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白皮书 华为 WLAN物联网融合技术白皮书 文档版本 1.0 华为 WLAN 物联网融合技术白皮书 文档版本 1.0 版权所有 华为技术有限公司 ii 目 录 1 产生背景 . 1 2 华为 WLAN IoT 融合策略 . 3 3 技术实现 . 4 3.1 实现架构 . 4 3.2 无线技术 . 6 4 华为 WLAN IoT 融合方案 . 10 4.1 企业办公资产管理 .10 4.1.1 基于 BLE 技术的资产管理 .10 4.1.2 基于 RFID 技术的资产管理 .12 4.2 医疗物联网 .13 4.2.1 婴儿防盗 .13 4.2.2 医疗资产管理 .16 4.2.3 输液管理 .17 4.3 电子价签 .17 5 客户价值 . 19 华为 WLAN 物联网融合技术白皮书 文档版本 1.0 版权所有 华为技术有限公司 1 1 产生背景 物联网被称为是世界信息产业革命的第三次浪潮，“ Next Big Thing”。 从第一台联网的ATM（自动取款机），到第一台联网的笔记本电脑，再到第一个联网的移动电话、第一台联网的汽车、第一只联网的电表，越来越多的设备通过蜂窝网、 NFC、 RF-ID、蓝牙、 Zigbee 和 Wi-Fi 等连接方式连到网络上。根据华为的预测，到 2025 年将有超过1000 亿个物（不包括个人宽带用户）被连接起来。任何物体，在任何时间和任何地点都能连接到网络上，物联网正在深刻地影响着人们的生产和生活。 图 1-1 物联网关键要素 在物联网中，各种传感器将从物理世界获取到的信息（信息获取功能），通过泛在的连接和网络管道传送给各种智能的应用进行信息加工和决策（信息处理功能），智能应用将决策的结果施效到物理世界里，将关注的对象控制在预期的运动状态（信息施效功能）。在这个过程中，泛在的连接充当了非常重要的角色，尤其是处于网络边 缘的网络产品，它们需要支持多样性的连接方式。 华为 WLAN 物联网融合技术白皮书 文档版本 1.0 版权所有 华为技术有限公司 2 比如在企业贵重资产上贴付有源射频标签，在企业内部署标签射频阅读器，阅读器通过对有源标签的跟踪可以实现对贵重资产的管理，记录贵重资产的移动轨迹，实现自动盘点等资产管理功能。但是，有源标签使用的射频技术是多种多样的，比如标签使用的射频技术可以是 RFID、 BLE 或 Zigbee 的。接入设备如何快速融合 IoT 领域多样化的无线接入方式，是需要解决的问题，也是 WLAN 大规模推广 IoT 企业级应用的关键。 为了解决融合入口问题，华为推出了物联网 AP，在已经广泛部署和成熟应用的 Wi-Fi 产品上，提供蓝牙、 RFID 等 IoT 连接方式。华为的物联网 AP 方案在 Wi-Fi 的基础上，实现了其他短距无线接方式在 AP 上的共站址、共回传、统一入口和统一管理，并具有灵活可扩展等特点。 由以上可以看出，要实现 WLAN 与 IoT 双网融合，接入设备物联网 AP 是关键融合切入点。 华为 WLAN 物联网融合技术白皮书 文档版本 1.0 版权所有 华为技术有限公司 3 2 华为 WLAN IoT融合策略 华为 WLAN 在 IoT 领域，坚持“被集成”战略，构建基于管道的技术平台和生态系统，充分发挥合作伙伴在 IoT 领域的专业优势，实现快速融合，快速响应，给客户带来最大效益。 图 2-1 华为 WLAN IoT融合策略示意图 华为 WLAN 物联网融合技术白皮书 文档版本 1.0 版权所有 华为技术有限公司 4 3 技术实现 3.1 实现架构 3.2 无线技术 3.1 实现架构 图 3-1 联网 AP技术架构图 上图为物联网 AP 技术架构图。在华为的物联网 AP 上保持了原有的 Wi-Fi 模块，可以为 Wi-Fi 终端用户提供 WI-FI 接入服务，同时 Wi-Fi 模块也可以为 Wi-Fi Tag 提供定位服务。物联网 AP 内置蓝牙 4.0 模块，可以通过 Bluetouth4.0 的协议与 Beacon 通信，提供蓝牙定位服务。另外物联网 AP 内部还提供了 3 个标准的 Mini-PCI-E 扩展槽位，可以插入满足 Mini-PCI-E 接口标准的物联网模块。物联网 AP 还提供 USB 接口，可以插入 USB 直插模块，或通过 USB 延长线插入 USB 扩展模块。通过扩展槽或者 USB 接口接入的各个厂商的物联网模块，通过其私有的协议与物联网终端设备进行通信。对物华为 WLAN 物联网融合技术白皮书 文档版本 1.0 版权所有 华为技术有限公司 5 联网 AP 来说， AP 不需要处理各个厂商私有的协议， AP 只需要将各个模块处理后的数据做数据转发即可。 下图以 AP4050DN-E 为例，介绍了物 联网 AP 的主要物理接口。 图 3-2 物联网 AP主要物理接口 -1 图 3-3 物联网 AP主要物理接口 -2 华为 WLAN 物联网融合技术白皮书 文档版本 1.0 版权所有 华为技术有限公司 6 物联网 AP 提供的主要接口如上图所示。这些接口的主要用途如下表所示。 编号 接口 数量 用途 1 GE 口 2 1. GE0 可以提供 POE 受电； 2. GE1 可以提供 POE 供电； a) 当 AP 不连接物联网插卡，并且不使用 USB 接口时，可带最大功耗为 7W 的外设； b) 当 AP 仅连接一张物联网插卡，并且不使用USB 接口时，可带最大功耗为 5.5W 的外设； c) 当 AP 连接 2 张及以上的物联网插卡，或使用USB 接 口时， PoE_OUT 功能将会被自动关闭。 3. GE0 和 GE1 都可以做 AP 上行网口接入到接入交换机，支持 Trunk。 2 Mini PCI-E 3 1. 标准 MINI-PCI-E 物理接口，用于插入扩展物联网模块； 2. 槽位内置在 AP 盖板内，可以外置物联网天线。 3 USB 1 1. 标准 USB2.0 口（对外输出最大功率为 2.5W），可用于扩展 USB 接口的物联网模块等。 2. 支持 U 盘设备用于扩展存储。 3.2 无线技术 在物联网场景中，使用了很多不同的无线技术。比如， 2G/3G/4G 蜂窝技术、 Wi-Fi、Bluetooth、 RFID、 Ziggbee 和 LoRa 等其他短距无线技术都可以被用来作为物联网的连接方式。这些技术在覆盖距离、能够提供的带宽和工作频率等上的各不相同。这里主要介绍物联网 AP 支持的几种无线接入技术： Bluetouth、 RFID 和 Ziggbee。 RFID RFID（ Radio Frequency Identification ）即射频识别技术，通过射频信号自动识别目标对象，并对其信息进行标志、登记、储存和管理 RFID 系统通常由电子标签、读写器和天线三部分组成： 射频标签：由芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁反射原 理与读写器进行通信； 读写器：读取 (在读写卡中还可以写入 )标签信息的设备 ，有时候也成为读卡器； 天线：电子标签和读写器都天线。电子标签的天线一般内置标签内。读写器的天线可以内置在读写器中，也可以通过射频线与读写器天线接口相连。 电子标签、读写器和信息处理系统之间的信息交互流程如下： 华为 WLAN 物联网融合技术白皮书 文档版本 1.0 版权所有 华为技术有限公司 7 1. 读写器将要发送的信息，经编码后加载到高频载波信号上再经天线向外发送。 2. 进入读写器工作区域的电子标签接收此信号，卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。 3. 若为读命令，控 制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过片上天线再发送给器，读写器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至信息系统进行处理。 4. 若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起电子标签内部电荷泵提升工作电压，提供电压擦写 EEPROM。若经判断其对应密码和权限不符，则返回出错信息。 电子标签和读写器之间通过无线的方式通信，读写器和信息处理系统之间通过有线方式通信。在物联网 AP 中，读写器通过插卡的方式内置在 AP 上，利用物联网 AP 上的上行网口与信息处理系统通信。电子标签与读写器之间的无线工作频率一般有三 种：低频、高频和超高频。 1. 低频：工作频率为 120134KHz，技术成熟，市场上绝大部分 RFID 产品工作在这个频率。数据信息量小且传输慢，读写距离近（小于 10cm），主要应用于门禁、考勤刷卡等场景。 2. 高频：工作频率 13.56MHz，技术成熟，在市场的占比仅次于低频，数据传输较快。读写距离近 (小于 1m)，主要应用于智能货架、图书管理等场景。 3. 超高频：工作频率 860MHz 960MHz、 2.45GHz 和 5.8GHz。 RFID 产品发展最快的频段。数据传输很快，读写距离远（ 3m-50m），主要应用于供应链管理、 后勤管理等场景。 蓝牙 4.0 蓝牙无线技术是使用最广泛的全球短距离无线标准之一。蓝牙技术联盟（ SIG）于2010 年 7 月发布了蓝牙 4.0，以低功耗（ BLE）作为新版本的主要技术点，其本身也兼容了经典蓝牙技术。蓝牙 4.0 提供了单模和双模两种模式，其中双模包含了 BLE 和经典蓝牙，单模只有 BLE。 BLE 提供了一种星型拓扑结构，主设备管理着连接，并且可以连接多个从设备；从设备只能连接一个主设备。 华为 WLAN 物联网融合技术白皮书 文档版本 1.0 版权所有 华为技术有限公司 8 图 3-4 BLE星型拓扑结构 主设备和从设备之间通过无线方式通信。在物联网 AP 中，主设备通过 AP 的上行网口与蓝牙服务器通信。 BLE 的无线通信工作 2.4G 频段，占用 40 个信道，每个信道2MHz 带宽。其中 3 个为固定的广播信道， 37 个为用来跳频的数据信道。 主设备与从设备之间通信连接过程如下图所示，总结起来可以分为以下几种状态： 图 3-5 BLE主从设备通信连接过程 1. 待机状态：设备没有传输和发送数据，并且没有连接到任何设备上。 2. 广播状态：广播设备以一定的广播时间间隔，在 3 个固定的广播信道（ 37、 38、39）上发送广播消息；广播消息是单向的，不需要任何的连接。 3. 扫描状态：扫描设备在 3 个固定的广播信道（ 37、 38、 39）上监听广播消息。 4. 初始化状 态：在初始过程中，扫描设备和广播设备将完成建立连接。扫描设备发送一个连接请求信息，连接请求消息里包括了连接时间发送的信道、时间等信
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