サードパーティ物流におけるRFID ZigBeeシステムの応用

この記事では、天津浜海新区にある成長中のサードパーティ物流会社のフラット倉庫をアプリケーション環境として使用し、モノのインターネットの概念に基づいたスケーラブルな価値を備えた一連のインテリジェントな倉庫ソリューションを確立します。 スマート倉庫の RFID システムでは、各または複数の RFID 電子タグに情報感知用の対応するリーダー/ライターが必要であり、RFID カード リーダーの各グループもサーバーとデータを交換する必要があります。 しかし、倉庫作業では車両を吊り上げる路面がスムーズな作業を行うために平滑である必要があり、また倉庫スペースは高層でスパンが広いため、有線レイアウトでは不便です。 無線データ通信を実現するには、無線ネットワークを使用する必要があります。 したがって、ますます成熟しつつある ZigBee テクノロジーを使用して、RFID カード リーダーをワイヤレスでネットワーク化し、動的なデータ交換を実現します。

1 ZigBee アドホック ネットワーク ソリューションのデモンストレーション

サードパーティの物流倉庫の運用特性と実際の伝送距離要件に基づいて、いくつかの無線伝送方式を水平的に比較した結果、ZigBee テクノロジーに基づく無線アドホック ネットワーク ソリューションが選択されました。 ZigBee アドホック ネットワークは、IEEE802.1 5.4 無線通信技術に基づいた信頼性の高い無線データ伝送ネットワーク プラットフォームで、最大 65,535 個の無線データ伝送モジュールで構成されています。 ネットワーク全体内で、各 ZigBee データ伝送モジュールは相互に通信でき、ノード間の距離は標準の 75 m から無限に拡張できます。 使いやすさ、動作の信頼性、低価格が特徴です。

他のネットワーク方式と比較して、ZigBee テクノロジーはまずアドホック ネットワーク通信方式を採用します。 各 ZigBee ノードは独立して動作できます。 ノードに問題が発生すると、他のノードを介してデータが送信され、いつでもどこでも新しいRFIDを送信できます。 リーダーがネットワークに参加しても、ネットワーク全体の使用には影響しません。 Wifi テクノロジーが使用されている場合、AP に障害が発生すると、サービスエリア内のすべての RFID リーダーがデータを交換できなくなります。 第 2 に、ZigBee プロトコル スタックはシンプルで実装が比較的簡単です。 ZigBee の実行にはシステムが必要です。リソースは約 28 KB ですが、Bluetooth プロトコル スタックは比較的複雑で、約 250 KB のシステム リソースが必要です。 さらに、ZigBee は Bluetooth よりも柔軟性があり、システム コストの制御に役立ちます。

倉庫業務では、業務プロセスに応じて多数のデータ送信ノードが必要となり、膨大な数の通信機器のコストやネットワーク上で稼働させる際の通信コストがシステムコストに直結します。 ZigBee テクノロジーは、初期投資コスト以外にそれ以上の利益を生み出すことはありません。 毎日の使用料金。 ZigBeeの通信速度は速くありませんが（2.4GHzの周波数帯域は250Kb/sしかありません）、倉庫作業の特性を考慮して、貨物パレット上の電子タグには貨物のID番号とバイト長のみが書き込まれます。 通常は 32 B 以内であるため、伝送速度に大きな影響を与えることはなく、通常の動作条件を満たします。 さらに、ZigBee は消費電力が低いです。 同じ電源環境下では、Bluetooth と WIFI の連続使用時間は ZigBee よりもはるかに短くなります。

RFID 関連のプロトコルは通信インターフェイスのみを規定していますが、ZigBee は比較的完全な通信ネットワーク プロトコルを備えています。 ZigBee は動作周波数帯域で 2.4 GHz ISM 周波数帯域 (世界共通周波数帯域) を選択できますが、RFID は 915 MHz または他の周波数帯域で動作できます。 両者は通信周波数上で干渉しません。 倉庫が屋内環境であり、ノード間の距離が比較的近いことを考慮すると、ZigBee モジュールは動作中に一定の厚さの障害物を通過できるため、信号の減衰は無視できます。 自己組織化ネットワーク プロトコルを通じて、ネットワーク内のデバイスは直接または間接的にワイヤレス通信できます。 ネットワークの信頼性と周波数利用率は非常に高く、ZigBee は比較的完全なセキュリティ認証モードを備えています。

要約すると、サードパーティの物流スマート倉庫における RFID システムのデータ送信ネットワークとして ZigBee テクノロジーを選択するのが最も適切です。

2 ネットワークの原理と構造

ZigBee ネットワークは、中央コーディネーター (Coordinator) とルーター (Router) で構成する必要があります。 各 ZigBee ネットワークには、ネットワークを作成するために 1 つの中央コーディネーターが必要です。 ノードが参加すると、アドレスが c に割り当てられます。隠しノード。 ルーターは、データの送信、受信、転送、および最適なルーティング パスの検索を担当します。 ノードが参加すると、ノードには参加時にアドレスが割り当てられるため、ZigBee ネットワークには複数のルーターが必要になる場合があります。 ネットワークが中央コーディネーターと N 個のルーターで構成される場合、ネットワークは実際の MESH ネットワークとなり、各ノードから送信されたすべてのデータは自動的にターゲット ノードにルーティングされます。

サードパーティの物流スマート倉庫における ZigBee ベースの RFID システムのアプリケーション

ZigBee自己組織化ネットワーク技術に基づくRFIDシステムは、図に示すように、MESHネットワーク構造を採用し、メイン制御ノードといくつかのサブノード（サブノードの数は倉庫内のRFIDリーダーの数に依存します）で構成されます。 1. メイン制御ノードは、サーバーとシリアル ポートを介した中央コーディネーターで構成されます。 サブノードは、シリアル ポートを介したカード リーダーとルーターで構成されます。 シリアル ポートは RS 232 双方向通信モードを選択します。

すべての ZigBee デバイスが開始されると、マスター ノードは ZigBee ネットワークの構築を開始し、すべてのサブノードをネットワークに追加し、各サブノードにネットワーク アドレスを割り当て、データベースに情報を保存します。 カード リーダーはタグ データを収集した後、まずそのデータを接続されているルーターに送信します。 次に、ルータはタグ データをカード リーダー情報とともにマルチホップ ZigBee ネットワーク経由でマスター コントロール ノードに送信し、保存します。 マスター制御ノードはリーダーをカードリーダーに送信します。 パラメータ設定コマンドはルータとの通信を通じてリーダーに送信され、ロケーションノードデバイスは省電力モードに移行します。 メイン制御ノードが子ノードにコマンドを発行すると、ロケーション ノード デバイスは、子ノード アドレスのネットワークを検索することでいつでも起動でき、それに応じてマルチホップ ネットワークを介してルータにコマンドを伝達します。 ネットワーク アドレスに送信し、ルーター経由で対応するカード リーダーに渡します。 最後に、ルーターはコマンド受信の確認通知をマスターノードに送信します。

3. ネットワークハードウェアのレイアウト

サードパーティ物流の平倉庫を例に挙げると、カードリーダーは各貨物スペースと倉庫の出入り口に設置されています。 商品はパレットごと倉庫に出入りします。 電子ラベルはパレットに貼り付けられ、ラベルには商品の ID 番号が記録されます。 ネットワーキングに使用される ZigBee 機器は、TI 社の CC2530F256 チップに基づいており、ZigBee2007/PRO プロトコルを実行し、回路は ZigBee モジュールに統合されています。 ZigBee プロトコルのすべての特性を備えています。 このモジュールを使用する利点は、ユーザーが複雑な ZigBee プロトコルを理解する必要がないことです。 すべての ZigBee プロトコル処理は ZigBee モジュール内で自動的に完了し、ノード プログラムはモジュールに埋め込み形式で書き込まれます。 ユーザーはシリアル ポート経由でデータを送信するだけで済みます。

このうち、ZigBee モジュール、カード リーダー、サーバーは RS 232 非同期シリアル双方向通信フォーマットに従います。 すべての RFID カード リーダーとそのインジケーター信号はハブ デバイスを介してマイクロコントローラーに接続され、マイクロコントローラーによって均一に制御されます。 カード リーダー RS 232 シリアル ポートを介してマイクロコントローラーにも接続されます。 ZigBee モジュール、RFID カード リーダー、およびマイクロコントローラーの電源はすべて、標準 TTL レベルを使用して 5 ～ 12 V です。

サーバーとメイン制御 ZigBee モジュールは倉庫の一般発送室に設置され、指示の送受信と倉庫作業の通常の発送に使用されます。 すべてのカード リーダーと ZigBee デバイスは、実際の倉庫の場所と倉庫の入り口と出口に設置され、単一のネットワーク ノードになります。 すべてのノードは、ZigBee 無線伝送に基づく RFID システムで構成されています。 マイクロコントローラーによって制御される貨物スペースステータス表示灯は貨物スペースの上に設置されており、スタッフに通常の倉庫作業を思い出させます。 データベース処理後に変換されたビジュアルインターフェースは、一方では配車室のホストコンピュータに表示され、他方では倉庫に表示され、スタッフが閲覧できる大型スクリーンが提供されます。

サードパーティ物流におけるRFID（ZigBee）システムの適用

在庫数のカウント、倉庫エリアへの商品の移動、商品の置き忘れやラベルの破損など、倉庫作業中に他のワークフローや緊急事態が発生した場合、RFID リーダーはリアルタイムで感知された信号を通じて ZigBee ルーターを適時に起動し、 次に、情報をタイムリーなやり方。 これは、ストレージ管理のために中央コーディネーターにバックエンド データベースに渡されます。 ほぼすべてのプロセスで、作業者が従来の作業方法から解放されます。 正確な情報収集モードにより、システムのデータ管理の信頼性が向上し、人的ミスを効果的に防止します。

4 結論

実際の動作テスト後、ZigBee モジュールは屋内環境で約 3 m 離れており、信号は良好です。 通常の倉庫の動作条件では、サーバーがデータ パケットを受信するのにかかる時間は約 20 ～ 40 ミリ秒であり、通常の動作条件を満たしています。

約 500 個の貨物スペースを持つ通常のサードパーティの倉庫には、約 500 個の ZigBee モジュールが必要です。 市場で販売されているZigBeeモジュールの単価は基本的に40元から60元であるため、ZigBee自己組織化ネットワークシステムを倉庫に設置するコストは2万元から3万元の間となります。 大規模および中規模の倉庫会社にとっては、費用対効果が高くなります。 しかし、利益を重視する一部の小規模倉庫会社にとって、すぐに経営改善を図るのは依然として難しい。 したがって、コストを効果的に管理できない場合、計画は一般化できません。 さまざまな企業規模やさまざまな倉庫の特性に応じて、実際のソリューションの実装中に ZigBee モジュールの数を適切に減らすことができます。 たとえば、複数の隣接する RFID カード リーダーがハブ デバイスを介して ZigBee モジュールを共有できるため、コストが効果的に削減されます。 ただし、その後の問題は、各 ZigBee モジュールによって一度に送信されるデータの量が非常に制限されていることです。 データの順次送信方法や送信間隔の問題をうまく解決できなければ、システムの応答速度や作業効率に大きな影響を及ぼします。 しかし、これらの問題は、ZigBee テクノロジーの継続的な開発により、近い将来に解決されると私は信じています。