一种WSN与RFID结合的物流监控系统技术方案

本发明专利技术提出了一种WSN与RFID结合的物流监控系统，包括：远程监控子系统，部署在仓储空间或交通工具之中，包括RFID标签、传感器节点、融合节点以及汇聚节点；RFID标签与传感器节点附着在货物包装上；融合节点包括RFID读写器以及无线节点模块，通过RFID读写器或无线节点模块与所述RFID标签、传感器节点进行数据传输，并且所述融合节点对RFID标签或者传感器节点的数据进行处理；融合节点通过无线传感器网络将数据汇聚至汇聚节点；所述汇聚节点通过无线传感器网络与融合节点通信，并且通过以太网或GPRS与所述地面系统通信；地面子系统，通过以太网或GPRS与外部网络通信，接收汇聚节点上传的信息或者发送信息至汇聚节点。本发明专利技术可实现提供了仓储定位和货物在途姿态识别。

A logistics monitoring system based on WSN and RFID

The invention provides a logistics monitoring system, a WSN combined with RFID include: the remote monitoring system, deployed in the storage space or traffic tools, including RFID tag, sensor nodes, fusion node and sink node and sensor nodes; RFID tag attached to the packaging of the goods; fusion nodes including RFID reader and wireless node module, through the RFID reader or wireless node module for data transmission with the RFID label, sensor nodes, and the nodes of the RFID tag fusion or sensor node data; fusion nodes of wireless sensor network data aggregation to the sink node; the sink node through the wireless sensor network and the fusion node communication, and through Ethernet or GPRS with the ground communication system; ground subsystem, via Ethernet or GPRS The external network communication receives the information uploaded by the sink node or sends the information to the sink node. The invention can provide warehousing positioning and goods in transit attitude recognition.

【技术实现步骤摘要】
一种WSN与RFID结合的物流监控系统
本专利技术涉及信息化物流领域，具体为一种WSN与RFID结合的物流监控系统。
技术介绍
物流是供应链的一部分，是为了满足顾客对商品、服务及相关信息的需求从产地到消费地的高效率、低成本流动和存储的需求而进行的规划、实施、控制过程。在物流的主要生产环节当中，装卸、包装、流通加工三个过程大都已机械化、自动化完成，而剩余的仓储和运输过程就成了物流差错的主要来源。物流信息的缺失导致这些问题不能够即时被发现和解决，也不能够在差错发生时记录原因以供事后追溯和规避。在仓储环节，工厂生产出的成品或商场进购的货品等大都以人工方式按照某种约定的规则进行摆放。而人工方式在进出货时，会遇到很多问题，比如摆放错位、查找困难、摆放不灵活、货架区域浪费等。在运输环节，以条形码和纸质货运单号为主的标识方式可以在一定程度上实现物流的信息化，但这种信息化更多的只是实现货物的追踪，而不能实现在途货物的实时监控，将货物质量、运输环境和货物本身进行挂钩，以实现货物全过程的追溯和控制。尤其是贵重品和危险品，可能由于不正常的包裹或运输过程造成晃动、撞击或翻倒，由此产生贵重品破损甚至危险品泄漏、爆炸等巨大人员和财产损失。此外，条形码和数字单号需要目视(靠近条形码识别器或在人眼视力范围内)读取，速度慢、易出错，而且只能在运输环节的两端或装卸货前后进行扫码或读码记录，具有较大的局限性，制约出入库等环节的效率。随着信息技术的不断发展和人们对于货物质量及货物安全的重视，越来越多的物流信息技术受到关注。冷链物流、贵重品物流、仓储定位等棘手问题也出现了新的解决思路。而无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)和射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术以其各自的优点已经在物流领域受到一定的重视。射频识别技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术(以下简称RFID)。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。射频识别系统由电子标签(Tag)、读写器(Reader)以及数据交换和管理系统构成。电子标签由耦合元件及芯片组成，其中包含EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)及射频收发等相关电路，通过无线电波与读写器进行通信。标签根据是否自带电源，分为无源标签(被动式)、半有源标签(半被动式)和有源标签(主动式)。无源标签体积小、无需电源、价格低，占据市场主流。而有源标签的反应速度、读写距离等方面要优于无源标签。读写器(也称阅读器、查询器等)由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等部分组成。可以向标签发送指令和数据、对标签进行读写，以此达到对标签信息的识别功能。同时负责建立通信、安全认证、防冲突等过程，负责与管理系统进行通信。数据交换和管理系统用以向读写器发送指令和数据，或通过读写器收集标签中的数据，进行处理。数据可以暂存在读写器中，通过串口或USB等接口与主机相连接，与管理系统进行通信。RFID的基本工作原理较为简单，当标签进入读写器磁场后，接收由读写器发出的射频信号，无源标签产生感应电流并通过感应电流的能量发出存储在芯片中的数据，而主动标签主动发出存储数据，读写器读取到射频信号后进行解码，到数据交换和管理系统中进行数据处理。系统结构图如图1所示。但是，目前国内外对于RFID在仓储物流过程中的应用还较为局限在其标识和记录的能力上。无线传感器网络(WSN)是由部署在监测区域内大量传感器节点相互通信形成的多跳自组织网络系统，是物联网底层网络的重要技术形式。其目的是协作的感知、采集和处理网络区域覆盖中感知对象的信息，并发送给观察者，协作完成指定的任务。随着传感器技术、无线通信技术、嵌入式应用与微电子技术的日趋成熟，WSN逐渐满足人们对任何环境、时间、地点下获取环境的需求。且因其自组织、部署便捷、高容错性和隐蔽性等技术优势，因此，非常适用于环境监测、医疗护理、军事环境、目标跟踪等领域。无线传感网的主要由传感器节点、汇聚节点和管理节点三个部分构成，体系结构如图2所示。传感器节点具有传感、信号处理和无线通信的功能。节点(本专利中指传感器节点，下同)既是信息包的获取者也是信息包的转发者，形成多跳的自组织网络，将数据发送至汇聚节点。汇聚节点又称网关，可以通过多种方式与外部网络进行行通信，如Internet、卫星或移动通信网络等。大规模的WSN应用可以使用多个网关进行灵活组网。WSN与RFID均有其各自的技术特长与应用优势，也有其自有缺陷。在现有的技术脉络当中，二者的发展一直是两条平行线，各自的缺点也导致其无法满足社会生活的实际需求。二者的融合是未来发展的趋势，如何在现有研究基础上实现两种技术的融合也是目前技术创新关注的重点。在大规模仓储环境中，仓储定位问题一直是制约货物盘点和出入库效率的关键问题，而现有的基于RFID的定位算法大都面向较小面积的室内定位，对于以货架为主的大规模仓储环境来讲，需要部署过多数量的RFID锚节点才能实现有效的定位信号覆盖，布线复杂、硬件开销过大。而WSN可以弥补RFID组网及传输能力的不足，增加节点部署的灵活性。因此，如何基于融合WSN与RFID节点的定位方法来提高定位覆盖率、降低节点部署数量以及提升定位精度，具有较高的研究价值。在物流配送环节，以定位系统和人工检查为主的监控手段无法满足货物实时监控的需求。然而，诸如摄像头的追踪录像监控布线复杂且对光线、视距条件要求较高，并不适合在狭窄的运输货箱中使用。WSN优秀的无线数传能力则非常适合在途货物监控数据的传输，丰富的传感器接口也可提供多样的监控条件。尤其在姿态检测方面，加速度传感器已经多见于手势识别、运动识别等姿态检测方面的研究。随着传感器技术的提高，六轴加速度传感器相比三轴传感器能够提供更为精准的加速度并提供姿态角数据。因此，基于六轴加速度传感器的WSN实现货物行为姿态检测方法，对于货物的实时监控具有重要意义。纵观整个物流过程，一个完善的、贯穿整个物流过程的监控系统，可以有效监督并记录货物从仓储到运输整个过程中环境信息及货物本身的状态，便于对于可控的环境变量进行跟踪控制以及对损失发生后责任的界定和整改提供依据。而RFID正可以实现贯穿整个货物生命周期的跟踪记录，与此同时，WSN可以实现物流各个环节环境以及货物本身状态数据的采集和反馈控制。因此，研究WSN与RFID相结合的物流监控系统，解决仓储定位问题以及物流配送环节的货物行为检测，对提高出入库效率、减少操作时间、提高物流成本都有着非常重要的意义。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种WSN与RFID结合的物流监控系统。本专利技术针对物流过程中亟待解决的仓储定位问题和在途货物安全问题，提供了一套监控系统框架，并且提供了仓储定位和货物在途姿态识别的方法。(二)技术方案本专利技术提供的WSN与RFID结合的物流监控系统，其特征在于，包括：远程监控子系统，部署在仓储空间或交通工具之中，包括：RFID标签、传感器节点、融合节点以及汇聚节点；所述RFID标签与传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种WSN与RFID结合的物流监控系统，其特征在于，包括：远程监控子系统，部署在仓储空间或交通工具之中，包括：RFID标签、传感器节点、融合节点以及汇聚节点；所述RFID标签与传感器节点附着在货物包装上；所述融合节点包括RFID读写器以及无线节点模块，通过RFID读写器或无线节点模块与所述RFID标签、传感器节点进行数据传输，并且所述融合节点对RFID标签或者传感器节点的数据进行处理；所述融合节点通过无线传感器网络将数据汇聚至汇聚节点；所述汇聚节点通过无线传感器网络与融合节点通信，并且通过以太网或GPRS与所述地面系统通信；地面子系统，通过以太网或GPRS与外部网络通信，接收汇聚节点上传的信息或者发送信息至汇聚节点。

【技术特征摘要】
1.一种WSN与RFID结合的物流监控系统，其特征在于，包括：远程监控子系统，部署在仓储空间或交通工具之中，包括：RFID标签、传感器节点、融合节点以及汇聚节点；所述RFID标签与传感器节点附着在货物包装上；所述融合节点包括RFID读写器以及无线节点模块，通过RFID读写器或无线节点模块与所述RFID标签、传感器节点进行数据传输，并且所述融合节点对RFID标签或者传感器节点的数据进行处理；所述融合节点通过无线传感器网络将数据汇聚至汇聚节点；所述汇聚节点通过无线传感器网络与融合节点通信，并且通过以太网或GPRS与所述地面系统通信；地面子系统，通过以太网或GPRS与外部网络通信，接收汇聚节点上传的信息或者发送信息至汇聚节点。2.根据权利要求1所述的物流监控系统，其特征在于，所述融合节点作为锚节点应用于仓储定位；锚节点的RFID读写器与待测标签之间通过信号强度进行测距定位；并且锚节点的无线节点模块通过无线传感器网络对所获得的定位数据进行传输。3.根据权利要求2所述的物流监控系统，其特征在于，所述锚节点的无线节点模块还附加环境数据传感器，并且控制RFID读写器读取货物的RFID标签；所述锚节点的无线节点模块通过无线传感器网络将数据上传至二级汇聚节点，再由各个二级汇聚节点上传至一级汇聚节点，由一级汇聚节点上传至所述地面系统。4.根据权利要求3所述的物流监控系统，其特征在于，锚节点分为固定位置锚节点以及移动锚节点；所述固定锚节点布置在货架的水平中轴上，每个货架间隔布置若干个固定锚节点，货架被各锚节点的信号全部覆盖；在货架两侧水平支架上各安装一个所述移动锚节点，并且锚节点可以沿着水平支架滑动，移动锚节点的信号覆盖半径大于等于1/2的货架宽度。5.根据权利要求3所述的物流监控系统，其特征在于，所述锚节点如下进行仓储定位：利用所有固定锚节点尝试读取待测标签，实行初步定位，在整个仓储环境中定位到特定货架及该货架的估计区域块；该货架两侧的移动锚节点同时沿货架一端向另一端移动，若某一侧第一次读到待测标签的信号开始，记录当前信号强度及对应横坐标，若当前时刻信号强度大于前一时刻信号强度，则保留当前时刻下相应数据，若当前时刻小于前一时刻对应信号强度时，回滚到前一时刻并获得稳定的测量值，未读到标签一侧的移动锚节点停止移动或自行归位；若待测标签被大于等于两个固定锚节点检测到信号，则利用RSSI距离模型，以RSSI值最大的两个固定锚节点和一个移动锚节点产生的到待测标签的3个距离值，执行改进的加权质心定位算法，进行二次定位，获得待测标签的坐标；若待测标签仅处于单个固定锚节点信号覆盖范围内，利用稳定状态下的移动锚节点产生的距离值和对应横坐标，以及锚节点读写器产生的距离值，进行二次定位，获得待测标签的位置坐标。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宜怀，陈建明，姚望舒，王绍丹，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32