基于RFID无线传感器网络的连锁餐饮资产管理系统

李 琦，柯宗武，姜楚乔

(湖北师范学院 计算机科学与技术学院，湖北 黄石 435002)

0 引言

传统资产管理通常采用条形码技术，读取物品信息时速度慢而且可存储的信息容量小，成千上万的物品不能处于实时监控状态；现代资产管理需要动态监控物品并可以存储大量信息，以此提高管理效率并减低管理成本[1～2]。

基于RFID与无线传感器网络的资产管理系统是可以满足现代仓库管理的新技术，系统可以动态、实时采集传感器节点感知的数据。近距离时管理人员可以通过手持终端读取RFID及传感器节点中的数据，远距离时可以通过网络访问数据库获取物品的实时信息。采用基于RFID与无线传感器网络结合的技术可以有效掌握资产的动态信息，同时在系统中采用决策系统对资产进行有效管理，从而达到节约成本的目的。

1 相关研究

资产管理中用不同种类RFID 标签如主动RFID 标签，被动RFID 标签等，在不同的覆盖距离，单一管理区域、多管理区域、重叠控制区域中的资产管理，智能管理且具有实时性[3]。

一些学者提出了一些基于RFID的资产管理系统，Chilamkurti提出了CSCE-AMS，使用RFID系统收集信息对资产进行管理，记录设备的借出人和归还人，并且可以通过电子邮箱的方式通知到时间没有归还设备的人，这个系统就是为了在借出和归还设备的管理方面使人力使用减少[1]。Meng研究的基于RFID的资产管理系统可以在电子地图上显示资产的空间信息并且提供通过SMS自动故障报警通知的功能[4]。Fernandez 使用RFID技术用于管理铁路货运行业的资产管理，管理诸如列车车辆，底盘、轴、转向架、联轴器等，使用RFID技术监控各个零件的信息，提出一个分层处理方案将标签信息转化为重要的信息来阅读，这种方法的缺点是需要专门耦合每一层相应业务，将事件分离后处理[5]。

上述资产管理系统存在的缺陷是受距离的约束且不能动态获取被监控物品的实时信息。本文提出了一种新型将RFID与无线传感器网络结合的资产管理技术，既保留了传统资产管理系统的功效，同时由于无线传感器网络的使用可以通过传感器节点实时收集被监测物品的信息，管理人员可以通过网络获取传感数据。既解决了距离问题，也实现了对数据信息的动态获取在，在系统中设有决策模型可以达到更好的预警处理效果。

2 RFID无线传感器网络

2.1 RFID与无线传感器网络的结构

目前，RFID与无线传感器网络结合的体系结构有三种，第一种是RFID标签与传感器节点结合，第二种是RFID阅读器与传感器节点结合，第三种是混合的网络结构[6～9]。

1)RFID标签与传感器节点结合

在RFID 标签与传感器节点整合的结构中，把传感器标签分为两类：一种是传感器标签只能与RFID阅读器通信；另一种是传感器标签可以两两相互通信，组成ad hoc 网络。在RFID 标签里放入传感器，这样可以接收感测器的读数然后再传递给RFID阅读器。正是因为这种放入了传感器的RFID标签为RFID 与无线传感网络的整合提供了可能。

2)RFID 阅读器与传感器节点结合

在这种方式中，包括智能节点即RFID阅读器与传感器节点整合后的节点、单一的RFID 标签、基站三个成分。智能节点的体积更小，成本更低，并且很容易组建。通过建立ad hoc网络，智能节点负责从RFID标签收集数据，并且与基站进行通信，即智能节点起到路由和传递消息到目的地的作用。

3)混合的网络结构(Mix Architecture)

在混合的网络结构中，RFID标签与传感器节点之间是独立的物理设备，但是它们可以在整合网络中独立工作。在这种结构中包括三种硬件设备：智能基站(smart station)、普通RFID标签以及普通传感器节点。一个智能基站包括一个阅读器、一个微型处理设备以及一个网络接口。RFID标签和传感器节点收集的数据都传送到智能基站。由RFID的服务端与整合网络的服务端进行通信，并与RFID标签传输信息。

这种方式结合的网络不需要将两者整合在一起的硬件设备。但是，在这种结构中RFID标签与传感器节点之间可能会有冲突。

2.2 RFID无线传感器网络的特点

RFID是一种非接触的，用于传输一个物体的标签中数据的无线系统，用于物体的识别与跟踪。RFID通信是快速的，它的应用可以节省时间，提高服务质量，节约人力资源，阻止产品的伪造和盗窃，提高生产效率并维护质量标准。无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是小型网络设备，可以通过感应环境，合作地收集温度、湿度、压力、震动等信息。两者的联合使用可以有更好的性能、更强的可扩展性、可移植性以及可以减少不必要的开销，会带来更多无线通信的优势[10～11]。将RFID与WSN融合在一起可带来如下好处：

1)更丰富的信息

RFID与WSN可以相互补充，以得到一个物体的标识位置、环境及自身的丰富信息。

2)更方便、更可靠的数据传输

在RFID无线传感器网络中，数据流主要从客户端传输到服务器，将便携式RFID阅读器做成无线传感器网络中的节点，可以方便地将阅读器收集到的信息通过网络传输到数据中心的服务器。

3)降低成本

在物流管理应用中，因增加了更丰富的信息，可以减少一些不必要的浪费，如对于食品进行长途运输，使用RFID无线传感网络获取食品的状态，对于已过期或者已变质的食品直接处理掉，减少不必要的物流成本。

3. RFID无线传感器网络的连锁餐饮资产管理系统

鉴于RFID无线传感器网络的特点及优势，提出基于RFID无线传感器网络的连锁餐饮资产管理系统，不仅可以提高管理效率、节省工作时间、提高服务质量，而且可以降低工作成本，达到利益最大化的效果。

在连锁餐饮资产管理系统中可以实时监控每一单位物品的状态，物品快到保质期通过决策模型尽快出库处理，这样可以降低由于腐烂而造成的成本；在资产管理尤其是食物管理中对温度的要求十分严格，可以通过传感器节点来感应物品的温度，实时监控并及时处理防止由于温度过高而造成腐烂。

3.1 系统结构

将射频识别设备与无线传感器网络相结合应用于资产管理系统中，当有物品进入仓库时，在物品上贴RFID标签，此标签中记录物品买入时间、生产厂家等信息。将这些贴有RFID标签的物品入库，同时将RFID标签中的信息通过网关传入数据库，资产管理系统中的信息在数据库中进行管理。仓库管理员利用手持设备通过无线传感器网络网关访问服务器进行数据库的访问，完成仓库管理工作。系统有自动报警的功能，通过RFID与传感器结点监控物品周围的状态信息如温度、湿度信息，当实时监控的信息数值大于设定的上限值时，系统可以发出警告信息，以便管理员及时处理；当数据库中的数据信息超过某一值，如保存天数超过保质期限时，产生警告通知仓库管理员尽快处理。

3. 2 连锁餐饮企业资产管理系统

连锁餐饮业具有集团化、中央厨房集中进行生产管理、地理覆盖范围广等特点。如何有效地管理复杂的企业并将食品分送到消费者手中，是企业管理者面临的一大挑战，最有效的方式是运用高新科技。由于餐饮业对食品的鲜度要求较高，一般将采购的食品存放在中央冷库，在中央厨房统一配料，再配送到各个连锁餐饮店，该系统要实现智能采集信息，并有预警功能，其数据流图如图1所示。

图1 系统数据流图

在餐饮企业中，由管理人员决策购买食品，食品买回来通过审核后将RFID标签贴到食品上，将贴有电子标签的物品送入中央冷库，在入中央冷库时管理员通过读写器将入库日期及要送到的货架位置写入标签中。

由于冷库中节点带有RFID标签阅读器，这样传感器节点可以通过阅读RFID标签获取冷库中货架的闲置情况，并将信息送至冷库网关；同时，传感器节点将监测到的温度、湿度信息通过多跳方式送至网关，网关再将数据送到管理中心。手持终端是一个集RFID读写器、wifi、sink结点于一体的智能终端，管理员可以通过手持终端获取物品的动态信息及货架的空闲信息。

在传统的冷库管理中，出库人员一般习惯就近取物品，食品易积压，造成浪费。在所研究的系统中，管理员可通过手持终端依入库日期先后查看，取出所需物品，同时查到物品位于哪个货架上，通知搬运工直接搬运上车、出库。管理人员在物品上车出库时向标签中写入出库日期。

3.3 决策模型

本系统将RFID与无线传感器网络结合，收集的数据在数据库中存储，这样使用在整个管理流程中，可以实时获取物品的信息，提高管理的效率，同时系统中有预警模型，这样可以减少食品因腐烂等原因增加成本，也可以节约人力成本、时间成本。

系统决策模型：假定一周为一个采货周期，周货物库存费C1，每次订购费C2，日需求量为一常量D，根据经济学模型可以计算出，每次购货量Q

(1)

当库存量小于两日消费量时，通知管理者决策采购;当库存量大于7日消费量时，通知管理者决策促销、贱卖或者丢弃。

物品采购回来入库时，将物品的货名、生产日期、有效期、保质期、生产厂家信息、WTID号输入PC，通过“写”标签将这些信息写到RFID标签中，可以通过读标签获取标签中的信息.将带有RFID标签的物品放入中央冷库，并且更新数据库中的信息。在中央冷库中放有温度传感器节点、湿度传感器节点、肉类鲜度传感器节点，可通过网关将数据传送至数据管理中心(Database)。冷库中信息管理如图2所示。 物品在数据库中的信息来源于RFID标签中的信息以及传感器节点传回的数据信息。

图2 冷库中信息管理图

在冷库系统中，考虑产品消费的预警模型，即决策将物品送入中央厨房的最佳时间.预警模型是一个无量纲的模型，采用加权的方法计算。模型考虑温度、湿度、日期三个因素的影响，权系数分别为r1，r2，r3； 当前温度为Td，最佳温度为Tz，允许温度误差为Tx，当前湿度为Hd，最佳湿度为Hz，允许湿度误差为Hx.当前日期为Ds，生产日期为Dd，保质期为D0.模型如下：

(2)

根据上述模型，当S的值高于警戒线时，通知管理者进行丢弃、贱卖等处理；当S的值处于低值时则物品状态适合送入中央厨房加工。

物品进入中央厨房时可以读标签获取物品的相关信息，对送来的物品进行配料加工，出厨房时对标签重新写入数据，记录物品名称、物品的去向、出厨房时间、物品数量、保鲜期、配料厨师、负责人、ID号。物品入此分店时，即读取RFID标签，得到从中央厨房出货时的信息，并且要在保鲜期内送至餐桌，否则决策丢弃、贱卖。

4 结束语

本文提出了基于RFID无线传感器网络的连锁餐饮资产管理系统，可以动态获取传感数据，确保管理人员实时准确地掌握物品的状态、仓库中温度、湿度信息以及库存的真实数据，合理控制物品库存量。管理人员通过手持终端或访问数据库获取传感信息后，通过决策模型及时处理资产，这样不仅实现可视化管理并及时管理提高了管理效率并减少浪费，为企业节约成本。RFID无线传感器网络可应用于各种智能资产管理中，可以提高数据实时性，实现对资产的可视化管理。

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