部；分別賦予不同編碼來(lái)表示。在對(duì)象分類(lèi)代碼部分：董事部下屬對(duì)象分類(lèi)代碼全部置1，表示著董事部人員具有最高權(quán)限，可以查看當(dāng)前倉(cāng)庫(kù)中各種物資的庫(kù)存情況及提取倉(cāng)庫(kù)中的各種物資。倉(cāng)管部分管的不同提貨人員具有不同的對(duì)象分類(lèi)代碼，這也意識(shí)不同的提貨人員所提貨物類(lèi)型不同。在序列號(hào)部分，根據(jù)人員人數(shù)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(duì)象分類(lèi)，對(duì)其全部置0。校驗(yàn)碼采用循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(CRC)，其最大優(yōu)點(diǎn)就是識(shí)別錯(cuò)誤的可靠性高，即使在有多重錯(cuò)誤時(shí)，也只需少量操作就可以識(shí)別出錯(cuò)誤所在；而且16位CRC可以校驗(yàn)4千字節(jié)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)完整性，輕松滿(mǎn)足RFID系統(tǒng)需求。

3 方案實(shí)現(xiàn)
    首先，不同類(lèi)型的物資在出庫(kù)操作時(shí)，分別由具有不同權(quán)限的提貨人員來(lái)實(shí)現(xiàn)。提貨人員的權(quán)限由其EPC編碼中的“對(duì)象分類(lèi)代碼”來(lái)表示，提貨人員首先將自身攜帶的提貨權(quán)限由專(zhuān)用權(quán)限閱讀器讀取得到。系統(tǒng)獲取得到該電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)后，通過(guò)截取指令將權(quán)限標(biāo)簽數(shù)據(jù)中的“對(duì)象分類(lèi)代碼”截取存儲(chǔ)到一個(gè)私有變量中。其所提的貨物在出庫(kù)時(shí)，由閱讀器得到每個(gè)貨物的電子標(biāo)簽，并將采集得到的電子標(biāo)簽通過(guò)中間件傳輸?shù)较到y(tǒng)中去，在傳輸過(guò)程中，要做兩個(gè)操作：1)截取貨物電子標(biāo)簽中的對(duì)象分類(lèi)代碼與提貨人員權(quán)限電子標(biāo)簽中的對(duì)象分類(lèi)代碼進(jìn)行模式匹配操作，當(dāng)匹配成功時(shí)，則以該物資電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)為搜索條件遍歷數(shù)據(jù)庫(kù)中庫(kù)存表：當(dāng)匹配不成功時(shí)，(即所提貨物標(biāo)簽中的對(duì)象分類(lèi)代碼與提貨人員權(quán)限標(biāo)簽中的對(duì)象分類(lèi)代碼不同)，說(shuō)明提貨人員不具備提取該物品的權(quán)限，則將該貨物的電子標(biāo)簽反饋到液晶顯示終端，并呈高亮顯示；以備倉(cāng)管人員檢查核對(duì)。2)當(dāng)提貨成功后，貨物出庫(kù)操作；同時(shí)，以該貨物電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)為搜索條件檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，更新當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)物資庫(kù)存表；保證庫(kù)存表中貨物數(shù)量與倉(cāng)庫(kù)中一一對(duì)應(yīng)。該更新操作與貨物入庫(kù)操作有一些相似。其整個(gè)提貨操作流程如圖2所示。

    EPC數(shù)據(jù)采集部分：出庫(kù)物資的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集與人員權(quán)限電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集二者操作是“異步”的。先采集提貨人員權(quán)限標(biāo)簽數(shù)據(jù)，獲取后再與采集出庫(kù)物資電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行模式匹配。這樣做的原因在于存儲(chǔ)倉(cāng)儲(chǔ)物資信息的數(shù)據(jù)庫(kù)與人員權(quán)限信息的數(shù)據(jù)庫(kù)是分開(kāi)管理的，這樣可以有效保證提貨人員權(quán)限信息不被泄露或竊取，防止倉(cāng)儲(chǔ)物資損失。
    應(yīng)用程序模塊部分：鑒于多個(gè)讀寫(xiě)器同時(shí)工作時(shí)，其每秒鐘讀取得到的標(biāo)簽數(shù)量非常龐大。通常采用開(kāi)辟一塊緩沖區(qū)來(lái)暫存電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)。電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)以消息隊(duì)列的方式存儲(chǔ)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

    為了方便理解，筆者僅以EPC數(shù)據(jù)隊(duì)列中任意一個(gè)電子標(biāo)簽為例來(lái)演示其整個(gè)處理過(guò)程。首先電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)出隊(duì)列操作，進(jìn)入應(yīng)用程序接口。圖4是整個(gè)處理流程圖。

4 方案驗(yàn)證
    鑒于EPC數(shù)據(jù)采集是在硬件部分實(shí)現(xiàn)，這里不在過(guò)多贅述。模擬已采集得到的EPC數(shù)據(jù)，對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。采集得到的EPC數(shù)據(jù)以形同二維表的形式存儲(chǔ)在EXCEL表格中，當(dāng)前倉(cāng)儲(chǔ)物資庫(kù)存表存儲(chǔ)在ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行批量檢索數(shù)據(jù)庫(kù)。由于批量檢索數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)查詢(xún)響應(yīng)時(shí)間要求非常高，這里采用劃分-抽樣-匹配的思想。物資在入庫(kù)操作時(shí)已進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分類(lèi)的劃分，因而在批量檢索時(shí)只需對(duì)每類(lèi)倉(cāng)儲(chǔ)物資抽取庫(kù)存表中第一個(gè)進(jìn)行匹配。當(dāng)對(duì)象分類(lèi)代碼部分與當(dāng)前庫(kù)存表中存儲(chǔ)記錄吻合時(shí)，再進(jìn)行序列號(hào)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(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)象分類(lèi)代碼在核對(duì)人員提貨權(quán)限時(shí)會(huì)再次使用，只需一個(gè)臨時(shí)變量來(lái)暫存該代碼即可：大大減少了截取工作量，縮短了處理時(shí)間。
    針對(duì)上述研究，在MatLab中分3種環(huán)境進(jìn)行仿真。仿真環(huán)境1：庫(kù)存表記錄固定1000條，出庫(kù)標(biāo)簽變化：8～100個(gè)，提貨人員為1人；仿真結(jié)果如圖5所示。

    仿真環(huán)境2：出庫(kù)標(biāo)簽固定30個(gè)，庫(kù)存表記錄變化：100～1 500個(gè)，提貨人員為1人；仿真結(jié)果如圖6所示。

    仿真環(huán)境3：出庫(kù)標(biāo)簽變化：20～70個(gè)，庫(kù)存表記錄變化：150～1 450個(gè)，提貨人員為1人；仿真結(jié)果如圖7所示。

    從仿真結(jié)果可以看出，該方法能夠正確處理數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)以對(duì)象分類(lèi)代碼為核心的分類(lèi)提貨管理。相比普通提貨方法，縮短出庫(kù)時(shí)間。通過(guò)對(duì)貨物電子標(biāo)簽的鎖定，使得提貨出錯(cuò)故障降低到最小，達(dá)到了方案設(shè)計(jì)時(shí)的初衷。為現(xiàn)代化的倉(cāng)儲(chǔ)提貨管理提供了一個(gè)新的思路。

5 結(jié)論
    為了實(shí)現(xiàn)高效、快捷的現(xiàn)代化倉(cāng)儲(chǔ)管理，提出了一種基于RFID技術(shù)的人員提貨權(quán)限自動(dòng)化管理方案。依托對(duì)提貨人員EPC特殊編碼，合理分配了倉(cāng)管人員提貨權(quán)限，解決了出庫(kù)慢、提貨出錯(cuò)的問(wèn)題。但從設(shè)計(jì)權(quán)限編碼本身特點(diǎn)看，該提貨權(quán)限方案具有一定的局限性。當(dāng)倉(cāng)儲(chǔ)物資類(lèi)型繁多時(shí)，每個(gè)倉(cāng)管人員只單獨(dú)賦予一種貨物類(lèi)型的提貨權(quán)限可能將無(wú)法滿(mǎn)足倉(cāng)儲(chǔ)管理靈活性需求，導(dǎo)致倉(cāng)管人員浪費(fèi)，增加了倉(cāng)儲(chǔ)管理投資成本。這也是本方案下一步有待改進(jìn)的地方。