第11章 创新技术推动城市智慧化进程(5)

识读器的基本功能就是提供与标签进行数据传输的接口,可设计为手持式或固定式。识读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。

高频接口包含发送器和接收器,其功能包括:产生高频发射功率以启动电子标签并提供能量;对发射信号进行调制,用于将数据传送给电子标签;接收并解调来自电子标签的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异。

控制单元的功能包括:与应用系统软件进行通信,并执行应用系统软件发来的命令;控制与电子标签的通信过程;信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法,对电子标签与识读器间要传送的数据进行加密和解密,以及进行电子标签和识读器间的身份验证等附加功能。

目前RFID存在三个主要的技术标准体系,EPC Global、日本的Ubiquitous ID Center(泛在ID中心,UIC)和ISO标准体系。

目前主要的RFID电子标签使用的频率大致分为6个频段,分别为:125KHz,13.56MHz,433.92MHz,860-930MHz,2.45GHz及5.8GHz。其中最常用的4个频段为:125KHz,13.56MHz,860-930MHz,2.45GHz。

各种频段有其技术特性和适合的应用领域。

高频系统一般指工作频率高于400MHz,基本特点是标签内保存的数据量较大、阅读距离较远(可达几米至十几米),适应物体高速运动性能好;高频系统外形一般为卡状,阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性,但是其电子标签及阅读器成本均较高。

中低频系统工作频率低于400MHz,采用电感耦合方式工作,其通信速度较慢,传输距离不长,标签数据量也较小,但是因为工作频率不受无线电频率管制影响,能耗较低,与高频系统相比,无论是标签还是读取设备都有较大的价格优势,因此使用最为广泛。

RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签。相对于传统的条码,RFID有更好的安全性、动态实时通信等优点,目前已成功应用于工业、农业、邮政、医疗、交通、能源、物流等各个行业。

短距离的RFID产品可以在一定环境下替代条码,用在工厂的流水线等场合跟踪物体。长距离的产品多用于交通系统,距离可达几十米,多用在自动收费或识别车辆身份等场合。

采用RFID标签技术的RFID卡可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪,具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用、使用灵活等特点。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种环境。

RFID与手机结合,在移动支付中有较为成熟的应用。基于RFID的移动支付主要有基于卡的实现方式(主要包括RF-UIM、外贴非接触式卡),基于手机的实现方式(NFC方式),基于卡和手机结合的方式(eNFC、智能SD卡方式、双界面UIM卡)。此外,手机终端和UIM卡配合作为被识读设备可实现非接触式IC卡应用。当手机终端进入RFID读写器(如POS机)的覆盖范围时,RFID读写器读取终端中RFID应用数据,然后通过有线或无线网络将数据送至后端应用系统进行处理。同时后端应用系统也可以通过RFID读写器向携带RFID应用的手机终端写入数据,用以更新应用数据和相关程序,如图11-6所示。

图11-6  移动终端作为IC卡模式的RFID应用

(2)IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4标准针对无线个域网(Wireless personal area networks,WPANs)的短距离数据传输,把低能量消耗、低速率传输、低成本作为设计目标,涉及物理层(PHY)和媒体介质访问(MAC)子层,适用于固定的、轻便的以及可移动设备间的无线低速率数据传输,为特定范围内不同设备之间提供低速互连。

目前,IEEE 802.15.4是相对完善的、重要的底层协议,包括Zigbee/Zigbee Pro、WirelessHart、以及许多私有协议都是基于IEEE 802.15.4制定的。此外,针对物联网IPV6应用的6LowPAN也是在IEEE 802.15.4基础上进行研究的。

IEEE 802.15.4标准的主要特征包括:

— 在不同载波频率下实现250kbps,40kbps,20kbps三种不同传输速率;

— 支持星形和点到点两种基本网络拓扑结构;

— 具有16bit和64bit两种地址格式,其中64bit地址是全球唯一的扩展地址;

— 支持时隙保障(Guaranteed Time Slots,GTSs)机制;

— 采用带冲突避免的载波多路侦听机制(CSMA-CA);

— 支持确认(ACK)机制,保证传输可靠性;

— 低功耗;

— 信道能量检测(Energy Detection,ED)和检测接收数据包的链路质量指示(LQI);

— 多信道,2.4GHz频段划分有16个信道,915MHz频段划分有10个信道,868MHz划分有1个信道。

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