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中超奖杯大力神杯:技術干貨 | 關于自動化倉儲Wi-Fi網絡無縫漫游設計

//www.dwvekz.com.cn ( 2019/5/24 14:25 )

中超客场积分榜 www.dwvekz.com.cn 隨著移動互聯網技術的發展,自動化倉儲技術也日趨成熟,并得到大量的應用。其中典型的自動引導運輸車(AGV)設備,在物流倉儲的揀貨、分揀等環節大大提升了運轉效率,提升質量的同時降低了運營成本。而AGV設備的快速、穩定運行,需要依賴高可靠的Wi-Fi網絡,特別是對Wi-Fi網絡的漫游能力有更高的要求。本文將針對自動倉儲的Wi-Fi網絡進行深入探討。

圖1: AGV示意圖

探索自動化倉儲對Wi-Fi網絡的需求

AGV屬于輪式移動機器人(Wheeled Mobile Robot)的范疇,更直接點就是無人駕駛(Driverless)的運輸車。AGV以輪式移動為特征,較之步行、爬行或其它非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結構簡單、可控性強、安全性好等優勢,且無需鋪設軌道、支座架等固定裝置,不受場地、道路和空間的限制。因此,在自動化倉儲系統中,AGV是最能充分地體現其自動性和柔性,實現高效、經濟、靈活的無人化生產。

說了AGV這么多特點,我們不禁要問:這與Wi-Fi網絡的無縫漫游有什么直接關系呢?帶著這個疑問,下面就先給大家分析一下在自動化倉儲中真正的網絡需求。

從AGV的工作模式分析,AGV必須通過無線通信方式由電腦來控制其行進路線以及行為,這就注定AGV的作業離不開無線網絡的支撐,而Wi-Fi網絡是AGV采用的最主要的無線通信手段。那么按照傳統辦公網Wi-Fi思路部署一張無線網絡能夠支撐AGV業務需求嗎?答案是否定的。

如下圖2所示,在實際的自動化倉儲中,AGV裝卸作業需要往返于不同工作區域,單個無線接入點(AP)無法完全覆蓋整個區域,因此一個AGV實際需要在多個AP信號之間漫游通訊。

圖2: 自動化倉儲圖示

相比辦公網中人的移動速度,AGV的移動速度要快得多,如表1所示,其中視覺二維碼導航的AGV在電商物流行業應用比較廣泛,其行駛速度可以高達150m/min,所以AGV實際會在多個AP之間會進行快速漫游,但是這個漫游過程中,仍然需要確保AGV與后臺的通信交互準確無誤,也就是要確保AGV不掉線停車,避免因導致AGV擁堵而嚴重影響生產作業。

磁導航
60m/min
視覺二維碼+慣導
90m~150m/min
激光導航
150m/min

表1: AGV運行速度

但是在當前的自動化倉儲場景中,客戶一般是利用傳統WLAN技術部署Wi-Fi網絡,并集成了傳統的漫游技術,但是對于AGV的穩定運行,其實際效果并不是很理想。

下面,我們分析下Wi-Fi漫游的技術難點,以及傳統的漫游方式為什么不能滿足AGV的需求。

剖析自動化倉儲傳統Wi-Fi漫游解決方案的乏力

自動化倉儲漫游問題分析

1. 傳統的漫游過程,一般分為三步:

預漫游狀態:如下圖3所示。

· 進入條件:信號強度≤預漫游閾值;

· 操作行為:掃描信道, 存入漫游列表;

· 持續時間:信號強度升高于閾值后恢復;

· 體驗影響:掃描期間不收包, 通信中斷,造成時延增大/丟包。

圖3:預漫游狀態圖

終端漫出狀態:如下圖4所示。

· 進入條件:信號強度≤漫出閾值;

· 操作行為:斷開舊AP連接;

· 持續時間:瞬間行為;

· 體驗影響:此時終端處于斷開狀態,不收發報文。

圖4:漫出狀態圖

終端漫入狀態:如下圖5所示。

· 進入條件:漫游列表內有信號好的AP;

· 操作行為:終端重新與AP關聯;

· 持續時間:一般終端完成關聯在300ms以內;

· 體驗影響:關聯完成之前,終端網絡處于無連接狀態,不收發報文。

圖5:漫入狀態圖

2. 在傳統漫游過程中所存在的問題分析:

· 預漫游階段:由于當前終端漫游的算法不夠完善,導致預漫游效果較差,終端在離開當前無線網絡區域時往往會掉線一段時間才能接入新的無線網絡中;

· 漫出階段:可能由于漫出AP覆蓋的區域范圍較大,雖然當前終端所能接收到的信號質量已經很差,但是還是無法切換到新的AP中,從而引發漫游粘滯問題;

· 漫入階段:可能由于漫入AP信號覆蓋的區域范圍較小,導致終端在脫離漫出AP時依舊無法接入到漫入的AP中,導致終端短時間掉線,影響整個業務的穩定運行。

另外,在傳統漫游方案中,對于漫游切換的動作,主動權在終端無線網卡上,AP端是無法直接控制的,總會存在無線網絡短暫中斷的狀態。

那么,無線設備廠商針對傳統漫游問題的優化方案是什么呢?接下來我們來看一下,傳統無線廠商基于AP層面的優化手段。

傳統Wi-Fi網絡的漫游優化方案

針對傳統漫游中存在的問題,傳統無線廠商做了很多的努力,在自動化倉儲傳統漫游解決方案中基本解決了AP端漫游的很多問題。下面通過一個終端由AP1漫游到AP2中的:預漫游、漫出、漫入等三個不同狀態,詳細了解下傳統漫游優化方案。

預漫游狀態:如圖6所示,利用零網優技術 (DWO,Distributed Wireless Optimize),調整漫出AP的覆蓋范圍,讓終端更早進入自己的漫游狀態機,主要包括三個層面的優化:

· 信道掃描邏輯優化;

· 信道掃描時間優化;

· 漫游狀態機優化。

圖6:預漫游狀態優化圖

漫出狀態:如圖7所示,通過智能漫游手段以終端RSSI信號強度為依據,當AP在檢測到終端RSSI信號強度到閾值(終端不同參數不同)一般是-70dBm左右時,主動踢終端下線,迫使終端進行漫游。

圖7:漫出狀態優化圖

漫入狀態:如圖8所示,利用DWO技術,主動調整漫入AP的覆蓋范圍、發射功率、信道寬度以及優化切換時間:

圖8:漫入狀態優化圖

如上所述,對于傳統Wi-Fi問題,AP也只能通過優化手段間接影響終端的漫游行為,對于傳統辦公網絡來說,基本可以解決問題,從而改善終端的體驗。但是在自動化倉儲場景中,由于AGV在多個AP間快速漫游,傳統漫游優化方案還是無法徹底解決問題。另外,因為AGV設備的無線網卡能力、質量參差不齊,Wi-Fi漫游的效果更佳無法控制。

總結來看,如果要徹底解決AGV快速漫游的體驗,需要從以下兩個方面入手:

· AGV端Wi-Fi網卡與主機解耦,通過硬件能力統一,實現終端側Wi-Fi漫游行為的可控;

· 基于現有Wi-Fi協議設計新的漫游機制。

自動化倉儲Wi-Fi網絡無縫漫游方案給你帶來解答。

自動化倉儲Wi-Fi網絡無縫漫游方案助力自動化倉儲業務高速發展

自動化倉儲Wi-Fi網絡無縫漫游方案架構

自動化倉儲Wi-Fi網絡無縫漫游方案如下圖9所示,其中網絡產品組件和應用技術及可達到的效果如下:

· 網絡產品組件:無線控制器(AC)、AP,Wi-Fi轉換器等;

· 應用技術及可達到的效果:基于雙射頻聚合鏈路技術(DRAL,Dual Radio Aggregate Link)及預漫游(Pre-Roam)技術。通過車載Wi-Fi轉換器,結合上述兩種技術,將無線信號轉換為有線信號給終端提供網絡,不僅能提高信號穩定性而且解決了兼容性問題; 

圖9: 自動化倉儲Wi-Fi網絡無縫漫游方案架構圖

技術原理詳解

1. DRAL技術,如下圖10所示。

· Wi-Fi轉換器通過主射頻卡與備份射頻卡與AP之間建立Link A和Link B雙數據鏈路同時將無線網絡轉有線接入,替換傳統Wi-Fi網卡,為AGV提供上行網絡連接;

圖10: 雙鏈路建立,無線轉有線示意圖

· 采用去重轉發技術。如下圖11所示,在建立雙鏈路數據的同時解決無線環路問題。

發生環路的情況:主射頻卡、備份射頻卡與AP之間建立Link A、Link B雙數據鏈路,若此時兩條鏈路連接的Wi-Fi轉換器與AP成功建立通信鏈路并發生通信時,整個鏈路就發生了環路。

具體解決方法:

主射頻卡與備份射頻卡與AP之間建立Link A和Link B雙數據鏈路,兩條無線鏈路同時處于雙?;畹淖刺?。此時主鏈路用于數據傳輸,當主鏈路正常通信時,備份鏈路在Wi-Fi轉換器與下一個AP信號建立連接處于備份狀態。當主射頻卡發生漫游時主鏈路斷開時切換到備份鏈路進行通信。

圖11: 雙鏈路?;釷疽饌?/p>

2. Pre-Roam技術,即雙鏈路預漫游方案,主要解決終端設備在漫游過程中的信號接收問題。

· 在預漫游階段,Wi-Fi轉換器根據事先建立的兩條鏈路中的備份鏈路進行信號掃描,另一條則穩定通訊,提前主動探測到最合適的漫入信號源,如下圖12所示。

圖12: 利用Pre-Roam技術預漫游狀態圖

· 在漫出階段:Wi-Fi轉換器已經提前主動探測到了最合適的漫入信號源。此時,一條鏈路進行正常通信,另一條鏈路執行漫出,如下圖13所示。

圖13: 利用Pre-Roam技術漫出狀態圖

· 在漫入階段:Wi-Fi轉換器的一條鏈路已經切換最合適的漫入信號源。此時,需要保證其中一條鏈路漫游成功后,另一條鏈路才做切換,如下圖14所示。

圖14: 利用Pre-Roam技術漫入狀態圖

如上所述,自動化倉儲Wi-Fi網絡無縫漫游設計,一方面通過Wi-Fi轉換器實現AGV端Wi-Fi網卡與主機解耦,通過硬件能力統一,實現終端側Wi-Fi漫游行為的可控。另一方面,基于現有Wi-Fi協議,通過雙射頻聚合鏈路、高效的預漫游機制以及有線轉無線的方式,為自動化倉儲環境中AGV等智能終端提供了穩定可靠的Wi-Fi網絡。

總結

自動化倉儲Wi-Fi網絡無縫漫游方案簡單來說其實是一個融合的網絡解決方案,它從不同的問題源出發,致力于解決自動化倉儲傳統漫游解決方案以及自動化倉儲內智能設備的無線網絡體驗問題。通過無線轉有線的方式,借助Wi-Fi轉換器實現終端側Wi-Fi漫游的可控。同時,結合雙鏈路和Pre-Roam技術,有效地保證網絡質量的可靠性,滿足了AGV快速無縫漫游的需求,從而保證了依賴于無線網絡質量的自動化倉儲業務能夠流暢運行。 中超客场积分榜

   來源:廠商供稿

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