基于RFID技术的仓储管理提货方案设计

摘要：针对目前现代化仓储管理的需求，结合RFID技术的特点，设计了一种基于EPC编码规则的仓管人员提货管理方案。通过对提货人员EPC特殊编码，从而实现提货权限的合理分配与管理。有效解决了大型仓库出入库操作的复杂流程，大大减少提货出错问题，满足了现代化仓储管理的需求。
关键词：人员权限；EPC；编码规则；RFID

    仓储管理系统中人员权限问题是当前研究的热点，一个好的管理系统会从多个方面考虑权限的划分问题；稍有不得当，不但会造成系统不稳定，还可能会造成重要的数据信息泄露。从安全的角度考虑，一般情况，我们在程序设计时都会遵循最小授权原则；即在最少的时间内授予程序代码所需的最低权限，除非程序需要，否则不会允许使用管理员权限运行应用程序。而在一个多功能信息系统集成平台中，它含有多个子模块，而每个模块都有可能需要自己的一套特有权限系统，一般软件开发者只有通过修改代码来实现用户的需求。多数情况下权限系统往往是在实施初期用户就要求设置，因而设计一个健全的权限方案对信息系统集成平台尤为重要。
    那么在现代高度集成化的货物仓储管理中，如何合理安排人员权限问题呢?针对一个大型货运仓库，如果能做到恰当安排人员的提货权限，那么就可以大大减少甚至避免发货物、提错货、货物丢失的情况；从而实现高效的自动化仓储管理。本文提出一种基于RFID技术实现的自动化人员权限管理策略，依托软硬件相结合，实现仓管人员提货的自动化管理。

1 方案分析
    整个自动化仓储管理人员提货权限方案是建立在两个基础上进行深入研究的。
    1)射频识别系统的核心技术一多路存取时防碰撞算法的实现。在RFID系统中主要存在有两种通信方式：①无线广播方式，即在一个读写器的阅读范围内存在多个应答器，读写器发出的数据流有时可能会被多个应答器接收。②多路存取方式，即在读写器的作用范围内有多个应答器同时传输数据给读写器。前者不是笔者考虑的重点，而后者就会出现通信冲突和数据碰撞问题。目前，解决方法基本有4种：空分多路法(SDMA-Space Division Multiple Access)、频分多路法(FDMA-Frequency Division Multiple Access)、时分多路法(TDMA-Time Division Multiple Access)和码分多路法(CDMA-Code Division Multiple Access)。考虑RFID系统通信形式、功耗、系统的复杂性以及成本等因素，选择TDMA方法来实现射频识别系统中的防碰撞机制。基于TDMA防碰撞算法又分为：基于比特的二进制搜索算法和基于时隙的ALOHA算法；本方案采用二进制搜索算法来解决防碰撞问题。
    2)射频识别系统的基础——EPC数据编码格式的设计。EPC数据编码方案的选取将决定着EPC数据采集的方便实现。在本方案中，EPC数据编码格式设计包括两部分：①人员提货权限编码的设计。②货物标识的EPC编码设计。目前，EPC编码方案有13种，其通用结构是由一个分层次、可变长度的标头以及一系列数字字段组成如图1所示。标头定义了总长，识别类型和EPC编码结构，其中还可以包括它的滤值；标头的长度是可变的。

2 方案设计
    该方案设计包括2个部分：货物编码方案设计和提货人员权限方案设计。在货物编码方案设计部分，根据系统设计的需要，采用其中一种GID-96通用标识符。它不依赖于任何现有已知的规范及标识方案，采用由3个字段(通用管理者代码、对象分类代码、序列号)组成的96位EPC代码。加入标头后，保证了EPC命名空间的唯一性。其格式如表1所示。

    其中，通用管理者代码用来标识一个组织实体，例如一个公司、管理者等；它负责维持后字段的编号；对象分类代码用来标识通用管理者代码下的物品的种类或者类型；序列号用来标识对象分类代码下的每个具体对象。三者的编码都是唯一的，而且在同一类型下是不允许重复的。通过这种编码格式可以看出，对象分类代码部分表示了仓储物资的类型；也就代表着仓库中所储存的物资种类，当一个大型货运仓库有多个提货人员时，该代码也给出了一种合理的分配提货人员权限的办法。
    鉴于提货人员只是针对一个特定的物流企业，其提货权限很少涉及对外方面；而且考虑到仓储管理系统的高效运作及健壮性与稳定性，在提货人员权限编码方案设计部分，采用单独给提货人员设立一套自定义的权限编码格式。其编码格式仍然以GID-96为基础进行自定义设计，目的是为了在批量检索数据库时更方便实现、效率更高。其编码格式如表2所示。
    编码中通用管理者分为2种：具有最高权限的董事部、分管不同提货人员的仓管部；分别赋予不同编码来表示。在对象分类代码部分：董事部下属对象分类代码全部置1，表示着董事部人员具有最高权限，可以查看当前仓库中各种物资的库存情况及提取仓库中的各种物资。仓管部分管的不同提货人员具有不同的对象分类代码，这也意识不同的提货人员所提货物类型不同。在序列号部分，根据人员人数N，采取高位使用办法：N=2M-2(其中，M<36，全0、全1不用，故要减2)；剩下36-M位，不考虑通用管理者及对象分类，对其全部置0。校验码采用循环冗余码校验(CRC)，其最大优点就是识别错误的可靠性高，即使在有多重错误时，也只需少量操作就可以识别出错误所在；而且16位CRC可以校验4千字节长的数据块的数据完整性，轻松满足RFID系统需求。

3 方案实现
    首先，不同类型的物资在出库操作时，分别由具有不同权限的提货人员来实现。提货人员的权限由其EPC编码中的“对象分类代码”来表示，提货人员首先将自身携带的提货权限由专用权限阅读器读取得到。系统获取得到该电子标签数据后，通过截取指令将权限标签数据中的“对象分类代码”截取存储到一个私有变量中。其所提的货物在出库时，由阅读器得到每个货物的电子标签，并将采集得到的电子标签通过中间件传输到系统中去，在传输过程中，要做两个操作：1)截取货物电子标签中的对象分类代码与提货人员权限电子标签中的对象分类代码进行模式匹配操作，当匹配成功时，则以该物资电子标签数据为搜索条件遍历数据库中库存表：当匹配不成功时，(即所提货物标签中的对象分类代码与提货人员权限标签中的对象分类代码不同)，说明提货人员不具备提取该物品的权限，则将该货物的电子标签反馈到液晶显示终端，并呈高亮显示；以备仓管人员检查核对。2)当提货成功后，货物出库操作；同时，以该货物电子标签数据为搜索条件检索数据库，更新当前数据库仓储物资库存表；保证库存表中货物数量与仓库中一一对应。该更新操作与货物入库操作有一些相似。其整个提货操作流程如图2所示。

    EPC数据采集部分：出库物资的电子标签数据采集与人员权限电子标签数据采集二者操作是“异步”的。先采集提货人员权限标签数据，获取后再与采集出库物资电子标签数据进行模式匹配。这样做的原因在于存储仓储物资信息的数据库与人员权限信息的数据库是分开管理的，这样可以有效保证提货人员权限信息不被泄露或窃取，防止仓储物资损失。
    应用程序模块部分：鉴于多个读写器同时工作时，其每秒钟读取得到的标签数量非常庞大。通常采用开辟一块缓冲区来暂存电子标签数据。电子标签数据以消息队列的方式存储，其结构如图3所示。

    为了方便理解，笔者仅以EPC数据队列中任意一个电子标签为例来演示其整个处理过程。首先电子标签数据出队列操作，进入应用程序接口。图4是整个处理流程图。

4 方案验证
    鉴于EPC数据采集是在硬件部分实现，这里不在过多赘述。模拟已采集得到的EPC数据，对方案进行验证。采集得到的EPC数据以形同二维表的形式存储在EXCEL表格中，当前仓储物资库存表存储在ORACLE数据库中，进行批量检索数据库。由于批量检索数据库对查询响应时间要求非常高，这里采用划分-抽样-匹配的思想。物资在入库操作时已进行了简单的分类的划分，因而在批量检索时只需对每类仓储物资抽取库存表中第一个进行匹配。当对象分类代码部分与当前库存表中存储记录吻合时，再进行序列号的匹配；该方法最在的好处是：一次截取，多次使用。批量检索数据数据库的对象分类代码在核对人员提货权限时会再次使用，只需一个临时变量来暂存该代码即可：大大减少了截取工作量，缩短了处理时间。
    针对上述研究，在MatLab中分3种环境进行仿真。仿真环境1：库存表记录固定1000条，出库标签变化：8～100个，提货人员为1人；仿真结果如图5所示。

    仿真环境2：出库标签固定30个，库存表记录变化：100～1 500个，提货人员为1人；仿真结果如图6所示。

    仿真环境3：出库标签变化：20～70个，库存表记录变化：150～1 450个，提货人员为1人；仿真结果如图7所示。

    从仿真结果可以看出，该方法能够正确处理数据；实现以对象分类代码为核心的分类提货管理。相比普通提货方法，缩短出库时间。通过对货物电子标签的锁定，使得提货出错故障降低到最小，达到了方案设计时的初衷。为现代化的仓储提货管理提供了一个新的思路。

5 结论
    为了实现高效、快捷的现代化仓储管理，提出了一种基于RFID技术的人员提货权限自动化管理方案。依托对提货人员EPC特殊编码，合理分配了仓管人员提货权限，解决了出库慢、提货出错的问题。但从设计权限编码本身特点看，该提货权限方案具有一定的局限性。当仓储物资类型繁多时，每个仓管人员只单独赋予一种货物类型的提货权限可能将无法满足仓储管理灵活性需求，导致仓管人员浪费，增加了仓储管理投资成本。这也是本方案下一步有待改进的地方。