基于RFID的现代物流管理系统设计与实现

要 当前全球电子商务、物流市场由于信息传递不够及时 ，信息采集、交互、接收等交替环节错误造成直接经济损失高达 数千亿元，并导致公众对物流企业的评价、印象直线下降。产生这些负面影响原因主要有，尽管信息管理系统已经普及，大量使用计算机作为物流管理结点、核心 ，但大部分信息的输入仍依赖与工人的手工操作，这就势必为工作效率低下、错 误率高埋下伏笔；再而传统信息处理方式不利于流通中的信息共享，导致实用信息无法得到准确判断。 针对现代物流管理对技术层面的要求以及信息化发展 的趋势，因而本课题结合互联网、物联网、电子商务等网络硬件技术，采用当前较为成熟的 术、中间件、 构、数据库等，构建跨平台、跨地域的分布式现代物流管理系统。充分利用现有软、硬件资源，使用 签、读卡器） ，中间件与应用服务器相联，客户端使用页面浏览器模式与应用 服务器交互进，并实用稳定数据库实现数据存储与实时更新、交互。 基于 物流管理系统中，从最初的终端信息采集到远端浏览器访问，就是一个信息流的走向，这其中围绕着一个 重中之重的问题就是信息的安全传递和接收。因而系统设计时应注意下面几个方面：首先是数据， 术应用日趋广泛，处理企业分布在多个地点的大量读卡 器的输入、输出信息，数据量很庞大，面对的挑战非常严峻；其次是安全性，同时企业级应用中，保证商业信息不泄露、不被篡改等安全问题成为当务之急，如何 实现保证安全的前提下完善系统；还有就是面临的集成问题，要实现 全部价值有必要进行企业应用集成，一个问题解决了可能还会出现其他一些问题，如 可用性、接口、性能等问题，将应用集成一下，可有效解决类似问题的出现；最 后就是协同问题，标签当中的信息可能并不完善，之写入产品编码、类别等信息，其他的则需要通过 找，能否实现互联网和物联网范围内信息的真正共享与交互。 关键词： 物流，物流管理，he in up to to of of as of is on of is is of to t to to of of of of as a of to is a to of a is of of to is is at of of is in of is is an as of to of is to of a as of to is of as NS of 录 第一章 绪论 . 1题背景 . 1内外研究现状 . 3流技术发展及现状 . 3术研究现状 . 4题研究意义及需解决的问题 . 6文的主要工作及章节安排 . 7第二章 相关理论技术 . 9. 9术简介 . 9术的工作原理 . 10签的分类 . 签存储结构 . 13签与阅读器通讯 . 16准 . 18间件 . 192. 21. 23章小结 . 24第三章 系统设计 . 25流应用 统设计 . 26流应用 系统设计 . 29间件软件的安装 . 31置 . 32章小结 . 35第四章 系统实现 . 36 流应用 统实现 . 36流应用 系统实现 . 41务接口设计 . 44象名解析服务 . 47统实现界面 . 50章小结 . 59第五章 总结与展望 . 60文总结 . 60术展望 . 60致 谢 . 62参考文献 . 63 1第一章 绪论 题背景对于“物流123”概念，不同国家不同机构不同时期有不同的定义，关于物流活动的最早的文献记载则是在英国。上世纪初，英国人犹尼 丽弗创建的货物运送公司，将全国范围内的物品、 商品运送至商品批发、零售商，甚至是送至用户手中，这个公司的运营理念可以 说是现代物流的雏形。二战期间，美军从自身军队的实际需求出发， 战时的军备供应中， 第一次地使用“物流管理45”（个概念，实行对军备的统一化管理，包括了武器的运输、后勤物资的供给以及仓储配给等。二战之后， “物流“这个词并未被直接用于运输业而是被企业管理使用，出现了“ 企业物流”的概念，而企业物流就是对企业运作中用到的物资进行包括运输、仓储、供应等方面的系统化管理。目前全球比较认同的物流概念是指为了满足客户的需求，以最低的成本，通过运输、保管、配送等方式，实现 从原材料到半成品再到成品以及相关信息进行经由商品的产地到商品消费地 的计划、实施和管理的全过程。目前比较公认的物流构成为：物体的运输、 配送、包装、仓储、搬运装卸、流通加工，以及相关的物流信息管理等环节 。而物流活动的具体内容大致包括以下几个方面：针对用户的服务、产品的 需求预测、相关产品的定单处理、物品配送、货品的存货控制、物流运输、 仓库的管理、工厂和仓库的布局与选址、货物搬运与装卸、相关产品的 采购、包装、情报信息。 物流管理6（定义可以概括为在现代社会生产运转工程中，人们根据发现的物质生产资 料运转的规律，进而归纳总结并结合使用应用管理的方法，对物质资料的运转活 动进行有计划的、有步骤的协调运转和指挥调度，使得各项生活物质资料能够得 到最好的利用，进而降低物资流转的人工成本，提高工作效益，进而实现经济的 回报。基于现代企业运转的系统化、信息化要求，催生了现代的物流管理理论。 传统的物流概念是指物质实体在空间和时间上的流动 ，我们长期以来称这种“流动”为“位移” 。通俗地说， “物流”就是指商品在运输、装卸和储存等方面的活动过程。相应地，实施物流管理的目 的就是要在尽可能最低的总成本条件下 2实现既定的客户水平，即寻求服务的优势和成 本的优势相统一的动态平衡，并以此创造企业在多重竞争中的战略优势 。为实现上述这个目标，物流管理要解决的最最基本的问题，简单明了，就 是要把合适的产品以合适的数量和合适的价格在合适的时间和合适的地点提供给客户。 而现代物流则是相对于传统物流而言的。它是在传统 物流的基础上，引入现代的高科技手段，通过计算机、互联网进 行信息联网，并对物流相关信息进行科学的管理，从而加快现代物流的速度，提 高物流准确率，减少库存积压量，从而降低成本，延伸并扩大了传统的物流功能 ，并赋予。物流现代意义。现代意义上的物流管理出现于上世纪末，使用较有效 的跨职能流程管理方法去审视和分析企业运转过程中出现的问题。人们发现物质 资料从原产地运送至加工地，原材料经由生产加工变成成品，再经过运输送至配 送地，直至最后将产品交付到用户的手中。纵观整个物品流转过程，经过每一个 环节，企业都在做提高效率的努力，但相对孤立的各个环节所做的高效率改进， 很可能并不能取得预期的高效优化。因为在各个环节所做的优化改进，已经将技术、管理升级到目前能达到的最佳状态，这也就意味了，在当前状况下一旦需求发 生了变化，则各个环节都有可能称为改进的瓶颈，从而导致完整流程的阻断。打 个比方，某企业的运输部门是一个独立运营的部门，如若该部门总是想方设法把 运输成本降低，从该部门考虑的确可以降低开销，提高盈利，但只为降低成本， 把本来需要进行加快运输的物品从空运转用海运，成本是降低了，但却因此损失了客户，进而导致企业整体利益的流失，后果往往得不偿失。传统的自上而下式的管理模式已经不再使用语现代的大规模、全球化生产，采用横向的物流管理方式则 可以多方位地协调统一生产流程上的不同的职能部署，已取得整体的利益最大化。 现代物流不仅仅单纯的考虑从生产者到消费者的货物配送问题，而且还考虑从供应商到生产者对原材料的采 购，以及生产者本身在产品制造过程中的运输、保管和信息等各个方面，全 面地、综合性地提高经济效益和生产效率的问题。因此， 现代物流将消费者的需求作为第一目标，为满足这一目标将生产、运输、营销等环节作为统一的整体因 素来考虑。这种观念上的转变有别于传统的物流观念，不仅仅是叫法的不同，其在深度、广度上都有较大地进步。 如今已然是电子商务的时代，全球化的物流产业也必 须要有符合时代特征的转变，现代物流服务的核心价值观就是在整个物流过程中综合降低各方面的成本，并提升服务质量，满足客户的各种要求 。现代物流具备有如下的特点：电子商务与物流的紧密结合；现代物流是物品流、 信息流、资金流和人才流的统一。 3现代物流应用标准分为如下两点：其一就是物品自动标识以及物品流通路径跟踪技术，自动标识与识别技术主要有黑白 条形码技术、射频识别技术和激光扫描技术，而条形码又包括有码制标准和条码 识别标准；另外一个就是全球电子数据交换识别标准，主要包括电子数据的交换 语法、报文的标准，国际上电子数据的交换语法标准由联合国 欧洲经济委员会第四工作组制定。 内外研究现状 流技术发展及现状 物流技术78(就是指在物流活动当中采用的自然科学与社会科学等相结合的多方面的理论、方法 ，以及在其中实施的设备、装置与工艺的总称。物流技术大致可以分为软件技术 与硬件技术两个方面。物流硬件技术就是指在组织物资流动过程中所涉及的各种 机械设备、运输工具、站场设施以及服务于物流的电子计算机（大中型、便携式） 、通信网络设备等多方面的技术；物流软件技术就是指组成高效率的物流系统而 使用的系统工程技术、价值工程技术、配送技术、管理技术等91011。 物流技术是与实现物流活动全过程紧密相关的，物流技术的高低直接关系到物流活动中各项功能的完善和有 效的实现。下面简略介绍下物流技术的重要组成部分：运输技术的发展使得 运输工具向着大型化、专业化、高速化和多样化的方向发展，对节能环保要 求更加地严格；而库存则是由单纯保管存储发展成为对物流的调节和缓冲，现代 化的仓存俨然已成为平衡物流运转、促进物流各环节的存储中心和集散中 心；装卸技术则是连接仓储保管与运输的桥梁环节，具有作业发生重复次数 多、劳动相对比较密集等特色，推行现代机械化减轻繁重纯体力劳动势在必 行；包装技术则是指使用包装设备并运用一定的包装方法，将包装材料附着于物流对象 ，使其更加低便于物流作业，起到更好地保护物流产品的功效，对 于包装技术关键点主要在包装设备、包装方法和包装材料等方面；集装箱化 是指采用各种不同的方法和器具，把经过包装或未经包装的 物流对象规则地集中于便于装卸的可作业单元，并且该作业单元在整个的物流过程中都能够保持固定 的形状，以集装单元的形式来进行物流过程的装运、转存、仓储等物流的活动就叫做集装箱化作业。物流信 息技术是物流现代化极为重要的领域之一，计算 机及网络技术的应用使得物流信息技术 4达到新的水平，本文所使用的技术方 法就是基于物流信息技术，并将之应用于现实中。 随着电子商 务和信息技术的发展完善 ,供应链得到完善和优化， 物流成为产业发展的主流趋势，随着产业链和供应链的 优化，需要把物流相关作业系统分隔独立出来，交给专业的运营公司，此举可以 最大限度降低物流和仓储成本，从而直接降低运营成本，提高市场的竞争力和响 应速度，从而在市场上占有主动权。物流业的发展很多是从国际货代做起，大部 分的进出口运输依赖于海运，有巨大的市场空间。物流从最初的汽车、火车托运 ，到现在的第三方物流集团，模式差距很远。最传统的通过手工就能处理，而随着规 模的扩大、业务量信息量的递增，需借助信息技术实行自动化的作业管 理，最后发展为高度智能化的自动立体仓库、自动分拣系统、自动实时跟踪系统等。 术研究现状 从概念上来说， 2131415（ 频识别）技术是一种可以通过无线式、非接触的方 式即可进行自动识别的技术。使用中通过发出和接收射频信号来判断识别目的标 签或对象，并可同时获取对应标签或目标的相关数据信息。通过不接触地无线射 频方式实现短、远距离的全自动双向通讯，并可达到识别与交换数据的目的。 术具有可识别高速运动中的物体，并可即时批量读取多个标签，使用起来简 单便捷，以及可在复杂多样环境下运行等特点。 无线电技术的理论研究与应用发展是 20 世纪科学技术发展最重要的成就之一。 1948 年哈里 利用反射功率的通讯 ”奠定了射频识别 理论基础。经过了数十载的发展，如今， 术理论日趋成熟，产品种类也越来越丰富。 术的发展可按 10 年期进行如下划分16： 第一阶段 20 世纪 40 年代， 随着雷达技术的改进与应用的推广， 从而促使 与 1948 年基本确立了 关技术的理论基础； 第二阶段于 20 世 50 年代，处于 术相对早期的发展探索阶段，理论及技术成果主要用于实验室的实验研究； 到了 20 世纪 60 年代，处于 展的第三阶段，在此 论得到长足发展，并开始将一些技术成果进行实践应用； 第四个阶段到了 20 世纪 70 年代，在这个阶段不仅是相关的理论，同时对应 5的产品研发均得到快速大力的发展，各种 新兴的技术得以测试验证，同时出现了较早期的 践应用； 进入 20 世纪 80 年代， 术及其产品开始真正进入到规模化商品生产与运作阶段，至此各种商业产品开始大量涌现； 20 世纪 90 年代至今日，随着 论技术发展越趋成熟， 品生产数量激增、种类繁多，制定规范 术产品标准提上日程， 品在各行各业得到大量的应用。 术理论得到了丰富和完善，单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、 无源电子标签的远距离识别、 适应高速移动物体的 已成为现实。 据 009年 00亿美元，美国是全球最大的 场，市场规模超过 15 亿美元。在美国市场中， 用主要集中在军事、物流、护照、门禁安防以及公路不停车收费等领域。 欧洲的应用主要以德国、英国、法国、荷 兰等发达国家为主，并广泛应用于物流领域。而在日本，经济产业省则选择了七大产业做 应用试验，包括消费电子、书籍、服装、音乐 筑机械、制药和物流等领域。 国内据中国 物联网发展报告称，中国物联网产业链初步形成，物联网应用逐步推进。统计显示， 2009 年，中国射频设别技术（ 场规模已经达到 元人民币，同比增长 在全球居第三位，仅次于英国、美国。中国的 术主要应用在门禁系统、交通支付、身份证识别等领域，大多数应用集中在 高频段， 主要是因为高频技术成熟且标准在世界范围内得到统一。从应用结构来看，中国阅读器市场 仍以电子支付领域为主，该领域阅读器销量达到了 台，占据 市场份额，该市场的需求主要来自于交通、校园、消费等领域，随着各企事业单位以 及住宅小区对出入管理的加强，应用于出入控制领域的阅读器市场继续稳步增长。 射频卡常用芯片种类很多，世界著名厂商如瑞士的 司（ 4002为代表只读型 125频芯片） 、美国的 司（ 5560 为代表可读写型 125频芯片） 、 荷兰的 司 （ 代表 频芯片） 。域应用最为广泛的一个标准就是 准， 它将 统分成四个层次，包括物理层、中间层、网络层和应 用层。在明晰的系统层次上， 准还统一了数据的报文格式，并规范了输出传输流程。这样， 统的部署就会变的严谨有序。 如下表所示为芯片参数比较： 6表 1射频卡技术参数比较图 表 射频卡技术参数 较图型号 002 551 写特性 只读 可读写型 可读写型 控电压 =储容量 642648192列号 32一 32一 32一 操作时间 =5153100卡次数 读无限次 =10 万次 =10 万次 数据保存 =10 年 =10 年 =10 年 使用温度 2050 摄氏度 2070 摄氏度 2050 摄氏度 题研究意义及需解决的问题 当前全球电子商务、物流市场由于信息传递不够 及时，信息采集、交互、接收等交替环节错误造成直接经济损 失高达数千亿元，并导致公众对物流企业的评价、印象直线下降。产生这些 负面影响原因主要有，尽管信息管理系统已经普及，大量使用计算机作为物 流管理结点、核心，但大部分信息的输入仍依赖与工人的手工操作，这就势必 为工作效率低下、错误率高埋下伏笔；再而传统信息处理方式不利于流通中 的信息共享，导致实用信息无法得到准确判断。 针对现代物流管理对技术层面的要求以及信息化发展 的趋势，因而本课题结合互联网、物联网、电子商务等网络硬件技术，采用当前较为成熟的 间件、据库等，构建跨平台、跨地域的分布式现代物流管理系统。充分利用现有软、硬件资源，使用 签、读卡器） ，中间件与应用服 7务器相联，客户端使用页面浏览器模 式与应用服务器交互进，并实用稳定数据库实现数据存储与实时更新、交互。 基于 物流管理系统中，从最初的终端信息采集到远端浏览器访问，就是一个信息流的走向，这其中围绕着一个 重中之重的问题就是信息的安全传递和接收。注意以下几方面问题，保证系统的可行性： （ 1）数据， 术应用日趋广泛，处理企业分布在多个地点的大量读卡器的输入、输出信息，数据量很庞大，面对的挑战非常严峻； （ 2）安全性，同时企业级应用中，保证商业信息不泄露、不被篡改等安全问题成为当务之急，如何实现保证安全的前提下完善系统； （ 3）集成面临的问题，要实现 全部价值有必要进行企业应用集成，一个问题解决了可能还会出现其他一些问 题，如可用性、接口、性能等问题，将应用集成一下，可有效解决类似问题的出现； （ 4）协同问题，标签当中的信息可能并不完善，之写入产品编码、类别等信息，其他的则需要通过 找，能否实现互联网和物联网范围内信息的真正共享与交互。 基于 流管理系统的技术选择、设计过程中，技术因素方面主要考虑了一下几个方面： （ 1）安全性； （ 2）低耦合性； （ 3）开发效率； （ 4）低维护成本； （ 5）高运行效率 文的主要工作及章节安排 （ 1）研究了现代物流技术及 术在国内外的研究现状及发展情况； （ 2）对系统设计中用到的相关关键技术进行研究对比； （ 3）提出可行的基于 现代物流管理系统应用结构。进行基于 具体章节安排如下： 第一章 主要对课题背景进行简述，分析国内外相关物流技术和 术的研究现状及发展。 8第二章 主要进行本系统相关关键技术的 研究与应用，主要包括 术、中间件技术、第三章 针对系统中用到的主要 功能进行分块设计详述， 对物流管理系统中的 高系统安全性的 第四章 通过具体的一些设计代码来对物流管理系统设计中各环节进行分析，实现物流管理系统中 统的设计、统的具体设计、服务接口设计、对象名解析服务设计等。 第五章 论文总结。 9第二章 相关理论技术 本课题所研究的基于 现代物流管理系统，将 现代物流管理系统结合起来，将此解决方案应用于物流领域还需要进行大量的观测与试验。 其中包含有电磁学、半导体技术、无线通信、制造工艺、数据存储与保护以及密 码安全等多个领域、多门学科。另外，该系统的完整设计与实施部署，不单单需要 术，要将 件设备连接到物流系统还需要借助于 间件，起到桥梁沟通作用。企业与用户，以及物流公司等通过互联网直接参与物流操作、查询等过程，需要通过 术构建跨地域、分布式的管理系统。在物流管理系 统中，数据的安全性、保密性，显得尤为的重要，因而，采用何种数据安全措施，将直接关系到系统的安全性与可行性。 将 用于物流领域，实现物与物的互联，并能将物品信息实时地反馈给用户，下面着重介绍下本系统中为解决上述问题，所用到的技术与理论。 术简介 写，即无限射频识别，也称为电子标签等，它是一种通信技术，可通过无线电 信号识别特定目标并读写相关的数据，且不需要识别系统与特定目标直接按建立机械或光学接触。 要由下面几个部分组成17： 标签（ ：由耦合元件及芯片组成，每个标 签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象； 阅读器（ :读取（或写入）标签信息的设备，一般阅读器中均包含有高频模块（负责发送和接收信号） 、控制部件和阅读器天线； 天线（ :在标签和阅读器之间传递射频信号。 频识别是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，识别工作无需人 工干预，并可工作于各种恶劣的环境，同时 术可识别高速运动的物体并可同时识别多个标签，操作起来快捷方 10便。 术的工作原理 术的基本工作原理18：当标签进入到阅读器磁场范围内，阅读器向标签发出一组固定频率的电磁波，标签接收 到从阅读器发送来的电磁波后，标签内部的 振电路在电磁波的作用下，产生共振使标签内的电容内产生电荷，当电容内的电荷积累到 2V 时，此电容即可作为电源为其他的电路提供电源电压，同时凭借这股感应电流将标签内已存储的信息 发送出去（此处的标签为被动或无源标签） ；或者有标签主动发出一固定频率的 信号（此处的标签为有源或主动标签） ，阅读器接收到标签信息后即进行相关信息 解码并将处理后的信息送至后台系统再进行更进一步的数据分析与处理。典型的 作原理如图 2示。 读写区域 图2统工作原理图 读器 天线 主 机 企业应用 完整的 统，由阅读器（ 电子标签（ 及相关的应用软件系统组成，工作原理就如上所述，阅 读器再将读取到的信息转送给应用程序进行有关的数据处理。 读器与电子标签之间的通讯以及能量感应方式大体上可以分成： 感应耦合 （ 及后向散射耦合 （ 种。一般低频的 部分采用前一种耦合方式，而高频的 较多采用后一种耦合方式，在此只需了解。 读器根据使用方式和功能的不 同分为读装置或者读 /写装置，它是统中的中央处理和控制中心， 读器通常由耦合部分、控制部分、收发部分以及单元接口部分组成。阅读器 与标签之间的通讯主要是采用半双工的通信方式，与此同时，无源标签的能量的 获得主要是通过内置的耦合元件从阅读 11器处获得能量，耦合元件主要有多匝线圈、天线等。如图 2示，为 签内部图解。 图 22签图解 数字控制单元 天线 防冲撞 身份验证 控制和算术逻辑单元 口 加密单元 口 签的分类 由上述介绍可知， 签本身具有存储功能，可将产品信息、开发信息数据等直接存储在标签中，不同种类的标签 具有不同的性能与存储能力，这样就为不同的应用选择适当的标签提供了可能。 无线射频识别技术可根据其频率的不同分成低频和高频两类；而根据实现读取电 子标签的技术方式的不同又可分为广播发射式、倍频式以及反射调频式；根据电子标签内部是否装有电池为其提供电源，可将标签分成有源系统、无源系统和半无 源系统；从电子标签内所保存信息的注入方式又可以分为集成电路固化式、现场有线改写式、现场无线改写式等。表 2 子标签分类详细表19。 目前应用上区别较明显的如：有源标签与无源标签，有源标签自身带有电池，可具有较远的阅读距离，这就为需要远距 离读写提供可能，但不足之处就是电池寿命有限，随着电力消耗逐渐影响工作， 且体积较大；相对而言，无源标签体积较小，寿命更长，且成本也较低，距离不 及有源标签，可适用于需要大量部署标签且距离不是太远的环境中。再就是电子标签所工作的频率也是其很重要的特点，工作频率的不同直接决定了无线射频识别 的工作原理（采用电感耦合或者采用电磁耦合） ，也决定了阅读器对标签的有效阅读距离，同时还决定了阅读器与电子标签实施部署的难易程度和消耗成本等问题 ，实践证明采用不同频段、频率的电子 12标签具有截然不同的特点，无线射频识别 所工作的频段或频段点在国际上都有公认的明确划分。 表 21签分类 签分类 分类方式 种类 说明 供电方式 无源卡 卡内无电池，利用波束供电技术将接收到的高频能量转化为卡内电路供电，作用距离短，寿命长，对工作环境要求不高。 有源卡 卡内有电池提供电源，作用距离较远，寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作。 载波频率和作用距离的区别 低频射频卡 （ 主要有 125 种，常用于短距离、低成本的应用中。 高频射频卡 （ 于门禁监控和需要传送大量数据的应用系统。 超高频射频卡 （ 主要为 433915应用于需要较长读写距离和高读写速度的场合。 调制方式 主动式 主动式射频卡用自身的射频能量发送数据给阅读器。 被动式 被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用阅读器的载波；来调制自己的信号。 作用距离 密耦合卡 作用距离小于 1耦合卡 作用距离小于 15耦合卡 作用距离约 1m远距离卡 作用距离从 1m 到 10m，甚至更远 芯片 只读卡 只读，唯一且无法修改的标识，价格低 读写卡 可擦写，可反复使用，价格较高 芯片内部包含微处理器单元（ 、存储单元、输入 /输出接口单元，价格较高 签存储结构 使用现有 签，不需要我们进行标签结构与电气特性的设计，只需根据当前应用的要求来挑选适