解析物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用
物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別(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,把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進行信息交換和通信,以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。對于物聯(lián)網(wǎng)的解釋主要包含了兩層意義: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)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò);第二,其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間,進行信息交換和通信。
物聯(lián)網(wǎng)概念是在1999年提出的,物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)細分為:RFID行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)、移動支付產(chǎn)業(yè)、M2M產(chǎn)業(yè)和無線傳感器(WSN)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè),移動支付是物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用。移動支付價值鏈包括移動運營商、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
本方案基于RFID 2.4GHz頻率融合手機SIM卡的技術(shù)實現(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)器放置在中心機房;各類消費終端、機具結(jié)合現(xiàn)場情況布放在各自的實驗場所,終端支持聯(lián)網(wǎng)和脫機交易,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 卡同時應(yīng)用的方案,模擬業(yè)務(wù)應(yīng)用的各種場景。
2.1 2.4GHzRF- SIM卡
RF- SIM卡是可實現(xiàn)中近距離無線通信的手機智能卡,專利技術(shù)是一個可代替錢包、鑰匙和身份證的全方位服務(wù)平臺。它的最大特點是不需換手機,現(xiàn)要手機換一張智能卡后就成了類NFC手機,使用的頻率是2.4G,通信距離可在500CM內(nèi)自動調(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)存儲器(存儲程序)
RFIC:射頻集成電路(完成對無線電波的調(diào)制與解調(diào))
EEPROM:電可擦寫可編程存儲器(存儲數(shù)據(jù))
中央處理器與SIM卡通過智能卡協(xié)議7816 通訊,中央處理器與RFIC通過SPI 接口通信。
SIM卡部分用于正常的手機移動通訊、鑒權(quán),僅用作與手機的物理連接。
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:
#p#
RF- SIM卡通訊特征:
·使用2.4G頻段, 自動選頻
·通信速率1M,高可靠性連接與通信
·支持自動感應(yīng)和主動出發(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TDES 加密,防竊聽數(shù)據(jù),刷卡時雙向認證RF- SIM存儲結(jié)構(gòu):
目前主流應(yīng)用的RF- SIM存儲容量在64k~256k 之間;除去通信應(yīng)用以外,至少能為移動支付應(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)實際需求調(diào)整);通過應(yīng)用識別碼保障應(yīng)用的安全性和獨立性。
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 程序存儲器32K×8bitROM
2.2.5 數(shù)據(jù)存儲器8K×8bit EEPROM
2.2.6 EEPROM滿足10 萬次擦寫指標(biāo)
2.2.7 EEPROM滿足10 年數(shù)據(jù)保存指標(biāo)
2.2.8 識別一張卡3ms(包括復(fù)位應(yīng)答和防沖突)
2.2.9 EEPROM擦寫時間2.4ms
2.2.10 典型交易過程<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)用終端進行改造,并聯(lián)2.4GHz讀卡模塊即可實現(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機內(nèi),通過RS232協(xié)議跟POS機進行通訊;RF-SIM卡與讀卡模塊通過Nordic公司開發(fā)的無線傳輸協(xié)議Gazell 進行通訊。
4.技術(shù)特性
4.1 終端集中管理
終端統(tǒng)一通過TCP/IP 與后臺直接進行通信,免除工作站的配置。保障終端與后臺通信的有效性、實時性。
4.2 雙頻段支持
同時支持2.4GHzRF- SIM卡與13.56MHzM1 卡;保障2.4GHzRF- SIM系統(tǒng)在校園運營的良好過渡。
5.應(yīng)用案例———綜合消費應(yīng)用介紹
5.1 系統(tǒng)組網(wǎng)
5.2 業(yè)務(wù)功能的實現(xiàn)
5.2.1 消費pos 機:一款臺式消費終端,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,工廠員工食堂收費管理,大型連鎖快餐店持卡消費、餐飲、娛樂場所消費、網(wǎng)吧以及各種會所、場館門票管理等。
5.2.2 發(fā)卡充值機:一款全功能Mifare one IC卡讀寫器,可讀寫16個扇區(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
物聯(lián)網(wǎng)已被明確列入《國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006- 2020 年)》和2050 年國家產(chǎn)業(yè)路線圖。移動支付是物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用,在電信重組后,電信運營商均確定了企業(yè)主流3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),因此移動通信為平臺的移動支付市場將有很大的發(fā)展?jié)摿?,移動支付技術(shù)也給芯片設(shè)計、制造、封裝及制卡廠商帶來豐厚的經(jīng)濟效益。







51CTO技術(shù)棧公眾號

速覽