IoT第二部分

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1、物联网技术导论 Introduction to Internet of Things 主讲 尹小燕 Email yinxy Based on the course slides of 物联网导论 刘云浩编著 科学出版社 西北大学 信息科学与技术学院 网络与信息安全实验室 中意大型遗址智能感知联合实验室 2012年8月1日 公共邮箱 用户名 iotnwu 密码 iotnwu 内容 提要 感知识别技术融合 物理世界和信息世界 是物联网区别于其他网 络最独特的部分 本篇从自动识 别技术与RFID 开始 逐一介绍多样化 的信息生成方式 内容回顾 第1章介绍了物联网的基本概念 核心 技术 主要特点和应用

2、前景 把物联网 分为感知识别层 网络构建层 管理服 务层和综合应用层四层 本章介绍自动识别技术和RFID 重 点讨论RFID组成 分类等 并简要介 绍防止RFID标签冲突算法 2 1 自动识别动识别 技术术 2 2 RFID的历史和现状 2 3 RFID技术分析 2 4 RFID标签冲突 2 5 RFID和物联网 自动识别 技术是模式识别理论的典 型应用 选取不同的特征产生了多 样的自动识别 技术 本章内容 光符号识别 语音识别 光学字符识别 Optical Character Recognition OCR 是模式识别 Pattern Recognition PR 的一种 技术 目的是要使计

3、算机知道它到底看到了什么 尤 其是文字资料 OCR技术能使设备通过光学机制识 别字符 语音识别研究如何采用数字信号处理技术自动 提取及决定语言信号中最基本有意义的信息 同时 也包括利用音律特征等个人特征识别说话人 自动识别技术举例 光符号识别 语音识别 虹膜识别 指纹识别 IC卡 条形码 语音识别框架 典型的模式识别系统 构词规则 同音字判决 语法语义 背景知识 预处理 声学参数 分析 测度估计 失真测度 语音库 判决 专家知识库 训练 识别 结果 反混叠失真滤波器 预加重器 端点检测 噪声滤波器 欧氏距离 似然比测度 语音 信号 输入 虹膜识别 合适的生物特征 虹膜识别是当前应用最方便精确的

4、生物识别技术 虹膜的高度独特性和稳定性是其用于身份鉴别的基础 虹膜识别的特点 生物活性 虹膜处在巩膜的保护下 生物活性强 非接触性 无需用户接触设备 对人身没有侵犯 唯一性 形态完全相同虹膜的可能性低于其他组织 稳定性 虹膜定型后终身不变 一般疾病不会对虹膜组 织造成损伤 防伪性 不可能在对视觉无严重影响的情况下用外科手 术改变虹膜特征 自动识别技术举例 光符号识别 语音识别 虹膜识别 指纹识别 IC卡 条形码 指纹识别技术 从实用角度看 指纹识别是优于其他生物识别技 术的身份鉴别方法 因为指纹具有各不相同 终生基本 不变的特点 且目前的指纹识别系统已达到操作方便 准确可靠 价格适中的阶段 正

5、逐步应用于民用市场 指纹识别的处理流程 通过特殊的光电转换设备和计算机图像处理技术 对活 体指纹进行采集 分析和比对 可以迅速 准确地鉴别 出个人身份 系统一般主要包括对指纹图像采集 指纹 图像处理 特征提取 特征值的比对与匹配等过程 自动识别技术举例 光符号识别 语音识别 虹膜识别 指纹识别 IC卡 条形码 指纹特征有哪些 总体特征 纹型 三种基本纹 型包括 环型 弓 型和螺旋型 纹数 模式区内指纹纹 路的数量 模式区 指纹上包含总体特征的 区域 即从模式区就能够分辨出 指纹是属于那一种类型的 三角点 位于从核心点开始的第一个 分叉点或断点 或者两条纹路会聚处 孤立点 转折点 或者指向这些奇

6、 异点 指纹特征有哪些 局部特征 终结点 Ending 一条纹路在此终结 分叉点 Bifurcation 一条纹路在此分开成为两条或更多的纹路 分歧点 Ridge Divergence 两条平行的纹路在此分开 孤立点 Dot or Island 一条特别短的纹路 以至成为一点 环点 Enclosure 一条纹路分开成为两条之后 立即又有合并成 为一条 这样形成的一个小环称为环点 短纹 Short Ridge 一端较短但不至于成为一点的纹路 IC卡技术 IC卡 Integrated Circuit Card 即 集成电路卡 在日 常生活中已随处可见 实际上是一种数据存储系统 如 有必要还可附加计

7、算能力 一个标准的IC卡应用系统通常包括 IC卡 IC卡接口 设备 IC卡读写器 PC 较大的系统还包括通信 网络和主计算机等 如图所示 自动识别技术举例 光符号识别 语音识别 虹膜识别 指纹识别 IC卡 条形码 IC卡 基本组成 IC卡 由持卡人掌管 记录持卡人特征代码 文件资料 的便携式信息载体 接口设备 即IC卡读写器 是卡与PC信息交换的桥梁 且常是IC卡的能量来源 核心为可靠的工业控制单片 机 如Intel的51系列等 PC 系统的核心 完成信息处理 报表生成输出和指 令发放 系统监控管理以及卡的发行与挂失 黑名单的 建立等 网络与计算机 通常用于金融服务等较大的系统 自动识别技术举

8、例 光符号识别 语音识别 虹膜识别 指纹识别 IC卡 条形码 IC卡 分类 自动识别技术举例 光符号识别 语音识别 虹膜识别 指纹识别 IC卡 条形码 IC卡 按芯片分类 1 存储器卡 存储器卡卡内嵌入的芯片为存储器芯片 这些芯片多 为通用E2PROM 或Flash Memory 无安全逻辑 可对片内信息不受 限制地任意存取 卡片制造中也很少采取安全保护措施 不完全符合或 支持ISO IEC 7816国际标准 而多采用两线串行通信协议 I2C总线协议 或3线串行通信协议 存储器卡功能简单 没有 或很少有 安全保护逻辑 但价格 低廉 开发使用简便 存储容量增长迅猛 因此多用于某些内 部信息无须保

9、密或不允许加密 如急救卡 的场合 特点 IC卡 按芯片分类 2 逻辑加密卡 逻辑加密卡由非易失性存储器和硬件加密逻辑构 成 一般是专门为IC卡设计的芯片 具有安全控制逻辑 安全性能较 好 同时采用ROM PROM E2PROM等存储技术 从芯片制造到交货 均采取较好的安全保护措施 如运输密码TC Transport Card 的取 用 支持ISO IEC 7816国际标准 逻辑加密卡有一定的安全保证 多用于有一定安全要 求的场合 如保险卡 加油卡 驾驶卡 借书卡 IC 卡电话和小额电子钱包等 特点 IC卡 按芯片分类 3 CPU卡 CPU卡也称智能卡 CPU卡的硬件构成包括CPU 存储器 含R

10、AM ROM E2PROM等 卡与读写终端通信的I O接口及加密 运算协处理器CAU ROM中则存放有COS Chip Operation System 片 内操作系统 计算能力高 存储容量大 应用灵活 适应性较强 安全防伪能力强 不仅可验证卡和持卡人的合法性 且 可鉴别读写终端 已成为一卡多用及对数据安全保密性 特别敏感场合的最佳选择 如手机SIM卡等 真正意义上的 智能卡 特点 CPU卡 按交换界面分类 接触式IC卡 接触式IC卡的多个金属触点为卡芯片与外界的信息传输媒介 成 本低 实施相对简便 非接触式IC卡则不用触点 而是借助无线收 发传送信息 因此在前者难以胜任的交通运输等诸多场合有

11、较多应 用 非接触式IC卡 CPU卡 按应用领域分类 根据应用领域的不同可将智能卡分为金融卡和非金融卡 即银行 卡和非银行卡 金融卡又分为信用卡和现金卡 前者用于消费支付 时 可按预先设定额度透支资金 后者可用做电子钱包和电子存折 但不得透支 而非金融卡的涉及范围极广 实质上囊括了金融卡之外 的所有领域 如门禁卡 组织代码卡 医疗卡 保险卡 IC卡身份证 电子标签等 CPU卡 按数据传输形式分类 根据与外界数据传输形式的不同可将智能卡分为串行通信卡和并 行通信卡 串行通信卡即为目前最常用的卡 也是目前国际标准中所 规定的接口方式 采用串行方式与外界交换信息 卡芯片引脚较少 易于封装和接 口 但

12、随着芯片存储容量的增大 引发了两个问题 一是芯片面积急 剧增长 给卡的封装带来困难 二是读写时间过长 读写1 MB的容量 需要12分钟 并行通信卡由于采用并行通信 故无此二弊 但国际标准中尚无 此类接口标准 例如某种P型IC卡的引脚数多达32个 不仅速度极快 而且容量增大 与串行通信卡一样 它也有存储型 逻辑加密型 和CPU型 并已在纳税申报等系统中得以应用 条形码技术 自动识别技术举例 光符号识别 语音识别 虹膜识别 指纹识别 IC卡 条形码 条码技术是在计算机应用发展过程中 为消除数据 录入的 瓶颈 问题而产生的 可以说是最 古老 的 自动识别技术 条形码是由一组规则排列的条 空以及对应的

13、字符组 成的标记 当使用专门的条形码识别设备如手持式条码 扫描器扫描这些条码时 条码中包含的信息就转化为计 算机可识别的数据 目前市场上常见的是一维条形码 信息量约几十位数 据和字符 二维条形码相对复杂 但信息量可达几千 字符 条形码技术 一维条形码 自动识别技术举例 光符号识别 语音识别 虹膜识别 指纹识别 IC卡 条形码 一维条码是由一组规则排列的条 空以及对应的字 符组成的标记 普通的一维条码在使用过程中仅作为识 别信息 它的意义是通过在计算机系统的数据库中提取 相应的信息而实现的 一个完整的条码的组成次序依次为 静区 前 起始 符 数据符 中间分割符 主要用于EAN码 校验 符 终止符

14、 静区 后 13位代码结构 厂商识别代码由7 10位数字组成 中国物品编码中心负责 分配和管理 厂商识别代码由前缀码和厂商代码构成的 前3位代码为前缀码 国际物品编码协会已分配给中国大 陆的前缀码为690 695 分配给台湾的前缀码为471 分 配给中国香港特别行政区的前缀码为489 商品项目代码由各厂自行确定产品号码 代表商品的类别 如日期 年份等 一维条形码 几个基本概念 模块 构成条码的基本单位是模块 模块是指条码中最窄的条或空 模块的 宽度通常以mm或mil 千分之一英寸 为单位 构成条码的一个条或空称 为一个单元 一个单元包含的模块数是由编码方式决定的 有些码制中 如EAN码 所有单

15、元由一个或多个模块组成 而另一些码制 如39码中 所有单元只有两种宽度 即宽单元和窄单元 其中的窄单元即为一个 模块 密度 Density 条码的密度指单位长度的条码所表示的字符个数 模块尺 寸越小 密度越大 所以密度值通常以模块尺寸的值来表示 如5mil 通 常7 5mil以下的条码称为高密度条码 15mil以上的条码称为低密度条码 宽窄比 对于只有两种宽度单元的码制 宽单元与窄单元的比值称为宽窄比 一般为2 3左右 常用的有2 1 3 1 宽窄比较大时 阅读设备更容 易分辨宽单元和窄单元 因此比较容易阅读 一维条形码 几个基本概念 续 对比度 PCS 条码符号的光学指标 PSC值越大则条码

16、的光学特性越好 PCS RL RD RL 100 RL 条的反射率 RD 空的反射率 条码长度 从条码起始符前缘到终止符后缘的长度 条码密度 单位长度的条码所表示的字符个数 双向条码 条码的两段都可以作为扫描起点的 中间分隔符 在条码符号中 位于两个相邻的条码符号之间且不代表任何 信息的空 连续性条码 在条码字符中 两个相邻的条码字符之间没有中间分隔符的 条码 非连续性条码 在条码字符中 两个相邻的条码字符之间存在中间分隔符 的条码 一维条形码 译码原理 激光扫描仪通过一个激光二极管发出一束光线 照射到一个旋转的棱镜或 来回摆动的镜子上 反射后的光线穿过阅读窗照射到条码表面 光线经过 条或空的反射后返回阅读器 由一个镜子进行采集 聚焦 通过光电转换 器转换成电信号 该信号将通过扫描器或终端上的译码软件进行译码 一维条形码 典型一维条形码制比较 条形码技术 二维条形码 自动识别技术举例 光符号识别 语音识别 虹膜识别 指纹识别 IC卡 条形码 二维码利用某种特定的几何图形按一定规律在平面 二维方向上 分布的黑白相间的图形记录数据符号信息 的 在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础