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物联网概念
物联网(Internet of Things,简称IoT)是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体,它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。
物联网的基本特征从通信对象和过程来看,物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理。
整体感知—可以利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备感知获取物体的各类信息。
可靠传输—通过对互联网、无线网络的融合,将物体的信息实时、准确地传送,以便信息交流、分享。
智能处理—使用各种智能技术,对感知和传送到的数据、信息进行分析处理,实现监测与控制的智能化。
教育E卡通中使用的物联网设备
教育E卡通卡片
教育E卡通卡片采用的是苏州市民卡发行的基于RFID射频功能的CPU卡。
RFID,即无线射频识别即射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID),是自动识别技术的一种,通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写,从而达到识别目标和数据交换的目的,其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。教育E卡通使用的是基于13.56MHz的无源RFID非接触式近场通信。
教育E卡通卡片,在各应用场景中,使用卡片唯一编码(IC卡号)识别、卡内存储及与读卡设备进行数据交换,从而达到学生身份识别、卡内数据存储和读写的目的。在公共交通、食堂消费等要求交易时间很短的应用场景中,基于RFID的教育E卡通卡,体现了交易速度快、交易信息安全等特点,其交易时间通常小于100毫秒;安全性方面,基于CPU技术的卡的安全性更高,至今仍无破解案例,而基于逻辑加密卡的普通IC卡(Mifire one,简称M1卡),则很容易遭到破解和伪造。
教育E卡通增效设备
教育E卡通卡,需要每个月进行有效期验证后才能使用,而验证有效性的设备(增效机),是一台基于智能传感器(intelligent sensor)的设备。这是一种具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理器,具有采集、处理、交换信息的能力,是传感器集成化与微处理机相结合的产物。
增效机的通信模块是基于NB-loT的通信模块。NB-IoT(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)是IoT领域基于蜂窝的窄带物联网的一种新兴技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT只消耗大约180KHz的频段,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络支持待机时间短、对网络连接要求较高设备的高效连接。其主要特点是覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优等特点。
教育E卡通增效机通过读取卡片的信息,实现可靠感知,将卡片信息通过NB-IoT模块,将信息传递到云端服务器进行认证、处理,再返回到增效机进行写卡操作。遍布全市近300多所中小学,近600台增效机,组成一个教育E卡通传感网,服务于全市40多万学生和他们的家长。
校园中使用的教育E卡通的物联网场景
基于教育E卡通卡及相关设备,在校内实现如食堂消费、图书馆借阅、门禁、出入考勤等功能。
校外使用教育E卡通的物联网场景
基于教育E卡通卡及各类刷卡设备,在校外实现基于RFID的刷卡功能,如乘坐公共交通、游览景区、社会实践打卡等功能。