毕业设计-基于rfid的仓储管理系统实现关键技术

摘要无线射频识别（RADIOFREQUENCYIDENTIFICATION，RFID）技术是一种非接触式的自动识别技术，与早期的自动识别技术相比，RFID技术因其特有的非接触性以及对多个目标同时识别的特性，正逐渐被广泛地应用在物流、交通和防伪等多个领域。传统的仓储管理，一般依赖于一个非自动化的，以纸质文件为基础的系统来记录和跟踪进出的货物。这种人工操作方式会导致仓储管理效率低下、人工录入错误较多等问题。为了弥补传统仓库管理系统的不足，我们设计并实现了基于RFID的仓储管理系统。同时，针对RFID系统的数据存储和检索问题，我们借鉴了文献1中的数据压缩技术，实现了RFIDCUBOIDS数据仓库结构。本文首先介绍了RFID技术的相关知识，然后简要地介绍了基于RFID的仓储管理系统的概念以及实现的关键技术，其中关键技术主要包括ALIENRFID系统的组成，工作原理以及C多线程编程技术等。最后详细描述了基于RFID的仓储管理系统的实现过程，主要分为三个部分（1）RFID海量数据压缩算法，即新的数据仓库结构RFIDCUBOIDS的实现。（2）ALIENRFID系统接口软件的设计与实现。（3）基于RFID的仓储管理系统的具体实现。关键字RFID技术，仓储系统，数据压缩，接口软件ABSTRACTRADIOFREQUENCYIDENTIFICATIONRFIDISANONCONTACTAUTOIDENTIFICATIONTECHNOLOGYCOMPAREDWITHEARLYTECHNOLOGIESOFAUTOMATICIDENTIFICATION,RFIDISINCREASINGLYUSEDINABROADRANGEOFAREASSUCHASLOGISTICS,TRANSPORTATIONANDANTICOUNTERFEITINGFORITSPROPERTYOFNONCONTACTINGANDIDENTIFYINGMANYTARGETSSIMULTANEOUSLYGENERALLY,THEWAREHOUSEMANAGEMENTSYSTEMWMSINTRADITIONRELIESONANONAUTOMATIC,PAPERBASEDSYSTEMTORECORDANDTRACKTHECARGOSTHISMANUALOPERATIONMETHODWOULDRESULTINMANYPROBLEMSLIKELOWEFFICIENCYANDMANYHUMANERRORSTOMAKEUPFORTHISDEFICIENCY,WEDESIGNEDANDDEVELOPEDTHEWMSBASEDONRFIDMEANWHILE,AIMINGATTHEPROBLEMOFDATASTORAGEANDRETRIEVAL,WEDEVELOPEDRFIDCUBOIDSWAREHOUSESTRUCTUREUSINGTHEEXPERIENCEOFDATACOMPRESSIONFROMTHEREFERENCE1FIRSTLY,THISTHESISINTRODUCESTHERELATEDINFORMATIONABOUTRFIDTECHNOLOGYSUBSEQUENTLY,ITINTRODUCESTHECONCEPTOFTHERFIDBASEDWMSANDTHEKEYTECHNOLOGIESTODEVELOPITINBRIEFTHESETECHNOLOGIESINCLUDETHEORGANIZATIONOFALIENRFIDSYSTEM,OPERATINGPRINCIPLESANDMULTITHREADINGFINALLY,THETHESISREPRESENTSTHEIMPLEMENTATIONPROCEDUREOFTHERFIDBASEDWMSINDETAILITMAINLYCONSISTSOFTHREEPARTSIRFIDMASSIVEDATACOMPRESSIONALGORITHM,NAMELYTHEREALIZATIONOFNEWDATAWAREHOUSESTRUCTURERFIDCUBOIDSIIDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFALIENRFIDSYSTEMSINTERFACESOFTWAREIIITHESPECIFICMETHODSTODEVELOPTHERFIDBASEDWMSKEYWORDSRFID,WMS,DATACOMPRESSION,INTERFACESOFTWARE目录第一章前言511研究背景512国内外研究发展现状5121RFID技术5122仓储管理系统613研究的目的、意义和关键问题614本文的结构安排7第二章RFID技术概述821RFID的技术简介822RFID的分类823RFID的基本组成部分924RFID系统的基本工作原理1125RFID的关键技术1226RFID的标准与技术规范1327RFID的技术应用1328本章小结14第三章基于RFID的仓储管理系统实现关键技术1531ALIENRFID系统15311ALIENRFID系统概述15312ALIENRFID系统的工作原理1532C多线程技术17第四章基于RFID的仓储管理系统的实现1941基于RFID的仓储管理系统的需求分析1942基于RFID的仓储管理系统的系统结构1943基于RFID的仓储管理系统实现的任务流程2044ALIENRFID系统接口软件的设计与实现20441ALIENRFIDREADER的检测与发现20442ALIENRFIDREADER的连接与登录20443ALIENRFIDREADER的配置21444实现主机同时接收一个或多个阅读器的TAGLIST信息21445ALIENRFID系统接口软件的演示2245基于RFID的仓储管理系统的具体实现24451基于RFID的仓储管理系统的流程设计24452基于RFID的仓储管理系统的功能模块设计25453基于RFID的仓储管理系统数据库设计26454基于RFID的仓储管理系统功能模块的具体实现2846RFID海量数据压缩与存储算法的实现32461问题的提出32462RFIDCUBOIDS数据压缩的主要思想33463RFID数据的结构33464数据仓库模型RFIDCUBOIDS的组成34465构造RFIDCUBOIDS数据仓库结构35466基于RFIDCUBOIDS的数据查询37467程序运行结果演示38第五章总结3951本文所做的成果3952本文的不足39参考文献40致谢41毕业设计小结42第一章前言11研究背景无线射频识别技术（RADIOFREQUENCYIDENTIFICATION，RFID）是一种非接触式的自动识别技术。它利用无限射频进行非接触双向通信，以达到标签识别和交换标签数据的目的，具有极其广阔的应用前景。RFID具有标签不易损坏，读取速度快，范围大，无需精确定位便可采集多处数据等优点。在物品跟踪和供应链管理系统中，RFID将发挥至关重要的作用。传统的仓储管理，一般依赖于一个非自动化的，以纸质文件为基础的系统来记录和跟踪进出的货物。这种人工操作方式会导致仓储管理效率低下、人工录入错误较多等问题。若在现有的仓储管理中引入RFID技术，对仓库到货检验、入库、出库、库存盘点等各个作业环节的数据就可以实现自动化的数据采集，保证仓库管理各个环节数据输入的速度和准确性，确保企业及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制企业库存。像世界零售巨头沃尔玛这样的大型零售商已经开始在他们的物品仓库和配货中心部署RFID仓储管理系统。一些研究机构估测，沃尔玛的RFID系统每天产生大约7兆兆字节的数据。因此，对于RFID仓储管理系统，如何存储和检索海量RFID数据也是一个迫切需要解决的问题。12国内外研究发展现状121RFID技术RFID的基本技术原理起源于二战时期，最初盟军利用无线电数据技术来识别敌我双方的飞机和军舰。战后，由于较高的成本，该技术一直主要应用于军事领域，并未很快在民用领域得到推广应用。直到上世纪八九十年代，随着芯片和电子技术的提高和普及，欧洲开始率先将RFID技术应用到公路收费等民用领域。到二十一世纪初，RFID迎来了一个崭新的发展时期，其在民用领域的价值开始得到世界各国的广泛关注，特别是在西方发达国家，RFID技术大量应用于生产自动化、门禁、公路收费、停车场管理、身份识别、货物跟踪等民用领域中，其新的应用范围还在不断扩展，层出不穷。本世纪初，RFID已经开始在我国进行试探性的应用，并很快得到政府的大力支持。2006年6月，我国发布了中国RFID技术政策白皮书，标志着RFID的发展已经提高到国家产业发展战略层面。到2008年底，我国参与RFID的相关企业达数百家，已经初步形成了从标签及设备制造到软件开发集成等一个较为完整的RFID产业链。同时，国内RFID技术的应用研究也在不断进步，RFID技术已经被广泛地应用在身份识别和门禁系统、防伪应用、商业供应链应用、高速公路的不停车收费、车辆自动识别、物流管理、动物的识别与电子门票等项目中。122仓储管理系统仓储管理系统是现代仓储企业进行货物管理和处理的业务操作系统。它可以实现本地一个仓库的精细化管理，实现制造企业、物流企业在全国范围内、异地多点仓库的管理，对货物存储和出货等进行动态安排和对仓储作业流程的全过程进行电子化操作。在与第三方软件的接口上，仓储管理系统可以与客服中心配合使客户通过互联网实现远程货物管理，还可以与企业的EDI（ELECTRONICDATAINTERCHANGE）系统实现无缝连接。传统的仓储管理，企业大多依赖于一个非自动化，以纸张为基础的系统来记录、追踪进出的货物。相对于以计算机为核心的信息管理系统而言，人为因素的不确定性，必然导致企业仓储的工作效率低下和人力资源的严重浪费。同时，随着货物数量的增加以及出入库频率，这种人工模式会严重影响企业的正常工作。目前，在国内外应用比较广泛的仓储管理系统都采用了条形码或RFID，还使用了便携式终端。采用数据库，是所有仓储管理系统的特征，在仓储软件的模式上主要有B/S模式，C/S模式和混合模式。WEB技术、远程通信技术也在仓储管理系统中得到应用，但研究最多的还是射频识别技术在仓储中的应用。现阶段，虽然我国的仓储管理技术应用有了一定的发展，但与国外相比仍有很大的差距。据有关报道指出，我国跟发达国家之间存在几十年的差距，我国数万家仓储的信息化总体水平还很低，真正实现信息化的还不到10，大量的仓储还是以人工操作为主。因此，运用现代化信息技术，实现仓储管理的信息化是今后仓储发展的必然趋势。13研究的目的、意义和关键问题仓储在整个产品供应链中起着至关重要的作用，对整个物流系统都有很大的影响。传统仓储管理系统存在效率低下，人工录入错误较多等问题。针对传统仓储管理系统的不足，我们研究基于RFID的仓储管理系统的设计与实现。RFID技术具有大批量数据同时采集、可无需精确对位等特点，因此基于RFID的仓库管理系统可使企业从大量重复作业中解脱出来，出入库的数据信息可通过RFID实时采集、事实传递，降低了人工的劳动强度，提高了工作效率和准确度，避免了人工操作中的一些错误。同时在部署RFID的仓储管理系统中，每天将会产生大量的RFID数据信息。针对RFID数据的压缩、存储、检索的问题，文献1中提出了一种新的数据仓库结构RFIDCUBOIDS，这种新的数据仓库结构主要是利用大量物品的成批移动，数据泛化和部分路径的融合等特性来进行数据压缩，大大的降低了数据存储空间，提高了查询效率。本文中我们用C语言实现了上述的RFIDCUBOIDS结构。14本文的结构安排本文的内容共分为五章，具体安排如下第一章即本章的前言部分。首先介绍了本项目的研究背景，然后介绍了RFID技术以及仓储管理系统在国内外的研究发展现状，最后简单介绍了本文的研究目的、意义以及一些相关的关键问题。第二章主要介绍了RFID的相关理论知识。首先是RFID的技术简介以及RFID的分类，然后对RFID的系统组成和工作原理进行了详细地描述。接下来简要介绍了RFID的关键技术以及制定的国际标准和规范，最后介绍了RFID技术典型的应用。第三章主要介绍基于RFID的仓储管理系统实现关键技术，主要包括ALIENRFIDREADER的概述，ALIENRFIDREADER组成及工作原理，多线程技术等。第四章为本文的核心部分，主要是基于RFID的仓储管理系统的实现，介绍了基于RFID的仓储管理系统的需求分析、系统结构、实现的任务流程，ALIENRFIDREADER接口软件的设计与实现，基于RFID仓储管理系统的具体实现，以及RFID海量数据压缩存储算法的实现。第五章是总结部分。总结了论文所做的工作及成果，指出了目前存在的不足。第二章RFID技术概述21RFID的技术简介RFIDRADIOFREQUENCYIDENTIFICATION即无线射频识别技术，是一种非接触式自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID的技术前身可以追溯到第二次世界大战，当时该技术被英军用于识别敌我双方的飞机。其原理是在英方飞机上装有识别标签（类似于今天的主动标签），当雷达发出微波查询信号时，装在英方飞机上的识别标签就会做出相应的回执，使得发出微波查询信号的系统能够辨别出飞机的身份，此系统IFF（IDENTIFYFRIENDORFOE，敌我识别），目前世界上的飞行管制系统仍是在此基础上建立的。从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物，并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形码传送到扫描读写器。而RFID则使用专用的RFID阅读器及专门的可附着于目标物的射频标签，利用射频信号将物品相关信息由射频标签传送至RFID阅读器。射频标签中载有关于目标物的各类相关信息，如该目标物的名称，目标物运输起始、终止地点，中转地点及目标物经过某一地的具体时间等，还可以载入诸如温度等指标。RFID与传统条形码技术相比，具有快速扫描、体积小，易封装、抗污染能力强和使用寿命长、识别高速运动物体、可重复使用、穿透性好并且可以无屏障阅读、数据的记忆容量大以及安全性好的技术优势。同时，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。RFID技术应用于物流、制造、公共信息服务等行业，可大幅提高管理与运作效率，降低成本。随着相关技术的不断完善和成熟，RFID产业将成为一个新兴的高技术产业群。22RFID的分类根据射频系统的特征，可以将RFID系统进行多种分类。（1）按照工作方式划分为全双工、半双工系统和时序系统。全双工系统中数据在阅读器和电子标签之间的双向传输是同时进行的，并且从读写器到电子标签的能量传输是连续的，与传输的方向无关；半双工系统中数据传输是交替进行的，并且能量传输是连续的；时序系统中从电子标签到阅读器的数据传输是电子标签的能量供应间歇时进行的，而从阅读器到电子标签的能量传输总是在限定的时间间隔内完成。（2）按照数据载体可以划分为只读系统和可读写系统。只读系统中阅读器只能读取电子标签内的数据，不能将数据写入电子标签内。在可读系统中，阅读器可以改写电子标签内存储的信息，可以将数据动态写入电子标签内。（3）按照能量供应可划分为无源系统和有源系统。在无源系统内，无源标签没有自己的电源。工作能量从阅读器发出的射频波束中获取，读写器更要发射更大的射频功率，识别距离比较近。在有源系统中，电子标签内装有电池，为电子标签的工作提供全部或部分能量，无源电子标签内无电池，其识别距离更远，阅读器需要的功率较小。（4）按照工作频率可以划分为低频系统、中高频系统、超高频和微波系统。低频系统的工作频率一般为30300KHZ。典型的工作频率为125KHZ、133KHZ，特点是标签的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短、阅读天线方向性不强等。一般适用于短距离、低成本的应用中，如门禁管理、校园卡、动物监管等。中高频系统的工作频率一般为330KHZ。典型的工作频率为1356MHZ。基本特点是电子标签及阅读器成本较高，标签内保存的数据量较大，阅读距离较远，适应物体高速运动，性能好。一般应用于需传送大量数据的场合，其典型的应用是电子身份系统、物流管理系统。超高频和微波系统简称微波系统，微波系统的工作频率一般为300MHZ3GHZ或大于3GHZ。其典型的工作频率为43392MHZ、862（902）928MHZ、245GHZ和58GHZ。应用于较长的读写距离和高速读写场合，如火车监控、高速公路收费等。（5）按照耦合类型分为电感耦合系统和电磁反向散射耦合系统。在电感耦合系统中，阅读器和电子标签之间的射频信号的实现为变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，其依据是电磁感应定律。在电磁反相散射耦合系统中，阅读器和电子标签之间的射频信号的实现为雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后被反射，同时携带目标信息，其依据的是电磁波的空间传输规律。23RFID的基本组成部分（1）RFID标签RFID标签俗称电子标签，也称应答器，根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类。本文主要研究被动式RFID标签及系统。被动式RFID标签由标签芯片和标签天线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通讯。RFID标签中存储一个唯一编码，通常为64BITS、96BITS甚至更高，其地址空间大大高于条码所提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当RFID标签进入读写器的作用域，就可以根据电感耦合原理（近场作用范围力）或电磁反向散射耦合原理（远场作用范围力）在天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阀值，就可以激活RFID标签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读写操作，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。RFID标签芯片内部结构主要包括射频前端、模拟前端、数字基带处理单元和EEPROM存储单元四部分。（2）读写器读写器也称阅读器、询问器，是对RFID标签进行读写操作的设备，主要包括射频模块和数字信号处理单元两部分。读写器是RFID系统中最重要的基础设施，一方面，RFID标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为数字信号，再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形，最后从中解调出返回的信息，完成对RFID标签的识别或读写操作；另一方面，上层中间件及应用软件与读写器进行交互，实现操作指令的执行和数据汇总上传。在上传数据时，读写器会对RFID标签原子事件进行去重过滤或简单的条件过滤，将其加工为读写器事件后在上传，以减少与中间件及应用软件之间数据交换的流量。因此，在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统，实现一部分中间件的功能，如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。未来的读写器呈现出智能化、小型化和集成化趋势，还将具备更加强大的前段控制功能，例如直接与工业现场的其他设备进行交互甚至是作为控制器进行在线调度。在物联网中，读写器将成为同时具有通讯、控制和计算功能的C3核心设备。（3）天线天线是RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通讯连接的设备。RFID系统中包括两类天线，一类是RFID标签上的天线，它和RFID标签集成为一体，另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接受功能的集成。天线在RFID系统中的重要性往往被人们所忽视，在实际应用中，天线设计参数是影响RFID系统识别范围的主要因素。高性能的天线不仅要求具有良好的的阻抗匹配特性，还需要根据应用环境的特点对方向特性、极化特性和频率特性等进行专门设计。（4）中间件中间件是一种面向消息的、可以接受应用软件端发出的请求、对指定的一个或者多个读写器发起操作并接受、处理后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。中间件在RFID应用中除了可以屏蔽底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、适用标准造成的可靠性和稳定性的问题，还可以为上层应用软件提供多层、分布式、异构的信息环境下业务信息和管理信息的协同。中间件的内存数据库还可以根据一个或多个读写器的读写器事件的过滤、聚合和计算，抽象出对应用软件有意义的业务逻辑信息构成业务事件，以满足来自多个客户端的检索、发布/订阅和控制请求。（5）应用软件应用软件是直接面向RFID应用最终用户的人机交互界面，协助使用者完成对读写器的指令操作以及中间件的逻辑设置，逐渐将RFID原子事件转化为使用者可以理解的业务事件，并使用可视化界面进行展示。由于应用软件需要根据不同应用领域的不同企业进行专门制定，因此很难具有通用性。从应用评价标准来说，使用者在应用软件端的用户体验是判断一个RFID应用案例成功与否的决定性因素之一。24RFID系统的基本工作原理RFID系统的基本工作原理是在耦合通道内，阅读器和标签之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合，且根据时序关系，完成数据的交换和能量的传递，其基本工作模型如图21所示射频标签阅读器耦合元件（线圈、微波天线）数据能量时序图21阅读器与应答器信息传递示意图阅读器向电子标签提供工作能量。对于无源标签，当标签离开射频识别场时，标签由于没有能量的激活而处于休眠状态，当标签进入射频识别场时，阅读器发射出来的射频波激活标签电路，标签通过整流的方法将射频波转换为电能存储在标签中的电容里，从而为标签的工作提供能量，完成数据的交换。对于半有源标签来讲，射频场只起到了激活的作用。有源标签始终处于激活状态，处于主动工作状态，和阅读器发射出的射频波相互作用，具有较远的识读距离。时序指的是阅读器和标签的工作次序问题。即阅读器主动唤醒标签，这时标签首先自报家门。对于无源标签，一般是阅读器先讲的形式对于多标签同时识读，可以采用阅读器先讲的形式，也可以是标签先讲的形式。阅读器和标签之间的数据通信包括阅读器向标签的数据通信和标签向阅读器的数据通信。在阅读器向标签的数据通信中，又包括离线数据写入和在线数据写入。对于标签向阅读器的数据通信过程，其工作方式包括以下两种标签收到阅读器的射频能量时，即被激活并向阅读器发射标签存储的数据信息标签被激活后，根据阅读器指令转入数据发送状态或休眠状态。在这两种工作方式中，前者属于单向通信，后者属于半双工双向通信。图22可以看出，在射频识别系统的工作过程中，始终以能量为基础，通过一定的时序方式来实现数据的交换。因此，在工作的空间通道中存在三种事件模型以能量提供为基础的事件模型，以时序方式实现数据交换的实现形式事件模型，以数据交换为目的的事件模型。25RFID的关键技术RFID的关键技术包括产业化关键技术和应用关键技术。（1）RFID产业化关键技术主要包括标签设计与制造例如低成本、低功耗的RFID芯片设计与制造，适合标签芯片实现的新型存储技术，防冲突算法及电路实现技术，芯片安全技术，以及标签芯片与传感器的集成技术等。天线设计与制造例如标签天线匹配技术，针对不同应用对象的RFID标签天线结构优化技术，多标签天线优化分布技术，片上天线技术，读写器智能波束扫描天线阵技术，以及RFID标签天线设计仿真软件等。RFID标签封装技术与装备例如基于低温热压的封装工艺，精密机构设计优化，多物理量检测与控制，高速高精运动控制，装备故障自动诊断与修复，以及在线检测技术等。RFID标签集成例如芯片与天线及所附着的特殊材料介质三者之间的匹配技术，标签加工过程中的一致性技术等。读写器设计例如密集读写器设计，抗干扰技术，低成本小型化读写器集成技术，以及读写器安全认证技术等。（2）RFID应用关键技术主要包括RFID应用体系架构例如RFID应用系统中各种软硬件和数据的接口技术及服务技术等。RFID系统集成与数据管理例如RFID与无线通信、传感网络、信息安全、工业控制等的集成技术，RFID应用系统中间件技术，海量RFID信息资源的组织、存储、管理、交换、分发、数据处理和跨平台计算技术等。RFID公共服务体系提供支持RFID社会性应用的基础服务体系的认证、注册、编码管理、多编码体系映射、编码解析、检索与跟踪等技术与服务。RFID技术检测与规范例如面向不同行业应用的RFID标签及相关产品物理特性和性能一致性检测技术与规范，标签与读写器之间空中接口一致性检测技术与规范，以及系统解决方案综合性检测技术与规范等。26RFID的标准与技术规范RFID标准体系分为技术标准和应用标难。技术标准主要包括接口规范、物理特性、读写器协议、编码体系、测试规范、应用规范、数据管理、信息安全等标准组成。应用标准主要分为动物识别、身份识别、商业、交通、军事等。目前常用的国际标准主要有ISO/IEC18000标准（包括7个部分，涉及125KHZ，1256MHZ，860960MHZ，245GHZ等频段）、用于对动物识别的ISO11784和ISO1178，用于非接触智能卡的ISO10536、15693、14443，用于集装箱识别的ISO10374等。目前国际上制定RFID标准的组织比较著名的有三个ISO国际组织、以美国为首的EPCGLOBAL以及日本的UBIQUITOUSIDCENTER，而这三个组织对RFID技术应用规范都有各自的目标与发展规划。下面简单介绍一下本文相关的EPCGLOBAL国际标准8。EPCELECTRONICPRODUCTCODE标准使用的频率有1356MHZ以及902928MHZ，由EPCGLOBALINC所推动提出。EPC的目标主要就是推动让生活中的每项物品都有一个唯一的编码，且相互连接形成一个即所谓的物联网概念。使用者可以利用物联网的EPC编码名称解析服务ONSOBJECTNAMESERVICE，让使用EPCRFID标签的货品可以流通全球。在2004年6月EPCGLOBAL正式公布了全球第一的RFID标准，让全球不同的企业在使用RFID上有个共通标准，其中EPCTAG所设定的5个不同等级为（1）CLASS0只供读取，简单被动式，仅提供在出厂时以制订号码的唯读标签。标签在出厂时即写入一组不可更改的号码，提供简单的服务辨识；（2）CLASS1只写一次，简单被动式，可供一次写入；（3）CLASS2重复读写，具有可重复读写功能，被动式标签；（4）CLASS3内设感应器的半被动标签，有重复读写功能，更包含额外的感应器，可侦查温度湿度动向变化等并记录在标签中，内建电池增加读取距离；（5）CLASS4属于天线，是一种半被动标签，可主动与其他标签沟通，还在研发过程中。27RFID的技术应用RFID技术以其独特的优势，逐渐被广泛应用于工业自动化、商业自动化和交通运输控制管理系统等领域。随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩大，RFID产品的成本将不断的降低，其应用将越来越广泛。在物流领域，RFID的大规模应用提升了物流能力。可应用过程包括物流过程中的货物跟踪，信息自动采集，仓储管理应用，港口应用，邮政包裹，快递等；在零售领域，有沃尔玛、麦德龙等大超市一手推动的RFID应用，可以为零售业带来包括降低劳动成本、商品的可适度提高，降低因商品断货造成的损失，减少商品偷窃现象等好处。可应用的过程包括商品的销售数据实时统计，补货，防盗等；在制造业领域，RFID应用于生产过程的生产数据实时监控，质量追踪，自动化生产，个性化生产等。在贵重及精密的货物生产领域应用更为迫切；在服务业领域，可以应用于服装的自动化生产，仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道管理等过程，随着标签价格的降低，这一领域将有很大的应用潜力；在医药领域，可以应用于医院的医疗器械管理，病人身份识别，婴儿防盗等领域。医疗行业对标签的成本比较不敏感，所以该行业是RFID应用的先锋之一；在身份识别领域，RFID技术由于天生的快速读取难于伪造，而被广泛应用于个人的身份识别证件；在汽车领域，可以应用于机车自动化，个性化的生产，汽车的防盗，汽车的定位，可以作为安全性较高的钥匙；航空领域里面，应用于旅客机票、行李包裹追踪等，还可以应用于飞机的制造，飞机零部件的保养及质量追踪、快速登机等；在军事领域，可进行弹药、枪支、物资、人员、卡车等识别与跟踪。28本章小结本章主要介绍了RFID的相关概念以及RFID的应用前景。RFID作为一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。同时，RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。目前，在仓储管理中，货物的信息采集主要采用条码技术，但条码技术具有记录信息无法更改、存储容量相对较小的的缺点，条形码扫描仪必须看到条形码才能读取，这样，工作人员必须亲手扫描每件商品的条形码。如果条形码被撕裂、亏损或丢失，扫描仪将无法扫描、识别货物。如果需要改进信息需要重新贴上条形码标签，既增加了工序，浪费了人力资源，又增加了成本，降低了效率。因此，我们研究设计基于RFID的仓储管理系统，充分发挥RFID技术的独特优势，弥补传统仓储管理系统的一些不足，从而降低物流费用，提高仓储效率。第三章基于RFID的仓储管理系统实现关键技术31ALIENRFID系统311ALIENRFID系统概述本次研究所用到的RFID系统为ALIENRFID系统，它便于管理、功能强大，是业界最为领先的RFID系统。ALIENRFID系统主要有三个部分组成（1）ALIENALR9900阅读器ALIENALR9900阅读器用于读取和处理任何EPC标签，然后将事件信息报告给主机系统。主机可以在本地通过RS232连接到阅读器或者在远程通过网络连接。ALIENALR9900阅读器具有高性能、操作简单、易于管理、抗干扰能力强等一系列优点。（2）ALIENRFID天线ALIENRFID天线用来广播RFID阅读器内部产生的射频信号，同时可以接受一定范围内电子标签的应答信号。（3）ALIENRFID无源电子标签ALIENRFID无源电子标签类似于条形码，都包含了标记信息。然而ALIENRFID电子标签跟条形码相比包含了更多的信息，同时它可以在更远的距离，更复杂的环境下被阅读器识别。312ALIENRFID系统的工作原理ALIENRFID系统最基本的功能就是读取RFID标签的信息，然后提供给用户或应用程序一个接口将标签信息列表显示出来。因此，我们首先必须将ALIENRFID阅读器与计算机主机连接起来。ALIENRFID系统提供了两种连接方式，一种是在本地通过RS232串行通信端口，一种是通过网络。为了方便网络管理，ALIENRFID阅读器提供了“HEARTBEATS”机制，即心跳机制，它允许应用程序在局域网内方便地发现阅读器。在局域网内操作ALIENRFID阅读器，我们必须知道阅读器的IP地址才能够与阅读器进行连接。通过“HEATBEATS”机制，我们可以在局域网内监听HEATBEATS信息来得到阅读器的IP地址。当一个阅读器成功启动后，它会在局域网内通过UDP协议定时地广播HEARTBEATS信息。这些HEARTBEATS信息可以被局域网内的应用程序拦截，同时它提供了足够的信息在局域网内定位阅读器，与阅读器进行通信。HEATBEATS机制有四个配置选项，可通过阅读器提供的命令来设置。HEATBEATTIME这个命令用来指定阅读器广播HEARTBEATS信息的时间间隔。HEATBEATPORT这个命令用来指定一个端口信息，HEATBEATS信息将发送到HEATBEATADDRESS命令所指定IP地址的这个端口上。HEATBEATADDRESS这个命令用来指定一个特定的IP地址，HEARTBEATS信息将发送到这个IP地址。HEATBEATADDRESS这个命令指定一个数值，代表HEARTBEATS信息所发送的总数。同时，ALIENRFID阅读器提供了两种读取标签信息的方式INTERACTIVEMODE和AUTONOMOUSMODE。（1）INTERACTIVEMODE读取电子标签信息在INTERACTIVEMODE下非常简单，只需向阅读器发送一条“TAGLIST”或者“T”命令。当TAGLISTFORMATTEXT的时候，读到的电子标签信息如下TAGE2003411B8010108,DISC2007/06/29083049,LAST2007/06/29103812,COUNT292,ANT0,PROTO2TAG4461766964452E4B,DISC2007/06/29103813,LAST2007/06/29103813,COUNT187,ANT1,PROTO2（2）AUTONOMOUSMODEAUTONOMOUSMODE是一种需要配置和操作的模式，它可以自动检测和处理数据。在这种工作模式下，首先需要配置一下信息，例如AUTOMODE命令必须置成“ON”。一旦设置在这种模式下工作，阅读器可以自主的进行标签的读取等操作。主机上的应用程序可以设置监听事件来读取阅读器上的电子标签信息。这种操作模式最主要的优势在于它可以让许多阅读器同时向一个主机发送信息。这样，一个应用程序可以监听并处理局域网内多个阅读器发来的TAGLIST信息。此外，为了更好地接受多个阅读器广播的TAGLIST信息，我们需要对标签信息进行一些简单的配置。TAGLISTCOMMANDS主要有以下几种PESISTTIME这个命令用来指定标签的数据信息在阅读器内部的活跃标签列表中存在的时间长度，缺省值为1。TAGLISTFORMAT这个命令用来指定TAGLIST信息的显示格式，主要有四种TEXT格式，TERSE格式，XML格式和CUSTOM格式。TAGLISTANTENNACOMBINE这个命令用来打开或者关闭天线组合模式。当该命令为ON时，阅读器会将多个相同的标签ID值用一个单一的标签信息来标识，即使这是ID值被不同的天线读到。反之，当TAGLISTANTENNACOMBINE命令为OFF时，阅读器会保存每个天线发现的标签ID信息的多个副本。TAGSTREAMMODE这个命令用来打开或者关闭阅读器的TAGSTREAM功能。当TAGSTREAMMODE命令为ON的时候，每个被读到的标签信息都会直接发送给TAGSTREAMADDRESS命令所指定的IP地址，没有数据缓冲。TAGSTREAMADDRESS这个命令用来指定TAGSTREAM事件中数据信息应该发送到的地址。TAGSTREAMFORMAT这个命令用来指定TAGSTREAM事件中数据的显示格式，区别于TAGLISTFORMAT。32C多线程技术使用C编写任何程序时，都有一个入口MAIN方法。程序从MAIN方法的第一条语句开始执行，直到这个方法返回为止。这样的程序结构非常适合有一个可识别的任务序列的程序，但程序常常需要同时完成多个任务。例如在使用文字处理软件的时候，用户在输入文字的同时，软件能同步进行拼写检查而不需要用户的等待；再如在本文基于RFID的仓储管理系统中，后台需要有一个线程不断的接受阅读器广播的TAGLIST数据信息并对这些数据进行压缩，然后存储到本地数据库中，与此同时用户还可以进行物品的出库、入库，库存盘点等相关操作。这时我们就需要能让程序具有同时处理多个任务的能力，这就是C的多线程技术。在CWINFORM程序中创建一个新的线程是非常容易的，可以通过一下语句来完成THREADTNEWTHREADNEWTHREADSTARTTHREADFUC；TSTART第一条语句创建一个新的THREAD对象，并指明一个该线程的方法THREADFUC。当新的线程开始执行时，该方法也就被调用执行了。该线程对象通过一个SYSTEMTHREADINGTHREADSTART类的一个实例以类型安全的方法来调用它要调用的线程方法。第二条语句正式开始执行该新线程，一旦方法START被调用，该线程就保持在一个“ALIVE”的状态下。不过，线程对象的START方法只是启动了该线程，而并不保证其线程方法THREADFUC能立即执行。它只是保证该线程对象能被分配到CPU时间，而实际的执行还要有操作系统根据处理器时间来决定。同时C的公共语言运行时（COMMONLANGUAGERUNTIME，CLR）能区分两种不同类型的线程前台线程和后台线程。这两者的区别是应用程序必须运行完所有的前台线程才可以退出；而对于后台线程，应用程序则可以不考虑其是否已经运行完毕而直接退出，所有的后台线程在应用程序退出时会自动结束。因此，我们可以将基于RFID的仓储管理系统中实时接受阅读器广播的数据信息的线程设置为后天线程，这样用户就可以同时进行一些其他的库存操作。假设有这样一种情况，两个线程同时维护一个队列，如果一个线程向队列中添加元素，而另外一个线程从队列中取出元素，那么我们称添加元素的为生产者，称取用元素的为消费者。生产者和消费者问题看起来简单，但却是多线程应用中一个必须要解决的问题，它涉及到线程之间的同步和通讯问题。每个线程都有自己的资源，但是代码区是共享的，即每个线程都可以执行相同的函数。但是在多线程环境下，可能带来的问题就是几个线程同时执行一个函数，导致数据混乱，产生不可预料的后果，因此我们必须避免这种情况发生。C提供了一个关键字LOCK，它可以把一段代码定义为互斥段（CRITICALSECTION），互斥段在一个时刻只允许一个线程进入执行，而其他线程必须等待。例如定义一个队列PRIVATEQUEUETAGSTREAMQUEUENEWQUEUE一个线程TREAD_A要执行入队列操作的代码如下LOCKTAGSTREAMQUEUESYNCROOTTAGSTREAMQUEUEENQUEUEMSG同理，当另外一个线程TREAD_B要执行出队列操作时，代码如下LOCKTAGSTREAMQUEUESYNCROOTTAGSTREAMQUEUEDEQUEUEMSG第四章基于RFID的仓储管理系统的实现41基于RFID的仓储管理系统的需求分析传统的仓储管理，一般依赖于一个非自动化的，以纸质文件为基础的系统与人工记忆相结合来实现库存管理。这种方式不仅费时费力，而且容易出错，使得货物仓储环节效率低下，给企业带来不可估量的损失。为了弥补传统仓储管理系统的缺点，我们设计基于RFID的仓储管理系统。根据对实际仓储管理流程的分析，基于RFID的仓储管系统应满足以下几个方面的需求（1）具有通常信息管理系统的用户权限管理、数据查询、统计管理等功能。（2）利用RFID技术提高货物查询的准确性。（3）利用RFID技术提高盘点作业的质量。（4）帮助企业减低库存管理的成本。（5）在货物库存量低于安全库存量或者货物过期时，系统能够提供警示。（6）系统的运动能够加快货物出入库速度，从而增加库存中心的吞吐量。（7）能够给管理员和用户提供及时准确的库存信息。（8）能够对库存信息自动化采集，从而实现库存管理的无纸化作业。42基于RFID的仓储管理系统的系统结构本文所设计的基于RFID的仓储管理系统采用三层体系结构，如图41所示（1）用户界面层是系统的管理界面，它处理用户交换的信息，调用业务处理层的方法同后台交换数据。（2）业务处理层通过ADONET来实现，它接受用户界面层的调用，通过SQL语句来调用数据存储层的数据。（3）数据存储层是数据库，它接受ADONET的调用，执行SQL语句，并将执行的结果返回ADONET。用户界面层业务处理层数据存储层图41三层体系结构43基于RFID的仓储管理系统实现的任务流程（1）RFID海量数据压缩算法的设计与实现。（2）ALIENRFID系统接口软件的设计与实现。（3）基于RFID的仓储管理系统的具体实现。44ALIENRFID系统接口软件的设计与实现本文31节介绍了ALIENRFID系统的组成以及基本的工作原理，这一节我们设计基于ALIENRFID系统的接口软件，实现检测、连接、配置和操作ALIENRFIDREADER的功能。ALIENRFIDREADER给我们提供了一个软件开发工具包，其中包含了一个名为ALIENRFID2DLL的动态链接库，我们根据这个库文件可以方便地与ALIENRFIDREADER进行通信。441ALIENRFIDREADER的检测与发现ALIENRFIDREADER提供来两种发现阅读器的方式，一种叫做“SERIALINTERROGATION”，即串行询问，另一种就是31节介绍的“HEARTSBEAT”机制。“SERIALINTERROGATION”方式需要将主机与阅读器通过RS232端口连接起来，然后通过“IPADDRESS”命令获得阅读器的IP地址，但是这种方式需要在主机和阅系统关系界面ADONET读器之间建立一条物理链接。所以本文通过“HEARTSBEAT”机制来发现网络中的阅读器。关键代码如下PRIVATECLSREADERMONITORMDISCOVERYNEWCLSREADERMONITORMDISCOVERYREADERADDEDONNETWORKNEWCLSREADERMONITORREADERADDEDONNETWORKEVENTHANDLERMDISCOVERY_READERADDEDONNETWORKMDISCOVERYSTARTLISTENING其中CLSREADERMONITOR类定义了一些属性、方法、事件用来监测和发现ALIENRFIDREADER。代码第1行创建了一个CLSREADERMONITOR类的对象MDISCOVERY。代码第2，3，4行注册了CLSREADERMONITOR类的一个READERADDEDONNETWORK事件。READERADDEDONNETWORK事件通过在网络上监听阅读器发出的“HEARTSBEAT”信息来发现阅读器并将其加入到READER队列中。代码第5行开始事件的监听。442ALIENRFIDREADER的连接与登录通过“HEARTSBEAT”机制我们可以在网络上监测和发现阅读器，并可以获得阅读器的IP地址等信息。接下来我们可以通过TCP/IP协议来实现主机与指定IP地址的阅读器之间的连接与登录。关键代码如下CLSREADERMREADERNEWCLSREADERMREADERCONNECTANDLOGINIP,PORT,“ALIEN”，“PASSWORD”MREADERDISCONNECT其中CLSREADER类定义了一些属性、方法来描述ALIENRFIDREADER自身的信息。代码第1行创建了一个CLSREADER类的对象MREADER代码第2行调用了CLSREADER类的一个CONNECTANDLOGIN方法来实现主机与指定IP地址的阅读器之间的连接与登录。CONNECTANDLOGIN方法中四个参数分别为主机的IP地址，端口号，默认的用户名和密码。代码第3行通过调用DISCONNECT的方法断开主机与阅读器的连接。443ALIENRFIDREADER的配置主机与阅读器建立连接并登录后，我们可以配置阅读器的一些信息来使阅读工作在指定的模式或者环境下。ALIENRFIDREADER的配置操作非常方便，只需要选择或输入相应的配置命令即可完成。我们可以通过调用CLSREADER类中的SENDRECEIVE方法将命令结果返回到指定位置。例如CLSREADERMREADERNEWCLSREADERSTRINGNAMEMREADERSENDRECEIVE“GETREADERNAME”,FALSE代码执行后变