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ZigBee自組網技術在第三方物流智能倉儲中的應用

作者: 時間:2012-09-13 來源:網絡 收藏

摘要:針對RFID系統(tǒng),為了解決RFID讀卡器與服務器的數據交換問題,經過方案論證比較,選擇建立無線數據傳輸網絡。整個系統(tǒng)采用MESH網絡結構,由主控節(jié)點與子節(jié)點共同構成。該方案以實際倉庫為實驗環(huán)境,經過實際部署及測試,服務器收到數據包時間均在20~40 ms,網絡運行穩(wěn)定,數據傳輸正常,滿足正常作業(yè)。且該方案從降低投資維護成本、增強實用性的角度,具備在行業(yè)中的較強可推廣性。
關鍵詞:;RFID;無線數據傳輸;;物流

0 引言
本文以天津濱海新區(qū)日益發(fā)展的物流企業(yè)的平面?zhèn)}庫為環(huán)境,為建立一套基于物聯網概念且具備可推廣價值的解決方案。在智能倉儲的RFID系統(tǒng)中每一個或幾個RFID電子標簽都需要有其對應的讀寫器進行信息感應,而各組RFID讀卡器也需要與服務器進行數據交換。但在倉儲作業(yè)中因舉升車輛需要路面光滑才可保障平穩(wěn)運行,且倉庫空間挑高大、平面空間跨度廣所以不便于有線布設,必須使用無線網絡實現無線數據交互。因此采用日益成熟的來對RFID讀卡器進行無線,實現動態(tài)放據交換。

1 ZigBee自方案論證
針對第三方物流倉儲的作業(yè)特點及實際傳輸距離需要,橫向比較幾種無線傳輸方式后,選擇基于ZigBee技術的無線自組網方案。ZigBee自組網是基于IEEE802.1 5.4的無線通信技術,由多到65 535個無線數傳模塊組成的高可靠性無線數傳網絡平臺。在整個網絡范圍內,每個ZigBee數傳模塊問可相互通信,各節(jié)點間距離可以從標準的75 m無限擴展,具有使用方便、工作可靠、價格低的特點。
與其他組網方式相比,首先ZigBee技術采用的是自組網通信方式,每個ZigBee節(jié)點可獨立工作,一旦某個節(jié)點出現問題,可通過其他節(jié)點傳輸數據,并可隨時隨地將新的RFID閱讀器加入網絡,不會影響全部網絡的使用;若使用Wifi技術,某AP故障會導致覆蓋范圍下所有RFID讀卡器無法實現數據交換其次,ZigBee協(xié)議棧簡單,實現相對容易,運行ZigBee需要系統(tǒng)資源約28 Kb,而藍牙協(xié)議棧相對復雜,需要系統(tǒng)資源約250 Kb;此外ZigBee比藍牙更為靈活,更有利于控制系統(tǒng)成本。
在倉儲作業(yè)中根據作業(yè)流程,需要大量數據傳輸節(jié)點,數量巨大的通信設備造價及在網運行時的通信費用,直接影響系統(tǒng)成本;而ZigB ee技術除了首批投資成本外不會產生更多的日常使用費用。雖然ZigBee的傳輸速率并不快(2.4 GHz的頻段只有250 Kb/s),然而考慮到倉儲作業(yè)特點,貨物托盤上的電子標簽只寫入貨物的ID號,字節(jié)長度通常在32 B以內,因此不會對傳輸速率有過多影響,滿足正常工作條件。且ZigBee的功耗較低,同樣電源環(huán)境下,藍牙和WIFI的持續(xù)工作時間要遠遠小于ZigBee。
RFID相關協(xié)議中只規(guī)定了通信接口,而ZigBee具有相對完善的通信組網協(xié)議,工作頻段上ZigBee可以選擇2.4 GHz ISM頻段(全球通用頻段),而RFID可工作在915 MHz或其它頻段,二者在通信頻率上互不干擾。考慮倉庫為室內環(huán)境,且節(jié)點與節(jié)點之間距離較近,ZigBee模塊在工作過程中可穿透一定厚度障礙,因此信號衰減量可忽略不計。通過自組織網絡協(xié)議,網絡中設備之間都可以直接或間接進行無線通信,網絡的可靠性和頻率利用率都非常高,且ZigBee有比較完整的安全認證模式。
綜上所述,選擇ZigBee技術作為第三方物流智能倉儲中RFID系統(tǒng)的數據傳輸網絡是最合適的。

2 網絡原理及結構
一個ZigBee網絡需要有中心協(xié)調器(Coordinator)和路由器(Router)兩部分組成。每個ZigBee網絡需要且僅需要一個中心協(xié)調器,用來創(chuàng)建網絡,當有節(jié)點加入時,分配地址給子節(jié)點;而路由器負責收發(fā)數據和轉發(fā)數據,并尋找最適合的路由路徑,當有節(jié)點加入時,可為節(jié)點分配地址,因此一個ZigBee網絡可能需要多個路由器。當一個網絡由一個中心協(xié)調器與N個路由器共同構成時,這個網絡才是真正的MESH網絡,每個節(jié)點發(fā)送的數據全部是自動路由到達標節(jié)點。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/153940.htm

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基于ZigBee自組網技術的RFID系統(tǒng),采用MESH網絡結構,由一個主控節(jié)點和若干個子節(jié)點構成(子節(jié)點數目視倉庫內RFID讀卡器數量而定),如圖1所示。主控節(jié)點由服務器通過串口與中心協(xié)調器構成;子節(jié)點由讀卡器通過串口與路由器構成。串口選擇RS 232雙向通信方式。
所有ZigBee設備啟動后,主控節(jié)點將開始組建ZigBee網絡,將所有子節(jié)點加入網絡同時為各個子節(jié)點分配網絡地址,并將信息存儲進數據庫。讀卡器采集到標簽數據后,首先把數據發(fā)送給與之連接的路由器,路由器再把標簽數據連同讀卡器信息通過多跳ZigBee網絡發(fā)送給主控節(jié)點進行存儲,主控節(jié)點要把閱讀器的參數配置命令通過與路由器間的通信發(fā)送給閱讀器,隨后庫位節(jié)點設備進入省電模式;當主控節(jié)點對子節(jié)點發(fā)布命令時,可以隨時喚醒庫位節(jié)點設備,通過尋找子節(jié)點的網絡地址,然后根據網絡地址將命令通過多跳網絡傳達給路由器,再經路由器傳給對應的讀卡器,最后由路由器向主控節(jié)點發(fā)送收到命令的確認通知。


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