无线实时仓储管理系统的设计与实现

作者简介： 孙丹， 男， 博士生， 研究领域： 无线局域网、 嵌入式操作系统等。宋瀚涛， 男， 博士生导师， 研究领域： 无线局域网、 异构数据库等。
!0" !""!#$! 计算机工程与应用
计算机无线射频（ 简 称 %*） 数据通讯技 %&’() *+,-.,/01 ， 术是以无线信道作为传输媒体， 建网迅速， 通信灵活， 可以为用 户提供快捷、 方便、 实时的网络连接， 是实现移动通信的关键技 工业、 运输业、 物流管 术之一， %* 技术的应用已经渗透到商业、 理、 医疗保险、 金融和教学等众多领域。随着对 %* 技术构成的 无线计算机局域网络（ 需求的不断增长 ， 国际电子电工 2345 ） 工 程 协 会 6777 组 织 于 $889 年 : 月 正 式 公 布 了 计 算 机 无 线 网络通讯标准 6777;"!#$$ 标 准 。 随 着 6777;"!#$$ 标 准 的 制 定和推行， 无线局域网的产品更加丰富， 不同产品的兼容性将 得到加强。 目前， 全球无 线 %* 扩 频 技 术 主 要 有 结 合 码 分 多 址 <=>4 的直序扩频（ 简 称 =@@@ ） 技 =(+,0? @,-.,/0, @A+,&’ @A,0?+.B， 术和跳频扩频 （ *+,-.,/01 C)AA(/D @A+,&’ @A,0?+.B， 简 称 技术， 在 ;"!#$$ 标 准 中 对 于 这 两 种 技 术 均 支 持 ， 从技术 *C@@ ） 角度而言， 直扩技术与跳频技术各有其优势。 在无线网领域直扩技术与跳频技术已经形成泾渭分明的 两个产品派系。 就频带利用来说， 直扩采用主动占有的方式， 跳 频则是跳换频率去适应。 伪随机码在直扩技术中起着至关重要 的作用， 这种伪随机码是由数字信 号 处 理 器 （ 随机产生的 =@E） 一组高速多路代码信元， 直扩就是利用伪随机码将源信号在中 心频点上向上下展宽，形成一个很大的子频带内传输单个信 息。发送机将每比特的信息分解成若干个小的信息单元， 到达 目的地后，这些小的信息单元会被重新组合成一个比特的信 息， 反映完整的原始数据。因此， 收发信机的操作必须完全同 步， 每比特 数 据 的 信 息 单 元 的 比 率 （ 被称为传输比率， 高 %&?() ） 的传输比率可以降低信息的抗干扰能力， 而低比率则可以增加 可用带宽。 发送方和接收方通过对微波信号的调制和解调达到 数据的可靠传输。 跳频技术是把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中， 无线电收发器按一定的码序列（ 即“ 跳频频谱” ） 不断地从一个 信道 F 跳 F 到另一个信道， 只有收发 双 方 是 按 这 个 规 律 进 行 通 信 的， 而其它的干扰不可能按同样的规律进行干扰； 跳频的瞬时 带宽是很窄的， 但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩 展成宽频带， 使干扰可能的影响变成很小。即使是在偶然特殊 的情况下， 外界干扰扰乱了某个跳频信道， 使接收受到影响， 这 时在链路中还有纠错的方案， 可以使错误得到纠正。因此这种 无线电收发器是窄带、 低功率的， 成本低廉， 但具有很高的抗干 扰性能。 综上所述， 以目前各自的技术特点而言， 在极限速率的规 定方面直扩技术能达到 $">GAH 以上，而跳频只能支持 I>GAH 左右。 在抗干扰方面， 跳频技术优于直扩技术。 而对于大型仓储 管理系统而言， 传输速率方面的考虑要大于对于抗干扰性的要 求， 同时对于无线信号的干扰因素， 直扩技术完全可以满足其 要求。 因此， 笔者在设计中选择了基于直扩技术的无线 %* 产品。
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系统的基本功能
无线实时仓储管理系统是以商品条码技术为核心， 充分应
用无线网络通讯技术、地理信息系统和无线手持电脑终端， 结 建立的自动化实时仓储管理系统。 合 + , - 和 . , - 体系结构， 综合考虑现有的仓储系统需求， 自动化的仓储系统基本功
/ 系统的网络结构设计 /#$ )1 技术简介
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文章编号 $""!32//$3（ !""! ） $!3"!0"3"/
文献标识码 B
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临着国际竞争的压力。 尽管国内一部分大型企业在全国范围内 建立了许多专卖店， 形成了比较完善的营销网络体系， 而且部 分实施了 ()* 企业资源管理系统，但在建设现代化的物流管 理体系方面还存在许多不足， 尤其在仓储模式的建立和仓储管 理方面仍停留在人工操作管理阶段。 落后的仓储管理模式和设 施对于企业日益增长的货物配送需求愈发难以适应，因此， 应 用先进的计算机网络通信技术改变仓储模式， 实现仓库管理的 自动化已经成为一种必然。 现阶段， 在仓库系统的内部， 企业一般依赖于一个非自动 化的、 以纸张文件为基础的系统来记录、 追踪进出的货物， 以人 为记忆实施仓库内部的管理。对于整个仓储区而言， 人为因素 的不确定性， 导致劳动效率低下， 人力资源严重浪费。 同时随着 货物数量的增加以及出入库频率的剧增， 这种模式会严重影响 了正常的运行工作效率。 而现有已经建立的计算机管理的仓储 系统， 随着商品流通的加剧， 也难以满足仓储管理实时性的要 求。无线通讯网络的解决方案开始为越来越多的企业所关注， 无线通信技术在解决了仓储管理操作人员的流动性问题的同 时， 实现了数据的实时传输。因此， 笔者设计、 开发了无线实时 仓储管理系统。
（ 访问节点连接型： 这种结构采用移动蜂窝通信网接入 !） 方式， 各移动站点间的通信是先通过就近的无线接收站（ 网络 将信息接收下来， 然后将收到的信息通过有线 访问节点： 4E） 网传入到“ 移动交换中心” ， 再由移动交换中心传送到所有无线 接收站上。 这时在网络覆盖范围内的任何地方都可以接收到该 信号， 并可实现漫游通信。 在 有 线 局 域 网 中 利 用 CJK 可 组 建 星 型 （ I） CJK 接 入 型 ： 网络结构。同样也可利用无线 CJK 组建星型结构的无线局域 网， 其工作方式和有线星型结构很相似。但在无线局域网中一 般要求无线 CJK 应具有简单的网内交换功能。 （ 无中心型结构： 该结构的工作原理类似于有线对等网 L） 的工作方式。 它要求网中任意两个站点间均能直接进行信息交 换。每个站点既是工作站， 也是服务器。 自动化仓储管理系统应用以集中服务为核心， 针对于仓储 管理的需求， 移动节点之间无须通信， 在仓库内部设计的无线
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系统的开发方式
基于 -. 手持数据采集终端的开发主要有以下三种模式： （ 基 于 456758 结 构 ： 内 置 456758 96:578， 即 $） -. 手 持 终 端 （
上， 仿真终端） 远程登录到主机服务器（ 运 行 有 456758 ;5<=5<） 运行主机服务器上的仓储数据采集软件， 将采集的数据实时直 接存入数据库， 查询结果返回 -. 手持终端显示； （ 客户 2 服务器（ 结构： 主机服务器上运行仓储管理 !） 9 2 ;） 服务器软件， 而在 -. 手持终端上运行 相 应 的 仓 储 数 据 采 集 客 户软件； 基 于 >0? 结 构 ： 主 机 服 务 器 上 运 行 >>> 服 务 器 和 （ %） 仓储管理应用服务， 在 -. 手持终端上运行嵌入式浏览器； 三种方式中， 基于 456758 结构的优势在于可以充分利用主 机服务 器 的 处 理 能 力 ， 结构较为简单； 客户 2 服务器（ 结构 9 2 ;） 对 于 -. 手 持 终 端 的 处 理 能 力 要 求 较 高 ， 同 时 从 编 程 角 度 而 言， 对于厂商提供的开发工具的依赖性较强； 基 于 >0? 结 构 的优势在于编程、 维护简单， 集中在服务器端开发， 但 对 于 -. 手持终端的输入、 显示配置要求较高。因此， 为了便于未来拓 展、 移植应用， 笔 者 选 择 了 基 于 456758 结 构 的 方 式 进 行 软 件 开 在服务器端开发了基于 发， 同 时 结 合 地 理 信 息 系 统 @/; 技 术 ，
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引言
随 着 我 国 加 入 %&’ 日 期 的 日 益 临 近 ， 国内企业大多都面
能如下： 实时货位查询和货位动态分配 （ $） 通过扫描商品的条形码可以实时查询其存储的货位， 同时 基于货位库存信息分配货位或动态定义货位。 人物力资源动态综合分配 （ !） 可以基于出入库商品的批量动态地分配人力、物力资源， 充分利用资源， 提高系统的运行效率， 减少资源的浪费。 仓库系统综合盘点功能 （ /） 可以定期对整个仓库系统进行全面的盘点，产生差异表， 便于复盘验证。 仓库内部随机抽查盘点功能 （ 0） 可以分仓库、 分区、 分货位进行随机抽查， 也可以针对特定 类抽查。 针对于系统需求， 从技术角度而言， 系统的建立必须满足 以下条件： 实时数据采集 （ $） 由于人员操作的流动性， 必须采用无线网络技术和无线手 持电脑终端。 商品条码化 （ !） 条码是商品的唯一标识， 现代商业管理（ 包括仓储管理系 统） 的基础是商品的条码化。 货位规范化、 条码化 （ /） 自动化的仓储管理必须借助条码技术建立货位管理规 范 化。
图$ 系统网络结构
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%* 手持数据采集终端
内置激光条码扫描器） 的选择主要 %* 手持数据采集终端（
基于以下四点： 计算机工程与应用 !""!#$! !L$
（ 传输速率。 $） （ 抗干扰性。 !） （ 兼容性。 %） 未来可升级、 可扩展性。 （ &） 对于仓储系统的需求和环境而言，电磁干扰等因素较小， 因此对于传输速率的考虑要大于对抗干扰性的考虑。 由于采用 跳频技术的产品其最大传输速率一般为 !’()*， 而采用直序扩 频 技 术 的 产 品 传 输 速 率 范 围 为 $#+’()*,!"’()* 之 间 ， 因 此 ， 在电磁环境比较简单的条件下， 选择采 用 直 扩 技 术 的 -. 手 持 数据采集终端， 以最大限度地满足系统实时性的需要。 同时 -. 手持数据采集终端必须符合 /0001"!#$$ 协议标准，以满足兼 容性的要求。综合考虑 -. 手持终端的性 能 价 格 因 素 ， 可以选 择具有模块化设计结构的产品， 便于未来技术的升级和扩展。
%* 网络拓扑结构为无线接入点 4E 连接型。%* 移动终端的操
作区域遍及仓库的各个角落， 要求移动终端在仓库内部的任何 地点， 都能和服务器主机保持实时的通讯。 因此， 在系统网络架 构中，必须保证安装的 4E 点能对 整 个 仓 库 进 行 无 线 信 号 的 全覆盖。 如果仓库的面积较大， 在进行无线网络设计时， 可以充 对仓库 分利用无线 %* 技术的网络扩展能力和 无 缝 漫 游 特 性 ， 的 无 线 信 号 进 行 多 个 4E 点 的 组 合 ， 即 通 过 设 置 多 个 4E 节 点， 作到信号的全覆盖， 而且相邻 4E 之间 互 为 冗 余 ， 提高无线 网络的可靠性。 同时考虑大型的仓储系统仓库可能由于租用关系比较分 散而且存在季节性调整，因此仓库之间采用无线网桥连接， 使 之成为统一的网络体系， 便于网络的扩展和拆除。具体的无线 网络物理结构可以依据实地检测来建立。 网络拓扑结构如图 $ 所示。
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系统的网络拓扑结构
根据不同的应用环境， 目前无线局域网采用的拓扑结构主
要有网桥连接型、 访问节点连接型、 CJK 接入型和无中心型四种。 （ 网桥连接型： 该结构主要用于无线或有线局域网之间 $） 的互连。 当两个局域网无法实现有线连接或使用有线连接存在 困难时， 可使用网桥连接型实现点对点的连接。在这种结构中 局域网之间的通信是通过各自的无线网桥来实现的， 无线网桥 起到了网络路由选择和协议转换的作用。
无线实时仓储管理系统的设计与实现
孙 丹 宋瀚涛 （ 北京理工大学计算中心， 北京 $"""2$）
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摘 要 文章介绍了无线实时仓储管理系统的设计与实现方法，讨论了系统的无线网络结构设计以及仓储系统的管理
模式， 提出了虚拟货位的概念。 关键词
)1 技术
无线接入点
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