ZigBee與RFID在物流管理系統(tǒng)的應(yīng)用

一、應(yīng)用需求  

數(shù)字化管理是提高物流管理水平的關(guān)鍵所在，然而，對物流管理而言，數(shù)字化管理的概念應(yīng)該包括，A. 所運(yùn)貨物單據(jù)管理電子化（包括建擋和傳輸）；B. 貨物在運(yùn)輸途中位置的信息化。前者，主要是通過讀取所運(yùn)貨物的識別碼（條碼或RFID）的方式來實(shí)現(xiàn)的；而后者則是通過GPS定位系統(tǒng)，和無線移動網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。因此在物流管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸來說，保證有效數(shù)據(jù)識別和數(shù)據(jù)的傳輸是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。 

二、行業(yè)現(xiàn)狀  

對條碼標(biāo)簽和RFID，許多人應(yīng)該都非常熟悉，前者使用的是光掃描，掃描器和條碼之間，不能有任何物理遮擋；后者使用的“電磁場掃描“，兩者之間可以有遮擋。但歸根到底，兩者所讀取的數(shù)據(jù)，都僅僅是一個(gè)身份碼而已。真正的數(shù)據(jù)資料，必須通過讀碼器所讀出的身份碼，到預(yù)先建立好的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行查閱。其次，由于條碼和RFID的讀取方式，都是通過條碼和RFID標(biāo)簽微弱的反射或被動耦合的信號來實(shí)現(xiàn)的（那些有源和可儲存少量數(shù)據(jù)的RFID實(shí)際已經(jīng)超出RFID本身的定義范圍），因而讀取距離都非常有限。另外，由于這兩種標(biāo)簽本身都不儲存數(shù)據(jù)，信號讀取器必須要與數(shù)據(jù)庫相連，因而靈活性差。這些局限性，大大限制了它的作用的發(fā)揮。 

因此基于ZIGBEE和RFID結(jié)合的物流管理系統(tǒng)，是基于通信領(lǐng)域一種最新無線通信技術(shù)Zigbee和RFID結(jié)合使用的一種應(yīng)用系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)如下：遠(yuǎn)距離信息讀??；自帶數(shù)據(jù)；遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)寫入；讀寫設(shè)備十分簡單可靠，價(jià)格也十分低廉。因而，使用靈活方便，建設(shè)成本低的優(yōu)點(diǎn)。 

三、Zigbee、RFID技術(shù)簡介 

zigbee是一種無線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該無線連接技術(shù)主要解決低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。  

ZigBee標(biāo)準(zhǔn)基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備了強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇狀結(jié)構(gòu)(Cluster tree)，特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。 

                       圖一  ZIGBEE星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 
星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 
  支持點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)通信 
  中心節(jié)點(diǎn)為ZIGBEE協(xié)調(diào)器，終端節(jié)點(diǎn)為ZIGBEE終端設(shè)備 
  所有數(shù)據(jù)經(jīng)過中心節(jié)點(diǎn) 
  適合圓形分散、距離較近的設(shè)備聯(lián)網(wǎng) 

                          圖二  ZIGBEE網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 

MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)  

  系統(tǒng)采用多跳式路由通信  

  網(wǎng)絡(luò)容量很大  

  可以跨越很大的物理空間，適合距離較遠(yuǎn)比較分散的結(jié)構(gòu) 

MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)的所有實(shí)體只有要通信范圍之內(nèi)，都可以互相通信，如果沒有直接通路，還可以通過“多級跳”的方式來通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；除此之外，網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。 

射頻識別系統(tǒng)（RFID）按照能量供給方式的不同，RFID標(biāo)簽可以分為被動標(biāo)簽，半被動標(biāo)簽，半主動標(biāo)簽和主動標(biāo)簽，其中被動標(biāo)簽與讀寫器之間的通信，都依賴于讀寫器天線所發(fā)出的能量；而主動標(biāo)簽與讀寫器之間通信所需的能量則由標(biāo)簽所附的電池提供，主動標(biāo)簽可以主動發(fā)出射頻信號。 

四、Zigbee技術(shù)特點(diǎn) 

設(shè)備省電  

zigbee技術(shù)采用了多種節(jié)電的工作模式，可以確保兩節(jié)五號電池支持長達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間；  

通信可靠  

zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和沖突；MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息；  

網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng) 

zigbee的自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；  

zigbee自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。  

具備自組織、自愈能力的無線通信網(wǎng)絡(luò)才是自動抄表系統(tǒng)最理想的通信方式。 

成本低廉  

設(shè)備的復(fù)雜程度低，且Zigbee協(xié)議是免專利費(fèi)的，這些可以有效地降低設(shè)備成本； 
Zigbee的工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的2.4GHz，就是沒有使用費(fèi)的無線通信。 

網(wǎng)絡(luò)容量大  

一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納最多254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在200多個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)；  

數(shù)據(jù)安全  

ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES-128，同時(shí)各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。 

五、基于ZigBee、RFID技術(shù)物流管理系統(tǒng) 

                      圖一 汽車進(jìn)場時(shí)讀取RFID數(shù)據(jù) 

                        圖二  貨物堆場讀取RFID數(shù)據(jù) 

                             圖三  超市賣場讀取RFID數(shù)據(jù)