【母婴新闻】曾志宏：基于物联网技术的托盘与货物定位追踪系统

在我们的世界里，天上飞，海里游，地上跑，除了中国人能吃的，大部分都和我们的物流有关，那么货物，不管是飞，还是游，还是跑，什么时候在哪里，是什么状态，谁是主人？他们什么时候到达我们要求的地方？在过去，我们只能回答冬天，直到我们最近的新技术，新工具，如射频识别，全球定位系统，gprs，物联网等。他们可以帮助我们看到这些货物在哪里，甚至他们在做什么。今天，边肖老曾微信1638881963借用了法国亚眠大学大卫r. gnimpieba的一篇文章，与大家探讨了一项新技术——物联网，如何帮助我们在天空中和海上看到并控制这些野货。

一般来说，管理物流的工具主要依靠信息系统，如erp、wms、aps、tms等。云计算(cc)和物联网(iot)的出现，提供了更多的传输、存储、处理、共享等可能性。此外，为了提高供应链中的协作性和互操作性，有必要将与物流相关的每个事件自动通知给相关参与者。为了解决这些问题，我们提出了一种基于物联网、云计算、gps/gprs和rfid相关技术的协同平台架构，包括定位、识别、通信、跟踪和数据共享。

关键词:物联网；Rfid托盘；gprs可追溯性；互操作性；信息共享；协同供应链；货物跟踪

1导言

供应链中货物的识别、追溯和实时跟踪总是很困难，因为供应链中不同方使用的平台和技术是不同的。物联网和云计算的出现带来了收集、传输、存储和共享物流信息的新方法，从而实现供应链合作伙伴之间更好的合作和互操作。这里要解决的问题是加强供应链参与者之间的合作，使整个供应链中的货物管理，包括第四方物流运营商，更加便捷。包括良好的跟踪和可追溯性、数据共享和处理、访问和授权控制，以及所有相关参与者之间的交互管理。

现有平台未能解决一些关键问题:直接从商品中包含的传感器收集数据进行实时处理和通知；为所有利益攸关方制定共同政策和沟通协议；管理合作者的异构互联网技术基础设施和异构传统应用的多租户之间的互操作性；通过移动设备提供信息，远程处理数据并更新；管理供应链合作伙伴之间的多重互动。

为了弥补上述不足，我们提出设计一个协作云平台，以支持物流货物跟踪和追踪的数据共享、集成和处理需求。

这种架构的附加值主要体现在物联网的不同层次上，比如云中的传感器层、数据传输层、存储层，最后将采集到的数据设置给用户。因此，促进物流信息共享，实现供应链不同参与者之间的可追溯性、协作性和互操作性。这些要求是企业未来在物流领域和商业智能领域与供应链合作的主要挑战。此外，对于每个系统部分，我们提出了一个基于守护阶段里程碑(gsm)框架的数据和业务模型。

2.使用的技术和建模方法:概述

现有平台

我们已经在日常生活的许多领域(农业/畜牧业、货物运输/贸易、环境和健康)提出了各种协作平台。从架构上看，可以说这些平台主要是基于协同门户的模式。就集成而言，这些系统可以分为三类:点对点模型、通过web服务的集成(使用soap、uddi、http、wsdl等标准)、中间件(rpc、corba、dcom、mom)。这些体系结构的一个重要限制是，它们不包括用于从传感器获取信息的传感器网络(wsn)。此外，据我们所知，在这些体系结构中很少提到通知和实时事件的概念处理。增加未来协作系统所需的集成问题，例如共享资源管理的通用策略、各种系统特有的协议和格式的多样性，以及从任何设备(pc、pda等)的可访问性。)和任何平台(windows、ios、android等。(

物联网

物联网是计算机技术和通信技术的发展，旨在通过互联网连接物体。对象指的是我们周围的一切，不管我们能不能交流。由这些对象的互连产生的信息和事件流被捕获，以促进它们的跟踪、管理、控制和协调。物流对象和流程是一个具体的应用实例。

rfid

Rfid由一对读卡器/标签组成。阅读器发送无线电波，标签依次发送识别帧。芯片启动后，标签将根据ttf(标签先说话)或itf(询问器先说话)相互通信。在ttf模式下，标签将芯片中包含的第一个信息发送给询问器。在itf模式下，询问器向标签发送一个请求，并在以后满足它。标签有三种类型，被动标签、主动标签和半主动标签。前者的能量由阅读器产生的磁场提供。有源标签由电池供电，无需阅读器请求即可发送数据。半主动标签使用混合机制:自供电，根据标签阅读器的要求激活，允许比主动标签更低的功耗。rfid芯片的读取距离从几厘米到几米(10米)不等，远程通信技术可以使用200米以上。

协同供应链中的数据和信息共享

传统的供应链和业务管理系统有许多缺陷，因为供应商在客户订单和市场需求方面没有全球可见性。需求驱动供应网络(ddsn)是一种支持企业间协作和互操作性的it方法。Ddsn建议在公司间供应链中共享数据。通过采用这种方法，供应商可以通过共享更多的数据来重组和合作，而不是单独响应孤立的客户订单，从而更好地满足所有的市场需求。Ddsn采用拉动式技术，即供应链由客户需求通过反应、预测、协作和安排来驱动。比如根据具体场景，库存水平在8%左右，可能高达30%，可靠的信息共享可以降低oos率，提高需求链管理。

Gsm框架

这两种方法在业务流程模型中共存，即以流程为中心的方法和以事件为中心的方法。在以流程为中心的方法中，业务流程由流程生命周期中执行的各种流程或任务来表示。最有前途的方法是将业务实体生命周期与捕获的实体相关数据信息模型相结合。

3.系统描述:组件和技术

图1显示了解决方案的全局架构。本节介绍了平台的主要组件和相关技术。事实上，我们将专注于主要任务，如射频识别识别、地理定位、跟踪和追踪、通信、传输和数据共享、收集物流对象和通过地理定位集装箱卡车。

3.1: rfid用于识别和跟踪

Epcis(电子产品代码信息系统)代表电子产品代码信息系统。标准的贸易伙伴可以共享整个供应链中产品的物理移动和状态信息(什么、在哪里、何时以及为什么)。如下图2所示，我们假设货盘配备了包含产品信息(如电子产品代码(epc代码))、重量、货盘内容、产品危险、不兼容产品等的rfid芯片。当托盘准备装载时，射频识别阅读器使用gprs/gsm或sigfox网络等传输系统读取信息并将其发送到云平台

该识别过程在上面图3的gsm模型中描述。该模型的主要阶段称为rfid标签读取和传输，由两个组合事件或防护(托盘准备装载和运输车辆到达)激活。当该阶段被激活时，内部系统的标签信息的读取将被自动激活，并且读取货盘的rfid标签信息和通过gprs发送货盘信息的任务将被执行。在内部阶段，平台验证和确认负责两个任务，验证读取的信息和将结果通知相关用户。收集后，信息必须出于不同的目的存储在某个地方。以下部分展示了我们如何存储和处理收集的数据。

3.2。数据存储和云平台的实时事件处理

我们为云平台提出的架构是事件驱动架构(eda)，它通过事件管理和处理扩展了面向服务的架构soa 12。该平台由五个模块组成，如图4所示。数据/事件处理器负责处理来自异构终端设备(rfid阅读器、用户平板或PCs)的事件和消息，并用于存储rfid标签发送的或与用户相关的信息的云存储数据库。事件处理和通知代理允许处理所有接收到的消息，并通过生成新消息向相关用户发送通知，并且使用指南服务来存储要通知的平台外的消费者。最后，安全组件有助于加密消息和管理对共享信息的访问。

3.2.1。数据/事件的处理

数据/事件处理程序由两部分组成(图5)，请求处理程序和数据处理。请求处理器处理事件(rfid阅读器或用户请求)，并将消息传输到负责处理的数据处理单元。该单元的主要任务是:1)确定请求类型；2)提取数据；3)验证数据格式和一致性；4)在共享数据库中记录数据。之后，会自动调用通知服务来通知目标用户。

3.2.2。云存储数据库

云存储在这里用于存储和利用物联网数据的可扩展性和可用性，这些数据在任何情况下都可以在任何地方访问。如前所述，传统平台的数据分布在分布式数据库中，可以从多个合作伙伴处获得。收集的数据量、安全性(访问控制、认证和授权)和协议异构性是这种新方法面临的最重要的挑战。为了执行任务，平台必须存储关于业务实体、相关业务事件和用户的信息。我们提出了一个关系数据库模型来存储上述所有项目的信息。谷歌云sql平台使我们能够使用关系数据库模式。谷歌将处理复制、路径管理，并确保性能和可用性。我们知道这不是解决高容量问题的正确方法。因此，我们计划用nosql数据库扩展这项工作。我们的数据模型由一个业务实体表组成，该表将业务实体的epc代码作为唯一的标识符(图6)。该表还存储实体(托盘、包装箱等)的gps坐标。)和环境信息，如温度、压力和湿度。实体可以是许多其他业务实体的组合(例如，集装箱由托盘组成，托盘由物品组成)。默认情况下，业务实体归在平台中创建实体的业务用户所有。对于用户，我们存储识别密钥(buid)、登录名和密码，使他们能够访问平台。

3.2.3。网络服务注册和挖掘指南

Uddi注册中心代表通用描述发现和集成，这是一个专门用于web服务挖掘的基于xml的服务目录。Uddi可以在网络上找到所需的web服务。我们使用uddi注册中心，因为我们的架构是面向服务的(soa)，所以我们希望一起通信的web服务将在目录中注册，以便于发现。平台的这个组件为web服务提供记录功能。目录指定web服务和其他遗留应用程序或业务流程应该如何注册，以便在业务实体上下文发生变化时(位置、温度，...)。因此，我们使用发布/订阅模式，该模式允许玩家订阅通知web服务，并在业务实体的上下文发生变化时自动接收警报。发布/订阅模式不同于其他消息交换模式，因为只有一个订阅允许订阅者接收一个或多个事件通知，而无需向服务提供商发送请求。发布/订阅模式适用于处理多事件生产者和消费者，以及具有不同来源的事件。这种模式可以用于业务流程管理系统，客户可以通过订阅供应商服务和发布订单或输入来请求服务，供应商服务将向客户发送通知事件。

3.2.4。事件处理和通知

当处理事件时(读取rfid标签，对托盘进行评论，更新gps坐标，改变温度...)，该模块将告知相关用户和利益相关方。从云中访问的这些报告可以通过任何设备(平板电脑、手机、笔记本电脑)访问货物信息。因此，供应链中合作和监控货物的参与者可以实时做出重要决策，尤其是在出现问题(集装箱堵塞、托盘不符合行业规定等)时。)。

图8的gsm图描述了通知情况下的操作。数据在到达云平台之前通过网络。下一节解释了这种传输的工作原理。

3.3。通信和数据传输

通信网络在这里用于数据传输要求。在下文中，我们将重点介绍使用gprs和sigfox网络这两种通信技术的信息传输。介绍了这些技术的比较。

3.3.1、使用gprs网络传输

如图9所示，我们通过gprs网络观察到带有gprs通信模块的arduino板(gprs屏蔽层)与云平台之间的双向通信。从射频识别卡读取的信息被传输到arduino板。消息通过gsm/gprs网络发送到平台。由于采集处理模块使用的电池电量和存储空较小(arduino mega:256 ko flash memory)，需要对要传输的信息进行合理编码。图10中的图表显示了我们建议的帧格式。该框架由三部分组成:第一部分提供有关epc数据的信息。系列货运集装箱编码epc方案(sscc)用于唯一标识物流中的托盘或集装箱(如urn:EPC:id:sscc:0625893.65894258996对于这一部分，我们必须遵守自2014年11月起的标准epc标签数据标准1.9版。框架的第二部分用于发送有关托盘环境的信息，如温度、压力、湿度等。

3.3.2。使用sigfox蜂窝网络进行传输

另一种数据传输方式是使用sigfox蜂窝网络。在图11中，我们介绍了一个基于sigfox的架构。电信设计与开发板(td)是唯一可以直接与sigfox网络和td云平台(传感器网络服务)通信的设备。因此，目前没有办法提供另一张卡(arduino、galileo、raspberrypy等)。)直接连接sigfox网络。此外，命令时的注意命令可以发送到电信设计卡(td1208、td1202、td1204和td1207)。但是，请注意，snootlab akeru已经开发了一个包含arduino上sigfox模块的卡。数据由rfid阅读器读取并传输到arduino板，然后通过td12xxxx sigfox网络转发。平台sigfox有一个回调服务来自动恢复平台上记录的数据(图11)。

3 . 3 . 3 sigfox和gprs的比较

表1显示，使用gprs的最大优势是它提供了发送尽可能多的消息的可能性，消息大小几乎比sigfox大。相比sigfox，gprs订阅的年成本非常高。根据这个对比研究，我们评论说sigfox是防止多个对象连接上百个以上对象的最佳解决方案。sigfox向客户提供的云平台增强了这一优势。

3.3.4使用全球定位系统跟踪和定位集装箱

跟踪货物(gps坐标)、货物、托盘和集装箱的位置非常重要，尤其是当它们丢失或被盗时。全球导航卫星系统(gnss)允许实时跟踪货物，并能保证运输物流运营商的服务质量(qos)。因此，结合全球定位系统传感器，车主和他们的合作伙伴可以被告知从装载到交付给最终客户的良好位置。为此，我们使用经纬度坐标(ddd.dddd)的签名格式。按照这种格式，纬度范围从-90到90，经度范围从-180到180。

4.摘要

本文的目的是讨论使用与全球导航卫星系统(gprs/gps)相关的物联网和云计算技术进行实时地理定位和货物跟踪。首先，我们介绍了所采用的体系结构，并说明了平台的工作原理。通过物联网和云计算技术的引入，强调信息共享，实现物流互动和协作。此外，基于工件中心的方法用于表示每个系统组件的行为，并模拟其与其他组件的交互。下一步是实施和测量这种架构在优化、协调和服务质量(qos)方面对流量管理的实际影响。