局域網技術及其在物流中的應用

陳語 石立群2020-11-11來源:中國郵政報

  近期,DHL發布了面向物流業的無線技術和物聯網發展趨勢的展望報告《下一代無線技術在物流中的應用》。報告認為,下一代無線技術將使通信革命更進一步,把每個人都連接到一個萬物互聯的新世界,而物流業將是物聯網賦能的數字革命的受益者和推動者,有助于改善可視性、提高運營效率以及加速自動化。

  局域網技術簡介

  局域網技術是無線網絡(Wi-Fi)、可見光無線通信技術(Li-Fi)和超寬帶(UWB)等多項技術的統稱,可以連接幾米到幾百米距離內的設備,通常用于覆蓋特定區域,例如家庭、辦公室、倉庫或工廠。 

  1.無線網絡(Wi-Fi) 

  Wi-Fi是最知名、應用最廣泛的無線技術之一。它不僅速度快,數據傳輸速率高達3.46Gbps,而且在室內也有廣泛的應用范圍,適用于私人住宅、公共空間以及廣泛使用的每臺電腦和智能手機。 

  然而,Wi-Fi面臨的最大挑戰也是它自身的成功。該技術使用未經授權的部分無線電頻譜,通常在2.4GHz和5GHz之間,將可用頻率分成若干重疊的頻道,在大多數家庭、辦公室和城市空間,多個Wi-Fi網絡爭奪有限的無線電頻譜。此外,Wi-Fi網關所能支持的同步連接數量也是有限的,會導致干擾、擁塞和性能下降。 

  Wi-Fi的最新版本稱為Wi-Fi6或技術標準802.11ax,是業界嘗試應對挑戰而提供的更強大的解決方案。該技術的峰值速度可達9.6Gbps,比之前的技術快三倍左右,但新標準中的大部分變化旨在提高多設備繁忙網絡的性能。 

  Wi-Fi6允許路由器以一對多的方式同時與多臺設備進行通信。在實踐中,這可以極大地提高體育場等多人訪問相同數據流的環境的容量。 

  Wi-Fi6還具有專為物聯網設備所設計的功能,這些設備通常優先考慮低功耗而不是高數據傳輸率。這些設備可以在路由器上安排簽到時間,允許它們關閉無線電系統以節省能源,然后快速重新連接并發送或接收數據。 

  Wi-Fi6現在已可投入使用,預期許多國家的監管機構將在2020年允許設備在新的頻段運行,這一變化將增加額外的容量,因此廣受歡迎。不過,由于它在設備和網絡基礎設施方面都需要新的硬件和軟件,比如電纜、網關、交換機和其他基礎設施可能需要更換,因此,升級周期可能會很長,成本也會很高。 

  2.可見光無線通信技術(Li-Fi) 

  Wi-Fi可能是無線局域網的主導者,但并不是唯一的技術。一種使用無線電頻率的替代方法,即Li-Fi(可見光無線通信技術),它利用LED光源可以極快調整亮度的優勢,能以人眼無法察覺的速度的閃爍來傳輸信號,但接收設備中的光學傳感器可以看到各種變化并解碼信息。 

  Signify公司(原飛利浦照明)是這一領域的先驅,最近推出了Trulifi系統,它可被集成安裝到房間和公共空間的照明單元中,并且,合適的光源和傳感器可以作為筆記本電腦和移動設備的適配器,并可商業化采購。由于Li-Fi是在可見光波段而不是無線電波段中工作,因此,它有希望避免困擾當前這一版本Wi-Fi的擁塞問題。這也意味著它適用于如使用無線電頻率有可能會造成安全問題的環境中操作,如醫療設施和處理危險貨物的設施。 

  雖然Li-Fi還處于起步階段,但它最大的增值點可能是通過消除專用網絡電纜和設備,特別是在新建物流設施方面,降低成本。Li-Fi基礎設施與照明裝備一起有效地內置,使掃描設備、打包臺席和其他固定設備都可以部署在任何有可見光的地方,并可以受益于高吞吐量的安全連接。這樣就避免了布線的材料和人工成本。 

  3.超寬帶(UWB) 

  超寬帶最初是在20世紀中期被用于雷達定位和通信技術,如今在業界又卷土重來,影響力比最初更大,可以用于較小規模的室內定位。 

  超寬帶(UWB)對于工業室內定位應用很有吸引力,因為它分布在200米范圍內的大量頻率上。這意味著,在相對較大的空間內不會對其他無線技術造成干擾。超寬帶(UWB)可以在現有的Wi-Fi網絡和藍牙設備之間安全共存。由于利用了電磁頻譜的高頻,超寬帶信號還可以穿透墻壁和門等障礙物。這大大簡化了在特定區域實現有效超寬帶覆蓋的基礎設施要求。超寬帶產生的短脈沖可以被非常精確地測量。這使得基于該技術的應用程序能夠實現精確的定位讀數,甚至可以精確到幾毫米。 

  局域網技術在物流中的應用案例 

  局域網技術的覆蓋范圍決定了其主要應用于室內物流作業場景。 

  1.Wi-Fi6在物流中的應用案例 

  在室內物流環境中,如倉庫、交叉轉運垛口和分揀設施,Wi-Fi已經是標準的無線技術。無線掃描儀是倉庫中最普遍和最重要的工具,幾乎無一例外地使用Wi-Fi。物流用戶可能會歡迎Wi-Fi6提供的額外容量,因為他們網絡上的設備數量一直在持續增加。 

  (1)增強機器人和可穿戴設備的部署能力 

  到2027年,倉庫機器人的年復合增長率估計為12%,物流行業正在擁抱倉庫自動化的新常態。行業分析師對工業可穿戴設備的增長前景更為樂觀,預計到2024年,復合年增長率將達到50%,主要得益于增強現實、混合現實和虛擬現實耳機最終將在日常運營中得到廣泛應用。這些設備的共同點是——快速、可靠的Wi-Fi連接是部署它們的關鍵因素,因為它們需要與倉庫管理系統(WMS)進行可靠、高頻通信來執行任務。比如,DHL已經在使用倉庫機器人公司Locus Robotics的自主移動機器人車隊用于輔助訂單揀選,而可穿戴設備、智能眼鏡和指環掃描儀是DHL設施中日益常見的創新。 

  (2)柔性峰值設備的可擴展性 

  Wi-Fi6允許更多有線設備轉換為無線設備。在倉庫和制造環境中,這簡化了設備的安裝和維護,使業主更容易快速地重新配置空間,以適應流程或需求的變化。在節日旺季,倉配業務會因訂單量過大而不堪重負,需要增加臨時工作人員并為他們配備適當的設備。Wi-Fi6有望為無線網絡提供擴展的空間,以部署多達數百個新的掃描儀、移動工作站和其他物流處理設備。 

  2.超寬帶(UWB)物流應用案例 

  對于物流行業來說,超寬帶在日益復雜的倉庫環境中實現了對物料、資產和人員進行室內定位的高度準確的可視化。 

  (1)實時定位系統 

  實時定位系統(RTLS)是物流行業特別感興趣的一種技術。在這一系統中,附在人或物體上的標簽與位于倉庫、分揀設施或類似配送中心周圍的許多基站交換短消息。需要指出的是,實時定位系統(RTLS)可以由藍牙、Wi-Fi和RFID等網絡技術提供支持,但是,專用超寬帶定位技術的制造商聲稱其系統可以提供無與倫比的范圍、定位精度和功耗優勢。 

  物流操作,尤其是分揀、履單和配送依賴于大量的周轉箱以及滾筒架和其他物料搬運設備,除了管理貨物的物流,也必須管理這些處理單元的物流。例如Kinexon解決方案,其所應用的超寬帶(UWB)定位解決方案可用于繁忙環境中的定位和此類設備、工具的使用管理,這在如今的制造和生產環境中變得越來越普遍。 

  在實時定位系統中,UWB的關鍵優勢在于其技術的精確度——它提供的定位精度可達幾厘米,而Wi-Fi的定位精度可能粗糙到幾米。此外,超寬帶的覆蓋范圍使它比藍牙或RFID更有吸引力,不只僅需要更少的基礎設施,而且還不受倉庫和分揀設備密集的物理布局的影響。 

  (2)倉庫布局優化 

  除了對單個物品進行定位外,超寬帶(UWB)還可用于獲取整個設施運行的詳細圖像。這使管理者能夠重新配置空間,從而發現減少擁堵和縮短行駛時間的機會。DHL和業界領先的基于超寬帶技術的實時定位服務提供商紅點定位公司(Redpoint Positioning)合作,提供一系列智能倉儲應用。通過在新加坡的一個倉庫部分安裝紅點超寬帶(Redpoint UWB)標簽,DHL團隊已經能夠通過創建近距離警報來避免與叉車和物料處理設備發生碰撞,從而提高工人的安全性。除了安全之外,跟蹤物品、資產和人員的流動有助于通過減少擁堵、改進資源規劃和更好的工作量分配,最終實現生產率的提高。

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