张泽治 宿杰

摘要：为确保向监控中心及时传递物流信息，提高仓储管理系统存储效率、降低人工运作成本，提出了基于“5G+智慧物流装备”的智能仓储管理系统设计方法。通过分析仓储管理系统功能需求和业务流程，结合5G通信技术、AMS技术和RFID技术特点，构建基于“5G+智慧物流装备”的智能仓储管理系统架构，并设计智能仓储管理系统运行模式。该方法可实现高度自动化、高效率、存拣一体化储存，为未来智能仓储管理系统研发提供了一种新的设计思路。

关键词：智能仓储；5G技术；智慧物流装备；设计；管理系统

中图分类号：TP315；TP274

文献标志码：A

文章编号：1006-1037（2023）02-0058-06

doi：10.3969/j.issn.1006-1037.2023.02.10

基金项目：

山东省自然科学基金（批准号：ZR2019MA004）资助；2020年度青岛市社会科学规划研究项目（批准号：QDSKL2001393）资助。

通信作者：

张泽治，男，一级教师，主要研究方向为基于物联网的嵌入式系统与数据分析技术等。

5G时代带来更加快捷联通网络，使人们的生活发生了巨大的变化[1]。网络技术在工业领域的广泛应用，促进了仓库储存管理的自动化和智能化[2]。相比传统通讯技术，5G技术使用户体验得到逐步提升，具有低时延、广覆盖、高安全性等特性[3]。企业发展中仓库储存管理的网络技术非常重要，但由于工业生产的部分设备落后，5G网络技术很难应用[4]。近年来，企业运用射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）搭建了备件库管理系统[5]；基于Linux智能仓库引导系统，可指引物流作业员到定位仓库位置[6]；通过RFID采集的数据和物流管理系统相结合，从而实现物流全过程动态控制、优化调度 [7]。5G海量连接特点使物流数据来源具有广泛的渠道，物流供应链流程中任意一个节点的数据产生均能及时上传5G云端服务器，物流智能设备是数据产生主体，5G、云计算、大数据在智慧物流装备的应用是物流计算框架重要内容[8]。2022年，中国5G已初步实现普及，5G终端连接用户数达到2亿。新一代移动通信技术中，5G凭借人工智能、大数据等技术，推动了物流产业建设，促进了物流业创新、转型。综上，本文设计一个基于“5G+智慧物流装备”技术的智能仓储管理系统，采用信息化手段满足用户的仓储存储保管要求。

1 5G及RFID技术

1.1 5G特点

新型5G网络技术时延低、效率高、系统兼容大、数据传输速度快、费用少，适用于各种大型设备[9]。5G技术的带宽频谱更大、无线侧多天线技术、新空口技术等支持更低时延、更高带宽。5G网络边缘计算实现超低时延。根据带宽、效率、用时、可靠性等多种通讯设备需要的条件，5G网络切片通過筛选可利用的资源并加以整合，以确保系统运行的安全[10]。

1.2 RFID技术

射频识别（RFID）即电子标签，目标信息通过射频信号传入系统，能实现目标自动读取，具有内存空间大、操作简单、安全性高等特点，是一种无需人工操作的自动感应技术。射频识别空间信号，传递无线信息，无需接触目标便可读取信息[11]。典型RFID系统包括阅读器、电子标签、应用软件系统。阅读器（Reader）作为RFID系统最重要的组件，是系统信息处理、控制中心。系统中心指控任务时，RFID与浏览系统之间实行信息共享。浏览器技术和组成方式决定其对接收信号表达方式。电子标签依靠阅读器、内置射频天线完成通信，RFID系统中数据载体是电子标签，由无线通信天线、集成电路芯片组成。应用软件系统的组成部分有数据库、软件、中间件[12]，负责存储、处理数据信息，通过控制读写器读取或写入标签数据。

2 基于“5G+智慧物流装备”的智能仓储设计

“5G+智慧物流装备”的智能仓储利用5G技术实时传输信息，实现远程网络遥控，保障系统运行安全性。仓库储存状态通过AMS（Aoku Media Server）软件可随时查看与管理，了解仓库的库存剩余和任务指令等。仓储的数据情况利用5G网络发送至系统，管理人员根据系统中接收的信息提示完成指控工作。

2.1 系统功能需求

按照仓库储存状态和任务要求，安装5G系统网络控制仓库物品存放管理主要功能包括：能随时查询单位物资基本信息，仓库存放不同类型商品，物品存放数量等信息；管理单位库存商品，单位仓库存放量非常大，要随时掌管仓库基本情况，比如库房剩余空位、货架情况、剩余物资情况等；检查入库和出库物资基本信息，系统记录的相关单据信息，包括流通信息、物资基本信息；管理客户信息，系统要查询并了解每个客户基本信息，针对性整理某客户商品存放及使用情况；管理商品储位定位信息，物资进出库最繁重，仓储管理人员需花费较多时间寻找物资、储位，为提高仓储管理人员作业效率，系统需定位物资、储位，帮助仓储管理人员实时查询和物资、储位准确位置；系统应具有统计、查询、分析功能。图1为系统简要功能图。

2.2 仓储管理业务流程

采购的物品、退换回的物品经检查后存放到仓库内。以采购物资收入库房关节为例，设置仓库存储系统程序。货物被存储前，供应商将RFID标签和记录物品清单储存卡交给管理人员。在没有RFID标签情况下，管理人员须打印电子版标签，并粘贴至对应物品。货物到达检查点后，仓库门口智能电子系统可自动识别物品上的标签，系统按照读取信息识别物品详细情况，检查无误后入库。如果识别物品有问题，系统会提示管理人员处理。当识别的物品与标签无问题时，系统会找到物品对应存放位置并向管理人员显示，管理人员根据系统的提示存储物品至相应地点，并将结果录入系统中。

2.3 系统功能模块设计

仓储系统功能模块的详细组成见图2。

（1）系统管理模块。系统管理模块具备保存重要数据、维护系统运行、相关设备监控等功能，子功能包括数据管理、运行软件、安全系统的管理。管理使用者是为提高系统安全性[13]，使用者修改或添加某个选项时，能够保障信息安全性，且使用权仅归用户个人所有。设备管理功能是管理设备及其设备持有者；数据管理功能是定期备份与恢复；数据字典功能是管理数据字典；日志管理功能是记录、查询操作日志。

（2）物资管理模块。物资管理模块功能是管理有关物品，掌管商品基本情况，分类物品后储存至同种类区域。

（3）仓库管理模块。该模块主要由仓库管理员、后台使用，子功能包含剩余库存管理、存储位置管理、库房信息管理、货架管理。库房信息管理是管理库房的工作人员、物品摆放、库房大小、库房地点等信息；标签管理是制作和管理标签的使用；制作标签指需要存放到库房中的物品信息通过电子识别录入至电子标签内。标签回收指已经出库的物品标签保存可以重复使用；清点仓库货架数量、如何摆放、类型、存储容量等信息称为货架管理；储位管理是整理货架的存储数量、货架摆放空缺、存储容量等信息。

（4）客户管理模块。主要由后臺工作人员操作，管理单位客户的基本信息。收集客户的信息，如客户的姓名、电话号码、购买物品信息、邮寄地址等。

（5）出入库管理模块。模块由管理设计者操作，用于管理商品的入库和出库情况，可管理库房清单、出入库情况。管理库房清单是整理物品存放和支出情况，并在系统中登记，整理保存系统中库房物品的详细清单；管理物资入库和出库情况，是为检查物品信息与标签是否相符，及时调整物资基本信息。

（6）查询统计模块。其功能是查询或分析仓库和物资储存的基本情况，包括仓库的面积、大小对应客户等查询分析，由库房管理者和后台设计人员操作。

（7）5G无线通信模块。无线网络使用比较简单、具备联通无障碍，网速快且费用小等优势，选择Wi-Fi技术处理、接收数据并向收发终端返回。

（8）室内定位模块。子系统由系统末端技术提供无线空间位置，为系统末端操作者查找库存、位置和人员定位，末端接收定位数据后，整理并标注物资、人员和存放位置。

2.4 仓储物资智能管理系统架构

2.4.1 系统总体架构 按照网络系统的架构组成，基于5G的仓储物资智能管理系统网络架构如图3所示。

感知层作为互联网的最底层，是系统获取信息的主要途径[14]，设置REID浏览器、无线网络等。感知层功能是确定存储地点和物品详情，为商品找到相对应储存地点并添加基本信息，出库和入库时利用RDIF获取物资储存电子标签详情。车载末端获取叉车指定储位位置信息，通过车载终端模块采集指纹完成仓储室内定位。感知层获得信息后向网络层传输、处理，图4为感知层货物信息确定及传输。

由图4可知，基于5G技术的仓储物资智能管理系统由WiFi内部定位子功能、仓库储存管理和RDIF中间件构成，利用系统端口，ERP（Enterprise Resource Planning）与WMS（Warehouse Management System）系统集成工作。系统运行过程中离不开多个数据库的同步运行[15]，包括RDIF标签信息数据库、位置指纹数据库和业务数据库。阅读器作用是读取并录入已接收信息，查询物资、客户等有关的信息，反馈作业任务。通过Wi-Fi网络与室内定位子系统、RFID中间件，在阅读器终端交互数据通信。车载系统的GPS（Global Positioning System）定位、路况预告任务由车载终端、数据交互利用和室内定位子系统完成。RFID中间件向上层应用软件提供一组通用应用程序接口（Application Programming Interface，API），使仓储物资管理系统通过该组通用的API与RFID读写器连接，对RFID标签数据读取、解析。Wi-Fi室内定位子系统负责智能终端采集的位置指纹，为系统工作者提供商品基本情况、仓库信息和工作人员基本信息。仓库管理系统可分析数据、系统服务、管理浏览器、管理仓库储存、整理信息等。数据库服务器为应用程序提供数据库管理服务、查询、维护等。

2.4.2 基于限幅与算术平均滤波算法的室内定位 复杂室内环境存在信号强度值（Received Signal Strength Indication，RSSI）不确定的问题，即离线采样阶段采集时，人员走动、场景布局、温湿度变化会引起RSSI不稳定。为构建可靠的位置指纹数据库，录入指纹前，需预处理采集的RSSI值以减小误差，数据通过平滑滤波处理可使RSSI值更精确。限幅滤波器能克服误差造成的大脉冲干扰，避免影响算术平均滤波；算术平均滤波算法是N次采样后的被测数据（RSSI1，RSSI2，……，RSSIn）算术平均运算，可克服随机噪声波动造成的干扰。

改进传统算数平均滤波算法时，首先计算被测数据标准差σ= 1N-1∑Ni=1RSSIi-RSSIavg2，RSSI的波动程度为σ；设置阈值σT，σ≤σT时， RSSI具有较小的波动程度，采用式（1）计算RSSI算数平均值；σ＞σT时，则RSSI具有较大的波动程度，RSSI算数平均值则表示为

其中，采样值中大于RSSIavg数据的均值为RSSIavg1，采样值中小于RSSIavg数据的均值为RSSIavg2。

σ＜σT时，RSSI具有较大的波动，α∈（0，0.5），RSSIavg1则具有较大权值，即较强信号占有较大比重，平滑后数据值与真实值更接近。限幅与算术平均滤波处理能有效降低随机误差对位置指纹采集的影响，提高定位算法的效率。

2.4.3 RFID数据采集系统部署 图5为RFID系统分布流程图，仓储门口的上、左、右处分别放三个RFID阅读器天线，确保物资进出仓库时，固定式RFID阅读器可识别货物标签。仓储入口处设置一台射频标签打印机，针对无RFID标签的物资，打印机可打印标签并添加商品信息如物品库存、代码、发货号和厂家，同时登记录入系统中，物品转出后则收回标签。每个货架都有对应的RFID，货架位置的序号均指显示，RFID系统和库存商品信息相连接。安装RFID末端，库房工作人员可通过RFID核对库房的商品。

2.5 智能仓储车间5G专网搭建

基于5G定制搭建倉储融合网，实现生产流程可视化、自动化、数据化。智能仓储根据功能分为拣选区、储存区、分拣区。储存区为立体仓储，储存物品，区域内智能终端基于WMS、WCS（Warehouse Control System）调度、管理库存和出入库任务，为用户提供高度自动化、高效率、存拣一体化储存。拣选区完成物品拣选，通过WMS调度派送订单并拣选物品，自动执行搬运任务，实现无人化拣选。分拣区分为物品自动化分播、传送、分拣。因智能终端对业务处理时延较高，通过5G入云切片专线保障本地MEC（Mobile Edge Computing）、5GC（5G Core Network）间业务连接稳定性，例如拣选区内智慧终端AGV（Automated Guided Vehicle），专网部署是保障园区内数据安全性。用户激活后，SMF（Single Mode Fiber）按照定制DNN（Dynamic Neural Network）进行厂区MEC（Mobile Edge Computing）、UPF（User Plane Function）节点的选择，提高仓储物流管理灵活性，为AGV（Automated Guided Vehicle）、穿梭车终端分配动态IP地址。AGV所需计算资源通过5G网络云化，实行层级部署，增强系统稳定性。图6为仓储数据通信专用网络。

3 基于物联网技术的仓储物资智能管理系统实现

3.1 物资管理模块

管理与物资有关信息。物资基本情况包含商品生产日期、厂家、名字、类别、价格、有效期等。管理人员可利用此模块更改商品信息。

3.2 入库管理模块

物资运送到仓库时，由管理人员录入物资的信息，使用电子标签和RDIF核对物资信息。仓储管理员检验物资时，会对比物资信息与入库单中信息，信息一致时，则制作完成的电子标签添加至所属U盘，标注物资有关信息于电子标签，转运商品途径仓库入口过程中，利用三个连接的RFID阅读器天线，照射扫描电子标签，使用无线网络技术向管理系统提供扫描的数据，由管理系统读取标签，并保存商品入库时间。

3.3 库存盘点功能

盘点库存是管理人员定期清点仓库物品，查看库房储存使用情况。清点库房时需通过RFID手持机库存盘点功能读取商品电子标签。RFID识别标签文字，对比扫描盘点单、物资信息。信息不一致时，需与其他负责人共同检查审阅。清点后，盘点的信息录入到管理系统中。

3.4 室内定位模块

室内定位功能可帮助仓储管理人员定位寻找指定物资、储位，通过导入入库单、移库单、出库单查找相关物资、储位，或单个查询输入物资、储位信息。系统通过储位信息定位位置坐标，于电子地图显示标记。仓储管理员通过Wi-Fi模块车载终端定位确定自身坐标位置。

4 结论

“5G+智慧物流装备”的智能仓储是利用5G技术实时传输信息，实现联网控制，采用AMS技术实现仓储自动化管理，查看库位状态、任务管理情况等信息。通过5G通信技术向系统管理平台发送相关信息，操作人员从监控系统获得相关数据，为用户提供高度自动化、高效率、存拣一体化储存。系统实现了入库管理、物资管理、电子标签制作、库存盘点、室内定位等重要功能。目前，RFID标签仅应用于仓库内，物资的全寿命周期管理中则无法实现。今后可研究RFID技术管理库内物资及库外配送过程的跟踪记录，实现整个供应链的统一管理。

参考文献

[1]肖子玉，吕红卫，赵存，等.面向垂直行业的5G网络规划设计方法论及产品化解决方案[J].电信科学，2021，37（6）：143-149.

[2]MAO J， XING H， ZHANG X. Design of intelligent warehouse management system[J]. Wireless Personal Communications， 2018，102（2）：1355-1367.

[3]任芳.5G全方位推动物流业智慧化发展[J].物流技术与应用，2019（7）：66-69.

[4]孙念，傅为.对5G工业互联网的边缘计算技术架构与应用探讨[J].数字通信世界，2020（7）：211-213.

[5]谈飞.基于有源RFID的指纹定位及仓库管理系统分析与实现[D].上海：复旦大学，2010.

[6]刘士立.基于Linux的智能仓库引导系统[D].苏州：苏州大学，2012.

[7]崔鹏.基于RFID技术的物流管理系统设计[D].武汉：武汉理工大学，2011.

[8]DENG B， ZHANG J， ZHONG Q R， et al. Design of an intelligent warehousing management system based on LIN bus [J]. Journal of Xi'an University of Arts and Sciences （Natural Science Edition），2018，21（3）：48-52.

[9]董石磊，赵婧博，黄鹏.物流智能仓储的5G专网性能[J].电信科学，2021（9）;152-158.

[10] 刘娜，窦志武.浅谈5G时代下智能物流仓储的信息化发展[J].物流工程与管理，2019（6）：1-3+7.

[11] GUTIéRREZ R T. Understanding the role of digital commons in the web; The making of HTML5[J]. Telematics and Informatics，2018，35（5）：1438-1449.

[12] 王松波，陈凡健.“智慧物流”背景下的智能仓储系统设计研究[J].现代信息科技，2019，3（17）：160-163.

[13] 陈斌，陈武军，樊忠文，等. 5G+MEC专网智能制造工厂[J].通信技术，2021，54（1）：215-223.

[14] 徐杰.物联网驱动的粮仓实时状态监控系统分析与设计[D].西安：长安大学，2018.

[15] 赵婧博，乔亚娟，张学智，等.5G在物流仓储行业的融合应用研究[J].电子技术应用.2021（11）：16-19.