１、系统总体设计
超高频ＲＦＩＤ具有远距离批量自动读写功能，能够对货物信息及车辆信息进行实时采集，是现代化物流管理中的重要技术手段．在运输环节中，将ＲＦＩＤ的标签贴在运输的货物和车辆上，并且在运输路线上的一些检查点安装ＲＦＩＤ技术的接收装置．当ＲＦＩＤ技术的标签发出信息后，接收装置即阅读器将商品当前情况等信息作存储处理后，发送至运输调度中心，送入数据库．在车辆的行驶路线中安装ＲＦＩＤ阅读器，当车辆驶入阅读器发射的电磁波范围内时，车辆及货物的电子标签被电磁波激活，电子标签将车辆及货物的基本信息发送给阅读器，阅读器将获得的信息经过处理后发送给应用中心，货主通过查询物流信息网络即可获得货物的在途基本信息（如是否损坏、到达地点等）．当货物已经到达目的地并经过验收后，该系统能自动返回货物的已收到信息，并将其ＲＦＩＤ信息销毁；同时将历史数据存入数据库，供查询．系统的总体结构如图１所示．图１系统总体结构图
２、硬件系统
ＲＦＩＤ防碰撞算法的设计是研究的重要内容，它直接关系到ＲＦＩＤ设备在批量读取过程中的效率和准确性；其次，ＲＦＩＤ设备与主机之间的通信协议的选择和指令格式的设计是研究的重要内容，它决定了ＲＦＩＤ设备在不同应用平台上配置和使用过程中的稳定性、兼容性、扩展性以及二次开发的效率；最后，ＲＦＩＤ卡格式的设计是ＲＦＩＤ系统的关键问题，一方面，ＲＦＩＤ卡是货物和车辆进行身份识别的唯一标记，卡的编码必须具有唯一性，且容易生成，另一方面，为了方便和上下游的企业进行信息交换，构成物流链，卡的编码必须符合一定的国际标准或国家标准；另外，ＲＦＩＤ设备在设计的过程中还要注重低功耗、低成本、微型化等符合实际应用的工业特性和标准．系统采用ＩＳＯ１８０００－６Ｂ／６Ｃ标准，设计ＲＦＩＤ卡的数据存储格式，以实现对批量货物信息、车辆信息的有效识别；在ＧＰＲＳ模块中，使用ＳＭＳ，ＥＭＳ和ＭＭＳ协议，以实现识别后货物数据信息的分组、封装、加密以及无线传输，完成货物定位信息的发送和查询管理；按照串行通信标准，设计出单片机、ＲＦＩＤ模块、ＧＰＲＳ模块间的数据传输协议，实现系统各模块之间的实时数据传送、数据格式转换、异常数据处理等功能．
２．１ＲＦＩＤ读写器指令格式
在ＲＦＩＤ系统中，需要ＰＣ机通过应用软件向读写器和电子标签发出各种命令，包括读写器的设备控制、通信参数设置、功率设定，电子标签的存储区选择，读写控制等，指令格式和指令的设计直接关系到ＲＦＩＤ设备在实际使用中的稳定性与应用程序开发的快捷性．指令帧的格式如下．帧头：２字节长度，为５５ＡＣＨ，表示一个指令帧数据的开始．ＩＤ号：２字节长度，是设备出厂时设置的唯一编号，作为设备和上位机通讯时的身份识别号．指令长度：２字节长度，指令长度值包括“指令码”和“指令数据”２部分数据的字节长度值，该值不包括自身和ＣＲＣ１６校验的长度．指令码：１字节长度，表示上位机对读写器发送的不同类型操作指令．指令数据：Ｍ字节长度，不同指令其指令数据不同．ＣＲＣ１６：２字节长度，帧头和指令内容所有字节的循环冗余校验码．应答帧格式如下：帧尾（ＡＡ５３Ｈ）ＩＤ号应答长度指令码应答数据ＣＲＣ１６２字节２字节２字节１字节Ｍ字节２字节读写器的指令包括参数设置指令集、运行指令集、保留指令集、内部指令集、特殊指令码、心跳包指令码６部分，指令采用二进制流形式，具有控制灵活、速度快、不受平台和开发语言的限制的优点．
２．２防碰撞算法当１个阅读器的识别有效范围内有多个电子标签的时候，多个标签会同时响应阅读器的命令回复信息，由于它们工作在同一频率下，会造成信道竞争，读写器将不能收到正确的标签信息，产生冲突，这种情况必须采用防碰撞算法来解决．目前常采用ＡＬＯＨＡ算法防碰撞，它是随机接入算法，容易实现，实际应用方便，但在标签数量多的情况下发生冲突的几率会增大．利用动态帧时隙ＡＯＬＨＡ算法可以克服ＡＯＬＨＡ算法帧长固定的缺点，其基本原理是：阅读器首先估算未识别的标签数量，设定初始帧长，在１个识别周期完毕之后，根据传输成功的时隙数、发生碰撞的时隙数、空的时隙数再次估算未识别的标签数量，调整帧长，直到所有的标签识别完毕．在动态帧时隙ＡＯＬＨＡ算法中，对标签数量的估计是一个很重要的步骤，常用的方法有最小值估计算法、泊松估计算法、碰撞概率估计算法、切比雪夫不等式估计算法等．在本系统，ＲＦＩＤ设备采用了泊松估计算法对标签数量进行估计，并在此基础上采用动态帧时隙ＡＯＬＨＡ算法防碰撞，这使得算法的复杂度得到了很好的控制，有较好的效果．设定等待识别的标签数为ｎ，阅读器发出的帧长为Ｌ，则选择同一个时隙中的标签数Ｒ是一个服从总数为ｎ，概率为１／Ｒ的二项分布．空时隙的概率Ｐｅ＝Ｐ（Ｒ＝０）＝Ｃｎ０×１()Ｌ０×１－１()Ｌｎ＝１－１()Ｌｎ成功时隙的概率Ｐｓ＝Ｐ（Ｒ＝１）＝Ｃｎ１×１()Ｌ１×１－１()Ｌｎ－１＝ｎＬ×１－１()Ｌｎ－１碰撞时隙的概率Ｐｃ＝Ｐ（Ｒ＞１）＝１－１－１()Ｌｎ－ｎＬ×１－１()Ｌｎ－１发生碰撞的标签数目为ｘ的概率Ｐ（Ｘ）＝Ｃｎｘ１()Ｌｘ１－１()Ｌｎ－ｘ１－Ｐｅ－Ｐｓ发生碰撞的平均标签数目Ｅ（Ｘ）＝∑ｎｘ＝２Ｃｎｘ１()Ｌｘ１－１()Ｌｎ－ｘ１－Ｐｅ－Ｐｓ＝２．３９结果表明，１个识别周期完成后待识别的标签数ｎ＝２．３９×发生碰撞的时隙数．
３、软件系统系统
利用ＭＦＳ搭建分布式存储架构．系统客户端需要将ＭＦＳ的目录以网络盘的形式挂载到本地使用，在Ｌｉｎｕｘ系统下需要安装用户空间文件系统ＦＵＳＥ，本项目中客户端是Ｗｉｎｄｏｗｓ系统，在Ｗｉｎｄｏｗｓ系统上需要使用Ｄｏｋａｎ库．Ｄｏｋａｎ库包含１个用户模式库文件（ｄｏｋａｎ．ｄｌｌ）和１个内核模式文件系统驱动文件（ｄｏｋａｎ．ｓｙｓ）．Ｄｏｋａｎ文件系统驱动安装后，就可以调用系统ＡＰＩ函数完成存储数据文件向数据库服务器的映射，在Ｗｉｎｄｏｗｓ上创建文件系统而不需要编写设备驱动程序．通过云存储架构，可以很好地完成数据分块、备份及读、写功能，实现存储设备和数据库服务器的分离，以及完成云存储的部署．系统通过ＴＣＰ／ＩＰ协议和ＣＲＣ－３２数据校验技术将客户端的请求通过应用服务器送至数据库，并将结果返回给客户端，实现了物流管理中的货物管理、车辆调度等基本功能．
４、系统应用
本系统采用４台配有５块２Ｔ容量的ＳＡＳ硬盘的Ｌｉｎｕｘ服务器构成系统的ＭＦＳ分布式存储系统，通过磁盘映射向数据库服务器映射１个分区；在上海实甲公司ＳＲ－５１０１型开发板进行ＲＦＩＤ超高频读卡器二次开发，其他方面选用了ＸＣＡＦ－１２Ｌ天线、深圳华为ＧＴＭ９００ＧＰＲＳ模块和ＩＳＯ１８０００－６Ｃ电子标签．系统采用ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ数据库和．ＮＥＴ前段开发平台，实现了订单管理、货物识别、车辆调度等功能．在郑州某物流园区近１年的应用实践表明，该系统在增强物流在途管理、提高物流效率方面起到了很好的作用．
５、结语
本文设计了—个基于ＲＦＩＤ的物流在途管理信息系统．该系统将云存储技术、ＲＦＩＤ技术和ＧＰＲＳ技术引入到物流管理中，为中小物流公司搭建了一个提供公共租用服务的物流在途管理平台，使它们能够快速、低成本、安全可靠地拥有企业专属物流在途系统，方便、准确、快速地完成在途货物和车辆的管理，为用户提供在途物品的实时短信通知和短信查询服务，方便用户掌握物品的在途状态．系统能有效解决中小物流企业所面临的难题，且成本低，易操作。
作者：徐洁 付金华 王欢欢 单位：郑州轻工业学院 软件学院
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