0 引言

　　目前，我國許多物流企業采用了監測控制系統，但其監測僅局限于對運輸車輛狀態進行跟蹤、管理，對于分散的監控點之間的物品不能實現實時監控，使得生產廠商和供應商不能及時掌握物品信息。隨著需求的升級，美、歐等國家已經開始對物品實施全程監管、實時控制，實時掌握物流過程(包括運輸、倉儲、裝卸搬運、包裝、配送等)中產品的品質、標識、位置等信息已經成為現代物流管理系統的新要求。除此外，物流過程中還缺少有效的產品身份證制度，一旦產品質量出現問題，很難追本溯源，從而嚴重影響物流系統的進一步健康發展。

　　提出基于WSN和分級RFID融合的物流跟蹤監控系統，綜合了無線傳感器網絡和RFID的技術特點，不僅能夠實時地對物流過程中產品的品質、標識和位置等信息進行監控，而且還能夠顯著提高倉儲和配送的效率和準確性，因此，有著廣泛的應用前景。

　　1 基于WSN和分級RFID的物流跟蹤監控系統

　　1．1系統構成

　　基于WSN和RFID的物流跟蹤監控系統主要由以下三部分組成，分別是無線數據采集網絡，無線GPRS和有線Intemet組成的數據傳輸網絡以及遠程監控中心。系統體系結構如圖1所示。其中，無線數據采集網絡由具有RFID閱讀功能的傳感器節點和無線網關節點自組織形成。

　　在該系統中，無線數據采集網絡負責在配送中心、送貨車箱等應用場景下，對產品的環境參數、品質特征、產品標識等信息進行采集，由網關節點負責讀取、匯聚節點收集到的信息，在必要時讀取RFID標簽信息，并通過傳輸網絡發送給控制中心的中心服務器；中心服務器負責對采集到的數據進行存儲、分析和處理，將處理后的數據存儲到在線數據庫中，以供用戶通過Intemet或者GPRS網絡對相關的信息進行查詢和控制。

　　整個數據采集過程采用被動式與主動式相結合的方式。在正常狀態下。網絡中各節點都處于被動工作方式，即只有接到網關節點詢問消息時才返回節點的狀態信息；而網絡中任意一個節點一旦檢測到環境參數異常或者產品品質出現問題時，該節點立即轉換為主動工作方式，向網關節點主動發出報警和定位信息，網關節點將信息發送給中心服務器。通知相關人員對異常情況進行適當處理。

　　1．2節點設計

　　具有RFD閱讀功能的傳感器節點設備由數據采集單元、處理與控制單元、WSN無線通信單元、RFD無線通信單元、供電單元等部分組成，具備感知、無線通信和處理信息的功能，其結構如圖2所示。其中，數據采集單元由傳感器陣列和模數轉換裝置構成，它負責將感知到的溫度、濕度、氣體、光照強度、氣味等信息轉換為模擬信號，然后通過模數轉換將其轉換為數字信號輸入到處理與控制單元中。處理與控制單元由應用、存儲器和CPU構成，它負責將監測到的環境參數等信息進行本地比較，如果發現有異常則主動觸發WSN無線通信模塊，向網關節點發送物品品質、環境參數異常的報警信息。此外，處理與控制模塊還要負責發送讀取控制信號給RFID讀卡器，以讀取RFID信息。供電模塊為傳感器節點提供運行所需要的能量，通常采用微型電池。

　　1．3分級RFID標簽

　　RFID標簽根據所采用的工作頻率不同而具有不同的識別距離。分級RFID標簽是將具有不同識別距離的RFID標簽分成不同的等級，每一級標簽分別完成不同的功能。在本系統中，采用了兩級RFID標簽，第一級RFID標簽為環境監測級RFID標簽，第二級RFID標簽為貨物配送級RFID標簽。

　　第一級RFID標簽是固定在貨箱內的識別范圍較小的低頻RFID標簽，當產品品質或者周圍環境參數發生變化時，其通過處理與控制單元發送讀取控制信號給RFID讀卡器，以讀取天線輻射近場區內(最大識別距離為10cm一180cm)的貨箱m信息。這樣，倉庫管理員通過具有RFID閱讀功能的倉儲手持終端可以快速、方便地定位到相應的貨箱。因此，第一級RFID標簽也稱為環境監測級RFID標簽。

　　第二級RFID標簽是貼在貨箱上的識別范圍較大的標簽，當貨箱通過配送中心的出入口處的網關設備時進行遠距離(最大識別距離可達10m以上)非接觸式掃描。入庫時，貨物的各類信息被寫入了貨箱所貼RFID標簽內；出庫時，出庫口的讀卡器讀出出庫貨物信息，裝貨完畢后自動生成配送單，并將其發送給配送手持終端；貨物出庫裝車完畢后，配送手持終端跟隨運輸車輛。在運輸的過程中可以讀取貨箱RFID標簽的信息以便驗證貨物的準確性，中間站卸貨時，可由配送

　　手持終端根據貨物列表方便、快速、準確地進行分揀核對。第二級RFID標簽提高了倉儲、配送的智能化管理水平，也稱為貨物配送級RFID標簽。兩級RFID標簽共同配合，構成了該系統中的RFID無線通信部分。

　　2 基于WSN和分級RFID融合的物流跟蹤監控系統分析

　　基于WSN和分級I疆D的物流跟蹤監控系統不僅繼承了RFID簡單、快捷、自動識別目標的特性，又繼承了無線傳感器網絡主動感知與通信的功能。該系統特征主要體現在以下幾個方面：

　　(1)實現了物品品質、環境變化實時監測與定位。

　　在物流動態過程中，產品的理化特性可能會發生變化。表現在或者產生腐敗變質的異味和熱量等，利用集成在傳感器節點設備上的氣敏傳感器、溫濕度傳感器陣列就可以采集到感知域內的032、02、C2H4、C2HsOH等氣體的含量以及溫度、濕度等環境信息，結合第一級RFID標簽，系統可以實現產品品質、環境參數的實時監測和異常產品的準確定位，防止異常情況的進一步發展。同時，對出現產品品質問題的物品還能夠跟蹤其來源，防止再次發生此類情況。因此，本系統不僅可以覆蓋更大的監控范圍，而且可以提供更深入的信息感知能力。

　　(2)顯著提高了物流過程中倉儲以及配送的智能化管理水平。

　　采用第二級貨物配送級RFID標簽，在倉儲或者運輸車輛環境中，利用識別距離較大的RFID標簽，大大提高了倉儲和配送的效率和準確性，有效降低了物流過程的周期和成本。

　　(3)網絡靈活性強。

　　節點不需要任何配置就可以自組織地開始工作，系統可以自動與網絡運行過程中加入進來的新節點設備進行通信，并且當網絡中節點因失去電力等原因而失效、死亡時，網絡結構將會自動重新組合，不會影響網絡的正常運行。

　　3 結束語

　　將無線傳感器網絡與RFID技術進行融合是現代物流信息管理技術的一個重要發展趨勢。目前，對于二者技術的融合，國內外都處于研究探索階段。文中將基于無線傳感器網絡和基于RFID技術的物聯網進行有機結合，提出了一種基于WSN和分級RFID的物流跟蹤監控系統，不僅拓展了無線傳感器網絡所感知信息的深度和廣度，而且實現了產品品質變化的實時監測與定位，提高了物流過程中倉儲和配送的效率和準確性，有效降低了物流過程的周期和成本。

　　(文/鄭州輕工業學院計算機與通信工程學院，李娜娜，甘勇，賀蕾，馮媛)