解析物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用

　　物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是RFID 電子標(biāo)簽技術(shù)，移動(dòng)支付作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)分支也稱為手機(jī)支付，就是允許用戶使用其移動(dòng)終端（通常是手機(jī)）對(duì)所消費(fèi)的商品或服務(wù)進(jìn)行賬務(wù)支付的一種服務(wù)方式。

　　物聯(lián)網(wǎng)概念是在1999年提出的，兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)細(xì)分為：RFID行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)、移動(dòng)支付產(chǎn)業(yè)、M2M產(chǎn)業(yè)和無(wú)線傳感器(WSN)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)，移動(dòng)支付是物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用。移動(dòng)支付價(jià)值鏈包括移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、支付服務(wù)商（比如銀行，銀聯(lián)等）、應(yīng)用提供商（公交、校園、公共事業(yè)等）、設(shè)備提供商（終端廠商，卡供應(yīng)商，芯片提供商等）、系統(tǒng)集成商、商家和終端用戶。

　　1.組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

　　本方案基于RFID 2.4GHz頻率融合手機(jī)SIM卡的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，兼容13.56MHz 頻率應(yīng)用方式。網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)以校園網(wǎng)為例，如下圖所示。

　　系統(tǒng)服務(wù)器放置在中心機(jī)房；各類消費(fèi)終端、機(jī)具結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況布放在各自的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，終端支持聯(lián)網(wǎng)和脫機(jī)交易，以便覆蓋所有功能應(yīng)用。

　　2.功能介紹

　　建議采取2.4GHzRF- SIM卡與13.56MHzMIFARE 卡同時(shí)應(yīng)用的方案，模擬業(yè)務(wù)應(yīng)用的各種場(chǎng)景。 

　　2.1 2.4GHzRF- SIM卡

　　RF- SIM卡是可實(shí)現(xiàn)中近距離無(wú)線通信的手機(jī)智能卡，專利技術(shù)是一個(gè)可代替錢包、鑰匙和身份證的全方位服務(wù)平臺(tái)。它的最大特點(diǎn)是不需換手機(jī)，現(xiàn)要手機(jī)換一張智能卡后就成了類NFC手機(jī)，使用的頻率是2.4G，通信距離可在500CM內(nèi)自動(dòng)調(diào)整，單向支持100M(數(shù)據(jù)廣播)，RFSIM卡在邏輯上分為標(biāo)準(zhǔn)SIM功能(GSM11.11，11.14)部分組件和模擬Mifare One 邏輯加密卡的數(shù)據(jù)機(jī)制。（模擬Mifare 數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)并符合PBOC2.0 以及EMV 電子信用卡的規(guī)范要求）組件。

　　SIM：用戶識(shí)別模塊

　　CPU：中央處理器（數(shù)據(jù)處理、控制功能）

　　SRAM：靜態(tài)存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)程序）

　　RFIC：射頻集成電路（完成對(duì)無(wú)線電波的調(diào)制與解調(diào)）

　　EEPROM：電可擦寫可編程存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)數(shù)據(jù)）

　　中央處理器與SIM卡通過(guò)智能卡協(xié)議7816 通訊，中央處理器與RFIC通過(guò)SPI 接口通信。

　　SIM卡部分用于正常的手機(jī)移動(dòng)通訊、鑒權(quán)，僅用作與手機(jī)的物理連接。

　　內(nèi)置軟件用于管理高安全度的RF- ID、基于mifare 模擬邏輯加密卡、可內(nèi)置e- credit 電子信用卡、EMV 電子錢包等。使用微型RF 模塊并通過(guò)內(nèi)置的天線與外部設(shè)備通訊。

　　SIM芯片與2.4GHz 芯片融合；形成具備射頻通信能力的2.4GHzRFSIM卡；其通訊流程如下圖：

　　RF- SIM卡通訊特征：

　　使用2.4G頻段, 自動(dòng)選頻

　　通信速率1M，高可靠性連接與通信

　　支持自動(dòng)感應(yīng)和主動(dòng)出發(fā)連接兩種通信方法

　　雙向通信距離500CM內(nèi)，可以根據(jù)應(yīng)用設(shè)定

　　支持STK菜單進(jìn)行通信距離調(diào)整

　　單向數(shù)據(jù)廣播（半徑100M）

　　刷卡感應(yīng)功能可自行啟閉（節(jié)電）

　　數(shù)據(jù)空中傳輸自動(dòng)TDES 加密，防竊聽(tīng)數(shù)據(jù)，刷卡時(shí)雙向認(rèn)證RF- SIM存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：

　　目前主流應(yīng)用的RF- SIM存儲(chǔ)容量在64k~256k 之間；除去通信應(yīng)用以外，至少能為移動(dòng)支付應(yīng)用預(yù)留30K空間。一般情況下規(guī)劃4k 應(yīng)用空間（可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整）；通過(guò)應(yīng)用識(shí)別碼保障應(yīng)用的安全性和獨(dú)立性。

　　2.2 13.56MHzMIFARE 卡

　　13.56MHz 卡的通信特征：

　　2.2.1 通信協(xié)議：ISO14443- A

　　2.2.2 支持106Kbps 數(shù)據(jù)傳輸速率

　　2.2.3 Triple- DES 協(xié)處理器

　　2.2.4 程序存儲(chǔ)器32K×8bitROM

　　2.2.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8K×8bit EEPROM

　　2.2.6 EEPROM滿足10 萬(wàn)次擦寫指標(biāo)

　　2.2.7 EEPROM滿足10 年數(shù)據(jù)保存指標(biāo)

　　2.2.8 識(shí)別一張卡3ms（包括復(fù)位應(yīng)答和防沖突） 

　　2.2.9 EEPROM擦寫時(shí)間2.4ms

　　2.2.10 典型交易過(guò)程<350ms

　　2.2.11 工作溫度：- 20℃～70℃

　　2.2.12 讀寫距離：100mm以內(nèi)

　　3.終端選型

　　應(yīng)用終端為雙模制式，同時(shí)支持2.4GHz和13.56MHz雙頻段。終端結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)13.56MHz應(yīng)用終端進(jìn)行改造，并聯(lián)2.4GHz讀卡模塊即可實(shí)現(xiàn)雙模制式；如圖：

　　13.56MHz讀卡模塊和2.4GHz讀卡模塊并聯(lián)嵌入到POS機(jī)內(nèi)，通過(guò)RS232協(xié)議跟POS機(jī)進(jìn)行通訊；RF-SIM卡與讀卡模塊通過(guò)Nordic公司開(kāi)發(fā)的無(wú)線傳輸協(xié)議Gazell 進(jìn)行通訊。

　　4.技術(shù)特性

　　4.1 終端集中管理

　　終端統(tǒng)一通過(guò)TCP/IP 與后臺(tái)直接進(jìn)行通信，免除工作站的配置。保障終端與后臺(tái)通信的有效性、實(shí)時(shí)性。

　　4.2 雙頻段支持

　　同時(shí)支持2.4GHzRF- SIM卡與13.56MHzM1 卡；保障2.4GHzRF- SIM系統(tǒng)在校園運(yùn)營(yíng)的良好過(guò)渡。

　　5.應(yīng)用案例———綜合消費(fèi)應(yīng)用介紹

　　5.1 系統(tǒng)組網(wǎng)

　　5.2 業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)

　　5.2.1 消費(fèi)pos 機(jī)：一款臺(tái)式消費(fèi)終端，普遍應(yīng)用于學(xué)校食堂就餐，大型零售連鎖商店持卡消費(fèi)，工廠員工食堂收費(fèi)管理，大型連鎖快餐店持卡消費(fèi)、餐飲、娛樂(lè)場(chǎng)所消費(fèi)、網(wǎng)吧以及各種會(huì)所、場(chǎng)館門票管理等。

　　5.2.2 發(fā)卡充值機(jī)：一款全功能Mifare one IC卡讀寫器，可讀寫16個(gè)扇區(qū)，USB 傳輸數(shù)據(jù)和取電，速度快且穩(wěn)定，使用方便，讀寫卡時(shí)間為0.1 秒，讀卡距離2- 6CM，可讀寫MIFAREONE ，MIFARE LIGHT等非接觸式IC卡。

　　6.結(jié)束語(yǔ)

　　物聯(lián)網(wǎng)已被明確列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006- 2020 年)》和2050 年國(guó)家產(chǎn)業(yè)路線圖。移動(dòng)支付是物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用，在電信重組后，電信運(yùn)營(yíng)商均確定了企業(yè)主流3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此移動(dòng)通信為平臺(tái)的移動(dòng)支付市場(chǎng)將有很大的發(fā)展?jié)摿?，移?dòng)支付技術(shù)也給芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝及制卡廠商帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。