解析物联网的组网技术与应用

　　物联网是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，即“物物相连的互联网”。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，就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。

　　物联网概念是在1999年提出的，两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。物联网产业细分为：RFID行业应用产业、移动支付产业、M2M产业和无线传感器(WSN)网络产业，移动支付是物联网的典型应用。移动支付价值链包括移动运营商、支付服务商（比如银行，银联等）、应用提供商（公交、校园、公共事业等）、设备提供商（终端厂商，卡供应商，芯片提供商等）、系统集成商、商家和终端用户。

　　1.组网方案设计

　　本方案基于RFID 2.4GHz频率融合手机SIM卡的技术实现方式，兼容13.56MHz 频率应用方式。网络组网以校园网为例，如下图所示。

　　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，终端支持联网和脱机交易，以便覆盖所有功能应用。

　　2.功能介绍

　　建议采取2.4GHzRF- SIM卡与13.56MHzMIFARE 卡同时应用的方案，模拟业务应用的各种场景。 

　　2.1 2.4GHzRF- SIM卡

　　RF- SIM卡是可实现中近距离无线通信的手机智能卡，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。它的最大特点是不需换手机，现要手机换一张智能卡后就成了类NFC手机，使用的频率是2.4G，通信距离可在500CM内自动调整，单向支持100M(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）组件。

　　SIM：用户识别模块

　　CPU：中央处理器（数据处理、控制功能）

　　SRAM：静态存储器（存储程序）

　　RFIC：射频集成电路（完成对无线电波的调制与解调）

　　EEPROM：电可擦写可编程存储器（存储数据）

　　中央处理器与SIM卡通过智能卡协议7816 通讯，中央处理器与RFIC通过SPI 接口通信。

　　SIM卡部分用于正常的手机移动通讯、鉴权，仅用作与手机的物理连接。

　　内置软件用于管理高安全度的RF- ID、基于mifare 模拟逻辑加密卡、可内置e- credit 电子信用卡、EMV 电子钱包等。使用微型RF 模块并通过内置的天线与外部设备通讯。

　　SIM芯片与2.4GHz 芯片融合；形成具备射频通信能力的2.4GHzRFSIM卡；其通讯流程如下图：

　　RF- SIM卡通讯特征：

　　使用2.4G频段, 自动选频

　　通信速率1M，高可靠性连接与通信

　　支持自动感应和主动出发连接两种通信方法

　　双向通信距离500CM内，可以根据应用设定

　　支持STK菜单进行通信距离调整

　　单向数据广播（半径100M）

　　刷卡感应功能可自行启闭（节电）

　　数据空中传输自动TDES 加密，防窃听数据，刷卡时双向认证RF- SIM存储结构：

　　目前主流应用的RF- SIM存储容量在64k~256k 之间；除去通信应用以外，至少能为移动支付应用预留30K空间。一般情况下规划4k 应用空间（可根据实际需求调整）；通过应用识别码保障应用的安全性和独立性。

　　2.2 13.56MHzMIFARE 卡

　　13.56MHz 卡的通信特征：

　　2.2.1 通信协议：ISO14443- A

　　2.2.2 支持106Kbps 数据传输速率

　　2.2.3 Triple- DES 协处理器

　　2.2.4 程序存储器32K×8bitROM

　　2.2.5 数据存储器8K×8bit EEPROM

　　2.2.6 EEPROM满足10 万次擦写指标

　　2.2.7 EEPROM满足10 年数据保存指标

　　2.2.8 识别一张卡3ms（包括复位应答和防冲突） 

　　2.2.9 EEPROM擦写时间2.4ms

　　2.2.10 典型交易过程<350ms

　　2.2.11 工作温度：- 20℃～70℃

　　2.2.12 读写距离：100mm以内

　　3.终端选型

　　应用终端为双模制式，同时支持2.4GHz和13.56MHz双频段。终端结构：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；如图：

　　13.56MHz读卡模块和2.4GHz读卡模块并联嵌入到POS机内，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。

　　4.技术特性

　　4.1 终端集中管理

　　终端统一通过TCP/IP 与后台直接进行通信，免除工作站的配置。保障终端与后台通信的有效性、实时性。

　　4.2 双频段支持

　　同时支持2.4GHzRF- SIM卡与13.56MHzM1 卡；保障2.4GHzRF- SIM系统在校园运营的良好过渡。

　　5.应用案例———综合消费应用介绍

　　5.1 系统组网

　　5.2 业务功能的实现

　　5.2.1 消费pos 机：一款台式消费终端，普遍应用于学校食堂就餐，大型零售连锁商店持卡消费，工厂员工食堂收费管理，大型连锁快餐店持卡消费、餐饮、娱乐场所消费、网吧以及各种会所、场馆门票管理等。

　　5.2.2 发卡充值机：一款全功能Mifare one IC卡读写器，可读写16个扇区，USB 传输数据和取电，速度快且稳定，使用方便，读写卡时间为0.1 秒，读卡距离2- 6CM，可读写MIFAREONE ，MIFARE LIGHT等非接触式IC卡。

　　6.结束语

　　物联网已被明确列入《国家中长期科学技术发展规划(2006- 2020 年)》和2050 年国家产业路线图。移动支付是物联网的典型应用，在电信重组后，电信运营商均确定了企业主流3G技术标准，因此移动通信为平台的移动支付市场将有很大的发展潜力，移动支付技术也给芯片设计、制造、封装及制卡厂商带来丰厚的经济效益。