物联网系统设计

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1、物联网技术与应用系统设计题 目： 手机一卡通系统姓 名： XXX学 号： XXX专 业： XXX班 级： XXX指导教师： XXX 2013 年 11 月 28日目录摘要1第一章 提出问题11.1 什么是物联网11.2 什么是RFID技术11.3 什么是NFC技术41.4 什么是RF-SIM卡.61.5什么是手机一卡通系统.6第二章 需求分析72.1 手机应用72.2 一卡通应用72.3 校园市场82.4 手机一卡通应用8第三章 系统设计93.1 一卡通系统整体架构103.2 手机一卡通组网方式113.3 软件架构123.4 系统接口设计143.5 校园一卡通数据中心.143.6 手机一卡通消

2、费系统.16第四章 系统评价174.1手机一卡通的发展前景174.2系统设计的难度184.3系统的推广184.4 商业模式18总结.18参考文献19RFID新领域：手机一卡通系统摘要随着物联网技术的兴起，带动射频组件价格下降，因此其他商业领域也将加大对射频识别技术的依赖。射频识别技术（RFID）使得一个微小的便携标签也能传输数据，只需要一个阅读器就能解读并根据特定应用需要处理数据。这个技术最近才在这个大市场兴起。在手机业务中，射频识别技术并不像在其他行业那样运用广泛，但围绕它的讨论，现在已经很热烈了。分析人士预测，射频识别技术将通过降低成本并提供更好地管理彻底改变随着射频识别系统中器件，标签和

3、阅读器变得越来越小，越来越便宜，这个技术开始广泛应用于各个行业，并且手机的应用非常广泛，射频识别技术使手机在这个方向上跨出了第一步。手机和射频识别技术相结合是手机通信服务的一个巨大的潜在市场，RF-SIM卡的应用就是发展的主要对象。本文将重点介绍手机与校园一卡通相结合的技术应用，集成的一个服务于在校大学生的手机系统，即手机一卡通系统。关键字：物联网技术，RFID，NFC技术，一卡通，RF-SIM卡，通信。第一章 提出问题1.1 什么是物联网 物联网是新一代技术组成的重要成分，其英文名为“The Internet of things”,其含义就是物物相连的互联网。其中国定义为：物联网是一个基于互

4、联网，传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联的网络。其欧盟定义为：物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。物联网的关键技术有RFID、传感网、M2M、两化融合等。物联网将各种信息传感设备，如无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）节点、射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）装置、红外感应器、移动手机、PDA、全球定位系统（GPS，Global Position

5、ing System）、激光扫描器等各种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。在现代社会中，物联网的应用相当广泛。 1.2 什么是RFID技术射频识别RFID(Radio Frequency IDentification),又称电子标签、无线射频识别。它是一种通信技术，可通过无线电信号来识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID的基本组成部分如下：（1）标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；（2）阅读器（Reader）：读取（有时也可以写入）标签信息的设备，可设计为移动式或固定式；（3）天线（

6、Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。 图21 RFID基本组成图 RFID技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收到阅读器发出的射频信号，无源标签或被动标签（Passive Tag）凭借射频电磁波束中所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，有源标签或主动标签（Active Tag）则主动发送某一频率的信号；阅读器读取信息并解码后，将信息送至中央信息系统进行相关数据处理。 RFID的关键技术如下： （1）标签的能量供应 有源标签自带电池，用于给数据载体供电。而无源标签工作所需能量则从射频电磁波束中获取，和有源射频识别系统相比，无源系统需要较大的发射功率，射频电磁波在标签上经射频检波

7、、倍压、稳压、存储电路处理，转化为标签工作所需的工作电压。 （2）标签到阅读器的数据传输 标签回送到阅读器的数据传输方式可归结为三类： （a）利用负载调制的反射或反向散射方式（反射波的频率与阅读器的发送频率一致）； （b）利用阅读器发送频率的次谐波传送标签信息（标签反射波与阅读器的发送频率不同，为其高次谐波（n倍）或分谐波（1/n倍）； （c）其它形式。 （3）数据传输的完整性与安全性 由于数字信号在传输的过程中会受到干扰，故其传输至接收端可能发生误判，为保证数据的完整性，可以使用校验和法来识别传输错误并进行校正，最常用的是奇偶校验法以及冗余校验法。在与安全相关的领域，例如出入系统、售票系统越

8、来越多地应用射频识别系统，在数据传输的过程中难免不受到攻击，因此必须采取一定的防范措施保证数据安全，例如可以通过在阅读器与标签之间建立密钥来对要传输的数据进行加密，达到安全的目的。 （4）多目标识别技术（反碰撞算法） 当阅读器信号作用范围内存在多个标签，同一时刻有两个或两个以上的标签向阅读器返回信息时，将产生冲突。解决冲突的算法称为反碰撞算法。传统无线电技术（如通信卫星、移动电话网）已有空分多路法、频分多路法、时分多路法以及码分多路法来解决类似问题。但在射频识别系统中，由阅读器和标签构成的无线网络有以下特征： （a）规模：每个阅读器工作区域内可能存在大量标签； （b）体积：标签附着在各种商品上

9、，体积不能太大； （c）成本：粘贴标签的商品本身价值可能很低，所以标签的成本不能太高； （d）通信量：标签内包含的信息量很少，阅读器与标签间的通信时间很短。 所以解决射频识别技术标签冲突的反碰撞算法存在与传统无线电技术不同之处。现有的反碰撞算法主要是ALOHA算法、分隙ALOHA算法、二进制搜索算法等。1.3 什么是NFC技术(1)NFC技术简介NFC是Near Field Communication缩写，即近距离无线通讯技术。由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC 提供了一种简单、触

10、控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。 NFC近场通信技术是由非接触式射频识别（RFID）及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。工作频率为13.56MHz.但是使用这种手机支付方案的用户必须更换特制的手机。目前这项技术在日韩被广泛应用。手机用户凭着配置了支付功能的手机就可以行遍全国：他们的手机可以用作机场登机验证、大厦的门禁钥匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等等与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者之间还是存在很大的区别。首先，NFC是一种

11、提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，其传输范围比RFID小。 其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。再次，NFC还是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。 NFC、红外线、蓝牙同为非接触传输方式，它们具有各自不同的技术特征，可以用于各种不同的目的，其技术本身没有优劣差别。 NFC手机内置NFC芯片，比原先仅作为标签使用的RFID更增加了数据双向传送的功能，这个进步使得其更加适合用于电子货币支付的；特别是RFID所不能实现的，相互认证和动态加密和一次性钥