物联网的组网技术与应用解析

近十年来，随着物联网技术的飞速发展,特别是对传感网研究的逐步深入,人们对物联网的认识及应用都提升高度，大家普遍认为，物联网将是下一个经济发展的增长点和支撑点。全国各地对物联网的发展也极其重视。仅以江苏省为例，该省的规划内容之一便是，至2012年，物联网产业规模要达到1200亿人民币，到2015年，预计达到4700亿人民币。由此可见,物联网的发展空间有多大。移动支付是物联网的典型应用。事实上，在电信重组后，电信运营商均确定了企业主流3G技术标准，因此，以移动通信为平台的移动支付市场将有巨大的发展潜力，与此同时,移动支付技术也给芯片设计、制造、封装及制卡等厂商带来了丰厚的经济效益。

1  物联网组网技术方案

物联网的关键技术是RFID电子标签技术。移动支付作为物联网的一个分支，也称为手机支付，其实质是允许用户使用其移动终端（通常是手机）对所消费的商品或服务进行账务支付的一种服务方式。为此，可以考虑按基于RFID2.4GHz频率融合手机SIM卡的技术实现方式，该方案兼容13.56MHz频率应用方式。图1所示是一个以校园为例的组网方案图。

该方案将系统服务器放置在中心机房，各类消费终端、机具结合现场情况布放在各自的实验场所。终端可支持联网和脱机交易，以便覆盖所有功能应用。

本设计采取2.4GHz RF-SIM 卡与13.56 MHz MIFARE卡同时应用的方案，并模拟业务应用的各种场景。

1.1  2.4 GHz RF-SIM卡的功能

RF-SIM卡是可实现中短距离无线通信的手机智能卡，其专利技术是一个可代替钱包、钥匙和身份证的全方位服务平台。它的最大优点是不需要换手机，只要在现有的手机上换一张智能卡就可变成类NFC手机，使用的频率是2.4GHz,通信距离可在500cm内自动调整，并可单向支持100Mb/s（数据广播）。RFSIM卡在逻辑上分为标准SIM功能（GSM11.11,11.14）部分组件和模拟Mifare One逻辑加密卡的数据机制。模拟Mifare数据逻辑结构并符合PBOC2.0以及EMV电子信用卡的规范要求。

CPU（中央处理器）与SIM（用户识别模块）卡通过智能卡协议7816来通讯，CPU（中央处理器）与RFIC（射频集成电路，可完成对无线电波的调制与解调）通过SPI接口通信。SIM（用户识别模块）卡部分用于正常的手机移动通讯和鉴权，仅用作与手机的物理连接。而内置软件则用于管理高安全度的RFID、基于mifare模拟逻辑加密卡、可内置e-credit电子信用卡和EMV电子钱包等，可使用微型RF模块并通过内置的天线与外部设备进行通讯。SIM芯片与2.4GHz芯片融合可形成具备射频通信能力的2.4GHzRFSIM卡的通讯流程为：接到信息→接收到至读写器的寻卡信息→发送ACK→收到Nu11后发送认证信息→接收读写器的认证信息→读写是否合法,如合法则进入到“认证结束,接收其它命令”环节，如不合法,则重新接收信息并重新开始。

1.2  13.56 MHz MIFARE卡的功能

13.56MHz卡的通信特征是：通信协议釆用的是ISO14443-A,支持106Kb/s数据传输速率，该卡实际上是Triple-DES协处理器，程序存储器是32KX8bitROM,数据存储器为8KX8 bit E²PROM,可完成10万次擦写，能满足10年数据保存指标，识别一张卡只需3ms（包括复位应答和防冲突），擦写时间仅为2.4ms,典型交易过程低于50ms,读写距离在100mm以内。

1.3  终端选型与技术特性

应用终端采用双模制式,可以同时支持2.4GHz和13.56MHz双频段。终端结构可通过传统13.56MHz应用终端进行改造，并联2.4GHz读卡模块即可实现双模制式。13.56MHz读卡模块和2.4GHz读卡模块并联可以嵌入到POS机内，并通过RS232协议跟POS机进行通讯；RF-SIM卡与读卡模块通过Nordic公司开发的无线传输协议Gazell进行通讯。

终端一般统一通过TCP/IP与后台直接进行通信，可以免除工作站的配置。保障终端与后台通信的有效性和实时性；同时支持2.4GHzRF-SIM卡与13.56MHzMl卡;从而可以保障2.4GHzRF-SIM系统在校园运营的良好过渡。

2  物联网的关键技术应用

2.1  RFID技术及其应用

RFID技术是通过无线电波的方式把存储在RFID标签中的唯一标识码传送给RFID阅读器，这样，当标签贴在被标识物体上时，就可以对被标识物体实现远距离的、非直接接触的识别。基于无线电波传输周期以及传输通道的特性,也就可以同时实现多目标、大批量、快速的识别。由于频率不同和供电方式不同所导致的传输距离、传输速度也不同，因而其应用领域上也各有不同。

目前，RFID技术已经应用在电子不停车收费方面。主要是用于公路、大桥和隧道的电子自动收费系统。该系统应用RFID技术，通过路侧天线与车载电子标签之间的专用短程通讯，可在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作的情况下，自动完成收费处理的全过程。不停车收费涉及交通基础设施投资的回收，又是缓解收费站交通堵塞的有效手段，而且在使用中，收费卡的用量又很大，因此，各个国家都优先进行不停车收费系统应用系统的开发，并且积极推广。

目前在欧美的应用已经比较成熟和普遍,我国也已经在广东、四川等地的高速公路上投入应用。比如,厦门市路桥管理有限公司在不停车收费系统中应用RFID技术，发行RFID电子标签共20万张，广东联合电子收费股份有限公司自2004年建立了不停车收费系统，发行16万张RFID电子标签，均取得了良好的使用效果。不停车收费系统的实施有效地提高了车辆通过效率，可防止收费站交通“瓶颈”的发生，同时可实现收费的无人为干预,有效地遏制了偷逃过路费，收费人员玩忽职守、循私作弊等行为，同时也降低收费站的管理成本，更快地收回基础设施的投资。

2.2  传感网技术及其应用

传感网技术是物联网涉及的各项技术中最为关键的一项。它主要由传感器、通讯网络和信息处理系统三部分构成，具有实时数据采集、监督控制等功能。应用该技术可通过网络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等。传感技术与其它的技术不同，它具有实时性、即时性。例如可以用手机、电脑等设备通过网络査询地图、天气等资料，前提是这些资料必须已经存在于你所访问的服务器上。而传感网不同，如果你身处火灾现场,传感技术会通过周围已经布好的传感器，根据现场实际情况迅速为你制定出一条最佳逃生路线。，而这些路线并不是事先准备好的数据。借助传感技术,消防员再也不用挨个房间去寻找有没有被困的人员，从而使灭火、施救的速度大大提高，避免T无谓的时间消耗和体力消耗，为灭火和施救赢得了宝贝的时间。正因为这种特点，传感网技术被美国《技术评论》评为未来改变世界十大技术之首,并指出信息时代将从“网络就是计算机时代”进入到“网络就是传感器时代”。

虽然无线传感器网络因受技术等方面的制约还没有大规模投入商业应用，但最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。

目前的无线传感器网络的主要应用集中在环境的监测和保护、医疗护理、军事领域和一些特殊的商业化用途。相信随着相关技术的发展和推进,无线传感器网络一定会得到更大的应用。从应用的情况来看，北美的状况最好，在楼宇自动化、环境监控等方面，无线传感器网络已经开始大展拳脚。

2.3  M2M技术及其应用

M2M强调的是在商业活动中通过移动通讯技术和设备的应用变革出既有商务模式或创造出新的商务模式,是机器设备间的自动通讯。从狭义上说,M2M只代表机器和机器之间的通信。目前,人们提到M2M的时候，更多的是指非IT机器设备通过移动通信网络与其他设备或IT系统的通信。放眼未来，人们认为,M2M的范围不应拘泥于此，而是应该扩展到人对机器、机器对人、移动网络对机器之间的连接与通信。近年来，M2M应用遍及电力、交通、工业控制、零售、公共事业管理、医疗、水利、石油等多个行业，以及车辆防盗、安全监测、自动售货、机械维修、公共交通管理等,M2M可以说是无所不能。

三一重工是国内较早应用M2M技术提高信息化的企业，他们企业在其销往全球各地的工程机械(关键部位或关键部件)上加装数据采集终端，机械的运行数据可通过电信运营商网络汇总到企业控制中心，实现对工程设备作业状况的实时监控，企业控制中心可随时发现设备运行中存在的问题，要求实现吊车上的智能设备控制器检测到的油温、转速、工作压力等运行数据信息可通过通信网络实时发送至企业的控制中心，一旦发现异常情况，企业控制中心将立即指导客户排除故障或派出维修人员上门服务。

如果必须通过现场服务排除设备故障，企业控制中心会立刻通过定位系统搜寻客户故障设备的确切位置以及最近的服务车辆，并计算出最佳路线，同时派一线服务工程师迅速赶往故障现场,并将最佳路线图发送至工程师和司机的手机上。此外，企业控制中心还可以通过定位系统实时跟踪服务车辆运行轨迹，以确定服务人员是否在最短时间内到达客户现场实现对客户的快速反应。

3  结语

物联网是一个新兴技术，常通由传感网络、传输网络和控制网络等系统组成，近几年来.RFID的发展十分迅速，而传感器的发展则为物联网中的传感网的发展提供了基础。为此，文中对基于传感网的物联网技术进行解析,并对物联网应用中的关键技术进行了分析。因为我们有理由相信，随着物联网技术的发展以及对传感网的进一步深入研究，物联网技术及产业必将成为未来经济发展的新的增长点和支撑点。