3자 물류에 RFID ZigBee 시스템 적용

이 기사에서는 천진 빈하이 신지구에서 성장하고 있는 제3자 물류 회사의 평면 창고를 애플리케이션 환경으로 사용하여 사물 인터넷 개념을 기반으로 확장 가능한 가치를 갖춘 지능형 창고 솔루션 세트를 구축했습니다. 스마트 웨어하우스의 RFID 시스템에서는 각각 또는 여러 개의 RFID 전자 태그에 정보 감지를 위한 해당 리더/라이터가 있어야 하며 각 RFID 카드 리더 그룹도 서버와 데이터를 교환해야 합니다. 그러나 창고 작업에 있어서 차량을 들어올리는 노면이 매끄러워야 원활한 작업이 가능하며, 창고 공간이 크고 스팬이 넓어 유선 배치가 불편하다. 무선 데이터 상호작용을 위해서는 무선 네트워크를 사용해야 합니다. 따라서 점차 성숙해지는 ZigBee 기술은 RFID 카드 리더기를 무선으로 네트워크화하여 동적 데이터 교환을 달성하는 데 사용됩니다.

1 ZigBee Ad Hoc 네트워크 솔루션 시연

제3자 물류 창고의 운영 특성과 실제 전송 거리 요구 사항을 바탕으로 여러 무선 전송 방법을 수평적으로 비교한 후 ZigBee 기술을 기반으로 한 무선 Ad Hoc 네트워크 솔루션을 선택했습니다. ZigBee Ad Hoc 네트워크는 IEEE802.1 5.4 무선 통신 기술을 기반으로 하며 최대 65,535개의 무선 데이터 전송 모듈로 구성된 신뢰성이 높은 무선 데이터 전송 네트워크 플랫폼입니다. 전체 네트워크 내에서 각 ZigBee 데이터 전송 모듈은 서로 통신이 가능하며, 노드 간 거리는 표준 75m에서 무한히 확장될 수 있다. 사용하기 쉽고 안정적인 작동과 저렴한 가격이 특징입니다.

다른 네트워킹 방식과 비교하여 ZigBee 기술은 먼저 임시 네트워크 통신 방식을 채택합니다. 각 ZigBee 노드는 독립적으로 작동할 수 있습니다. 한 노드에 문제가 발생하면 다른 노드를 통해 데이터를 전송할 수 있고, 언제 어디서나 새로운 RFID를 전송할 수 있다. 리더가 네트워크에 연결되어도 전체 네트워크 사용에는 영향을 미치지 않습니다. Wi-Fi 기술을 사용하는 경우 AP에 장애가 발생하면 해당 지역의 모든 RFID 리더가 데이터를 교환할 수 없게 됩니다. 둘째, ZigBee 프로토콜 스택은 간단하고 비교적 구현하기 쉽습니다. ZigBee를 실행하려면 시스템이 필요합니다. 리소스는 약 28Kb인 반면, Bluetooth 프로토콜 스택은 비교적 복잡하고 약 250Kb의 시스템 리소스가 필요합니다. 또한 ZigBee는 Bluetooth보다 유연하며 시스템 비용을 제어하는 데 더 도움이 됩니다.

창고 운영에서는 운영 프로세스에 따라 많은 수의 데이터 전송 노드가 필요하며 엄청난 수의 통신 장비 비용과 네트워크에서 실행할 때의 통신 비용이 시스템 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. ZigBee 기술은 초기 투자 비용 외에는 더 이상 창출되지 않습니다. 일일 사용 요금. ZigBee의 전송 속도는 빠르지 않지만(2.4GHz 주파수 대역은 250Kb/s에 불과) 창고 작업 특성을 고려하여 화물 팔레트의 전자 태그에는 화물의 ID 번호와 바이트 길이만 기록됩니다. 일반적으로 32B 이내이므로 전송 속도에 큰 영향을 미치지 않으며 정상적인 작업 조건을 충족합니다. 또한 ZigBee는 전력 소모가 적습니다. 동일한 전원 공급 환경에서 Bluetooth 및 WIFI의 연속 작동 시간은 ZigBee보다 훨씬 짧습니다.

RFID 관련 프로토콜은 통신 인터페이스만을 규정하는 반면, ZigBee는 비교적 완전한 통신 네트워킹 프로토콜을 가지고 있습니다. ZigBee는 작동 주파수 대역에서 2.4GHz ISM 주파수 대역(글로벌 공통 주파수 대역)을 선택할 수 있는 반면, RFID는 915MHz 또는 기타 주파수 대역에서 작동할 수 있습니다. 둘 다 통신 주파수에서 서로 간섭하지 마십시오. 창고가 실내 환경이고 노드 간 거리가 상대적으로 가까운 점을 고려하면 ZigBee 모듈은 작동 중에 일정 두께의 장애물을 통과할 수 있으므로 신호 감쇠는 무시할 수 있습니다. 자체 구성 네트워크 프로토콜을 통해 네트워크의 장치는 무선으로 직접 또는 간접적으로 통신할 수 있습니다. 네트워크의 신뢰성과 빈도 활용도가 매우 높으며 ZigBee는 비교적 완벽한 보안 인증 모드를 갖추고 있습니다.

요약하면, 제3자 물류 스마트 창고의 RFID 시스템을 위한 데이터 전송 네트워크로 ZigBee 기술을 선택하는 것이 가장 적절합니다.

2 네트워크 원리 및 구조

ZigBee 네트워크는 중앙 코디네이터(Coordinator)와 라우터(Router)로 구성되어야 합니다. 각 ZigBee 네트워크에는 네트워크를 생성하는 데 중앙 코디네이터가 한 명만 필요합니다. 노드가 합류하면 c에 주소를 할당합니다.숨겨진 노드; 라우터는 데이터 전송, 수신 및 전달을 담당하고 가장 적합한 라우팅 경로를 찾는 역할을 합니다. 노드가 가입하면 노드에 주소가 할당되므로 ZigBee 네트워크에는 여러 라우터가 필요할 수 있습니다. 네트워크가 중앙 코디네이터와 N개의 라우터로 구성되면 해당 네트워크는 실제 MESH 네트워크이며, 각 노드에서 전송되는 모든 데이터는 자동으로 대상 노드로 라우팅됩니다.

3자 물류 스마트 창고에 ZigBee 기반 RFID 시스템 적용

ZigBee 자기 조직화 네트워크 기술을 기반으로 한 RFID 시스템은 MESH 네트워크 구조를 채택하고 그림과 같이 주 제어 노드와 여러 하위 노드(하위 노드 수는 창고의 RFID 리더 수에 따라 다름)로 구성됩니다. 1. 메인 제어 노드는 직렬 포트를 통해 서버와 중앙 코디네이터로 구성됩니다. 하위 노드는 카드 리더와 직렬 포트를 통한 라우터로 구성됩니다. 직렬 포트는 RS 232 양방향 통신 모드를 선택합니다.

모든 ZigBee 장치가 시작된 후 마스터 노드는 ZigBee 네트워크 구축을 시작하고 모든 하위 노드를 네트워크에 추가하며 각 하위 노드에 네트워크 주소를 할당하고 정보를 데이터베이스에 저장합니다. 카드 리더는 태그 데이터를 수집한 후 먼저 연결된 라우터로 데이터를 보냅니다. 그런 다음 라우터는 카드 리더 정보와 함께 태그 데이터를 다중 홉 ZigBee 네트워크를 통해 마스터 제어 노드로 전송하여 저장합니다. 마스터 제어 노드는 리더기를 카드 리더기로 보냅니다. 매개변수 구성 명령은 라우터와의 통신을 통해 리더로 전송되고 위치 노드 장치는 절전 모드로 들어갑니다. 주 제어 노드가 자식 노드에 명령을 내릴 때 위치 노드 장치는 자식 노드 주소의 네트워크를 찾아서 언제든지 깨어날 수 있으며 다음과 같이 멀티 홉 네트워크를 통해 라우터에 명령을 전달할 수 있습니다. 네트워크 주소로 복사한 다음 라우터를 통해 해당 카드 리더기에 전달합니다. 마지막으로 라우터는 명령 수신 확인 알림을 마스터 노드로 보냅니다.

3. 네트워크 하드웨어 레이아웃

제3자 물류 평면 창고를 예로 들면, 각 화물 공간과 창고 출입구에 카드 리더기가 설치됩니다. 상품은 팔레트와 함께 창고에 들어오고 나갑니다. 전자 라벨은 팔레트에 부착되며 라벨에는 상품의 ID 번호가 저장됩니다. 네트워킹에 사용되는 ZigBee 장비는 TI사의 CC2530F256 칩을 기반으로 하며 ZigBee2007/PRO 프로토콜을 실행하며 회로가 ZigBee 모듈에 통합되었습니다. ZigBee 프로토콜의 모든 특성을 가지고 있습니다. 모듈을 사용하면 사용자가 복잡한 ZigBee 프로토콜을 이해할 필요가 없다는 장점이 있습니다. 모든 ZigBee 프로토콜 처리는 ZigBee 모듈 내에서 자동으로 완료되며 노드 프로그램은 임베디드 방식으로 모듈에 작성됩니다. 사용자는 직렬 포트를 통해서만 데이터를 전송하면 됩니다.

그중 ZigBee 모듈, 카드 리더기 및 서버는 RS 232 비동기 직렬 양방향 통신 형식을 따릅니다. 모든 RFID 카드 판독기와 해당 표시 신호는 허브 장치를 통해 마이크로 컨트롤러에 연결되며 마이크로 컨트롤러에 의해 균일하게 제어됩니다. 카드 리더 또한 RS 232 직렬 포트를 통해 마이크로 컨트롤러에 연결됩니다. ZigBee 모듈, RFID 카드 리더 및 마이크로 컨트롤러의 전원 공급 장치는 모두 표준 TTL 레벨을 사용하는 5~12V입니다.

서버 및 메인 컨트롤 ZigBee 모듈은 창고의 일반 발송실에 설치되어 지시사항의 송수신 및 창고 작업의 정상적인 발송에 사용됩니다. 모든 카드 리더기와 ZigBee 장치가 실제 창고 위치와 창고 입구 및 출구에 설치되어 단일 네트워크 노드가 됩니다. 모든 노드는 ZigBee 무선 전송 기반의 RFID 시스템으로 구성됩니다. 마이크로컨트롤러에 의해 제어되는 화물 공간 상태 표시등은 직원에게 정상적인 창고 작업을 상기시키기 위해 화물 공간 위에 설치됩니다. 데이터베이스 처리 후 변환된 시각적 인터페이스는 파견실의 호스트 컴퓨터에 표시되고, 창고에 표시됩니다. 직원이 탐색할 수 있는 대형 화면이 제공됩니다.

3자 물류에 RFID(ZigBee) 시스템 적용

재고 계산, 창고 구역으로 상품 이동, 상품 위치가 잘못되었거나 라벨 손상 등 창고 작업 중에 기타 작업 흐름 및 긴급 상황이 발생할 경우 RFID 리더는 실시간으로 감지된 신호를 통해 ZigBee 라우터를 적시에 깨우고, 그런 다음 정보를적시에. 스토리지 관리를 위해 백엔드 데이터베이스의 중앙 코디네이터에게 넘겨집니다. 거의 모든 프로세스는 작업자를 전통적인 운영 방식에서 해방시킵니다. 정확한 정보 수집 모드는 시스템의 데이터 관리 신뢰성을 향상시키고 인적 오류를 효과적으로 방지합니다.

4 결론

실제 작동 테스트를 마친 후 ZigBee 모듈은 실내 환경에서 약 3m 정도 떨어져 있으며 신호는 양호합니다. 일반적인 웨어하우징 작동 조건에서 서버가 데이터 패킷을 수신하는 데 걸리는 시간은 약 20~40ms이며 이는 정상적인 작동 조건을 충족합니다.

약 500개의 화물 공간을 갖춘 일반 타사 창고에는 약 500개의 ZigBee 모듈이 필요합니다. 시중에서 판매되는 ZigBee 모듈의 단가는 기본적으로 RMB 40~RMB 60입니다. 따라서 창고에 ZigBee 자체 구성 네트워크 시스템을 설치하는 데 드는 비용은 20,000~30,000위안입니다. 대형 및 중형 창고 회사의 경우 비용 효율적입니다. 그러나 이익을 중시하는 일부 소규모 창고업체의 경우 아직 당장의 경영 개선이 어려운 상황이다. 따라서 비용을 효과적으로 통제할 수 없으면 계획을 일반화할 수 없습니다. 다양한 기업 규모와 다양한 창고 특성에 따라 실제 솔루션을 구현하는 동안 ZigBee 모듈의 수를 적절하게 줄일 수 있습니다. 예를 들어 인접한 여러 RFID 카드 리더는 허브 장치를 통해 ZigBee 모듈을 공유할 수 있으므로 비용을 효과적으로 절감할 수 있습니다. 그러나 그에 따른 문제는 각 ZigBee 모듈이 동시에 전송하는 데이터의 양이 매우 제한적이라는 점이다. 데이터의 순차적 전송방식과 전송주기의 문제를 제대로 해결하지 못하면 시스템의 응답속도와 작업효율에 큰 영향을 미치게 된다. 그러나 이러한 문제는 ZigBee 기술의 지속적인 발전으로 가까운 미래에 해결될 것이라고 믿습니다.