關(guān)于無線一卡通技術(shù)的探討
文章出處:http://m.compasssalessolutions.com 作者:吳沛文 人氣: 發(fā)表時間:2011年09月28日
一、為什么推行無線通訊技術(shù)
我國現(xiàn)行智能卡設(shè)備(IC卡消費機、考勤機、門禁機等)從上世紀(jì)90年代中期開始規(guī)?;占爸两褚呀?jīng)有10多年的大規(guī)模發(fā)展歷史了,其間智能卡經(jīng)歷了多次升級,從接觸式IC卡發(fā)展到非接觸式IC卡,從存儲卡發(fā)展到邏輯加密卡、CPU卡,設(shè)備功能也經(jīng)歷了多次升級。但其聯(lián)網(wǎng)方式發(fā)展很慢,其中與PC機的聯(lián)網(wǎng)方式80%以上的設(shè)備仍然使用RS485 / RS422網(wǎng)絡(luò);少數(shù)設(shè)備開始內(nèi)置TCP/IP通訊模塊,使用五類線聯(lián)網(wǎng),但成本較高,聯(lián)網(wǎng)距離較近(100米)。個別系統(tǒng)使用CAN 總線,成本適中,聯(lián)網(wǎng)距離在1000米左右,通訊速度在19.2-100kbps較好。
目前使用RS485網(wǎng)絡(luò)通訊的智能卡設(shè)備其最大通訊距離1200米,通訊速率在9.6-19.2kbps左右,半雙工模式,聯(lián)網(wǎng)數(shù)量在128臺以內(nèi)。因聯(lián)網(wǎng)方式的滯后,導(dǎo)致智能卡設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通訊瓶頸產(chǎn)生,尤其需要急速解決的是施工便捷性、通訊速度、通訊距離等方面。
目前智能卡設(shè)備因受通訊方式的限制,給設(shè)備的安裝普及帶來了極大的限制;例如,在一些密度較高的使用場所,如校園課室、工廠車間等,需要鋪設(shè)密集聯(lián)網(wǎng)線路,通常是每課室鋪設(shè)1-2條電纜,一個校園要鋪設(shè)幾百個信息點,線路鋪設(shè)成本高、施工周期長。尤其是后期因線路故障而導(dǎo)致的維護工作量大、查找故障點效率低。
對于某些已經(jīng)建好的場所如:校園、工廠等,因建設(shè)初期考慮不足未能預(yù)留網(wǎng)絡(luò)管線,只能考慮打墻、挖地等重新敷設(shè)管線,結(jié)果往往施工造價已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了智能卡設(shè)備總投入。
現(xiàn)階段研究ZigBee網(wǎng)絡(luò)在智能卡設(shè)備上其應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。并具有如下特點:
1、 技術(shù)成熟,ZigBee網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是IEEE 802.15.4;
2、 成本低廉,ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主控制器一般使用SoC(片上系統(tǒng)),外圍電路簡單,與智能卡設(shè)備的主處理器(MCU)的接口方便。現(xiàn)有智能卡設(shè)備體系機構(gòu)無需作較大升級改動即可簡單實現(xiàn)。
3、 不需要申請無線頻道。
4、 通訊半徑在視距下可達(dá)幾百米,可以設(shè)計中繼器,成倍擴展通訊距離(目前的方案可以將通訊半徑擴展6倍,達(dá)2000米)。
5、 通訊速度快,ZigBee網(wǎng)絡(luò)通訊速度可達(dá)250kbps,甚至可以更高,其速度大大超過了RS485網(wǎng)絡(luò)。
6、 采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通訊的智能卡設(shè)備其單個網(wǎng)絡(luò)的最大設(shè)備通訊數(shù)量達(dá)750臺,此數(shù)量還可以擴展(目前極限聯(lián)網(wǎng)數(shù)量在62500臺),其聯(lián)網(wǎng)能力大大超過了有線RS485網(wǎng)絡(luò)、CAN網(wǎng)絡(luò)等。
7、 無線通訊沒有線路限制,信號能輕易穿透墻壁、玻璃、木材等可導(dǎo)電物體,設(shè)備就位后無線網(wǎng)絡(luò)通道立即形成,施工速度快。網(wǎng)絡(luò)建成后只要在無線信號覆蓋范圍內(nèi),所有智能卡設(shè)備可實現(xiàn)任意移動和有限(最多750臺)數(shù)量設(shè)備擴展。
8、 無線通訊沒有線路限制,信號能輕易穿透墻壁、玻璃、木材等可導(dǎo)電物體,設(shè)備就位后無線網(wǎng)絡(luò)通道立即形成,施工速度快。網(wǎng)絡(luò)建成后只要在無線信號覆蓋范圍內(nèi),所有智能卡設(shè)備可實現(xiàn)任意移動和設(shè)備數(shù)量擴展;甚至最終客戶可以直接采購無線智能卡設(shè)備,自行組網(wǎng),無需專業(yè)公司建設(shè)。無線通訊技術(shù)將智能卡設(shè)備的應(yīng)用推向一個新的里程碑。
9、 無線通訊可以大量減少線纜的使用,以平均每臺機使用50米線材計算,全年銷售1萬臺設(shè)備節(jié)省線纜50萬米,如果使用五類線,則節(jié)省100多萬元的線纜成本;如果以每米10元的布線成本計算,則節(jié)省500多萬的布線成本。在中央建設(shè)節(jié)約型社會的政策下,無線智能卡設(shè)備的普及具有明顯的社會效益。
二、如何保證無線通訊時數(shù)據(jù)不受干擾
眾所周知,無線通訊時,因周圍電磁環(huán)境,其通訊信號難免會受到干擾。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在設(shè)計時已經(jīng)充分考慮了各種抗干擾手段,這些抗干擾手段也通過了國際IEEE的認(rèn)可,并頒布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但無線通訊信號會受干擾是一個不爭的事實。
今天我們要討論的主題是無線信號受干擾時如何確保我們的刷卡數(shù)據(jù)不丟失和不受干擾。使用過無線網(wǎng)絡(luò)的讀者會有這種感受:從網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一臺電腦復(fù)制大型文件到另一臺電腦(它們之間通過無線網(wǎng)絡(luò)連接),其傳輸速度不是恒定的,當(dāng)有信號干擾時,其速度會突然很慢,但干擾信號消失時,其傳輸速度恢復(fù);但傳輸?shù)奈募粫p壞,這是因為有通訊協(xié)議。
我們的通訊協(xié)議將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)打包成一個一個的數(shù)據(jù)幀,通訊數(shù)據(jù)幀包括了幀號、幀頭、幀長度、幀數(shù)據(jù)校驗等部分組成。其通訊步驟如下:
1、電腦首先發(fā)出查詢指令給該機,該機收到電腦的查詢指令后,會將該機當(dāng)前的數(shù)據(jù)情況應(yīng)答給電腦。應(yīng)答內(nèi)容包括:機號、型號、未采集數(shù)據(jù)天數(shù)、微采集數(shù)據(jù)日期、未采集數(shù)據(jù)數(shù)量、未采集數(shù)據(jù)將分成的通訊幀數(shù)量等。
2、當(dāng)電腦收到機器的應(yīng)答幀,并檢查完畢校驗位后,就已知該機器數(shù)據(jù)記錄情況;然后電腦發(fā)出收集數(shù)據(jù)命令。
3、當(dāng)機器收到收集數(shù)據(jù)命令后,會將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)打包、編號,然后逐個數(shù)據(jù)幀傳輸給電腦。
4、電腦在接收到最后一個幀號(因之前已經(jīng)知道該機器本次傳輸?shù)膸瑪?shù)量)后,開始逐個校驗本次接收的全部數(shù)據(jù)幀,然后將校驗失敗的數(shù)據(jù)幀丟失,將數(shù)據(jù)完好的數(shù)據(jù)幀按編號排序整理。
5、電腦整理完畢后,如果發(fā)現(xiàn)所接收的數(shù)據(jù)幀的編號不完整,如本次共接收100個幀,經(jīng)校驗后10、23、58號幀數(shù)據(jù)受干擾,電腦將發(fā)“重傳指定幀號”命令。
6、機器接收到“重傳指定幀號”命令后,將指定的數(shù)據(jù)幀:10、23、58號幀重新傳輸給電腦。
7、重復(fù)第5、6部直道所有的數(shù)據(jù)幀全部正確地傳輸完畢。
8、電腦發(fā)出“標(biāo)記已傳輸數(shù)據(jù)”命令,機器在接收到此命令后,自動將剛才已經(jīng)正確傳輸給電腦的刷卡記錄作上“已傳輸”標(biāo)記。有“已傳輸”標(biāo)記的數(shù)據(jù)下次收集新數(shù)據(jù)時將不會再次傳輸給電腦。
從上面的通訊過程我們假設(shè)在機器傳輸100條刷卡數(shù)據(jù)給電腦時受到了無線信號干擾,導(dǎo)致了其中的10、23、58號幀被破壞,電腦在校對數(shù)據(jù)時要求將10、23、58號幀重新傳輸,如果再次被干擾,電腦還將要求重新傳輸受干擾的幀,直到全部準(zhǔn)確接收為止。
上述傳輸過程與我們使用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸文件的原理是相同的,當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)信號收到干擾時,其被干擾的僅是某個通訊幀,或多個通訊幀,但我們的通訊協(xié)議會檢查出受干擾的通訊幀,然后自動重傳受干擾的數(shù)據(jù)幀,直到全部正確為止。這樣在無線網(wǎng)絡(luò)信號受干擾時,僅產(chǎn)生了數(shù)據(jù)重傳而不是數(shù)據(jù)丟失。在通訊干擾嚴(yán)重的時候,我們僅能感覺到通訊速度慢了,而不是數(shù)據(jù)丟失了或被破壞了。
三、無線通訊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?
3.1標(biāo)準(zhǔn)無線一卡通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?nbsp;
3.2標(biāo)準(zhǔn)無線一卡通網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于中小型工業(yè)區(qū)案例參考
3.3一卡通標(biāo)準(zhǔn)無線網(wǎng)應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境樓層內(nèi)部案例參考
3.4以太網(wǎng)混合一卡通無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?nbsp;
3.5一卡通混合無線網(wǎng)應(yīng)用于大型工業(yè)區(qū)案例參考
四、無線通訊會否影響身體健康
任何電子產(chǎn)品工作狀態(tài)時無可避免存在電磁輻射,無線網(wǎng)絡(luò)的輻射其實很微弱。手機、小靈通等無線電話在已成為我們生活一部分,因此我們拿GSM和CDMA手機與我們的無線一卡通設(shè)備作比較。
手機已經(jīng)被證明具有相當(dāng)?shù)妮椛?。但世界衛(wèi)生組織在聲明中說,一段時間以來,有人將一些癌癥及腦活動的變化與使用手機聯(lián)系起來,但是迄今為止沒有一項研究證實這個論斷。聲明說,唯一能確定的事實是,使用手機能使使用者體溫稍有增加,但是手機所產(chǎn)生的高頻場不會引起癌癥。
GSM手機功率標(biāo)準(zhǔn)為0.6W-2W,CDMA功率標(biāo)準(zhǔn)稍低一點。GSM和CDMA手機的電磁輻射值在0.2-1.5之間,差別并不大,都在ITU和FCC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值以內(nèi),也就是說兩種手機對人體的輻射都符合環(huán)保要求。
而我司無線通訊設(shè)備(無線收發(fā)器、無線中繼器等)采用9V 300mA電源,內(nèi)部降壓成3.3V工作,假設(shè)無線設(shè)備滿功率工作狀態(tài)300mA電流達(dá)到峰值,那么功率為3.3V X 300mA=0.99W,按電磁輻射強度的理論計算公式:S(功率密度)=P(發(fā)射功率)/4πr(發(fā)射點與測量點之間的距離),那么人與無線設(shè)備距離1米范圍的電磁輻射理論值為:
0.99W / 4 x 3.141 x 1M = 0.777
0.777這個值是假設(shè)為300mA電流達(dá)到峰值時的理論值,在實際通訊狀態(tài)(非待機)時,無線通訊設(shè)備并不會達(dá)到這理論峰值,且無線中繼等設(shè)備我們建議壁掛安裝,不建議安裝在距離人活動范圍只1M的距離,因此人體吸收到的電磁輻射強度實際會更低。
從結(jié)果說明,若拿無線一卡通設(shè)備與我們使用的手機作比較,無線一卡通設(shè)備相比較低,證明無線設(shè)備滿功率狀態(tài)通訊時對人體造成的影響最大GSM和CDMA手機輻射的三分之一。世衛(wèi)組織聲明手機所產(chǎn)生的高頻場不會引起癌癥,我司的無線一卡通設(shè)備更加不會,對人體無害符合環(huán)保。
(文/廣州科啟奧電子科技有限公司 吳沛文)