1、第8章第第8 8章章 信息科学技术应用举例信息科学技术应用举例第8章 信息技术的发展和应用给现代社会信息的传播和使用带来了极大的便利。本章概述了电子支付、射频识别技术、短距离无线通信技术和智能控制技术，介绍了以智能手机为平台的手机支付和手机控制技术。要求学生了解电子支付的流程、常见的短距离无线通信技术、手机支付的特点和问题以及手机控制技术的应用，重点掌握射频识别的系统组成和智能控制技术的基础理论。第8章本章目录本章目录8.1 8.1 电电 子子 支支 付付8.2 8.2 射频识别技术射频识别技术8.3 8.3 短距离无线通信技术短距离无线通信技术8.4 8.4 低功耗广域网低功耗广域网8.5
2、8.5 手手 机机 支支 付付8.6 8.6 智能控制技术智能控制技术8.7 8.7 手机控制技术手机控制技术第8章8.1 8.1 电电 子子 支支 付付 电子支付系统是指以电子方式代替现金进行交易的付费及收费系统。狭义的通常指只能用于实体场所的卡片或感应元件，广义的电子钱包还指网络消费用的虚拟钱包。第8章8.1.1 电子支付的概念 电子支付，是指从事电子商务交易的当事人，包括消费者、厂商和金融机构，通过信息网络，使用安全的信息传输手段，采用数字化方式进行的货币支付或资金流转操作。第8章电子支付与传统支付的区别：1.数字化的支付方式 电子支付是采用先进的技术，通过数字流转来完成信息传输的，其各
3、种支付方式都是采用数字化的方式进行款项支付的。传统的支付方式是通过现金的流转、票据的转让及银行的汇兑等物理实体的流转来完成款项支付的的。2.开放的系统平台 电子支付的工作环境是一个开放的系统平台(即因特网)。传统支付则是在较为封闭的系统中运作。3.先进的通信手段 电子支付使用的是最先进的通信手段，例如因特网、Extranet等，其对软、硬件设施的要求很高，一般要求有联网的计算机、相关的软件及其他一些配套设施。传统支付使用的是传统的通信媒介，对设施没有这么高的要求。4.明显的支付优势 电子支付具有方便、快捷、高效、经济的优势。用户只要拥有一台上网的计算机，便可足不出户，在很短的时间内完成整个支付
4、过程。支付费用仅相当于传统支付的几十分之一，甚至几百分之一。第8章8.1.2 电子支付协议 电子支付需要在互联网支付平台按照电子支付协议来进行。常用的电子支付协议包括两部分：SSL(Secure Sockets Layer，安全套接层协议)和SET(Secure Electronic Transaction，安全电子交易协议)。(1)SSL协议是由Netscape研发的，用以保障在Internet上数据传输的安全性。SSL协议位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通信提供安全支持，它已被广泛地用于Web浏览器与服务器之间的身份认证和加密数据传输。SSL协议层包括两个协议子层：SSL记
5、录协议；SSL握手协议。SSL记录协议(SSL Record Protocol)建立在可靠的传输协议(如TCP)之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。SSL握手协议(SSL Handshake Protocol)建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通信双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。第8章8.1.2 电子支付协议 (2)SET协议(Secure Electronic Transaction)被称为安全电子交易协议，是由Master Card和Visa联合Netscape、Microsoft等公司于1997年6月1日推出的一种新的电子支付模型
6、。SET协议是B2C上基于信用卡支付模式而设计的，它保证了开放网络上使用信用卡进行在线购物的安全。SET主要是为了解决用户、商家、银行之间通过信用卡的交易而设计的，它具有保证交易数据的完整性、交易的不可抵赖性等优点，因此它成为目前公认的信用卡网上交易的国际标准。SET协议所涉及的对象有消费者、在线商店、收单银行、电子货币发行机构以及认证中心(CA)等，它的运行目标如下：(1)保证信息在互联网上安全传输。(2)保证电子商务参与者信息的相互隔离。(3)解决网上认证问题。(4)保证网上交易的实时性，规范协议和消息格式。第8章8.1.3 电子支付的发展 电子支付的发展经历了以下几个阶段：(1)第一阶段
7、是银行利用计算机处理银行之间的业务，如办理结算。(2)第二阶段是银行计算机与其他机构计算机之间资金的结算，如代发工资等业务。(3)第三阶段是利用网络终端向客户提供各项银行服务，如自助银行。(4)第四阶段是利用银行销售终端向客户提供自动的扣款服务。(5)第五阶段是最新阶段，也就是基于Internet的电子支付，它将第四阶段的电子支付系统与Internet整合，实现随时随地通过Internet进行直接转账结算，形成电子商务交易支付平台。2005年，是中国的电子支付元年。这一年中国电子支付市场高速增长，并且很多电子支付法规也得到了完善，经过15年来的发展，中国的电子支付实现了飞速增长。第8章8.1.
8、4 电子支付的业务类型 按电子支付指令发起方式的不同，电子支付的业务类型可作如下划分：(1)网上支付 (2)电话支付 (3)移动支付 (4)销售点终端交易 (5)自动柜员机交易 (6)其他电子支付。网上支付是电子支付的一种形式。广义地讲，网上支付是以互联网为基础，利用银行所支持的某种数字金融工具，发生在购买者和销售者之间的金融交换过程。网上支付可实现从买者到金融机构、商家之间的在线货币支付、现金流转、资金清算、查询统计等，由此为电子商务服务和其他服务提供金融支持。电话支付是电子支付的一种线下实现形式，是指消费者使用电话(固定电话、手机、小灵通)或其他类似电话的终端设备，通过银行系统就能从个人银
9、行账户里直接完成付款的方式。移动支付是使用移动设备通过无线方式完成支付行为的一种新型的支付方式。移动支付所使用的移动终端可以是手机、PDA、移动PC等。第8章8.1.5 电子支付工具 随着计算机技术的发展，电子支付的工具越来越多。这些支付工具可以分为以下三大类：(1)电子货币类，如电子现金、电子钱包等。(2)电子信用卡类，如智能卡、借记卡、电话卡等。(3)电子支票类，如电子支票、电子汇款(EFT)、电子划款等。这些支付方式各有自己的特点和运作模式，适用于不同的交易过程。以下介绍电子现金、电子钱包、电子支票和智能卡等常用的电子支付工具。1.电子现金电子现金 电子现金(E-Cash)是一种以数据形
10、式流通的货币，又称为数字货币(Digital Cash)，是一种非常重要的电子支付工具。它把现金数值转换成为一系列的加密序列数，通过这些序列数来表示现实中各种金额的市值，用户在开展电子现金业务的银行开设账户并在账户内存钱后，就可以在接受电子现金的商店购物了。近年来，伴随区块链技术逐渐成熟，出现了比特币、瑞波币、以太坊等数字货币，但受币值波动大、监管困难等影响，目前只在小范围进行流通，它们更趋向于投资工具，而非支付手段。2020年中国的法定数字货币，又称为数字人民币，已经在小范围开始试点，这是全球第一个投入试点的法定数字货币。第8章8.1.5 电子支付工具 2.电子钱包 电子钱包是电子商务活动中
11、网上购物顾客常用的一种支付工具，是在小额购物或购买小商品时常用的新式钱包。电子钱包一直是世界各国开展电子商务活动中的热门话题，也是实现全球电子化交易和因特网交易的一种重要工具，全世界已有很多国家正在建立电子钱包系统以便取代现金交易的模式。我国也正在开发和研制电子钱包服务系统。使用电子钱包购物，通常需要在电子钱包服务系统中进行。电子商务活动中的电子钱包的软件通常都是免费提供的，可以直接使用与自己银行账号相连接的电子商务系统服务器上的电子钱包软件，也可以从因特网上直接调出来使用，但需采用各种保密方式利用因特网上的电子钱包软件。世界上的两大电子钱包服务系统是VISA cash和Mondex。其他电子
12、钱包服务系统还有HP公司的电子支付应用软件(VWALLET)，微软公司的电子钱包MS Wallet，IBM公司的Commerce POINT Wallet软件，Master Card Cash，Euro Pay的Clip和比利时的Proton，等。第8章8.1.5 电子支付工具 3.电子支票 电子支票(Electronic Check，E-Check或E-Cheque)是一种借鉴纸张支票转移支付的优点，利用数字传递，将钱款从一个账户转移到另一个账户的电子付款形式。这种电子支票的支付是在与商户及银行相连的网络上以密码方式传递的，多数使用公用关键字加密签名或个人身份证号码(PIN)代替手写签名。用
13、电子支票支付，事务处理费用较低，而且银行也能为参与电子商务的商户提供标准化的资金信息，故而可能是最有效率的支付手段。4.智能卡 智能卡是安装有嵌入式存储芯片的存储卡。20世纪70年代中期，法国Roland Moreno公司采取在一张信用卡大小的塑料卡片上安装嵌入式存储器芯片的方法，率先成功开发出IC存储卡。经过20多年的发展，1997年，真正意义上的智能卡，即在塑料卡上安装嵌入式微型控制器芯片的IC卡，由摩托罗拉和Bull HN公司研制成功。第8章8.1.5 电子支付工具 5.ATM卡 自动柜员机(ATM)卡是由银行、信用社或其他金融机构发行的用于进行货币交易的卡。ATM卡在世界上许多国家使用
14、都很普遍。智能卡与ATM卡的区别在于两者分别是通过嵌入式芯片和磁条来储存信息的。由于智能卡存储的信息量较大，存储信息的范围较广，安全性也较好，因而逐渐引起人们的重视。6.金卡工程 中国国家金卡工程取得了令人瞩目的成绩。目前，IC卡已在金融、电信、社会保障、税务、公安、交通、建设、公用事业、石油石化、组织机构代码管理等许多领域得到广泛应用。第二代居民身份证(卡)、社会保障IC卡、城市交通IC卡、电话IC卡、三表(水、电、气)IC卡、消费IC卡等行业IC卡应用已经渗透到百姓生活的方方面面，并取得了较好的社会效益和经济效益。这对提高各行业及地方政府的现代化管理水平，改变人民的生活模式和提高生活质量，
15、推动国民经济和社会信息化进程发挥了重要作用。第8章8.1.6 电子支付流程 电子支付的流程如下：(1)支付的发起。(2)支付指令的交换与清算。(3)支付的结算等环节。清算(Clearing)，指结算之前对支付指令进行发送、对账、确认的处理，还可能包括指令的轧差。轧差(Netting)，指交易伙伴或参与方之间各种余额或债务的对冲，以产生结算的最终余额。结算(Settlement)，指交易双方或多方对支付交易相关债务的清偿。从严格意义上讲，清算与结算是不同的过程，清算的目的是结算。但在一些金融系统中清算与结算并不严格区分，或者清算与结算同时发生。第8章8.1.7 电子支付优势 电子支付的优势 支付
16、的电子化与创新，经历了后端到前端的发展过程。银行后端IT系统与电信网络的应用，使货币债权能够被电子化地记录与保存起来，实现银行间支付清算与结算的电子化处理，这个阶段的变革几乎不被公众所注意。银行前端支付工具与渠道的创新，为消费者带来真实的便利，ATM/POS、支付卡、互联网、手机、机顶盒等逐步成熟与流行，极大地改变了银行与客户、消费者与商家之间的交互方式，节省成本、提高效率是创新的主要动力。支付交易流程各个环节的电子化程度越来越高。从理论上讲，信息与电信技术使整个支付流程能够以电子化的方式进行全程自动化处理。第8章8.2 8.2 射频识别技术射频识别技术 射频识别(Radio Frequenc
17、y Identification，RFID)技术是物联网的关键技术之一。射频识别技术作为本世纪最有发展前途的信息技术之一，已得到全球业界的高度重视。第8章8.2.1 射频识别系统 射频识别技术是20世纪90年代兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，是一项利用射频信号的空间耦合(交变磁场或电磁场)来实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的的技术。1射频识别系统的组成 (1)电子标签。(2)天线。(3)读写器。(4)计算机系统。第8章8.2.1 射频识别系统 2射频识别系统的基本工作原理 (1)RFID卡进入读写器的射频电波场后，由其天线获得感应电流，经升压电路作为芯片的电源。(2)将带
18、信息的感应电流，通过射频前端电路检测得到数字信号，并将数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理。(3)所需回复的信息从存储器中获取，然后经逻辑控制电路送回射频前端电路。(4)最后通过天线发回给读写器。第8章8.2.1 射频识别系统 2射频识别系统的基本工作原理 中央信息系统是对识别到的信息进行管理、分析及传输的计算机平台。它一般包含一个数据库，存储着所有RFID电子标签的数据信息，用户可以通过中央信息系统查询相关的RFID电子标签信息。中央信息系统与RFID读写器相连，通过读写器对电子标签中数据信息进行读取或改写，对数据库内的数据信息也进行实时的更新。中央信息系统一般和互联网或专网相连接，RFID
19、电子标签中的数据信息可以得到大范围的共享，用户也可以实现远程操作功能。第8章8.2.1 射频识别系统 3RFID系统的工作流程 (1)RFID读写器通过射频模块中的天线将无线电载波信号发射出去，形成读写器的一个有效识别范围。(2)当RFID电子标签(无源标签)进入到这个识别范围时，电子标签被激活，通过RFID读写器天线发出的电磁场提取工作能量，并通过电子标签内的射频模块的天线，将标签中存储的数据信息发射出去。(3)RFID读写器的天线接收到射频信号，射频模块对信号进行解调解码，通过中央信息系统或读写器自身判断其合法性后，针对不同的设定发出不同的指令，例如，读取信息或者改写信息。(4)RFID读
20、写器将经过读写模块处理后的数据信息传输至中央信息系统，中央信息系统对这些信息进行实时更新，然后将这些信息共享给用户。在RFID系统中，始终以能量作为基础，通过一定的时序方式来实现数据交换。第8章8.2.1 射频识别系统 4RFID系统信道中存在的事件模型 在RFID系统工作的信道中存在以下三种事件模型：(1)以能量提供为基础的事件模型。(2)以时序方式实现数据交换的事件模型。(3)以数据交换为目的的事件模型。第8章8.2.2 RFID电子标签 RFID电子标签是RFID系统中必备的一部分，标签中存储着被识别物体的相关信息，通常被安置在被识别的物体表面上。图8-3为RFID电子标签组成图。RFI
21、D电子标签一般包括天线、射频模块、控制模块、存储器、电池(可选)几个部分。当RFID电子标签被RFID读写器识别或者电子标签主动向读写器发送消息时，标签内的物体信息将被读取或改写。按标签中是否有电池，可将RFID电子标签分为两类：有源标签和无源标签。RFID电子标签包括以下两大模块：(1)射频模块。该模块通过内置的天线来完成与RFID读写器之间的射频通信。(2)控制模块。该模块内有一个存储器，它存储着标签内的所有信息。可以通过与RFID读写器间的数据交换实时修改信息。第8章8.2.3 RFID读写器 RFID读写器是RFID系统的中间部分，它可以利用射频技术读取或者改写RFID电子标签中的数据
22、信息，并且可以把这些读出的数据信息通过有线或者无线方式传输到中央信息系统进行管理和分析。图为RFID读写器组成图。RFID读写器的基本组成包括：射频模块、天线、读写模块及其他一些基本功能单元。RFID读写器还有其他的硬件设备，包括电源和时钟等。电源用来给RFID读写器供电，并且通过电磁感应可以给无源RFID电子标签供电；时钟在进行射频通信时用于确定同步信息。RFID读写器的主要功能是读写RFID电子标签中的物体信息，RFID读写器通过射频模块发送射频信号，读写模块连接射频模块，把由射频模块中得到的数据信息进行读取或改写。第8章8.2.4 EPC系统 EPC global是由美国统一代码协会(U
23、CC)和国际物品编码协会(EAN)于2003年9月共同成立的非营利性组织。EPC global以推广RFID电子标签的网络化应用为宗旨，继承了Auto-ID中心的行业内企业技术标准的制定工作，统一研究标准并推动商业应用，此外，还负责EPC global号码的注册管理。EPC概念的提出，源于射频识别技术的发展和计算机网络技术的发展。EPC的标准是由EPC global建立和推动的，主要面向物流供应链领域。EPC系统的最终目标是为每一件商品建立全球的、开放的标识标准。EPC系统构成如下：(1)EPC编码体系。EPC编码是存储在射频标签中的唯一信息。(2)射频识别系统。射频识别(RFID)系统由EP
24、C标签和EPC标签读写器组成。(3)信息网络系统。EPC系统的信息网络系统是在全球互联网的基础上，通过EPC中间件、对象名称解析服务和EPC信息服务，来实现全球“实物互联”的。第8章8.2.4 EPC系统 EPC系统的工作流程图第8章8.2.5 射频识别技术应用举例 随着物联网技术和智慧中国的快速发展，作为物联网关键技术之一的射频识别技术得到了广泛的应用。例如，电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection，ETC)。电子不停车收费系统是目前世界上较为先进的收费系统，是RFID技术在智能交通领域的应用之一。图为电子不停车收费系统示意图。在电子不停车收费系统中，高速运行
25、的车辆上装有射频识别电子标签，高速收费站配备有射频识别读写器、射频天线和计算机信息处理系统。第8章8.3 8.3 短距离无线通信技术短距离无线通信技术8.3.1 短距离无线通信的概念 短距离无线通信一般指通信收发双方通过无线电波传输信息，并且传输距离限制在几十米以内的范围。目前常用的短距离无线通信技术包括：近场通信(NFC)、蓝牙技术(Bluetooth)、Wi-Fi技术、红外通信技术(IrDA)、Zigbee技术、超宽带技术(UWB)等。由于短距离无线通信技术具有近距离、低成本、低功耗、对等通信等特点，被广泛应用于生产、生活、安全等各领域。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式 1.NFC
26、手机 近场通信(Near Field Communication，NFC)，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式、点对点数据传输(在10 cm内)交换数据。近场通信技术是由免接触式射频识别技术演变而来，并向下兼容RFID。近场通信最早由SONY和PHILIPS各自开发成功，主要用于为手机等手持设备提供M2M(Machine to Machine)的通信。NFC芯片不仅具有相互通信功能，还具有计算能力，在Felica标准中还含有加密逻辑电路，MIFARE的后期标准也追加了加密/解密模块(SAM)。为了推动 NFC 的发展和普及，业界创建了一个非营利性的标准组织NFC Fo
27、rum，以促进NFC技术的实施和标准化，确保设备和服务之间协同合作。目前，NFC Forum在全球拥有数百个成员，包括SONY、PHLIPS、LG、摩托罗拉、三星、Intel等，其中的中国成员有中国移动、华为、中兴、上海同耀和台湾正隆等公司。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式 1.NFC手机 NFC手机内置NFC芯片，比原先仅作为标签使用的RFID增加了数据双向传输的功能，这个进步使得其更加适用于电子货币支付；特别是RFID所不能实现的相互认证和动态加密以及一次性钥匙(OTP)都能够在NFC上实现。NFC技术支持多种应用，包括移动支付与交易、对等式通信及移动中的信息访问等。通过NFC手机
28、，人们可以在任何地点、任何时间，通过任何设备与他们希望得到的娱乐服务与交易联系在一起，从而完成付款、获取海报信息等。(4)读卡器模式(Reader/Writer Mode)。该模式可作为非接触式读卡器使用。例如，从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式 1.NFC手机 NFC设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写器终端以及设备对设备的数据传输链路，其应用主要可分为以下四个基本类型。(1)用于付款和购票、电子票证、智能媒体以及交换、传输数据。(2)卡模式(Card Emulation)。这个模式其实就是相当于一张采用RFID技术的IC卡，可以替代现在大
29、量使用IC卡(包括信用卡)的场合，如商场刷卡、公交刷卡系统，门禁管制系统，车票、门票验票机等。此种方式下有一个极大的优点，那就是卡片通过非接触读卡器的 RF 域来供电，即便是寄主设备(如手机)没电也可以工作。(3)点对点模式(P2P Mode)。这个模式和红外线差不多，可用于数据交换，只是传输距离较短，传输创建速度较快，传输速度也较快，且功耗低(蓝牙也类似)。将两个具备NFC功能的设备连接起来，能实现数据的点对点传输，如下载音乐、交换图片或者同步设备地址簿。因此通过NFC，多个设备如数码相机、PDA、计算机和手机之间都可以交换资料或者进行服务。(4)读卡器模式(Reader/Writer Mo
30、de)。该模式可作为非接触式读卡器使用。例如，从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式 1.蓝牙技术 蓝牙技术(Bluetooth)是广受业界关注的短距离无线连接技术。它是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的短距离无线连接为基础，可为固定的或移动的终端设备提供廉价的接入服务。蓝牙技术的实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4 GHz ISM频段，提供1 Mb/
31、s的传输速率和10 m的传输距离。蓝牙技术的缺点是过于昂贵，突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等方面，这就使得许多用户不愿意花大价钱来购买这种无线设备。因此，业内专家认为，蓝牙的市场前景取决于蓝牙价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式 3.Wi-Fi技术 Wi-Fi(Wireless Fidelity，无线高保真)是一种无线通信协议，正式名称是IEEE 802.11系列标准，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术。Wi-Fi虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100 m
32、左右。Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以几百Mb/s的速度接入Web。但实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，那么带宽被多个用户分享，Wi-Fi信号不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式 3.Wi-Fi技术 WLAN未来最具潜力的应用将主要在SOHO、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或某些场所。目前这一技术的用户主要来自机场、酒店、商场等公共热点场所。Wi-Fi技术可将Wi-Fi与基于XML或Java的Web服务融合起来，可以大幅度减少企业的成本。例如，企业选择在每一层楼或每一个部门
33、配备Wi-Fi的接入点，而不是采用电缆线把整幢建筑物连接起来。这样一来，可以节省大量铺设电缆所需花费的资金。微软推出的桌面操作系统Windows XP和嵌入式操作系统Windows CE都包含了对Wi-Fi的支持。其中，Windows CE同时还包含对Wi-Fi的竞争对手蓝牙等其他无线通信技术的支持。由于投资Wi-Fi的费用降低，许多厂商介入这一领域。Intel推出了集成WLAN技术的笔记本电脑芯片组，不用外接无线网卡就可实现无线上网。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式 4.IrDA技术 IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，也是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术。目前它的
34、软硬件技术都很成熟，在小型移动设备如PDA、手机上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉，并且还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性较高。IrDA的不足之处在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而该技术只能用于2台(非多台)设备之间的连接。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式
35、 5.ZigBee技术 ZigBee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳 ZigZag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。ZigBee可以说是蓝牙的同族兄弟，它使用2.4 GHz波段，采用跳频技术。与蓝牙相比，ZigBee更简单，速率更慢，功率及费用也更低。它的基本速率是250 kb/s，当降低到28 kb/s时，传输范围可扩大到134 m，并获得更高的可靠性。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式 5.ZigBee技术 ZigBee技术的特点：(1)数据传输速率低。ZigBe
36、e传输速率只有10 kb/s250 kb/s，专注于低传输应用。(2)功耗低。在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。(3)成本低。因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。(4)网络容量大。每个ZigBee网络最多可支持255个设备。(5)有效范围小。ZigBee的有效覆盖范围在 1075 m之间，能覆盖普通家庭或办公室环境。(6)工作频段灵活。ZigBee的工作频段分别为2.4 GHz、868 MHz(欧洲)及915 MHz(美国)，均为免执照频段。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式 6.UWB技术 超宽带(Ultra Wideband，UWB)技
37、术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB可在非常宽的带宽上传输信号，美国FCC对UWB的规定为在3.1 GHz10.6 GHz频段中占用500 MHz以上的带宽。由于UWB可以利用低功耗、低复杂度发射/接收机实现高速数据传输，因此它在非常宽的频谱范围内采用低功率脉冲传输数据而不会对常规窄带无线通信系统造成大的干扰，并可充分利用频谱资源。第8章8.3.2 常用短距离无线通信方式 6.UWB技术 UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的
38、高速无线接入，非常适于建立一个高效的无线局域网或无线个域网(WPAN)。UWB主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外，这种新技术适用于对速率要求非常高(大于100 Mb/s)的LANs或PANs。UWB最具特色的应用将是视频、消费、娱乐方面的无线个人局域网(PANs)。UWB有可能在10 m范围内，支持高达110 Mb/s的数据传输率，不需要压缩数据就可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。第8章8.4 8.4 低功耗广域网低功耗广域网8.4.1 低功耗广域网的概念 低功耗广域网(Low Power Wide Area Network，LPWAN)是面
39、向物联网技术的一种远距离、低功耗的无线通信网络技术。LPWAN 技术更适用于大规模物联网应用部署，进而带来物联网应用的大发展。第8章8.4.2 低功耗广域网特点 (1)功耗低。LPWAN通信频次低、数据量小，可以使用电池供电，电池使用寿命可长达数年。(2)传输距离远。LPWAN传输距离一般超过5km，甚至可达几十公里。(3)覆盖范围广。LPWAN可以覆盖难以到达或者偏远地区。(4)可靠性高。LPWAN可长时间运行于无人值守环境，抗干扰能力强。(5)低成本。LPWAN可使用低成本组件，简化硬件设计，降低成本。第8章8.4.3 常见的低功耗广域网 低功耗广域网工作在授权频段的技术主要包括NB-Io
40、T、EC-GSM；工作在非授权频段的技术主要包括Lora、SigFox。1.NB-IoT NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)，称为窄带物联网，它支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。NB-IoT可以直接部署于2G/3G/4G网络，现有无线网络基站的射频与天线等可以复用，有利于降低成本和市场推广应用，也使得NB-IoT的部署更加灵活快捷。NB-IoT虽然牺牲了速率，却换回了更低的功耗，并且能覆盖到地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方，可以实现通信的全覆盖。因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直
41、行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。第8章8.4.3 常见的低功耗广域网 2.EC-GSM EC-GSM(Extended Coverage-GSM，即扩展覆盖GSM技术)。EC-GSM技术可以使用现有已布建的GSM(2G)基地台，可拥有更大的通信覆盖面积，支持更多GSM终端节点的通信。其优点是采用授权频谱，通信可靠、安全，可与GSM混合部署，无须额外的频谱资源。但是也有很多运营商已决定退出GSM网，其产业链前景不明朗。第8章8.4.3 常见的低功耗广域网 3.LoRa LoRa(Long Range Radio)，即远距离无线电。它是由法国一家公司Cycleo研发的一种创新半导
42、体技术LoRa，后来被美国Semtech公司收购。后续由Semtech公司基于LoRa技术，开发了一套LoRa通信芯片解决方案。LoRa后续通过LoRa联盟开始覆盖推广普及。LoRa主要在全球免费的433、470、868、915 MHz等频段运行(即非授权频段)。采用了线性调制扩频的方式，能够显著提高其接收灵敏度，实现了比其他调制技术更远的通信距离。LoRa具有远距离、低功耗、多节点、低成本和抗扰等特性，同时LoRa还具有低速率、小数据传输等特点。目前LoRa被广泛应用在智慧社区、智能家居和楼宇、智能表计、智慧农业、智能物流等行业，前景广阔。第8章8.4.3 常见的低功耗广域网 4.SigFo
43、x SigFox是SigFox公司部署的一种低成本、高可靠性、低功耗的广域网解决方案，通过用户设备集成支持SigFox协议的射频模块或者芯片，提供物联网(IoT)连接服务。SigFox使用192 kHz频谱带宽的公共频段来传输信号。SigFox协议具有低功耗、低成本、网络容量高、简单易用等特点。SigFox应用主要集中在工业、共用事业、农业、公共部门等领域的智能计量、智能跟踪、温度检测等方面。第8章8.5 8.5 手手 机机 支支 付付第8章8.5.1 手机支付的概念 手机支付就是用户使用手机对所消费的商品或服务进行账务支付的一种服务方式。截至2020年12月，中国网络支付用户规模达8.54亿
44、人，其中手机用户占99.84%，且支付宝和微信用户占据超过80%的市场份额。维萨公司是一个由21 000家金融机构会员所组成的联盟组织，总部位于美国加利福尼亚州旧金山。1959年，美洲银行开始在美国加利福尼亚州发行美洲银行卡；1977年，“VISA”被正式作为该组织的标志，称为维萨国际组织。VISA卡是维萨国际组织于1982年年末开始发行的信用卡，如图8-7所示。Visa系统是全世界最完善的电子支付网络，将全球多达10亿持卡人与2400万个商户交易点紧密联系。Visa系统是于1973年创立的金融机构组织，并于1976年开始沿用“Visa”的名称。世界各地对于手机支付服务的需求与日俱增。Visa
45、与行业合作伙伴携手，通过了解和满足各地的特殊需求，为消费者提供手机支付服务。第8章8.5.2 手机支付的方式 (1)手机话费支付方式：费用通过手机账单收取，用户在支付其手机账单的同时支付了这一费用。在这种方式中，移动运营商为用户提供了信用，但这种代收费的方式使得电信运营商有超范围经营金融业务之嫌，因此其范围仅限于下载手机铃声等有限业务，交易额度受限。(2)指定绑定银行支付：费用从用户开通的电话银行账户(即借记卡账户)或信用卡账户中扣除。在该方式中，手机只是一个简单的信息通道，将用户的银行账号或信用卡号与其手机号相关联，如果更换手机号则需要到开户行做变更。(3)银联快捷支付。该种方式无需绑定手机
46、支付，个人用户无需在银行开通手机支付功能，即可实现用各种带有银联标识的借记卡进行支付。系统采用双信道通信方式进行通信，非同步传输，更加安全快捷，相对而言此种方式最为简单、方便、快捷。第8章8.5.2 手机支付的基本原理 手机支付的基本原理是将用户手机SIM卡与用户本人的银行卡账号建立一种一一对应的关系，用户通过发送短信的方式，在系统短信指令的引导下即可完成交易支付请求。手机支付的特点是操作简单，可以随时随地进行交易。用户还可以通过WAP和客户端两种方式进行支付，无需任何绑定，用户在短信引导下完成交易，仅需要输入银行卡号和密码即可，银联结算。手机支付这项个性化增值服务可以实现众多支付功能，此项服
47、务强调了移动缴费和消费。手机支付将真正让手机成为随身携带的电子钱包。第8章8.5.3 手机支付的基本原理 通过特殊技术(主要是NFC近距离通信技术)实现手机支付的手机，可支持电子支付和数据下载等多种功能。未来手机将集成公交卡、银行卡和钥匙等功能，提供部分日常生活服务，方便市民出行购物。手机支付的技术实现了整个移动支付的价值链，包括移动运营商、支付服务商(比如银行、银联等)、应用提供商(公交、校园、公共事业等)、设备提供商(终端厂商、卡供应商、芯片提供商等)、系统集成商、商家和终端用户。目前移动支付技术的实现方案主要有五种，即双界面JAVA card、SIM Pass、RFID-SIM、NFC和
48、智能SD卡。第8章8.5.3 手机支付的基本原理 NFC手机内置NFC芯片，是组成RFID模块的一部分。它可以被当作RFID无源标签使用，进行费用支付；也可以被当作RFID读写器，用作数据交换与采集；还可以进行NFC手机之间的数据通信。RFID-SIM是双界面智能卡技术向手机领域渗透的产品。RFID-SIM既有SIM卡的功能，也可实现近距离无线通信。金融智能SD卡在目前SIM卡的封装形式下，EEPROM容量已经达到极限。通过使用智能SD卡来扩大SIM卡的容量，可以满足业务拓展的需要。银联新一代智能卡手机支付是以手机中的金融智能卡(SIM卡或智能SD卡)作为支付账户载体，以手机作为支付信息处理终
49、端，通过无线通信网络以及非接触通信技术(NFC)进行远程和现场支付的新兴支付方式。第8章8.5.4 手机支付的优点、作用及问题 1手机支付的优点 手机支付其实是支付卡、网上银行、代收费、第三方支付等多种电子支付融合发展之后的集成支付方式。相比传统的支付，手机支付具有以下优点：(1)当前，全球手机用户已经突破52亿，就家庭渗透率而言，国内早已达到95%以上，手机支付与用户对支付的需求性相当一致。(2)手机具备终端和联网的双重属性，可以充分满足未来用户、商户、各个支付相关产业对近距和远程相统一进行随时便捷支付的需求。(3)手机支付可与手机号码进行捆绑。如果配合适当的管理机制和技术管控，随身携带的资
50、金安全会进一步得到提高。(4)手机支付操作便捷简单。第8章8.5.4 手机支付的优点、作用及问题 2手机支付的作用 手机支付是支付方式发展的一种必然趋势，手机支付的推广和应用对于商户、服务提供商和消费者具有以下三个方面的作用：(1)对于商户而言，手机支付将为自身业务的开展提供无空间和时间障碍的便捷支付体系，在加速支付效率，减少运营成本的同时也降低了目标用户群的消费门槛，有助于进一步构建多元化的营销模式，进一步提升整体营销效果。(2)从服务提供商的角度来看，在完成规模化推广并与传统以及移动互联网相关产业结合后，手机支付所具备的独特优势和广阔的发展前景，将为服务提供商带来巨大的经济效益。(3)对于
