基于RFID 和WiMi—Net 的冷链物流监控系统
2022-06-08
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）33-7433-03
随着经济不断发展，人们生活质量不断提高，食品安全问题越来越受到重视。据有关数据显示，中国每年约有4亿吨生鲜农产品进入食品领域，但是在运输和存仓过程中，由于没有实时温度监控系统对储存和运输中的环境进行实时分析，温度改变所造成的食品腐坏变质现象相当严重，几乎占了运输和储藏食品的25%～30%，相当于1亿多吨食品，直接或间接造成的经济损失达到1000亿人民币，致使食用腐坏生鲜蔬果而导致食物中毒的案例也时有发生[1]。这不仅损害了经济利益，还严重影响到了人民的身体健康和生命安全。
现阶段，在运输过程中，只是在车厢中放置温度监测记录仪独立的监测车厢温度，无法实时分析温度数据，也就造成食物腐坏不能及时处理的现象。为了避免生鲜农产品在运输过程中因为温度异常变化导致食物腐坏而无法追溯，致使消费者误食而产生的食品安全问题，迫切需要建立一套冷链食品温度检测系统，实时的监测车厢或仓库的温度，分析温度数据，及时提醒相关人员处理，并能追溯已流入市场的腐坏食物[2-3]。
本文通过RFID技术与WSN技术相结合，构建一套冷链物流监测追溯管理系统，该系统可以对冷链食品进行实时监控和安全预警，当车内温度高于食品的冷冻或冷藏温度，或食品变质腐烂，气味发生变化时，可及时提醒司机就近立即解决问题，保证冷链食品的质量安全。该系统能够解决生鲜农产品在运输和储存上的盲点，大大降低经济损失，为食品安全和人身健康提供安全可靠的保障[4-6]。
1RFID技术与WSN技术融合
RFID射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，包括RFID标签和阅读器两部分，RFID技术通过阅读器发射射频信号识别信号范围内的标签并读取相关数据，每个标签都有全球唯一的ID。无线传感网络（WSN）是由多个传感器节点通过无线通信方式以自组织和多跳的方式构成的无线网络。它具有感知、采集、处理数据和网络能力[7-8]。WSN技术和RFID技术都是有着广泛应用的新兴技术，两者的结合更将成为未来发展的趋势。RFID本身还有不足之处，成本高，抗干扰性差，读取距离短，需要依赖读写器才能读取数据[9]。WSN技术刚好可以弥补这些不足。但是WSN技术只关注传感器监测的数据，不关心数据传来的具体位置，而RFID在位置标示方面有着得天独厚的优势。将两者结合，无线传感器网络则只需处理传感器传输的数据，不用分心关注位置信息，而需要考虑具体节点信息是，RFID的标示功能就能准确定位该节点的位置[10-11]。
2生鲜农产品冷链物流系统设计
2.1RFID技术的应用
生鲜农产品种类多样，各种农产品对温度的要求都不尽相同，对此需要对冷藏车厢内的温度实时准确的监控，一旦温度突破某个阈值，就要及时警报。为了能够实现农产品的安全监测、位置定位，方便管理以及产品追溯，需要在所运输的食品包装上贴有RFID标签，RFID标签记录食品的信息，运送车辆信息以及运送时间等[12]。
2.2异构RFID无线传感器网络的搭建
该系统采用异构的RFID无线传感网络，在冷链运输车厢内部署温度、湿度、气敏、味敏等传感器节点，检测车厢的温湿度和食品的气味。传感器和RFID标签各自独立的执行监测任务。由一个智能基站收集来自标签和传感器节点的信息并对信息进行融合和处理，然后发送到远程数据中心。无线传感器网络的数据在一些特定事件发生时，如温湿度剧烈变化或食品变质，味道发生变化时，可以触发RFID阅读器定位变质食品，然后将数据传回远程数据中心，远程数据中心及时通知司机就近处理。
2.3无线数据采集
WiMi-Net是"WirelessMicro-network"的缩写，是微网高通（北京）无线技术有限公司研发的产品所使用的无线网络技术，该网络将物理层构建在433MHz的射频之上，可以获得UHF频带低端的穿透力强，抗衰减能力好等电磁特性，应对建筑物和楼群等复杂通讯条件下电磁信号杂化多路径效应的挑战，采用公平对等的竞争接入方案对分布式数据采集和多点并发请求提供了链路控制，在传输层实现了高缓冲的TCP传输控制协议，在保证用户数据正确可靠之外还提供了无线网络的高吞吐率。该系统将采用WiMi-Net无线技术对相关检测设备进行数据的采集。
将微网高通WiMi-Net无线基站接入RFID阅读器网络接口，该基站内置WiMi-Net可靠传输协议栈，在传输层实现高缓冲的TCP传输控制协议，在WiMi-Net网络覆盖范围内的基站和子节点都自动加载参数配置，自组网。WiMi-Net无线基站自动采集冷藏车厢内的RFID标签和传感器数据，进行简单处理。普通的无线模块只是提供了无线部分的硬件驱动，WiMi-Net无线模块在此基础上，解决了无线传输过程中的收发切换、数据碰撞、重传补包，数据正确性校验，报文排序等各种问题。
随着经济不断发展，人们生活质量不断提高，食品安全问题越来越受到重视。据有关数据显示，中国每年约有4亿吨生鲜农产品进入食品领域，但是在运输和存仓过程中，由于没有实时温度监控系统对储存和运输中的环境进行实时分析，温度改变所造成的食品腐坏变质现象相当严重，几乎占了运输和储藏食品的25%～30%，相当于1亿多吨食品，直接或间接造成的经济损失达到1000亿人民币，致使食用腐坏生鲜蔬果而导致食物中毒的案例也时有发生[1]。这不仅损害了经济利益，还严重影响到了人民的身体健康和生命安全。
现阶段，在运输过程中，只是在车厢中放置温度监测记录仪独立的监测车厢温度，无法实时分析温度数据，也就造成食物腐坏不能及时处理的现象。为了避免生鲜农产品在运输过程中因为温度异常变化导致食物腐坏而无法追溯，致使消费者误食而产生的食品安全问题，迫切需要建立一套冷链食品温度检测系统，实时的监测车厢或仓库的温度，分析温度数据，及时提醒相关人员处理，并能追溯已流入市场的腐坏食物[2-3]。
本文通过RFID技术与WSN技术相结合，构建一套冷链物流监测追溯管理系统，该系统可以对冷链食品进行实时监控和安全预警，当车内温度高于食品的冷冻或冷藏温度，或食品变质腐烂，气味发生变化时，可及时提醒司机就近立即解决问题，保证冷链食品的质量安全。该系统能够解决生鲜农产品在运输和储存上的盲点，大大降低经济损失，为食品安全和人身健康提供安全可靠的保障[4-6]。
1RFID技术与WSN技术融合
RFID射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，包括RFID标签和阅读器两部分，RFID技术通过阅读器发射射频信号识别信号范围内的标签并读取相关数据，每个标签都有全球唯一的ID。无线传感网络（WSN）是由多个传感器节点通过无线通信方式以自组织和多跳的方式构成的无线网络。它具有感知、采集、处理数据和网络能力[7-8]。WSN技术和RFID技术都是有着广泛应用的新兴技术，两者的结合更将成为未来发展的趋势。RFID本身还有不足之处，成本高，抗干扰性差，读取距离短，需要依赖读写器才能读取数据[9]。WSN技术刚好可以弥补这些不足。但是WSN技术只关注传感器监测的数据，不关心数据传来的具体位置，而RFID在位置标示方面有着得天独厚的优势。将两者结合，无线传感器网络则只需处理传感器传输的数据，不用分心关注位置信息，而需要考虑具体节点信息是，RFID的标示功能就能准确定位该节点的位置[10-11]。
2生鲜农产品冷链物流系统设计
2.1RFID技术的应用
生鲜农产品种类多样，各种农产品对温度的要求都不尽相同，对此需要对冷藏车厢内的温度实时准确的监控，一旦温度突破某个阈值，就要及时警报。为了能够实现农产品的安全监测、位置定位，方便管理以及产品追溯，需要在所运输的食品包装上贴有RFID标签，RFID标签记录食品的信息，运送车辆信息以及运送时间等[12]。
2.2异构RFID无线传感器网络的搭建
该系统采用异构的RFID无线传感网络，在冷链运输车厢内部署温度、湿度、气敏、味敏等传感器节点，检测车厢的温湿度和食品的气味。传感器和RFID标签各自独立的执行监测任务。由一个智能基站收集来自标签和传感器节点的信息并对信息进行融合和处理，然后发送到远程数据中心。无线传感器网络的数据在一些特定事件发生时，如温湿度剧烈变化或食品变质，味道发生变化时，可以触发RFID阅读器定位变质食品，然后将数据传回远程数据中心，远程数据中心及时通知司机就近处理。
2.3无线数据采集
WiMi-Net是"WirelessMicro-network"的缩写，是微网高通（北京）无线技术有限公司研发的产品所使用的无线网络技术，该网络将物理层构建在433MHz的射频之上，可以获得UHF频带低端的穿透力强，抗衰减能力好等电磁特性，应对建筑物和楼群等复杂通讯条件下电磁信号杂化多路径效应的挑战，采用公平对等的竞争接入方案对分布式数据采集和多点并发请求提供了链路控制，在传输层实现了高缓冲的TCP传输控制协议，在保证用户数据正确可靠之外还提供了无线网络的高吞吐率。该系统将采用WiMi-Net无线技术对相关检测设备进行数据的采集。
将微网高通WiMi-Net无线基站接入RFID阅读器网络接口，该基站内置WiMi-Net可靠传输协议栈，在传输层实现高缓冲的TCP传输控制协议，在WiMi-Net网络覆盖范围内的基站和子节点都自动加载参数配置，自组网。WiMi-Net无线基站自动采集冷藏车厢内的RFID标签和传感器数据，进行简单处理。普通的无线模块只是提供了无线部分的硬件驱动，WiMi-Net无线模块在此基础上，解决了无线传输过程中的收发切换、数据碰撞、重传补包，数据正确性校验，报文排序等各种问题。