解析物聯網的組網技術與應用

　　物聯網是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡，即“物物相連的互聯網”。物聯網的關鍵技術是RFID電子標簽技術，移動支付作為物聯網的一個分支也稱為手機支付，就是允許用戶使用其移動終端（通常是手機）對所消費的商品或服務進行賬務支付的一種服務方式。

　　物聯網概念是在1999年提出的，兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。物聯網產業細分為：RFID行業應用產業、移動支付產業、M2M產業和無線傳感器(WSN)網絡產業，移動支付是物聯網的典型應用。移動支付價值鏈包括移動運營商、支付服務商（比如銀行，銀聯等）、應用提供商（公交、校園、公共事業等）、設備提供商（終端廠商，卡供應商，芯片提供商等）、系統集成商、商家和終端用戶。

　　1.組網方案設計

　　本方案基于RFID2.4GHz頻率融合手機SIM卡的技術實現方式，兼容13.56MHz頻率應用方式。網絡組網以校園網為例，如下圖所示。

　　系統服務器放置在中心機房；各類消費終端、機具結合現場情況布放在各自的實驗場所，終端支持聯網和脫機交易，以便覆蓋所有功能應用。

　　2.功能介紹

　　建議采取2.4GHzRF-SIM卡與13.56MHzMIFARE卡同時應用的方案，模擬業務應用的各種場景。

　　2.12.4GHzRF-SIM卡

　　RF-SIM卡是可實現中近距離無線通信的手機智能卡，專利技術是一個可代替錢包、鑰匙和身份證的全方位服務平臺。它的最大特點是不需換手機，現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內自動調整，單向支持100M(數據廣播)，RFSIM卡在邏輯上分為標準SIM功能(GSM11.11，11.14)部分組件和模擬MifareOne邏輯加密卡的數據機制。（模擬Mifare數據邏輯結構并符合PBOC2.0以及EMV電子信用卡的規范要求）組件。

　　SIM：用戶識別模塊

　　CPU：中央處理器（數據處理、控制功能）

　　SRAM：靜態存儲器（存儲程序）

　　RFIC：射頻集成電路（完成對無線電波的調制與解調）

　　EEPROM：電可擦寫可編程存儲器（存儲數據）

　　中央處理器與SIM卡通過智能卡協議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，僅用作與手機的物理連接。

　　內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模塊并通過內置的天線與外部設備通訊。

　　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,自動選頻

　　通信速率1M，高可靠性連接與通信

　　支持自動感應和主動出發連接兩種通信方法

　　雙向通信距離500CM內，可以根據應用設定

　　支持STK菜單進行通信距離調整

　　單向數據廣播（半徑100M）

　　刷卡感應功能可自行啟閉（節電）

　　數據空中傳輸自動TDES加密，防竊聽數據，刷卡時雙向認證RF-SIM存儲結構：

　　目前主流應用的RF-SIM存儲容量在64k~256k之間；除去通信應用以外，至少能為移動支付應用預留30K空間。一般情況下規劃4k應用空間（可根據實際需求調整）；通過應用識別碼保障應用的安全性和獨立性。

　　2.213.56MHzMIFARE卡

　　13.56MHz卡的通信特征：

　　2.2.1通信協議：ISO14443-A

　　2.2.2支持106Kbps數據傳輸速率

　　2.2.3Triple-DES協處理器

　　2.2.4程序存儲器32K×8bitROM

　　2.2.5數據存儲器8K×8bitEEPROM

　　2.2.6EEPROM滿足10萬次擦寫指標

　　2.2.7EEPROM滿足10年數據保存指標

　　2.2.8識別一張卡3ms（包括復位應答和防沖突）

　　2.2.9EEPROM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

　　3.終端選型

　　應用終端為雙模制式，同時支持2.4GHz和13.56MHz雙頻段。終端結構：傳統13.56MHz應用終端進行改造，并聯2.4GHz讀卡模塊即可實現雙模制式；如圖：

　　13.56MHz讀卡模塊和2.4GHz讀卡模塊并聯嵌入到POS機內，通過RS232協議跟POS機進行通訊；RF-SIM卡與讀卡模塊通過Nordic公司開發的無線傳輸協議Gazell進行通訊。

　　4.技術特性

　　4.1終端集中管理

　　終端統一通過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系統在校園運營的良好過渡。

　　5.應用案例———綜合消費應用介紹

　　5.1系統組網

　　5.2業務功能的實現

　　5.2.1消費pos機：一款臺式消費終端，普遍應用于學校食堂就餐，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、網吧以及各種會所、場館門票管理等。

　　5.2.2發卡充值機：一款全功能MifareoneIC卡讀寫器，可讀寫16個扇區，USB傳輸數據和取電，速度快且穩定，使用方便，讀寫卡時間為0.1秒，讀卡距離2-6CM，可讀寫MIFAREONE，MIFARELIGHT等非接觸式IC卡。

　　6.結束語

　　物聯網已被明確列入《國家中長期科學技術發展規劃(2006-2020年)》和2050年國家產業路線圖。移動支付是物聯網的典型應用，在電信重組后，電信運營商均確定了企業主流3G技術標準，因此移動通信為平臺的移動支付市場將有很大的發展潛力，移動支付技術也給芯片設計、制造、封裝及制卡廠商帶來豐厚的經濟效益。

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