基于RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連鎖餐飲資產(chǎn)管理系統(tǒng)

李 琦，柯宗武，姜楚喬

(湖北師范學(xué)院 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 黃石 435002)

0 引言

傳統(tǒng)資產(chǎn)管理通常采用條形碼技術(shù)，讀取物品信息時速度慢而且可存儲的信息容量小，成千上萬的物品不能處于實時監(jiān)控狀態(tài)；現(xiàn)代資產(chǎn)管理需要動態(tài)監(jiān)控物品并可以存儲大量信息，以此提高管理效率并減低管理成本[1～2]。

基于RFID與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的資產(chǎn)管理系統(tǒng)是可以滿足現(xiàn)代倉庫管理的新技術(shù)，系統(tǒng)可以動態(tài)、實時采集傳感器節(jié)點感知的數(shù)據(jù)。近距離時管理人員可以通過手持終端讀取RFID及傳感器節(jié)點中的數(shù)據(jù)，遠距離時可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)庫獲取物品的實時信息。采用基于RFID與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的技術(shù)可以有效掌握資產(chǎn)的動態(tài)信息，同時在系統(tǒng)中采用決策系統(tǒng)對資產(chǎn)進行有效管理，從而達到節(jié)約成本的目的。

1 相關(guān)研究

資產(chǎn)管理中用不同種類RFID 標簽如主動RFID 標簽，被動RFID 標簽等，在不同的覆蓋距離，單一管理區(qū)域、多管理區(qū)域、重疊控制區(qū)域中的資產(chǎn)管理，智能管理且具有實時性[3]。

一些學(xué)者提出了一些基于RFID的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，Chilamkurti提出了CSCE-AMS，使用RFID系統(tǒng)收集信息對資產(chǎn)進行管理，記錄設(shè)備的借出人和歸還人，并且可以通過電子郵箱的方式通知到時間沒有歸還設(shè)備的人，這個系統(tǒng)就是為了在借出和歸還設(shè)備的管理方面使人力使用減少[1]。Meng研究的基于RFID的資產(chǎn)管理系統(tǒng)可以在電子地圖上顯示資產(chǎn)的空間信息并且提供通過SMS自動故障報警通知的功能[4]。Fernandez 使用RFID技術(shù)用于管理鐵路貨運行業(yè)的資產(chǎn)管理，管理諸如列車車輛，底盤、軸、轉(zhuǎn)向架、聯(lián)軸器等，使用RFID技術(shù)監(jiān)控各個零件的信息，提出一個分層處理方案將標簽信息轉(zhuǎn)化為重要的信息來閱讀，這種方法的缺點是需要專門耦合每一層相應(yīng)業(yè)務(wù)，將事件分離后處理[5]。

上述資產(chǎn)管理系統(tǒng)存在的缺陷是受距離的約束且不能動態(tài)獲取被監(jiān)控物品的實時信息。本文提出了一種新型將RFID與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的資產(chǎn)管理技術(shù)，既保留了傳統(tǒng)資產(chǎn)管理系統(tǒng)的功效，同時由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用可以通過傳感器節(jié)點實時收集被監(jiān)測物品的信息，管理人員可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取傳感數(shù)據(jù)。既解決了距離問題，也實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)信息的動態(tài)獲取在，在系統(tǒng)中設(shè)有決策模型可以達到更好的預(yù)警處理效果。

2 RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

2.1 RFID與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

目前，RFID與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)有三種，第一種是RFID標簽與傳感器節(jié)點結(jié)合，第二種是RFID閱讀器與傳感器節(jié)點結(jié)合，第三種是混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[6～9]。

1)RFID標簽與傳感器節(jié)點結(jié)合

在RFID 標簽與傳感器節(jié)點整合的結(jié)構(gòu)中，把傳感器標簽分為兩類：一種是傳感器標簽只能與RFID閱讀器通信；另一種是傳感器標簽可以兩兩相互通信，組成ad hoc 網(wǎng)絡(luò)。在RFID 標簽里放入傳感器，這樣可以接收感測器的讀數(shù)然后再傳遞給RFID閱讀器。正是因為這種放入了傳感器的RFID標簽為RFID 與無線傳感網(wǎng)絡(luò)的整合提供了可能。

2)RFID 閱讀器與傳感器節(jié)點結(jié)合

在這種方式中，包括智能節(jié)點即RFID閱讀器與傳感器節(jié)點整合后的節(jié)點、單一的RFID 標簽、基站三個成分。智能節(jié)點的體積更小，成本更低，并且很容易組建。通過建立ad hoc網(wǎng)絡(luò)，智能節(jié)點負責(zé)從RFID標簽收集數(shù)據(jù)，并且與基站進行通信，即智能節(jié)點起到路由和傳遞消息到目的地的作用。

3)混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(Mix Architecture)

在混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，RFID標簽與傳感器節(jié)點之間是獨立的物理設(shè)備，但是它們可以在整合網(wǎng)絡(luò)中獨立工作。在這種結(jié)構(gòu)中包括三種硬件設(shè)備：智能基站(smart station)、普通RFID標簽以及普通傳感器節(jié)點。一個智能基站包括一個閱讀器、一個微型處理設(shè)備以及一個網(wǎng)絡(luò)接口。RFID標簽和傳感器節(jié)點收集的數(shù)據(jù)都傳送到智能基站。由RFID的服務(wù)端與整合網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)端進行通信，并與RFID標簽傳輸信息。

這種方式結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)不需要將兩者整合在一起的硬件設(shè)備。但是，在這種結(jié)構(gòu)中RFID標簽與傳感器節(jié)點之間可能會有沖突。

2.2 RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點

RFID是一種非接觸的，用于傳輸一個物體的標簽中數(shù)據(jù)的無線系統(tǒng)，用于物體的識別與跟蹤。RFID通信是快速的，它的應(yīng)用可以節(jié)省時間，提高服務(wù)質(zhì)量，節(jié)約人力資源，阻止產(chǎn)品的偽造和盜竊，提高生產(chǎn)效率并維護質(zhì)量標準。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以通過感應(yīng)環(huán)境，合作地收集溫度、濕度、壓力、震動等信息。兩者的聯(lián)合使用可以有更好的性能、更強的可擴展性、可移植性以及可以減少不必要的開銷，會帶來更多無線通信的優(yōu)勢[10～11]。將RFID與WSN融合在一起可帶來如下好處：

1)更豐富的信息

RFID與WSN可以相互補充，以得到一個物體的標識位置、環(huán)境及自身的豐富信息。

2)更方便、更可靠的數(shù)據(jù)傳輸

在RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)流主要從客戶端傳輸?shù)椒?wù)器，將便攜式RFID閱讀器做成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，可以方便地將閱讀器收集到的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的服務(wù)器。

3)降低成本

在物流管理應(yīng)用中，因增加了更豐富的信息，可以減少一些不必要的浪費，如對于食品進行長途運輸，使用RFID無線傳感網(wǎng)絡(luò)獲取食品的狀態(tài)，對于已過期或者已變質(zhì)的食品直接處理掉，減少不必要的物流成本。

3. RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連鎖餐飲資產(chǎn)管理系統(tǒng)

鑒于RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點及優(yōu)勢，提出基于RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連鎖餐飲資產(chǎn)管理系統(tǒng)，不僅可以提高管理效率、節(jié)省工作時間、提高服務(wù)質(zhì)量，而且可以降低工作成本，達到利益最大化的效果。

在連鎖餐飲資產(chǎn)管理系統(tǒng)中可以實時監(jiān)控每一單位物品的狀態(tài)，物品快到保質(zhì)期通過決策模型盡快出庫處理，這樣可以降低由于腐爛而造成的成本；在資產(chǎn)管理尤其是食物管理中對溫度的要求十分嚴格，可以通過傳感器節(jié)點來感應(yīng)物品的溫度，實時監(jiān)控并及時處理防止由于溫度過高而造成腐爛。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

將射頻識別設(shè)備與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合應(yīng)用于資產(chǎn)管理系統(tǒng)中，當(dāng)有物品進入倉庫時，在物品上貼RFID標簽，此標簽中記錄物品買入時間、生產(chǎn)廠家等信息。將這些貼有RFID標簽的物品入庫，同時將RFID標簽中的信息通過網(wǎng)關(guān)傳入數(shù)據(jù)庫，資產(chǎn)管理系統(tǒng)中的信息在數(shù)據(jù)庫中進行管理。倉庫管理員利用手持設(shè)備通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)訪問服務(wù)器進行數(shù)據(jù)庫的訪問，完成倉庫管理工作。系統(tǒng)有自動報警的功能，通過RFID與傳感器結(jié)點監(jiān)控物品周圍的狀態(tài)信息如溫度、濕度信息，當(dāng)實時監(jiān)控的信息數(shù)值大于設(shè)定的上限值時，系統(tǒng)可以發(fā)出警告信息，以便管理員及時處理；當(dāng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息超過某一值，如保存天數(shù)超過保質(zhì)期限時，產(chǎn)生警告通知倉庫管理員盡快處理。

3. 2 連鎖餐飲企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)

連鎖餐飲業(yè)具有集團化、中央廚房集中進行生產(chǎn)管理、地理覆蓋范圍廣等特點。如何有效地管理復(fù)雜的企業(yè)并將食品分送到消費者手中，是企業(yè)管理者面臨的一大挑戰(zhàn)，最有效的方式是運用高新科技。由于餐飲業(yè)對食品的鮮度要求較高，一般將采購的食品存放在中央冷庫，在中央廚房統(tǒng)一配料，再配送到各個連鎖餐飲店，該系統(tǒng)要實現(xiàn)智能采集信息，并有預(yù)警功能，其數(shù)據(jù)流圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

在餐飲企業(yè)中，由管理人員決策購買食品，食品買回來通過審核后將RFID標簽貼到食品上，將貼有電子標簽的物品送入中央冷庫，在入中央冷庫時管理員通過讀寫器將入庫日期及要送到的貨架位置寫入標簽中。

由于冷庫中節(jié)點帶有RFID標簽閱讀器，這樣傳感器節(jié)點可以通過閱讀RFID標簽獲取冷庫中貨架的閑置情況，并將信息送至冷庫網(wǎng)關(guān)；同時，傳感器節(jié)點將監(jiān)測到的溫度、濕度信息通過多跳方式送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再將數(shù)據(jù)送到管理中心。手持終端是一個集RFID讀寫器、wifi、sink結(jié)點于一體的智能終端，管理員可以通過手持終端獲取物品的動態(tài)信息及貨架的空閑信息。

在傳統(tǒng)的冷庫管理中，出庫人員一般習(xí)慣就近取物品，食品易積壓，造成浪費。在所研究的系統(tǒng)中，管理員可通過手持終端依入庫日期先后查看，取出所需物品，同時查到物品位于哪個貨架上，通知搬運工直接搬運上車、出庫。管理人員在物品上車出庫時向標簽中寫入出庫日期。

3.3 決策模型

本系統(tǒng)將RFID與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，收集的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中存儲，這樣使用在整個管理流程中，可以實時獲取物品的信息，提高管理的效率，同時系統(tǒng)中有預(yù)警模型，這樣可以減少食品因腐爛等原因增加成本，也可以節(jié)約人力成本、時間成本。

系統(tǒng)決策模型：假定一周為一個采貨周期，周貨物庫存費C1，每次訂購費C2，日需求量為一常量D，根據(jù)經(jīng)濟學(xué)模型可以計算出，每次購貨量Q

(1)

當(dāng)庫存量小于兩日消費量時，通知管理者決策采購;當(dāng)庫存量大于7日消費量時，通知管理者決策促銷、賤賣或者丟棄。

物品采購回來入庫時，將物品的貨名、生產(chǎn)日期、有效期、保質(zhì)期、生產(chǎn)廠家信息、WTID號輸入PC，通過“寫”標簽將這些信息寫到RFID標簽中，可以通過讀標簽獲取標簽中的信息.將帶有RFID標簽的物品放入中央冷庫，并且更新數(shù)據(jù)庫中的信息。在中央冷庫中放有溫度傳感器節(jié)點、濕度傳感器節(jié)點、肉類鮮度傳感器節(jié)點，可通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)管理中心(Database)。冷庫中信息管理如圖2所示。 物品在數(shù)據(jù)庫中的信息來源于RFID標簽中的信息以及傳感器節(jié)點傳回的數(shù)據(jù)信息。

圖2 冷庫中信息管理圖

在冷庫系統(tǒng)中，考慮產(chǎn)品消費的預(yù)警模型，即決策將物品送入中央廚房的最佳時間.預(yù)警模型是一個無量綱的模型，采用加權(quán)的方法計算。模型考慮溫度、濕度、日期三個因素的影響，權(quán)系數(shù)分別為r1，r2，r3； 當(dāng)前溫度為Td，最佳溫度為Tz，允許溫度誤差為Tx，當(dāng)前濕度為Hd，最佳濕度為Hz，允許濕度誤差為Hx.當(dāng)前日期為Ds，生產(chǎn)日期為Dd，保質(zhì)期為D0.模型如下：

(2)

根據(jù)上述模型，當(dāng)S的值高于警戒線時，通知管理者進行丟棄、賤賣等處理；當(dāng)S的值處于低值時則物品狀態(tài)適合送入中央廚房加工。

物品進入中央廚房時可以讀標簽獲取物品的相關(guān)信息，對送來的物品進行配料加工，出廚房時對標簽重新寫入數(shù)據(jù)，記錄物品名稱、物品的去向、出廚房時間、物品數(shù)量、保鮮期、配料廚師、負責(zé)人、ID號。物品入此分店時，即讀取RFID標簽，得到從中央廚房出貨時的信息，并且要在保鮮期內(nèi)送至餐桌，否則決策丟棄、賤賣。

4 結(jié)束語

本文提出了基于RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連鎖餐飲資產(chǎn)管理系統(tǒng)，可以動態(tài)獲取傳感數(shù)據(jù)，確保管理人員實時準確地掌握物品的狀態(tài)、倉庫中溫度、濕度信息以及庫存的真實數(shù)據(jù)，合理控制物品庫存量。管理人員通過手持終端或訪問數(shù)據(jù)庫獲取傳感信息后，通過決策模型及時處理資產(chǎn)，這樣不僅實現(xiàn)可視化管理并及時管理提高了管理效率并減少浪費，為企業(yè)節(jié)約成本。RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用于各種智能資產(chǎn)管理中，可以提高數(shù)據(jù)實時性，實現(xiàn)對資產(chǎn)的可視化管理。

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