5G网络技术在新一代物流行业中的应用报告.pdf

1 5G 网络技术在新一代物流行业中的应用 摘要 . 2 1 物流技术的现状与发展趋势 3 1.1 物流行业的发展进程 . 3 1.2 新一代物流的热点技术 . 4 1.2.1 物联网技术 . 5 1.2.2 人工智能技术 6 1.2.3 大数据与云计算技术 . 8 1.2.4 区块链技术 . 9 1.2.5 智慧化物流架构 11 1.3 通信技术对于物流的重要性 12 1.3.1 移动通信技术在物流中的应用 12 1.3.2 WIFI 无线通信技术在物流仓储中的普及 . 12 1.3.3 物联网通信技术对物流的促进 13 1.3.4 物流技术的进步依赖于高质量通信 . 14 1.4 新一代物流的发展趋势 . 14 2 5G 网络技术研究及应用场景分析 . 15 2.1 移动通信技术的发展历程 16 2.2 5G 的网络架构与关键技术 . 18 2.2.1 5G 网络设计架构 . 18 2.2.2 5G 网络中关键技术 21 2.3 5G 技术的主流应用场景分析 25 2.3.1 即时可靠通信场景(uRLLC) 25 2.3.2 高能通信宽带场景(eMBB) 25 2.3.3 海量机器通信场景(mMTC) . 26 3 5G 网络与新一代物流 26 3.1 5G 网络在物流行业中应用的优势分析 27 3.2 基于 5G 网络的智慧化海量接入物流体系 . 28 3.2.1 可视化智慧物流管理体系 . 29 3.2.2 智慧化供应链体系 29 3.2.3 智慧化物流追溯体系 30 3.3 基于 5G 网络的新一代物流应用场景 31 3.3.1 基于 5G 实现的增强现实物流应用 32 3.3.2 5G 加速的物流数据计算平台 33 3.3.3 5G 支撑区块链技术维护物流安全 . 34 3.3.4 基于 5G 的物流智能能源供给 35 3.3.5 5G 推动物流仓储环境的智能化 . 35 3.3.6 工业级物流监控依赖于 5G . 36 3.3.7 5G 促进物流工业级视觉系统的实现 38 3.3.8 基于 5G 实现的全自动化物流运输 39 3.4 基于 5G 的新一代物流行业的未来 . 40 4 总结与展望 41 2 摘要 随着计算机与通信技术的迅猛发展，现代物流也逐步完善和进步，无论是仓储、运输 还是配送各环节都融入了前沿的技术，极大提高了物流的效率和服务质量。近年来，零售业 的突变和技术的升级一直是物流行业跨越的两大核心动力，因此随着新零售概念被广泛推 出，还有一些核心技术的商用，新一代物流行业呼之欲出。这些核心技术包括人工智能、大 数据云计算、物联网以及区块链，这些都离不开高质量通信技术支撑，随着 5G 移动通信技 术的全面商用， 基于上述核心的产品将逐步落地， 因此新一代物流行业的实现关键契机在于 5G 通信技术的推动。 该文响应当前通信技术和物流行业发展的趋势，展望新一代物流行业的特点和关键技 术，重点分析 5G 通信技术与新一代物流行业结合的场景，然后勾画基于 5G 推动的新一代 物流行业框架蓝图，为推动 5G 与新一代物流发展做出一些标准化建议。该文的目的是为了 对 5G 通信技术与新一代物流行业趋势做出合理分析，然后展望出一些基于 5G 的新一代物 流场景，起到一些推动作用，加快物流企业和国家投入更多精力建设 5G 在新一代物流行业 中应用的基础设施。 在第一章，该文以史为鉴，从线下的传统物流到电商时代的现代物流再到即将到来的 新一代物流分析物流能够快速发展的原因， 认为服务产业的升级和技术的改革是两大重要因 素， 同时认为零售业的发展从正面促进了物流业的发展。 在该章中还分析了新一代物流行业 会使用的热点技术，包括物联网、人工智能、大数据云计算和区块链，最后得出新一代物流 行业将会呈现一种智慧的物流架构。另外，该章还分析了通信技术对于物流的重要性，得出 通信技术是驱动物流发展的一项关键因素。 最后， 该章概要地分析了新一代物流的发展趋势。 第二章具体内容是从技术层面解析 5G 技术的实现方式，并提取出 5G 技术中哪些要素 对于新一代物流行业具有促进意义。具体地，该章首先从移动通信技术的发展历程引出 5G 的网络架构和关键技术，然后分析 5G 的主流应用场景，最后得出新一代物流行业中将会涉 及到 5G 每一类应用场景，因此再次说明了 5G 对于新一代物流行业的推进具有重要意义。 第三章是该文的核心内容，具体描述了 5G 通信技术与新一代物流行业结合的一些架构 体系，并且在体系大层面下又展望了 5G 在新一代物流行业中应用的子场景。具体地，该章 首先指出 5G 能够应用在新一代物流行业中的优势，然后说明了新一代物流行业中 5G 为其 支撑了三大基础体系， 接着以实现难易的阶段性描绘了发展演绎图， 并且详细地描述了各场 景实现的内容， 还详细介绍了各场景实现过程中会出现的难点和问题以及对于上游电商、 广 大用户以及国家法规的影响等等。最后，该章引出对于基于 5G 的新一代物流行业的最终特 征，从上游电商、广大用户以及物流企业等个体描述了相关特征，提出新一代物流将会是短 链、智慧以及共享的高效服务。 最后一章用于该文的总结与展望， 首先是对该文内容的一个概述， 然后对新一代物流行 业未来的发展存在哪些问题进行分析，最后对 5G 通信技术与新一代物流行业进行憧憬和期 望。 关键词关键词：5G、新一代物流、通信技术、新零售、新一代物流、通信技术、新零售 3 1 物流技术的现状与发展趋势 物流服务即是企业生产和销售的重要保障，更是国民生产生活的关键支撑。所以，物流 就像一个国家的经脉血络，紧密地联系着生产者与消费者。尤其 21 世纪来，随着计算机与 通信技术的蓬勃发展，物流这种重要性更加突显出来。 1.1 物流行业的发展进程 自从党的十八大召开以来， 国家领导人曾经多次对各地物流企业进行参观调研， 对物流 业的发展提出了重要指导。 物流业发展中长期规划（2014-2020） 中认为物流行业是基础 性和战略性产业，能够提升国民经济的发展。 物流行业的发展与零售业的变化息息相关。 纵观零售业的发展历史， 从传统的线下模式 发展到电商模式，再到如今出现新的零售业革命。无论是京东的无界零售理论，还是苏宁提 出智慧零售产业， 还是阿里畅想的新零售规划， 都是认为资金和商品是新零售系统的关键因 素因素， 而新时代的智能技术却是这关键因素的前提。 最终的目的是使得供应端能够在降低 成本需求的同时还能实现高效率的运营， 在客户端更能实现自由自在、 任意形式的消费体验。 线下 时代 电商 时代 新零售 时代 自行货运 产运分离 第三方物流B2C快递 B2C一体化 2B2C融合 新一代物流 时间 地位 图 1.1 物流演变历史 图 1.1 说明了物流行业的发展与零售业的发展休戚相关， 物流从简单线下的产品仓储和 运输发展到电商时代下的现代物流体系， 再到今天各种前沿技术的融合， 形成经济全球化条 件下的新一代物流体系，为新零售行业提供了服务保障。 传统物流更多是物理意义上的物品流动， 目的是给企业带来运营效益。 刚开始各家制造 商企业开始建立自己的物流线用于自家商品的仓储、 调度和运输， 逐渐演变出生产供应商和 经销商的关系，接着有一些私立的物流团队承担运输任务，至此生产和物流开始逐步分离。 紧接着，很多第三方物流公司如雨后春笋般出现，运输渠道也变得多样性，物流线分布于海 陆空。与这一时期的物流行业对应的是线下零售时代，物流技术更注重于产品运输的效益， 既能够提高生产供应商的上产效率，也能够加快产品运输的效率。所以，传统物流技术和交 通行业紧密联系，很多和交通相关的热点技术被融入到物流行业中，例如物流网络的构建、 物流路径的智能选优、仓储选址以及物流航线规划等等。直到线下零售时代的后期，计算机 热潮开始席卷全球， 很多物流公司也具有了自主开发的相关物流软件， 例如用于物流路径的 规划系统，物流物品跟踪的 GPS 定位系统以及物流财会分析的 ERP 软件等等，这一现象正 说明了物流行业即将被注入计算机血液， 很快零售业迎来了电商时代， 物流行业也迎来了一 4 个全向繁荣的阶段，这一阶段经常被称为现代物流。 现代物流业开始迅猛发展应该得益于电商事业的发展，随着很多电子商务公司的出现， 物品的运输不再局限于生产商和经销商之间， 更是发展到每一个国民的身边， 每个人都成为 了物流网络中的一个节点， 网民在电子商务网站上下单一件商品， 都会需要物流团队来提供 物流运输服务。从这可以看出，电子商务时代重新定义了物流产业，其不再只是生产端与销 售端的桥梁，而是直接延伸到每个消费者。物流从可以应对 B2C 零售模式到 B2C 一体化零 售模式，再到最终可以应对 2B2C 融合零售模式。这一阶段中，计算机技术推动了物流行业 的进步，物流行业带动了电商的发展，两者相互支撑才形成现代物流体系。 电商时代下的现代物流体系依赖于计算机和现代通信技术， 首先电商是计算机技术与零 售业的成功结合体， 从阿里巴巴到后来的京东， 再到后来数以千计的电商平台慢慢茁壮起来， 物流在此承担着不可忽视的作用。 其中， 物流的调度计算依赖于具有高速计算性能的设备终 端与最优的智能算法，物流的信息分享依赖于成熟的智能可视化技术与高质量的通信技术， 物流的平台一体化更依赖于各种高性能的分布式计算机系统， 物流产品的跟踪和追溯依赖于 日新月异的物联网技术和嵌入式通信技术等等， 现代化物流体系也因此变成计算机技术和通 信技术驱动的大平台化架构。 现如今，物流行业急需一场革命，才能紧跟零售行业发展的脚步，一起创造无界零售业 的新时代，新一代物流技术因此呼之欲出。以史为鉴，不难发现物流行业的发展一直稳步前 趋，与其说是为了加快脚步跟紧零售业的发展，不如说是物流技术从未停止前进的脚步，一 直吸收其他前沿技术，完善物流行业中存在的不足。图 1.2 正说明了物流行业能够快速发展 的驱动因素。 消费 与 产业 升级发展 人 货 场 参与和体验 定制化 泛化 场景多样性 技术 变革 人工智能数据存储 大数据云计算 。 。 。 物流行业 DriverDriver 图 1.2 物流行业的驱动示意 物流行业每一次变革都是由两股力量共同推动的结果即消费和产业的升级和技术的突 破。这两股驱动力量相辅相成，共同牵引供应链的“权力中心”持续进行转移，同时物流在整 个商业系统中也所担任的角色同样也在不断升级。 通过上面的内容可以发现， 物流的发展大 部分是由于先进的信息技术推动，例如大数据、云计算、人工智能等计算机技术，物联网、 传感网、 GPS 等等。 下一节本文将会具体介绍新一代物流依赖的热点技术以及这些技术在物 流行业中目前的研究进展。 1.2 新一代物流的热点技术 新一代物流拥有短链、智慧以及共生的特征，具有快捷、方便、智能化的优势，这些都 离不开计算机、通信技术的推动。那么本节将具体介绍新一代物流中比较热门的技术。 5 1.2.1 物联网技术 物联网（The Internet of Things, IOT）作为新一代信息技术，成为网络通信领域的重要分 支。首先，物联网的基础是互联网，互联网是物联网的基石，更简单地描述就是物联网以互 联网为主要核心。其次，物联网通信方式不仅仅局限于人与人之间的通信，更是将通信形式 转移到实际场景中任何两个物品之间。因此，物联网技术通过射频识别（Radio Frequency Identification, RFID） 、全球定位系统（Global Positioning System, GPS） 、激光扫描器、红外感 感知层 传感器执行器RFID二维码智能终端 网络层 通信模块 电信网、互联网 物联网 网关 延伸网 专用网 应用层 信息处理应用集成云计算大数据网络管理Web 服务 图 1.3 物联网架构 应器信息传感设备， 按指定的协议标准进行信息交换， 从而可以智能地对物品进行跟踪识别 以及监控维护等操作。物联网可以单独进行局域网通信，也可以接入互联网，甚至可以和移 动通信网络等融合，直接实现人类社会与物理世界的信息整合。因此，物联网是一项交叉技 术，具体融合了前沿一些关键技术的例如传感器和嵌入式等等。图 1.3 即基本物联网架构。 智能终端 智能物流网关 信息采集设备 智慧农业 仓储管理 自动分拣 立体仓储 图 1.4 新一代物流中物联网技术应用 物联网领域中有很多热门技术，例如用于标签信息读写的 RFID、无线数据通信的传感 网 WSN、全球定位导航系统 GPS、车载系统、手持终端 PDA 以及大型物联网架构平台 NB- IOT 等等。正是上述这些物联网技术，使得物流中每一个节点能够融入物联网大框架中，使 得每一个独立的物流模块能够相互通讯， 提升了物流运输的效率并构建了一体化的物流信息 6 平台。图 1.4 详细介绍了新一代物流中的物联网应用，下面做更深入的场景分析和说明： （1）射频识别 RFID 是新一代物流中使用最广泛的物联网技术。目前，各大物流企业利 用 RFID 技术完成了物流环节中标签信息的流转， 例如仓储管理过程中使用标签记录物品信 息、自动分拣系统根据电子标签读取物品具体属性、货物追溯过程中利用手持 PDA 和网络 系统完成物品关键信息的录入。RFID 技术采用无线视频手段实现基于双向通信的自动设识 别系统。新一代物流行业是智慧型产业，所以将会更加依赖 RFID 技术，通过电子标签标记 各种运输的物品，各物流节点通过 RFID 技术识别并获取物品详细的信息，物流企业通过 RFID 技术能够实时掌握物流运输过程中产生的各项位置数据，从而可以智能地对运输车辆 和货轮调度，进而可以实现对物流配送可视化管理的目的。 （2）车载 GPS 也是物联网技术应用在物流中的成功典范，GPS 系统可以对珍贵物品进行 实时追踪， 能够为新一代物流行业提供物流配送和动态调度功能， 此外还能够帮助物流企业 在运输过程中优化车辆行驶路线和调度车辆进行装卸货物等工作， 使得企业在低成本下创造 出较高利润。 （3）无线传感器网络是物联网一种工业应用，对于新一代物流行业也具有非凡的意义。 例如在运输途中将传感器的数据及时上传远程数据库， 物流企业通过无线传感器网络， 能够 实现人、物之间相互通信，各项物流数据可以及时被更新上传，保证物流数据的完整性。 （4）使用 NB-IOT 类似的物联网信息一体化平台，建立智能物流网关，监控物品流向的 信息， 保密客户产生的消费数据， 实现权限性的数据查询， 建立大数据分析体系等等,能够形 成集中控制的物流型物联网架构。 （5）M2M 技术也是物联网和物流紧密相连的完美体现，新一代物流行业中，该项技术能 够通过在机器内部有效嵌入无线通信设备， 实现物流节点与物品之间智能化、 交互式的通信。 M2M 在新一代物流行业中的主要功能是能够对物流运输的物品和设备进行实时监控，同时 掌握实际的外界环境，帮助企业科学地完成物流运输任务。 因此， 现代物流体系中物联网技术无处不在， 以后新一代的物流也离不开物联网技术的 推动。2018 年，IDC 和 SAP 的一份报告中预测物联网将使物流的交付和供应链效率提高 15， 许多行业内的专家正在利用这些新技术来改善物流系统和供应链的质量， 期望创造更 多收入。新一代物流中物联网技术还将做的更多，例如物联网将改进仓库的运作方式，改进 作业流程以实现降低配送中心成本的目的； 物联网还将被应用在物流的安全领域， 利用传感 器网络来监测盗窃行为并保护物流资产安全； 另外， 物联网还可以被用在仓储管理领域实现 全智能一体化仓储管理等等。总而言之，新一代物流离不开物联网技术的支撑。 1.2.2 人工智能技术 人工智能（Artificial Intelligence, AI）也是一种前沿的交叉技术，主要目的是模拟人类思 维生产出一些智能化的系统，他们像人类一样在社会中发挥着相应的职能作用。近年来，人 工智能能够迅猛发展， 主要动力来源于信息技术和智能设备， 信息技术主要是计算机技术和 通信技术， 例如高等复杂的运算系统、 能够处理数据量巨大的云计算平台和各种高效的通信 网络系统，智能设备即指嵌入式设备以及其他芯片和边缘计算机节点等。图 1.5 详细描述了 AI 的整体架构。随着平台、算法、交互方式领域的不断更新和突破，新时代的人工智能技 术将主要以 AI+某一具体产业或行业的形态呈现出来，物流就是其一，AI+物流将会是下一 代物流体系的一个主要特性。 人工智能将会是新一代物流行业的一项重要支撑技术， 图 1.5 中详细描述了在新一代物 流中人工智能技术的应用，下面做更深入的分析及场景说明： （1）使用人工智能完成运输管理系统中的车货匹配。物流企业可以利用人工智能技术结 合自身资源打造全新的货运匹配平台。 基于自身货源建立数字化货运平台， 低价获取社会运 7 力。瞄准区域内非整车市场，结合自有货量和货运平台上的社会订单，提高拼货成功率和车 辆装载率， 使得车源和货源可以在自有资源和社会资源之间高效分配， 打造具有成本优势的 区域内配送线路。进一步聚焦同城货源，利用人工智能背后强大的业务逻辑和算法，帮助自 带货量的物流企业打造具有成本优势的同城配送路线。 基础设施 互联网 传感器物联网服务器 高性能 芯片 基础技术 大数据云计算 AI要素 数据资源核心算法运算能力 AI技术计算智能感知智能认知智能 AI应用 具体 产品 解决 方案 实际 平台 图 1.5 AI 整体架构 （2）使用机器学习和深度学习完成无人物流驾驶和配送体系，无人驾驶技术可以解决长 途运输的困难性，提高物流运输的效率。无人配送既可以缩短配送的时间，同样也可以避免 用户与配送员之间的冲突，解决最后一公里的物流配送难题。 信息化 标准化 智能化 运输管理系统 无人驾驶 仓储管理系统 /RFID 托盘标准化 AGV/AOI 包装标准化 无人车/快递柜 电子表单 智能客服/ 路由优化 大数据 图像识别、机器学习图像识别、机器学习 图像识别、深度学习 图像识别、机器学习语音识别、机器学习 运输仓储配送管理 图 1.6 AI+物流应用示意图 （3）使用图像识别技术实现物流信息自动化录入，提高了物流员工的工作效率。计算机 视觉识别、深度学习等技术可以提升手写运单机器的有效识别率，大幅度地避免人工输单， 8 同时降低这一阶段产生的误差。 （4）使用语音识别技术和视频识别技术优化智能客服系统，这些人工智能领域的计算机 技术可以用来自动识别物流企业场院内外的人、物、设备、车的状态，并且学习优秀的管理 经验和指挥调度方案等， 进而逐步实现对物流工作人员的辅助决策， 甚至可以实现自动决策。 （5） 仓储的智能分拣依赖于人工智能， 目前已经有很多物流企业开始使用自动分拣系统， 通过人工智能算法完成物流产品的分拣，完全不需要人为参与，这样可以解放劳动生产力， 为企业节省成本。 （6）人工智能还能为新一代物流行业提供更加智慧的运营管理模式，设置出可以自学习 和自适应的运营规则引擎， 系统能够通过历史业务数据和目前业务条件制定运营决策， 例如 未来人工智能将会协助电商平台在不同时期根据商品一些属性自主设置订单， 包括订单的交 付日期、运费计算等等，同时可以能自主识别当前时期是否是高峰期还是常规期。 （7）人工智能还能够实现物流的内部智能调度系统，通过对商品数量、体积等基础数据 分析，对各环节如包装、运输车辆等进行智能调度，如通过测算百万 SKU 商品的体积数据 和包装箱尺寸，利用深度学习算法技术，由系统智能地计算并推荐耗材和打包排序，从而合 理安排箱型和商品摆放方案。 这些人工智能技术应用于物流中的运输、 仓储、 配送以及管理等整个供应链各个环节中， 形成高效的物流体系。新一代物流的发展离不开 AI 技术，因为全智能的物流行业相比现在 的物流更高效，可以更精准、高速地为客户服务。在 AI 促进下，物流产业开始出现智慧供 应链。 智慧供应链可以自上而下分为三个部分：智慧化平台、数字化运营以及智能化作业等。 智慧化平台相当于物流的决策调度部分， 数字化运营就是物流的神经中枢， 智能化作业就是 物流的实际操作部分。智慧供应链依赖智慧化平台的计算、思考和决策，仰仗数字化运营平 台物流参数等进行有效建模，然后通过模型可以精准分析和估计，最后形成企业经营、自动 化运输和仓储调度作业的最优方案。 1.2.3 大数据与云计算技术 在大数据环境下， 传统的数据库软件例如关系型数据库不能有效地对相关内容进行存储、 管理和抓取的数据集合， 因为大数据具有体量大、 类别多、 价值密度低和处理速度快等特征。 从传统数据库到大数据平台的发展不仅仅是技术需求上的蜕变，更是数据管理模式的颠覆。 大数据与云计算一般都会在一起被提及，相互促进、相互发展。云计算作为一种远程计算工 具，可以提供强大的计算能力，高效地支撑着大数据存储、管理和分析，已经成为大数据时 代不可或缺的工具。 现代物流行业已经不再局限于传统物流， 节点的数量每天以千万的数量 级增长，每天产生的物流数量可以以亿计数，物流中产生的数据种类繁多，所以物流数据的 处理已经完全达到大数据量级。物流数据又具有时效性，对于客户和供应商来讲，数据的处 理速度就是第一要义，所以云计算也必然是物流计算框架的必要组件。 物流中使用的云计算框架由云请求端、应用服务平台以及云提供端三个重要部分组成。 云提供端通过 QR 或者条形码、RFID、电子标签和传感器等技术能够对货物信息进行智能 感知；然后，通过虚拟自动化技术创建虚拟资源池，实现了基础架构即服务（IaaS）云业务 模式；最后，提供端的业务层主要工作是协调业务间的流转，定时向用户提供 SDK 接口、 以及平台对接的 Web Service 及消息队列服务等。应用服务平台以大数据和云计算为支撑 下的操作平台，可以提供核心服务，也可以向云提供端提供管理和维护等相关功能。物流架 构中的大数据技术应用的方式主要是辅助数据的存储、管理和决策以及用户消费的分析等 等。 物流数据源包括地理位置信息、物流车辆的路径以及其他社交媒体产生的物流信息等。 中间层主要包括物流管理的大数据服务，可以实现物流数据的服务注册、物流模型的建立、 9 物流数据的动态生成、物流数据请求的分解、物流数据查询处理的结果重组反馈等功能，且 具有向上层物流应用模块提供数据查询、数据挖掘分析和数据报表可视化等服务的能力。 新一代物流中离不开大数据和云计算的服务支撑，下面做更深入的分析及场景说明： （1）例如物流配送中心的选址问题，近几年前沿的研究报告中，大数据和云计算技术 为配送选址提供了很多参考方案，并且已经通过很多实践取得丰厚的成果。 （2）云计算与大数据还可以实现路径监控、物流资源的合理分配等功能，有利于实现 车辆调度、优化路线、信息查询等相关计算；物流资源指运输资源和存储资源，只需要从海 量的数据中提取当前的需求信息， 同时对已配置和将要配置的资源进行优化， 从而实现对物 流资源的合理利用。 （3）云计算与大数据技术还可以实现多级配送，一级配送中心直接通过数据仓库和大 数据挖掘技术等对订单需求量、 装卸能力等进行有效分析， 实现对物品品种和数量的可控预 测，二级配送点辅助一级配送中心进行送货，可以达到避免货物长期囤积等状况，实现优质 的服务水平。 （4）在物流决策中，大数据技术与云计算技术应用十分广泛，竞争环境的分析与决策 和物流供给与需求分析都需要庞大的物流数据分析和高性能物流计算等等。 在竞争环境分析 中，为了达到利益的最大化，需要与合适的物流或电商等企业合作，预测竞争对手的发展动 向。物流的供给与需求匹配方面，如果分析特殊时期和相应区域的物流供需信息，可以进行 合理的配送管理。 （5）物流业务易于多变同时随机不可预测，通过大数据分析与云计算，可以有效了解 消费者偏好，预判消费者的消费可能，提前做好货品调配，合理规划物流路线方案等，从而 在物流高峰时期，物流运输的效率仍就很高。 （6）最后管理层面上，新一代物流中离不开大数据和云计算实现智能决策，大数据技 术可以对客户习惯与偏好进行归类，从而可以为用户提供专业并且个性的服务。 大数据技术与云计算技术将为未来的新一代物流行业提供强大的数据支撑和计算服务， 新一代物流行业无论在资源调度、 物流配送、 决策管理还是数据分析上都将出现质量的飞跃。 1.2.4 区块链技术 区块链作为近两年最为热点的前沿技术， 也将成为新一代物流行业中广泛运用的核心 支撑技术。 区块链技术利用块链式数据结构来验证数据后再进行存储， 生成新数据节点算法 主要依靠一种分布式节点共识算法， 最后通过密码学来保证链上数据安全性， 能够被安全读 取， 同时可以通过由脚本代码组成的智能合约来自动化编程和操作数据， 总而言之区块链完 全是一种全新的分布式基础架构与计算方式。 区块链技术自从被提出后就被认为是继蒸汽机、 电力、 互联网之后的颠覆性创新的科 技，最开始应用在金融业，最著名的就是比特币。区块链具有共享账本、智能合约、隐私保 护、 共识机制几个关键特点， 使得区块链技术能够被广泛应用在各行业中包含行业中的金融 体系。 新一代物流行业非常合适区块链技术， 物流生态系统从外观可以看出由多个参与方组 成的利益共同体， 快递物流行业中的涉及的多流融合的业务场景非常适合区块链技术发挥它 的价值和效果。应用区块链技术可以显著提高快递物流行业中结算业务的处理速度及效率， 有效解决物品的追溯防伪问题，充分保证信息安全以及寄、收件人的隐私。 如下图 1.7，区块链在新一代物流行业主要有四大应用场景，下面做更深入的分析及场 景说明： 10 物流企业 保险 商家 买家 政府 商品保价 商品出售 服务购买 行业监管 区块链 身份账户商品 理赔 区块链 身份账户商品 公益组织 公益活动 扶贫商家 商品出售 买家 服务购买 政府 行业监管 区块链 公司黑名单行为 其他企业 政府 黑名单共享 行业监管 区块链 公司安全规则 其他企业 政府 安全事件 共享 行业监管 图 1.7 新一代物流中区块链技术应用 （1）区块链技术在新一代物流行业中应用中最为广泛的是快递保价场景，物流企业在 物流商品运输过程中需要保险公司为其提供商品保价， 在这过程中有三个角色包括商家、 卖 家、和政府，商家提供产品销售渠道、卖家提供报价服务以及政府提供行业监管。关键要把 下面几个关键信息进行上链，例如商品的物流详情、账户、身份、理赔、其他参考数据等信 息记录等等。在整个基于区块链的物流保价流程中，当物流客户在对签收包裹后，系统自动 会触发账户的理赔， 合约就可以正常结束同时保费自动进行清算。 如果保价过程中物流出现 问题件或者遗失件的时候，保险公司会进入理赔流程。 （2） 区块链技术可以对物流中公益快递事业形成促进作用， 公益活动中物流企业也需要 承担公益物品的运输， 在此场景中公益组织方需要维护公益活动的执行， 扶贫商家提供公益 商品的销售等。 区块链在这里记录的信息主要是公益商品的物流详情， 一旦公益商品的包裹 被签收后区块链上就会进行记录完善， 系统自动触发从物流公司的公益账户转移到公益组织 的账户上。区块链技术使得公益快递事业更加透明化，增加物流企业的公信力。 （3）区块链技术还可以在新一代物流行业中形成黑名单共享平台，快递从业人员中有很 多黑名单， 目前只是在线下通过口口相传为主。 区块链技术可以为物流企业间提供一个黑名 单共享平台， 让每个公司都可以将具有不良记录的工作人员记录到区块链上， 其他公司也可 以共享，当其他公司登陆系统可以立即查询，而且这些黑名单数据不可以被修改，能够被永 久追溯到。 （4）区块链技术能够协助国家对新一代物流行业的安全监管。区块链由于具有分布式账 本的特性，每当物流公司出现了安全隐患事件的时候，就会将有效信息记录于区块链上，并 且被监管机构实时监控且永久不可更改。 这样区块链就可以帮助新一代物流行业建立更加完 善安全的监管体制。 （5）除了上面四点关于物流安全的场景，区块链技术在新一代物流行业中还将有很多其 他业务应用， 例如产品的防伪溯源， 从生产到销售过程中每类物流商品都会从很多节点流转， 在关键的环节节点， 我们为其设置一个秘钥， 上面携带了这件物品的全部真实信息并且不可 篡改；区块链的存储方案在新一代物流行业中还可以自主决定物品的运输路线和日程安排， 11 对比以往的物流数据，对自己的运输路线和日程设计不断优化；对于快件冒领情况，只需要 查下区块链即可，这可以促进物流实名制。 区块链技术因为具有透明性和去中心化的特点，使得其与物流特征非常相似，物流过程 中产生的信息记录在区块链中就不可修改， 而且每个物流节点都可以从中获取对自己有用的 信息，使得新一代物流行业更加安全透明并且高效。 1.2.5 智慧化物流架构 从物联网、人工智能、云计算、大数据到区块链，这些新一代物流中的核心技术说明了 新一代物流架构将会以智慧为主要特征， 下面用分层设计的方式描述智慧化的物流架构， 如 图 1.8。 智慧物流架构是一个功能齐全的基础性服务平台， 系统架构分为四层竖向结构： 感知层、 传输层、服务层和应用层。感知层主要职责包括对 RFID 读写、利用激光雷达探测、使用视 频终端监控、经过门禁对讲系统通信、使用温湿度传感器感知温度等等；传输层主要用于数 据传输， 使用有线局域网或 WIFI、 移动通信等无线通信方式等； 服务层包括 RFID 中间件、 ESB 总线等模块；应用层包括仓库的业务管理、报表分析和系统调度等功能。除此四层外还 有数据层，由于物流数据属于大数据特征，数据层基本使用大数据分布式平台例如 Hadoop 或者 Spark，竖向每一层都会产生和使用数据平台中存储的数据，因此数据层在左侧与每一 层都有互动关系。 核心技术层也是智慧物流架构的重要组成部分， 例如物联网技术解决感知 层和传输层的难题， 使得物流节点能够融入到互联网中进行数据通信， 人工智能技术主要在 服务层推动物流架构智能化， 大数据与云计算技术在上三层均会有所应用， 最后区块链技术 维护物流的安全体系。 标 准 规 范 和 管 理 体 系 系 统 安 全 保 障 体 系 应 用 层 仓储管理安防管理报表分析系统管理 服 务 层 RFID中间件ESB 接口 设备信息 业务信息 监控信息 人员信息 传 输 层 WIFI/zigbeeNBIOT/LoRa移动通信技术 感 知 层 PDA读写器摄像感知 传感器 S 报警器 订单信息 供应商 信息 物流信息 数据层 核心技术 物 联 网 技 术 人 工 智 能 大 数 据 与 云 计 算 区 块 链 技 术 图 1.8 智慧物流架构 从智慧的新一代物流架构中可以发现， 传输层担当着主要数据通信的服务， 任何物流节 点包括物流车辆、运送人员、客户等之间的数据传输都得依靠高质量的通信技术。新一代物 流架构的核心技术例如人工智能、物联网、大数据云计算以及区块链都需要一个高带宽、低 12 时延的通信环境，因此通信技术的进步也将会加快智慧物流架构的发展。 1.3 通信技术对于物流的重要性 上一节具体介绍了新一代物流的热点技术， 这些热门技术都围绕数据传输展开， 数据传 输需要强而有力的通信技术，因此物流能够进步迅猛离不开通信技术的突破性发展。 1.3.1 移动通信技术在物流中的应用 21 世纪以来，移动通信技术在现代信息技术中具有显著和优越的性能，因此被广泛应 用。从通信网的角度观察，移动通信网应该可以看作有线通信网的延伸，它具有无线网络和 有线网络两个部分， 无线部分主要依靠空中有限的频率进行数据传输和语音传送， 有线部分 也具有很多网络功能包括数据交换、信息调度管理、语音漫游等，因此可以一个构成完整的 公共陆地移动通信网（Public Land Mobile Network, PLMN） 。因为物流具有动态性，其中使 用无线通信技术居多，因此移动通信技术对物流技术的发展十分重要。 移动通信技术已经成功跨越了四个阶段，第一阶段是主要采用模拟技术和频分多址 (FDMA)技术；第二阶段即 2G 网络主要采用窄带时分多址技术（TDMA）和 GSM 标准；第 三阶段中使用的 3G 技术主要采用宽带 CDMA 技术为主,并且能开始同时提供话音和数据业 务；第四阶段即现在普及的 4G 网络，具有在不同的无线平台和频带的网络中提供无线服务 的能力。如今，第五代移动通信技术 5G 网络将会成为新一代高性能网络体系。 移动通信技术作为物流的主流通信技术，是物流节点之间数据传输的主要工具。目前， 移动通信技术大部分应用在如下几个方面： 第一是物流运输过程中移动通信技术充当物品流 动信息的传输工具； 第二是作为仓储管理平台中进行数据通信的桥梁； 第三是作为智慧物流 供应链中重要的数据传输技术。具体的应用包括：移动的物流车辆和一些贵重货物都需要 GPS 定位，无论是基于基站通信的 LBS 定位系统还是 GPS 定位技术，都是通过移动网络通 信渠道传输位置数据到控制中心， 然后数据被控制中心采集后进行位置动态展示， 实现物流 车辆的位置可视化； 控制中心对物流节点的调度， 控制中心通过移动通信将调度指令下发到 物流节点或者物流车辆， 司机车载终端会及时通过移动通信收到数据后执行调度指令； 随着 移动通信的质量不断提升， 移动通信技术还用在移动物流节点的办公， 例如在物流节点下发 物品时通过移动通信技术完成物流数据录入、 接受客户的及时反馈、 在线处理客户的投诉建 议以及业务咨询，提高了移办公的效率；除了传统数据的传输，现如今的移动通信带宽早已 满足视频和图像数据的传输，因此移动通信技术还被用来完成物流中监控数据的及时反馈， 控制中心可以实时对物流传输过程中任何节点进行实时监控。 由于无线 WIFI、高速以太网不能满足移动物体之间的高速通信，移动通信技术主要依 靠基站来传输数据，是移动物体之间数据通信的支撑技术。在带宽方面，移动通信技术近几 年已经足够匹敌传统以太网，特别是第四代通信技术 4G 理论峰值带宽是 150Mbps，即将到 来的第五代通信技术 5G 网络以其特有的 MIMO 技术能使得最高带宽上限突破 1Gbps,而且 移动通信技术不断突破自身的缺陷性，克服移动性、传播条件复杂、易受干扰等问题，因此 在物流中使用地位越来越高， 在智慧仓储平台的规划中， 移动通信技术也成为主要通信工具， 例如硬件节点之间的数据传输、智能分拣中使用的通信技术、仓储数据录入、生产数据的补 修等等。 物流由于很多应用都具有移动特性， 因此和移动通信技术紧密联系， 移动通信技术可以 为物流传输过程中的节点传输物流数据， 可以为仓储平台中移动硬件节点提供通信支撑， 未 来还可以在新一代物流系统中充当主要通信技术，完成物流移动通信平台的构建。 1.3.2 WIFI 无线通信技术在物流仓储中的普及 除了移动通信技术， 以WIFI为主的无线通信技术也是物流行业中使用较多的通信技术。 由于无线通信是通过路由器等工具而产生的，所以对环境的要求比较高，因此 WIFI 无线通 13 信技术在物流中主要使用在物流仓储中，作为物流仓库中硬件通信的必要支撑。 WIFI 是一种无线的相容性认证技术，从实质上看是商业认证方法，其目的主要为了改 善一些基于 IEEE802.11 标准产品之间的互通性能。同时，WIFI 也是一种短距离的无线连网 方式，如果移动设备具有 WIFI 功能，如笔记本、平板电脑、手持设备 PDA 以及智能手机等 可以在无线 WIFI 覆盖范围内，就能快速连接到主干 Internet。 无线 WIFI 组网方式相当简单灵活，IEEE802.11 中提出 WIFI 包含自组织网络模式和基 础结构型网络模式两种组网方式。 自组织网络中的站点之间可以自由通信， 不需要无线接入 点 AP 的干预。基础结构型模式组网是一种无线网络和有线网络的混合组网方式，在这种 组网方式下 WIFI 能够具有有线网的特性。基础结构型网络在布局时，环境对其影响较小， 同样对无线站点的数量和距离没有更多约束。 无线 WIFI 技术能被广泛用在物流仓储中主要是因为 WIFI 无线网络技术具有覆盖范围 广的特点，最优可以达到 300m 左右，因此相比蓝牙等技术更加受到欢迎。因此，仓储中可 以使用 WIFI 给一些终端设备提供通信保障，例如仓储货物清点使用的智能终端，只要操作 员工将 PDA 或者智能手机等连上 WIFI 即可以上传数据和下载数据，并且整个仓库中的流 水线上的员工可以通过 WIFI 进行数据通信。 其次， WIFI 无线网络技术不依赖于物理媒介， 无需复杂的光纤和电缆设备，节约了成本，在物流仓库中只需要固定的路由节点，WIFI 无 线网络技术可以提供很好的通信保障， 减少了物流成本。 智慧仓库系统中很多移动监控节点 都会采取 WIFI 通信技术进行数据传输，新一代物流仓储系统中还将 WIFI 的变体 LIFI 用在 智能光照环境中，实现对仓储光照数据的交互。另外，WIFI 传输速度也很快，可以达到 54Mbps，并且支持数据、语音、多媒体业务，物流仓储中产生的数据包括简单的文本数据例 如物品在仓库的位置信息和语音数据例如电子表单的语音录入还有多媒体数据例如视频实 时监控采集的数据等等，因此 WIFI 在物流仓储中使用已经相当普及。 1.3.3 物联网通信技术对物流的促进 物联网是计算机与通信的交叉技术， 目的是为了构建万物互联的世界。 物流行业中大部 分应用环境下都是物体与物体进行数据传输， 包括物流车辆位置信息的上传、 物流物品传递 的路径信息的采集、 仓储环节中监控视频数据的同步等等， 这些数据的传输都依赖于高质量 的通信，这些都是物体之间在进行通信，就是采用物联网常用的通信技术，因此物流和物联 网息息相关。物联网通信技术比较流行的有两类，物联网的无线通信技术很多，物理层主要 分为两类：一类是短距离通信技术，主要包括 ZigBee、WIFI、蓝牙等；另一类就是广域网 通信技术（Low Power Wide Area Network, LPWAN） 。 短距离通信技术中比较广泛使用的 ZigBee 是为了弥补 WIFI 和蓝牙的不足，拥有功耗 低、成本低，速率低、容量高的特性，同时支持 Mash 网络以及有安全较高等优点，因此被 一度认为是物联网中最有可能被广泛使用的通信技术。PHY 定义了 ZigBee 的工作频段， MAC 层主要的目的是相邻设备间的通信，SAP 是架构中两层中间的接口，ZigBee 不同的层 与 MAC 就是通过 SAP 进行连接，APL 给用户提供接口，用来自行开发提供服务函数。 冷链运输系统已经是物流中一块比较重要的环节， 给用户提供了水果、 海鲜等货物的物 流渠道。之前的冷链系统大多数研究集中在采用温度记录仪与 RFID 射频技术，但是温湿度 记录仪不能进行远程实时监控，因此监控中心数据采集具有滞后性。同时，产品内部的真实 温度不能实时反馈，RFID 技术虽然可以达到监测产品内部温度的目的，同时能够实现实时 远程监控，可是 RFID 技术需要大量标签，成本高昂。ZigBee 无线传感网技术相比那些技 术，其具有功耗低、体积小、智能化等优势，使得该技术被广泛用在冷链物流领域，有利于 整个监控系统的变得更加便携和智能。 除了冷链监控， 物流其他也有很多地方使用 ZigBee， 例如溯源系统中物品的实时监控、车载终端智能系统等等。 另一种广泛运用的物联网通信技术即为广域网通信技术，包括 NB-IOT、LoRa、SigFox 14 以及 WeightLess。对物联网四种广域网通信技术的对比分析如表 1.1 所示。 表 1.1 四种广域网通信技术对比 通信技术 LoRa NB-IOT Sigfox Weightless 覆盖范围 330 5060 3 25 频率 1 GHz 蜂窝频段 1 GHz 1GHz 数据速率 100bps 65kbps 100kbps 30100kbps 最大节点数 200k300k 10k 百万 高 是否支撑 OTA 是 是 是 是 运营模式 私有技术 国际标准 私有技术 公开 成本 8 5 9 2 功耗 310 年 10 年 310 年 310 年 物流行业中，LoRa 和 NB-IOT 应用十分广泛，但是其由于各有特点，所以物流中运用 两种技术也不同，LoRa 是独立组网的线性扩频通信技术，而 NB-IoT 是一种基站复用的蜂 窝网络，因此在基站部署较差的环境下 NB-IoT 不如 LoRa 适合，例如物流车辆追踪，高速 运行的物流系统中 LoRa 作为通信技术更为合适。另外一些室内物流应用中，例如仓储中、 物流公司内部通信中高频的 NB-IoT 更为合适。 1.3.4 物流技术的进步依赖于高质量通信 本节介绍了物流中常用的通信技术， 并且具体阐述了各种场景采取相应通信技术的原因， 特别是常用的移动通信技术、 无线网络技术以及物联网通信技术等等， 这些都说明了物流完 全离不开通信技术的支撑， 同时由于物流很多应用场景的特殊性， 各种通信技术需要交叉使 用才能完成相应的工作。 其实， 物流信息化肯定将会是现代物流乃至新一代物流体系发展的一个坚实基础。 物流 信息化需要借助比较先进的信息技术和通信手段来整合物流企业内外部的相关业务资源。 比 较成熟的物流信息化方案能够通过自动收集和处理物流过程中产生的信息， 可以对物流信息 进行数据挖掘，并以此做出决策指导物流活动，促使物流系统能够被扩展和开放，同时实现 预估物流路径、输送监控信息、及时反馈风险预警的作用。现代物流系统会随着通信技术的 日趋进步而不断完善发展，互联网、物联网、移动通信技术、无线 WIFI 等通信技术将会和 物流系统更紧密地融合。 新一代物流热点技术中的物联网、 人工智能和大数据云计算以及区块链都离不开通信技 术的支撑， 而且这些平台或者架构对通信质量的需求越来越大， 现有的通信技术必须跟紧物 流发展的脚本，为新一代物流事业的发展铺平道路。目前，最新移动通信技术例如 5G 已经 在新一代物流行业中很多地方开始广泛应用， 这一点更是说明了物流技术的进步依赖于高质 量的通信。 1.4 新一代物流的发展趋势 中国智慧物流研究院曾经提出新一代物流体系应该具有“3S”的特征： 短链 （Short-chain） 、 智慧（Smartness） 、共生（Symbiosis） ，图 1.9 详细阐明了这三个特征的具体含义。 由于新零售环境下消费和产业迅速升级和技术飞猛发展， 多环节长链条、 自动化运作和 局部优化发展为主的传统物流面临着巨大变革。 传统物流的长链条、 多环节特征导致调整难 度较大不够灵活，因此容错性较差，并且一旦出错将导致物流效率降低和成本增加。原本依 靠经验的决策体系也将因为人工智能技术的优化而彻底改变， 系统设备也能够实现思考和决 策。传统物流主要作为各行业的支持模块，因此需要实现部分物流节点上的体验、效率、成 本的最佳，即局部最优模式，但是在智能商业时代，物流应该从供应链和价值网络等全局形 式去重新规划行业间、 物流企业间的分工和协同化发展。 新一代物流完全可以解决这些问题。 15 新一代物流通过不断优化仓储布局网络， 提高交付效率， 能够将消费分析的结果反向输 出给品