羅幼平+張捷

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中起著重要的紐帶作用，RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心之一。文中對(duì)基于.NET Micro Framework的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了研究，探討了RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)；.NET Micro Framework

中圖分類號(hào)：G251 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）04-0026-02

0 引 言

隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的高速發(fā)展，信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)兩次浪潮，而如今，人們正在迎來第三次浪潮——“物聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)是一張連接世界萬物的巨大信息網(wǎng)絡(luò)。通過物聯(lián)網(wǎng)人們能更好地感知世界、控制物體的傳輸、移動(dòng)、運(yùn)行，以達(dá)到“智慧”的控制。在物聯(lián)網(wǎng)世界中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將成為連接感知網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶。簡(jiǎn)單地講，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的主要功能包括三個(gè)方面：首先，是收集傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；其次，執(zhí)行數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換；最后，將協(xié)議轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)有效快速地發(fā)送到公共網(wǎng)絡(luò)。除此以外，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)同時(shí)還需具有相應(yīng)的管理功能和控制能力。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的兩端分別是傳感器網(wǎng)絡(luò)和公共網(wǎng)絡(luò)（包括互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線網(wǎng)絡(luò)），對(duì)于公共網(wǎng)絡(luò)，從技術(shù)層面來說，己經(jīng)屬于相當(dāng)成熟的技術(shù)領(lǐng)域，因此對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)來說，主要研究點(diǎn)集中在傳感器網(wǎng)絡(luò)以及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)如何有效接入公共網(wǎng)絡(luò)這兩方面。

1 NET Micro Framework框架

Microsoft .NET Micro Framework（以下簡(jiǎn)稱MF）2001年由微軟研究院開始研發(fā)，并隨后在其MSN Direct項(xiàng)目中使用該技術(shù)，2009年并入.NET產(chǎn)品組，該技術(shù)可以應(yīng)用到Windows Vista Sideshow、遠(yuǎn)程控制、智能家電、醫(yī)療電子、零售終端以及汽車電子等行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。MF功能強(qiáng)大，并且能從C#.Net的PC開發(fā)快速進(jìn)入，因此它幾乎適用于所有嵌入式場(chǎng)合，同時(shí)MF對(duì)存儲(chǔ)器和處理器的要求更低，開發(fā)人員可以在低功耗，低成本的ARM7、ARM9和Blackfin處理器上使用該框架，所開發(fā)出來的軟件僅需要幾百KB的RAM或FLASH/ROM的存儲(chǔ)空間。而Windows Embedded CE的托管代碼環(huán)境需要約10～12 MB的存儲(chǔ)空間，因此，基于.NET的應(yīng)用設(shè)備只需要較少的存儲(chǔ)空間，降低了產(chǎn)品成本。此外由于.Net MF還集成了各種接口，如串口、網(wǎng)口、Wi-Fi、ZigBee、I2C、SPI、SDIO、USB等通信接口，加上其應(yīng)用開發(fā)簡(jiǎn)便，所以基于.NET Micro Framework框架的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將大有作為。

2 RFID技術(shù)

RFID技術(shù)是20世紀(jì)90年代興起的一項(xiàng)非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，也是感知層的重要基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。RFID是利用射頻信號(hào)，通過空間耦合來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的無接觸識(shí)別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以無線方式進(jìn)行雙向通信，可實(shí)現(xiàn)批量讀取，讀寫器發(fā)射的無線電波，可以讀取電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息，識(shí)別電子標(biāo)簽代表的物品、人和器具的身份。由于RFID標(biāo)簽的存儲(chǔ)容量可以是296以上，它徹底擺脫了條形碼的種種限制，使世界上的每一種商品都可以擁有獨(dú)一無二的電子標(biāo)簽。

一套完整的RFID系統(tǒng)由閱讀器（Reader）與電子標(biāo)簽（TAG）及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部分所組成，其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給Transponder，用以驅(qū)動(dòng)Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)，送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。目前，RFID已廣泛應(yīng)用于制造、銷售、物流、交通、醫(yī)療、安全與軍事等領(lǐng)域，可以實(shí)行全球范圍的各種產(chǎn)品、物資流動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)、快速、準(zhǔn)確地識(shí)別與管理，因此已經(jīng)引起了世界各國(guó)政府與產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，并得到廣泛應(yīng)用。

3 RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的有線接入使用標(biāo)準(zhǔn)RS232或RS485串行通信。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中，有串行通信總線，可以將串行RFID閱讀器直接掛載在串行總線接口上，通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對(duì)各個(gè)掛載的設(shè)備進(jìn)行輪詢?cè)L問，獲取各個(gè)掛載點(diǎn)的設(shè)備信息，同時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備控制和操作。

RFID卡和標(biāo)簽根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，有多個(gè)不同規(guī)格的產(chǎn)品。如果應(yīng)用開發(fā)是Windows平臺(tái)，生產(chǎn)讀卡器的廠家一般會(huì)提供自己的SDK，用戶不需要熟悉通信協(xié)議，就可以自行開發(fā)串口通信程序，直接調(diào)用其DLL庫(kù)提供的API接口函數(shù)即可。不過對(duì)基于.Net Micro Framework的開發(fā)來說，必須根據(jù)廠家提供的通信協(xié)議操作。但無論是哪個(gè)廠家生產(chǎn)的閱讀器，其讀卡操作一般都要有如下幾個(gè)過程：

獲取RFID卡的類型；

讀取RFID卡的卡號(hào)；

選擇指定卡號(hào)的RFID卡；

設(shè)置指定扇區(qū)的KEY的類型，及具體的KEY值；

讀寫指定扇區(qū)的數(shù)據(jù)；

使選擇的RFID卡進(jìn)入休眠狀態(tài)。

以MF1ICS50的RFID卡為例，該卡符合ISO14443A協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，EEROM的容量為1 024 B，分16個(gè)分區(qū)，每區(qū)64 B，這個(gè)64 B又分為4塊，其中最后一塊存放KEY-A、KEY-B及訪問策略。根據(jù)廠家提供的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)完整的RFID閱讀器操作類，操作命令如下：

private static UInt16 InitializePort = 0x0101；

//初始化波特率

private static UInt16 SetDeviceNodeNumber = 0x0102； //發(fā)設(shè)備號(hào)

private static UInt16 ReadDeviceNodeNumber = 0x0103； //讀設(shè)備號(hào)

private static UInt16 ReadDeviceMode = 0x0104；

//讀讀卡器型號(hào)

private static UInt16 SetBuzzerBeep = 0x0106；

//蜂鳴

private static UInt16 SetLedColor = 0x0107；

//設(shè)置紅綠燈

private static UInt16 SetReaderWorkingStatus = 0x0108； //保留

private static UInt16 SetAntennaStatus = 0x010c；

//設(shè)置天線狀態(tài)

private static UInt16 MifareRequest = 0x0201；

//請(qǐng)求卡的類型

private static UInt16 MifareAnticollision = 0x0202；

//讀卡號(hào)

private static UInt16 MifareSelect = 0x0203；

//確認(rèn)卡號(hào)

private static UInt16 MifareHlta = 0x0204；

//停機(jī)應(yīng)答

private static UInt16 MifareAuthentication1 = 0x0206； //卡片鑒定

private static UInt16 MifareAuthentication2 = 0x0207； //輸入密碼

private static UInt16 MifareRead = 0x0208；

//讀卡

private static UInt16 MifareWrite = 0x0209；

//寫卡

private static UInt16 MifareInitval = 0x020A；

//初始化錢包

private static UInt16 MifareReadBalance = 0x020B；

private static UInt16 MifareDecrement = 0x020C；

//減值

private static UInt16 MifareIncrement = 0x020D；

//加值

private static UInt16 MifareRestore = 0x020E；

//從一個(gè)塊到緩存

private static UInt16 MifareTransfer = 0x020F；

//從緩存到一個(gè)塊

private static UInt16 MifareUltraLightAnticoll = 0x0212；

private static UInt16 MifareUltraLightWrite = 0x0213；

4 結(jié) 語(yǔ)

時(shí)代賦予了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)沉重的歷史責(zé)任，它將區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的構(gòu)架，成為實(shí)現(xiàn)自由互聯(lián)的人類通信的樞紐橋梁。RFID技術(shù)已擁有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史，隨著其成本的降低、印刷技術(shù)的革新，數(shù)值信息技術(shù)在各行業(yè)的廣泛深入，RFID技術(shù)擁有了更廣闊的發(fā)展前景。集成了RFID應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將廣泛應(yīng)用于智能家居、智能社區(qū)、數(shù)字醫(yī)院、智能交通等各行各業(yè)，在未來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將會(huì)扮演非常重要的角色。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]邢銘生.基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的研究及實(shí)現(xiàn)[D].鄭州：鄭州大學(xué)通信工程學(xué)院，2010.

[2]張福文.基于ARM9的物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[D].大連：大連理工大學(xué)，2012.

[3]葉帆.RFID技術(shù)在.Net Micro Framework中的應(yīng)用[EB/OL].葉帆工作室.[2010-05-16].http：//blog.csdn.net/yfiot/article/details/5597289.

[4]李中偉，金靖芝.物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)[J].價(jià)值工程，2011，30（19）：149-150.

[5]史翔，王向勇，姜文超，等.物聯(lián)網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國(guó)新通信，2010（17）：63-68.