การใช้ระบบ RFID ZigBee ในการขนส่งของบุคคลที่สาม

บทความนี้ใช้คลังสินค้าแบบเรียบของบริษัทโลจิสติกส์บุคคลที่สามที่กำลังเติบโตในเขตใหม่เทียนจินปินไห่ เป็นสภาพแวดล้อมการใช้งานเพื่อสร้างชุดโซลูชันคลังสินค้าอัจฉริยะตามแนวคิด Internet of Things และมีมูลค่าที่ปรับขนาดได้ ในระบบ RFID ของคลังสินค้าอัจฉริยะ แท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID แต่ละแท็กหรือหลายแท็กจำเป็นต้องมีเครื่องอ่าน/ตัวเขียนที่สอดคล้องกันสำหรับการตรวจจับข้อมูล และเครื่องอ่านบัตร RFID แต่ละกลุ่มยังจำเป็นต้องแลกเปลี่ยนข้อมูลกับเซิร์ฟเวอร์ด้วย อย่างไรก็ตาม ในการดำเนินงานคลังสินค้า พื้นผิวถนนสำหรับรถยกจะต้องเรียบเพื่อให้การทำงานราบรื่น และพื้นที่คลังสินค้าสูงและมีช่วงกว้าง ดังนั้นรูปแบบแบบมีสายจึงไม่สะดวก ต้องใช้เครือข่ายไร้สายเพื่อให้เกิดการโต้ตอบข้อมูลไร้สาย ดังนั้นเทคโนโลยี ZigBee ที่เติบโตมากขึ้นจึงถูกนำมาใช้ในเครือข่ายเครื่องอ่านการ์ด RFID แบบไร้สายเพื่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบไดนามิก

1 การสาธิตโซลูชันเครือข่ายเฉพาะกิจของ ZigBee

จากลักษณะการดำเนินงานของคลังสินค้าลอจิสติกส์บุคคลที่สามและข้อกำหนดระยะการส่งข้อมูลจริง หลังจากเปรียบเทียบวิธีการส่งสัญญาณไร้สายหลายวิธีในแนวนอนแล้ว โซลูชันเครือข่ายเฉพาะกิจไร้สายที่ใช้เทคโนโลยี ZigBee ก็ถูกเลือก เครือข่ายเฉพาะกิจ ZigBee เป็นแพลตฟอร์มเครือข่ายการส่งข้อมูลไร้สายที่มีความน่าเชื่อถือสูง ซึ่งใช้เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สาย IEEE802.1 5.4 และประกอบด้วยโมดูลการส่งข้อมูลไร้สายสูงสุด 65,535 โมดูล ภายในเครือข่ายทั้งหมด โมดูลการส่งข้อมูล ZigBee แต่ละตัวสามารถสื่อสารระหว่างกัน และระยะห่างระหว่างโหนดสามารถขยายได้อย่างไม่สิ้นสุดจากมาตรฐาน 75 ม. มีลักษณะการใช้งานง่าย การดำเนินงานที่เชื่อถือได้ และราคาต่ำ

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีเครือข่ายอื่นๆ เทคโนโลยี ZigBee ใช้วิธีการสื่อสารผ่านเครือข่ายเฉพาะกิจเป็นครั้งแรก แต่ละโหนด ZigBee สามารถทำงานได้อย่างอิสระ เมื่อเกิดปัญหาบนโหนด ข้อมูลสามารถส่งข้อมูลผ่านโหนดอื่นๆ และ RFID ใหม่สามารถส่งได้ทุกที่ทุกเวลา เมื่อเครื่องอ่านเข้าร่วมเครือข่ายแล้วจะไม่กระทบต่อการใช้งานทั้งเครือข่าย หากใช้เทคโนโลยี Wifi ความล้มเหลวของ AP จะทำให้เครื่องอ่าน RFID ทั้งหมดในพื้นที่ครอบคลุมไม่สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้ ประการที่สอง สแต็กโปรโตคอล ZigBee นั้นเรียบง่ายและใช้งานได้ค่อนข้างง่าย การรัน ZigBee ต้องใช้ระบบ ทรัพยากรประมาณ 28 Kb ในขณะที่สแต็กโปรโตคอล Bluetooth ค่อนข้างซับซ้อนและต้องการทรัพยากรระบบประมาณ 250 Kb นอกจากนี้ ZigBee ยังมีความยืดหยุ่นมากกว่า Bluetooth และเอื้อต่อการควบคุมต้นทุนของระบบมากกว่า

ในการดำเนินงานคลังสินค้า ตามกระบวนการดำเนินการ จำเป็นต้องมีโหนดการส่งข้อมูลจำนวนมาก และต้นทุนของอุปกรณ์สื่อสารจำนวนมากและต้นทุนการสื่อสารเมื่อทำงานบนเครือข่ายส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนของระบบ เทคโนโลยี ZigBee จะไม่สร้างอะไรเพิ่มนอกจากต้นทุนการลงทุนเริ่มแรก ค่าบริการรายวัน แม้ว่าอัตราการส่งข้อมูลของ ZigBee จะไม่เร็ว (ย่านความถี่ 2.4 GHz เพียง 250 Kb/s) เมื่อพิจารณาถึงลักษณะของการดำเนินการคลังสินค้า แท็กอิเล็กทรอนิกส์บนพาเลทสินค้าจะเขียนเฉพาะหมายเลข ID ของสินค้า และความยาวไบต์ โดยปกติจะอยู่ภายใน 32 B ดังนั้นจึงไม่ส่งผลกระทบต่ออัตราการส่งข้อมูลมากนักและเป็นไปตามสภาวะการทำงานปกติ นอกจากนี้ ZigBee ยังมีการใช้พลังงานต่ำ ภายใต้สภาพแวดล้อมการจ่ายไฟเดียวกัน เวลาทำงานต่อเนื่องของ Bluetooth และ WIFI จะสั้นกว่า ZigBee มาก

โปรโตคอลที่เกี่ยวข้องกับ RFID จะกำหนดอินเทอร์เฟซการสื่อสารเท่านั้น ในขณะที่ ZigBee มีโปรโตคอลเครือข่ายการสื่อสารที่ค่อนข้างสมบูรณ์ ZigBee สามารถเลือกย่านความถี่ 2.4 GHz ISM (ย่านความถี่ทั่วไปทั่วโลก) ในย่านความถี่การทำงาน ในขณะที่ RFID สามารถทำงานได้ใน 915 MHz หรือย่านความถี่อื่นๆ ทั้งสองอย่างไม่รบกวนกันในเรื่องความถี่ในการสื่อสาร เมื่อพิจารณาว่าคลังสินค้าเป็นสภาพแวดล้อมภายในอาคารและระยะห่างระหว่างโหนดค่อนข้างใกล้ โมดูล ZigBee จึงสามารถเจาะสิ่งกีดขวางที่มีความหนาระดับหนึ่งระหว่างการทำงานได้ ดังนั้นการลดทอนสัญญาณจึงน้อยมาก อุปกรณ์ในเครือข่ายสามารถสื่อสารแบบไร้สายโดยตรงหรือโดยอ้อมผ่านโปรโตคอลเครือข่ายที่จัดระเบียบตัวเอง ความน่าเชื่อถือและการใช้งานความถี่ของเครือข่ายนั้นสูงมาก และ ZigBee มีโหมดการตรวจสอบความปลอดภัยที่ค่อนข้างสมบูรณ์

โดยสรุป เหมาะสมที่สุดที่จะเลือกเทคโนโลยี ZigBee เป็นเครือข่ายการส่งข้อมูลสำหรับระบบ RFID ในคลังสินค้าอัจฉริยะด้านโลจิสติกส์ของบุคคลที่สาม

2 หลักการและโครงสร้างเครือข่าย

เครือข่าย ZigBee จะต้องประกอบด้วยผู้ประสานงานส่วนกลาง (ผู้ประสานงาน) และเราเตอร์ (เราเตอร์) เครือข่าย ZigBee แต่ละเครือข่ายต้องการและต้องการผู้ประสานงานกลางเพียงคนเดียวเพื่อสร้างเครือข่าย เมื่อโหนดเข้าร่วม มันจะจัดสรรที่อยู่ให้กับคโหนดที่ซ่อนอยู่; เราเตอร์มีหน้าที่ในการส่ง รับ และส่งต่อข้อมูล และค้นหาเส้นทางที่เหมาะสมที่สุด เมื่อโหนดเข้าร่วม โหนดจะถูกกำหนดที่อยู่เมื่อเข้าร่วม ดังนั้นเครือข่าย ZigBee อาจต้องใช้เราเตอร์หลายตัว เมื่อเครือข่ายประกอบด้วยผู้ประสานงานส่วนกลางและเราเตอร์ N เครือข่ายนั้นจะเป็นเครือข่าย MESH จริง และข้อมูลทั้งหมดที่ส่งโดยแต่ละโหนดจะถูกส่งไปยังโหนดเป้าหมายโดยอัตโนมัติ

การประยุกต์ใช้ระบบ RFID ที่ใช้ ZigBee ในคลังสินค้าอัจฉริยะด้านโลจิสติกส์ของบุคคลที่สาม

ระบบ RFID ที่ใช้เทคโนโลยีเครือข่ายการจัดการตนเองของ ZigBee ใช้โครงสร้างเครือข่าย MESH และประกอบด้วยโหนดควบคุมหลักและโหนดย่อยหลายโหนด (จำนวนโหนดย่อยขึ้นอยู่กับจำนวนเครื่องอ่าน RFID ในคลังสินค้า) ดังแสดงในรูป 1. โหนดควบคุมหลักประกอบด้วยเซิร์ฟเวอร์และผู้ประสานงานกลางผ่านพอร์ตอนุกรม โหนดย่อยประกอบด้วยเครื่องอ่านการ์ดและเราเตอร์ผ่านพอร์ตอนุกรม พอร์ตอนุกรมเลือกโหมดการสื่อสารสองทาง RS 232

หลังจากที่อุปกรณ์ ZigBee ทั้งหมดเริ่มทำงาน โหนดหลักจะเริ่มสร้างเครือข่าย ZigBee เพิ่มโหนดย่อยทั้งหมดให้กับเครือข่าย กำหนดที่อยู่เครือข่ายให้กับแต่ละโหนดย่อย และจัดเก็บข้อมูลไว้ในฐานข้อมูล หลังจากที่เครื่องอ่านการ์ดรวบรวมข้อมูลแท็กแล้ว เครื่องจะส่งข้อมูลไปยังเราเตอร์ที่เชื่อมต่ออยู่ก่อน จากนั้นเราเตอร์จะส่งข้อมูลแท็กพร้อมกับข้อมูลเครื่องอ่านการ์ดไปยังโหนดควบคุมหลักผ่านเครือข่าย ZigBee แบบมัลติฮอปเพื่อจัดเก็บข้อมูล โหนดควบคุมหลักจะส่งเครื่องอ่านไปยังเครื่องอ่านการ์ด คำสั่งการกำหนดค่าพารามิเตอร์จะถูกส่งไปยังผู้อ่านผ่านการสื่อสารกับเราเตอร์ จากนั้นอุปกรณ์โหนดตำแหน่งจะเข้าสู่โหมดประหยัดพลังงาน เมื่อโหนดควบคุมหลักออกคำสั่งไปยังโหนดลูก อุปกรณ์โหนดตำแหน่งสามารถปลุกได้ตลอดเวลาโดยการค้นหาเครือข่ายของที่อยู่โหนดลูก จากนั้นถ่ายทอดคำสั่งไปยังเราเตอร์ผ่านเครือข่ายมัลติฮอปตาม ไปยังที่อยู่เครือข่าย จากนั้นส่งต่อไปยังเครื่องอ่านการ์ดที่เกี่ยวข้องผ่านเราเตอร์ ในที่สุดเราเตอร์จะส่งการแจ้งเตือนการยืนยันการรับคำสั่งไปยังโหนดหลัก

3. เค้าโครงฮาร์ดแวร์เครือข่าย

ยกตัวอย่างคลังสินค้าโลจิสติกส์ของบริษัทอื่น โดยมีการติดตั้งเครื่องอ่านบัตรในพื้นที่เก็บสัมภาระแต่ละแห่งและที่ทางเข้าและทางออกของคลังสินค้า สินค้าเข้าและออกจากคลังสินค้าด้วยพาเลท ป้ายอิเล็กทรอนิกส์ติดอยู่กับพาเลท และฉลากจะจัดเก็บหมายเลข ID ของสินค้า อุปกรณ์ ZigBee ที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่อเครือข่ายนั้นใช้ชิป CC2530F256 ของบริษัท TI ซึ่งรันโปรโตคอล ZigBee2007/PRO และวงจรได้ถูกรวมเข้ากับโมดูล ZigBee แล้ว มีคุณสมบัติทั้งหมดของโปรโตคอล ZigBee ข้อดีของการใช้โมดูลคือผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องเข้าใจโปรโตคอล ZigBee ที่ซับซ้อน การประมวลผลโปรโตคอล ZigBee ทั้งหมดจะเสร็จสิ้นโดยอัตโนมัติภายในโมดูล ZigBee และโปรแกรมโหนดจะถูกเขียนลงในโมดูลในลักษณะที่ฝังตัว ผู้ใช้เพียงต้องการส่งข้อมูลผ่านพอร์ตอนุกรมเท่านั้น

ในจำนวนนั้น โมดูล ZigBee เครื่องอ่านการ์ด และเซิร์ฟเวอร์เป็นไปตามรูปแบบการสื่อสารสองทางอนุกรมแบบอะซิงโครนัส RS 232 เครื่องอ่านบัตร RFID ทั้งหมดและสัญญาณบ่งชี้จะเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านอุปกรณ์ฮับ และควบคุมโดยไมโครคอนโทรลเลอร์อย่างสม่ำเสมอ เครื่องอ่านการ์ด นอกจากนี้ยังเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านพอร์ตอนุกรม RS 232 แหล่งจ่ายไฟของโมดูล ZigBee, เครื่องอ่านการ์ด RFID และไมโครคอนโทรลเลอร์ทั้งหมดอยู่ระหว่าง 5 ถึง 12 V โดยใช้ระดับ TTL มาตรฐาน

เซิร์ฟเวอร์และโมดูลควบคุมหลัก ZigBee ได้รับการติดตั้งในห้องจัดส่งทั่วไปของคลังสินค้า และใช้สำหรับการส่งและรับคำแนะนำ และการจัดส่งตามปกติของการดำเนินการคลังสินค้า เครื่องอ่านการ์ดและอุปกรณ์ ZigBee ทั้งหมดได้รับการติดตั้งในสถานที่ตั้งคลังสินค้าจริงและทางเข้าและออกคลังสินค้าเพื่อให้กลายเป็นโหนดเครือข่ายเดียว โหนดทั้งหมดประกอบด้วยระบบ RFID ที่ใช้การส่งสัญญาณไร้สาย ZigBee ไฟแสดงสถานะพื้นที่เก็บสัมภาระที่ควบคุมโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ได้รับการติดตั้งไว้เหนือพื้นที่เก็บสัมภาระเพื่อเตือนพนักงานถึงการปฏิบัติงานคลังสินค้าตามปกติ อินเทอร์เฟซแบบภาพที่แปลงหลังจากการประมวลผลโดยฐานข้อมูลจะแสดงบนคอมพิวเตอร์โฮสต์ในห้องจัดส่งในด้านหนึ่ง และอีกด้านหนึ่งจะแสดงในคลังสินค้า มีหน้าจอขนาดใหญ่ให้พนักงานเรียกดูได้

การประยุกต์ใช้ระบบ RFID (ZigBee) ในการขนส่งของบุคคลที่สาม

เมื่อขั้นตอนการทำงานและเหตุฉุกเฉินอื่นๆ เกิดขึ้นระหว่างการดำเนินการคลังสินค้า เช่น การนับสินค้าคงคลัง การโอนสินค้าไปยังพื้นที่คลังสินค้า สินค้าวางผิดที่หรือฉลากที่เสียหาย ฯลฯ เครื่องอ่าน RFID จะปลุกเราเตอร์ ZigBee ให้ทันเวลาผ่านสัญญาณที่ตรวจจับได้แบบเรียลไทม์ และ แล้วส่งข้อมูลในรูปแบบทันเวลา โดยจะส่งมอบให้กับผู้ประสานงานกลางไปยังฐานข้อมูลส่วนหลังเพื่อการจัดการพื้นที่จัดเก็บข้อมูล กระบวนการเกือบทั้งหมดปลดปล่อยพนักงานจากวิธีการปฏิบัติงานแบบเดิมๆ โหมดการรวบรวมข้อมูลที่แม่นยำช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในการจัดการข้อมูลของระบบและป้องกันข้อผิดพลาดของมนุษย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

4 บทสรุป

หลังจากการทดสอบการทำงานจริง โมดูล ZigBee จะถูกแยกออกจากกันประมาณ 3 เมตรในสภาพแวดล้อมภายในอาคาร และสัญญาณก็ดี ภายใต้สภาวะการปฏิบัติงานของคลังสินค้าปกติ เวลาที่เซิร์ฟเวอร์ใช้ในการรับแพ็กเก็ตข้อมูลคือประมาณ 20 ถึง 40 มิลลิวินาที ซึ่งเป็นไปตามสภาพการทำงานปกติ

คลังสินค้าของบุคคลที่สามทั่วไปที่มีพื้นที่เก็บสินค้าประมาณ 500 ช่อง ต้องใช้โมดูล ZigBee ประมาณ 500 โมดูล ราคาต่อหน่วยของโมดูล ZigBee ในตลาดโดยทั่วไปอยู่ที่ 40 ถึง 60 หยวนหยวน ดังนั้น ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งระบบเครือข่ายการจัดการตนเองของ ZigBee ในคลังสินค้าจึงอยู่ระหว่าง 20,000 ถึง 30,000 หยวน สำหรับบริษัทคลังสินค้าขนาดใหญ่และขนาดกลาง มีความคุ้มค่า อย่างไรก็ตาม สำหรับบริษัทคลังสินค้าขนาดเล็กบางแห่งที่ให้ความสำคัญกับผลกำไร การปรับปรุงธุรกิจในทันทีก็ยังเป็นเรื่องยาก ดังนั้นหากไม่สามารถควบคุมต้นทุนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แผนจะไม่สามารถสรุปได้ ตามขนาดองค์กรที่แตกต่างกันและลักษณะคลังสินค้าที่แตกต่างกัน จำนวนโมดูล ZigBee สามารถลดลงได้อย่างเหมาะสมในระหว่างการนำโซลูชันไปใช้จริง ตัวอย่างเช่น เครื่องอ่านบัตร RFID ที่อยู่ติดกันหลายเครื่องสามารถแชร์โมดูล ZigBee ผ่านอุปกรณ์ฮับ ซึ่งช่วยลดต้นทุนได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่ตามมาคือปริมาณข้อมูลที่ส่งโดยแต่ละโมดูล ZigBee ในแต่ละครั้งนั้นมีจำกัดมาก หากไม่สามารถแก้ไขปัญหาวิธีการส่งข้อมูลตามลำดับและช่วงเวลาการส่งข้อมูลได้ดี ความเร็วในการตอบสนองและประสิทธิภาพการทำงานของระบบจะได้รับผลกระทบอย่างมาก อย่างไรก็ตามผมเชื่อว่าปัญหาเหล่านี้จะได้รับการแก้ไขในอนาคตอันใกล้นี้ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี ZigBee อย่างต่อเนื่อง