基于CDN系統(tǒng)原理的智能物流倉(cāng)配體系研究*

許仲生 羅娟娟

(1.集美大學(xué)誠(chéng)毅學(xué)院，福建 廈門 361012；2.廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 廈門 361006)

2019年我國(guó)社會(huì)物流總費(fèi)用14.6萬億元，占GDP的比率為14.7%，比上年下降0.1個(gè)百分點(diǎn)[1]。盡管這一比率從2012年開始逐年降低，但相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)(2018年美國(guó)企業(yè)物流成本占GDP的比率為8%[2])而言，我國(guó)持續(xù)推進(jìn)物流降本增效仍大有可為之處。近年的學(xué)術(shù)研究中，提升物流信息化和智能化水平已成為降低物流成本、提升物流運(yùn)作效率的共識(shí)之一。本文擬通過對(duì)CDN(Content Delivery Network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò))技術(shù)的分析，探索其運(yùn)行機(jī)理在提升物流智能化運(yùn)作的可行性及實(shí)現(xiàn)。

1 理論概述

1.1 CDN技術(shù)簡(jiǎn)介

CDN技術(shù)起源于1998年，是隨著緩存技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的，是為滿足文件(特別是視頻等大文件)的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)效性要求和用戶的訪問響應(yīng)時(shí)間要求而逐漸被廣泛采用的一項(xiàng)新技術(shù)。CDN技術(shù)通過承擔(dān)數(shù)據(jù)的全網(wǎng)分發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)信息內(nèi)容由信息源向地理位置分散的邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行跨運(yùn)營(yíng)商、跨地域推送，并將信息存儲(chǔ)于邊緣節(jié)點(diǎn)，從而更好地為終端用戶提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)?；贑DN技術(shù)構(gòu)建起一張由眾多節(jié)點(diǎn)組成的連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)將用戶訪問請(qǐng)求的信息內(nèi)容存儲(chǔ)在離用戶較近的節(jié)點(diǎn)，使得原來遠(yuǎn)程的、主從式的信息訪問模式變成本地的、分布式的信息訪問模式。CDN系統(tǒng)的出現(xiàn)和使用，一方面有效減輕網(wǎng)站的系統(tǒng)維護(hù)和信息發(fā)布的工作量，另一方面也避免傳統(tǒng)可能出現(xiàn)的網(wǎng)站服務(wù)器和傳輸通道的擠占問題。

CDN系統(tǒng)通常由分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)、負(fù)載均衡系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)等三部分構(gòu)成[3]，不同組成部分的功能見表1。

表1 CDN系統(tǒng)的組成及功能

1.2 智能物流概述

智能物流是利用數(shù)字化、信息化集成技術(shù)，改變?cè)械奈锪鬟\(yùn)作模式，實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸過程的自動(dòng)化運(yùn)作和高效率管理，讓整個(gè)物流系統(tǒng)具有智慧思維并能自行解決物流中的某些問題[4]。智能物流既包括物流管理、物流規(guī)劃等技術(shù)的“軟智能”，也包括物流設(shè)備的“硬智能”。智能物流通過對(duì)需求、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)任锪鬟\(yùn)作信息的收集、分析和處理，實(shí)現(xiàn)全程化的信息跟蹤和優(yōu)化，使得企業(yè)的物流決策更加科學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)了面向用戶的主動(dòng)化物流管理。

基于功能視角，智能物流體系可分為信息層、決策層和應(yīng)用層等三個(gè)層次[5]。其中信息層包括信息感知、信息傳輸、信息存儲(chǔ)和信息處理等功能模塊；決策層包括網(wǎng)點(diǎn)優(yōu)化、路線優(yōu)化、倉(cāng)儲(chǔ)優(yōu)化、配載優(yōu)化、庫(kù)存優(yōu)化等功能模塊；應(yīng)用層則體現(xiàn)為智能倉(cāng)儲(chǔ)、智能運(yùn)輸、智能配送、智能裝卸、智能揀選、智能包裝等具體智能物流子功能應(yīng)用模塊。

圖1 智能物流的功能

2 CDN系統(tǒng)與智能物流倉(cāng)配體系類比分析

2.1 結(jié)構(gòu)類比

CDN系統(tǒng)通常由中心節(jié)點(diǎn)、區(qū)域節(jié)點(diǎn)和邊緣節(jié)點(diǎn)三個(gè)層級(jí)構(gòu)成。中心節(jié)點(diǎn)和區(qū)域節(jié)點(diǎn)主要起到將熱點(diǎn)內(nèi)容推送到邊緣節(jié)點(diǎn)的作用，另外還作為邊緣節(jié)點(diǎn)內(nèi)容的補(bǔ)充。而邊緣節(jié)點(diǎn)則是直接面向用戶提供內(nèi)容服務(wù)。而常見的智能物流倉(cāng)配系統(tǒng)同樣呈現(xiàn)物流中心-配送中心-配送站點(diǎn)三層體系結(jié)構(gòu)，其中物流中心作為商品的儲(chǔ)存基地，配送中心則起到商品快速集散的功能，配送站點(diǎn)則肩負(fù)著商品最后一公里分撥派送的任務(wù)(如圖2)。盡管兩者的體系結(jié)構(gòu)類似，但是在具體運(yùn)作過程中，CDN系統(tǒng)中的信息內(nèi)容是向下級(jí)分散儲(chǔ)存的。而在物流倉(cāng)配系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的集約化管理，商品往往是集中于上級(jí)的物流中心。

①CDN體系結(jié)構(gòu) ②智能物流倉(cāng)配體系結(jié)構(gòu)

2.2 技術(shù)類比

CDN系統(tǒng)的核心運(yùn)作技術(shù)包括內(nèi)容統(tǒng)一編碼和編址技術(shù)、內(nèi)容分發(fā)技術(shù)、用戶請(qǐng)求重定向調(diào)度技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)和緩存替換技術(shù)等[6]。內(nèi)容統(tǒng)一編碼和編址技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息內(nèi)容的編碼和定位，這是后期的內(nèi)容管理和分發(fā)順利進(jìn)行的前提條件；內(nèi)容分發(fā)技術(shù)則起到將信息內(nèi)容從源復(fù)制到邊緣節(jié)點(diǎn)的作用；用戶請(qǐng)求重定向度技術(shù)可把用戶的信息訪問請(qǐng)求分配到最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)；負(fù)載均衡技術(shù)可實(shí)現(xiàn)訪問任務(wù)在節(jié)點(diǎn)內(nèi)服務(wù)器的合理分配，保持服務(wù)器性能的充分發(fā)揮及訪問需求的時(shí)效性；緩存替換技術(shù)則是根據(jù)信息內(nèi)容的熱度及服務(wù)器的存儲(chǔ)情況有策略地進(jìn)行內(nèi)容更新。

而在智能物流倉(cāng)配運(yùn)行過程中，同樣存在商品編碼、商品定位、商品分揀、物流運(yùn)輸、訂單處理、配送路線優(yōu)化、配送任務(wù)優(yōu)化、需求預(yù)測(cè)、庫(kù)存管理和庫(kù)存更新等技術(shù)，這些技術(shù)與上述的CDN運(yùn)作技術(shù)存在一定程度的相通(見表2)。

表2 CDN運(yùn)作技術(shù)與智能物流倉(cāng)配運(yùn)行技術(shù)的類比

2.3 運(yùn)作方式類比

CDN系統(tǒng)的運(yùn)行方式分為推式和拉式兩種。在推式運(yùn)行方式中，用戶的信息內(nèi)容請(qǐng)求被CDN系統(tǒng)定向到距離該用戶最近且儲(chǔ)存有該信息內(nèi)容的邊緣站點(diǎn)，并由該站點(diǎn)提供面向用戶的訪問服務(wù)。而拉式運(yùn)行方式中，用戶的信息內(nèi)容請(qǐng)求被定向到距離該用戶最近的邊緣站點(diǎn)，如果該站點(diǎn)儲(chǔ)存有該信息內(nèi)容，則由該邊緣站點(diǎn)提供訪問服務(wù)；如果該邊緣站點(diǎn)沒有儲(chǔ)存該信息內(nèi)容，則由該邊緣站點(diǎn)向上級(jí)請(qǐng)求、遞歸查找并最終獲取該信息內(nèi)容后返回給用戶。

而目前智能物流倉(cāng)配體系的運(yùn)作過程，往往是用戶提交訂單，物流中心接受該訂單后進(jìn)行揀貨、包裝、運(yùn)輸?shù)脚渌椭行倪M(jìn)行集配貨后分送到距離用戶最近的配送站點(diǎn)，再由配送站點(diǎn)安排人員派送訂單商品。智能物流倉(cāng)配體系運(yùn)行的主要目標(biāo)是訂單商品的快速揀選、運(yùn)輸和配送，盡可能減少物流成本和用戶的等待時(shí)間。智能物流倉(cāng)配體系現(xiàn)有的運(yùn)作方式類似于CDN系統(tǒng)的拉式運(yùn)行方式。但是兩者之間還是有明顯區(qū)別，智能物流倉(cāng)配體系更多是訂單商品的事后分發(fā)。而CDN系統(tǒng)的拉式運(yùn)行方式由于引入了內(nèi)容分發(fā)技術(shù)和緩存替換技術(shù)，使得邊緣站點(diǎn)對(duì)用戶信息內(nèi)容的滿足率大為提升，減少了遞歸查找等相對(duì)耗時(shí)的發(fā)生概率，在運(yùn)行過程中變成信息內(nèi)容的事先預(yù)測(cè)與分發(fā)。

3 CDN系統(tǒng)對(duì)智能物流倉(cāng)配體系構(gòu)建的啟示

通過對(duì)CDN系統(tǒng)和運(yùn)行技術(shù)的分析，智能物流倉(cāng)配體系在構(gòu)建過程中可通過庫(kù)存下沉、訂單商品前移等手段，在降低物流成本的同時(shí)加快客戶反映速度。庫(kù)存下沉指的是改變?cè)袔?kù)存集中于物流中心的做法，將部分熱銷商品的庫(kù)存下沉到下級(jí)的配送中心甚至是配送站點(diǎn)。訂單商品前移指在訂單還沒發(fā)生前，基于需求預(yù)測(cè)，將可能發(fā)生銷售的商品分發(fā)到配送中心和配送站點(diǎn)。

在日常運(yùn)行過程中，庫(kù)存下沉和訂單商品前移可利用現(xiàn)有物流配送中的剩余運(yùn)力來進(jìn)行，在不增加物流運(yùn)輸成本的同時(shí)將商品轉(zhuǎn)移至距離消費(fèi)者更近的地方。當(dāng)然庫(kù)存下沉和訂單商品前移均可能導(dǎo)致庫(kù)存量上升、商品滯銷、調(diào)撥成本上升等風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)，則需要借鑒CDN的相關(guān)運(yùn)作技術(shù)，特別是用戶請(qǐng)求重定向調(diào)度技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)和緩存替換技術(shù)。

4 基于CDN系統(tǒng)原理的智能物流倉(cāng)配體系

4.1 CDN技術(shù)在智能物流倉(cāng)配體系中的應(yīng)用前景分析

4.1.1 緩存替換技術(shù)

CDN技術(shù)中的常見緩存替換技術(shù)包括 LRU(Least Recently Used，最近最少使用)算法、LFU(Least Frequently Used，最少頻率使用)算法、基于分?jǐn)?shù)因子的緩存(Scoring Based Caching)算法等。其中LRU算法和LFU算法主要基于訪問時(shí)間和訪問頻率淘汰未被經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)，而基于分?jǐn)?shù)因子的緩存算法則是根據(jù)一定的因子對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，從而在儲(chǔ)存能力限定情況下決定數(shù)據(jù)的留存范圍。借鑒上述算法，特別是結(jié)合訂單數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)和時(shí)間環(huán)境因素設(shè)置合理的分?jǐn)?shù)因子，利用基于分?jǐn)?shù)因子的緩存算法確定優(yōu)先級(jí)，可更好決定在智能物流倉(cāng)配體系下哪些商品應(yīng)該在銷售未發(fā)生前適時(shí)前移。另外再根據(jù)LRU算法或LFU算法進(jìn)行商品的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

4.1.2 負(fù)載均衡技術(shù)

常見的CDN均衡技術(shù)包括基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳呗?、基于服?wù)效用策略、基于分級(jí)均衡策略和基于P2P均衡策略等[7]。上述策略同樣對(duì)智能物流倉(cāng)配體系的運(yùn)作具有參考意義。現(xiàn)有智能物流倉(cāng)配體系運(yùn)作過程中往往是根據(jù)地理位置和距離進(jìn)行配送線路的規(guī)劃和配送任務(wù)的分配，類似于CDN中的基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳呗浴＿@樣運(yùn)作方式可能會(huì)存在配送站點(diǎn)和配送人員任務(wù)不均的問題。基于服務(wù)效用的策略主要是根據(jù)配送站點(diǎn)和配送人員的工作能力進(jìn)行任務(wù)分配，有助于避免可能存在的局部阻塞現(xiàn)象?；诜旨?jí)均衡策略的基本思想是根據(jù)不同級(jí)別的均衡采用不同的均衡策略，類似在智能物流倉(cāng)配體系運(yùn)作中，根據(jù)不同的產(chǎn)品、不同的用戶等待效用、不同的運(yùn)輸成本采用不同的均衡策略。而隨著無人機(jī)送貨、共享配送等新型配送形式的發(fā)展，基于P2P均衡策略則可以提供充分利用閑置配送資源的運(yùn)作策略。

4.1.3 用戶請(qǐng)求重定向調(diào)度技術(shù)

傳統(tǒng)的用戶請(qǐng)求重定向調(diào)度技術(shù)包括基于DNS(Domain Name System，域名系統(tǒng))定向和基于網(wǎng)絡(luò)就近性原則兩種?，F(xiàn)有智能物流倉(cāng)配體系中的訂單分配主要是根據(jù)地理距離、即就近性原則，將訂單分配給相對(duì)固定的物流中心及下屬的配送體系來履行。但是如果存在缺貨情況，則需要對(duì)訂單進(jìn)行重新分配到有貨的物流中心進(jìn)行調(diào)貨后，再來進(jìn)行訂單履行。在CDN系統(tǒng)中DNS起到重定向調(diào)度的作用，對(duì)于智能物流倉(cāng)配體系中也需要有類似角色的系統(tǒng)，對(duì)局部缺貨的商品進(jìn)行重新定向，在時(shí)間和成本限制條件下制定出最優(yōu)的商品調(diào)度方案。

4.1.4 內(nèi)容分發(fā)技術(shù)

CDN系統(tǒng)的內(nèi)容分發(fā)技術(shù)主要是在緩存替換技術(shù)的指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)信息內(nèi)容由源節(jié)點(diǎn)向邊緣節(jié)點(diǎn)的發(fā)送，具體發(fā)送的實(shí)現(xiàn)還需要考慮流行度、用戶興趣度及系統(tǒng)負(fù)載等限制因素。在智能物流倉(cāng)配體系運(yùn)行過程中，同樣需要考慮空閑運(yùn)力、下級(jí)節(jié)點(diǎn)倉(cāng)儲(chǔ)能力等限制因素，根據(jù)緩存替換技術(shù)確定的優(yōu)先級(jí)來進(jìn)行商品的預(yù)先發(fā)送。

4.2 基于CDN系統(tǒng)原理的智能物流倉(cāng)配運(yùn)行體系

基于CDN系統(tǒng)原理的智能物流倉(cāng)配體系可提供推式(push)和拉式(pull)的物流服務(wù)。在借鑒運(yùn)用CDN相關(guān)技術(shù)后，該智能物流倉(cāng)配體系一方面可在客戶訂單下達(dá)后提供高效、低成本的物流配送服務(wù)；另一方面可在客戶訂單尚未下達(dá)之前進(jìn)行熱門商品的預(yù)先前移運(yùn)輸，為客戶提供即時(shí)送達(dá)的物流配送服務(wù)，即刻滿足用戶需求。此外，該智能物流倉(cāng)配體系還具備學(xué)習(xí)和完善的功能，可在具體的物流運(yùn)作過程中不斷修正運(yùn)作策略、適時(shí)調(diào)整和改進(jìn)運(yùn)作算法，從而實(shí)現(xiàn)面向不同商品、不同用戶提供個(gè)性化的物流服務(wù)。通過不斷發(fā)展和完善，最終實(shí)現(xiàn)面向頭部商品(用戶需求集中、銷售情況良好、銷售最大的商品)提供主動(dòng)物流服務(wù)和面向尾部商品(需求個(gè)性化，銷售量較為離散的商品)提供被動(dòng)物流服務(wù)的無縫銜接。

圖3 基于CDN系統(tǒng)構(gòu)建思想的智能物流倉(cāng)配運(yùn)行體系

5 結(jié)論

當(dāng)前，在供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革背景下，智能物流倉(cāng)配體系的建設(shè)不僅有助于推動(dòng)我國(guó)物流產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更能夠促進(jìn)我國(guó)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)由“大量生產(chǎn)-大量流通-大量消費(fèi)”的時(shí)代向“多樣化消費(fèi)-有限生產(chǎn)-高效率流通”時(shí)代轉(zhuǎn)變。智能物流倉(cāng)配系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)中除了包括條形碼技術(shù)、RFID技術(shù)、智能運(yùn)輸技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，一個(gè)科學(xué)、合理、智能的物流倉(cāng)配運(yùn)作體系也是十分關(guān)鍵。CDN解決快速將內(nèi)容分送至需求用戶手中的問題，其思想和運(yùn)作機(jī)理在某種程度上十分契合智能物流倉(cāng)配系統(tǒng)的運(yùn)作要求，不論是CDN的結(jié)構(gòu)模型，還是其相關(guān)技術(shù)，對(duì)于智能物流倉(cāng)配體系的構(gòu)建都具有良好的指導(dǎo)意義。