探索物理和数据链路层协议—RFID 和移动标准

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随着物联网的迅猛发展，物理和数据链路层协议在实现无线通信和数据传输方面扮演着重要的角色。其中，RFID（无线射频识别）和移动标准成为了当前技术领域的热门话题。本文将深入探讨这两种协议，并探索它们的潜力以及对现代社会的影响。

标签——它有一块小电池，当有RFID 阅读器时会被激活。

RFID 和无线传感器网络 (WSN) 都是物联网领域的重要技术。无线传感器网络，有时称为无线传感器和执行器网络，是空间分布的自主传感器，用于监测物理或环境条件，例如温度、声音、压力等，并通过网络协作将数据传递到主要位置。

需要无线传感器网络来监控大面积和复杂的活动，例如当单个传感器无法监控大面积时。在无线传感器网络中，数以万计的传感器节点使用无线技术相互连接，以监测物理或环境条件。这些传感器节点可以使用星形、网状和集群技术等各种拓扑结构进行连接。这些传感器节点从物理环境收集数据并将该信息传递给网关，然后网关进行一些协议转换并将信息转发给通信网络。然后云通过网络获取信息。WSN 中传感器节点之间的通信可以是直接的也可以是多跳的。

WSN 网络中的传感器节点具有低功耗通信等受限特性，但网关节点具有足够的功率和处理资源。WSN 中的大部分通信基于 IEEE 802.15.4 标准或 IEEE 802.11 (Wi-Fi) 标准，射频为 2.4 GHz。例如 Xbee 系列 1 (WSN) 支持IEEE 802.15.4 标准与网络通信。WSN 中使用的流行网络拓扑结构是星型、网状和集群网络。

RFID只能用于物体识别。以及用于感测和监测环境状况的传感器网络。因此，当 RFID 与 WSN 网络集成时，可以以更好的方式利用这两种技术并获得更高效的结果。通过合并这两种技术，可以设计出具有传感能力、多跳通信和嵌入式智能的智能网络。

RFID 与 WSN 网络的集成可以通过以下方式实现：

• RFID 标签与传感器的集成： 与称为传感器标签的传感器相连的RFID 标签可以感知来自周围环境的数据，而RFID 阅读器可以从标签中读取这些感知数据。这种集成的局限性在于通信能力仅限于单跳。  

• RFID标签与WSN 节点的集成： 为了克服单跳限制，即扩展通信能力，传感器标签可以配备无线收发器、小型闪存和计算能力。以这种方式，可以扩展与其他节点和无线设备的多跳通信。这样的传感器节点将创建一个网状网络。使用这种方法可以实现远程通信，因为大量传感器节点相互连接和通信。

• RFID 读取器与 WSN 节点的集成： 这种类型的集成也是为了增加 RFID 标签读取器的范围。由于这种集成，多跳通信成为可能。就像RFID标签一样，RFID阅读器也将配备无线收发器和微控制器，传感器标签数据将到达阅读器。来自阅读器的数据最终将到达中央网关或基站，后者将数据转发到通信网络，然后再转发到服务器/云。

DASH7 –  DASH7 是一种用于有源 RFID 标签的无线协议。与 Zigbee 相比，DASH7 更具可扩展性，具有更大的网络覆盖范围和更高的数据速率。它不仅是物理层和 MAC 层协议，还包括网络层的 IPv6 寻址。该协议使用唯一标识符和 16 位网络标识符在物联网网络中寻址。数据使用 255 字节长的帧进行通信，其中包括地址、传感器数据和多个字段。

近场通信(NFC) – 近场通信 (NFC) 是一种非常短距离的数据通信，通常在非接触式 RF（射频）通信技术的帮助下，距离为 10 厘米或更短。所以，NFC也是基于RFID技术的。该技术允许在两个电子设备之间进行简单、快速、直观且易于保护的通信。然而，这项技术是基于RFID的，但它不像RFID那样使用双向通信。它利用磁场的变化在两个支持 NFC 的设备之间提供通信。NFC 的工作频率与 RFID 的工作频率相同，即 13.56 MHz。

要实施NFC 技术，有两种操作模式——主动模式和被动模式。

•主动模式：在主动模式下，两个设备都会产生磁场。当今市场上的许多移动设备（安卓和 IOS）都使用有源 NFC。NFC 在移动设备中的一项主要用途是存储和传输信用卡信息。例如，使用谷歌钱包等安卓应用程序，只需轻触移动设备即可在商店付款。

• 被动模式：在这种模式下，只有一个设备产生场，另一个使用负载调制来传输数据。例如，学生证可以使用 NFC 技术。如果学生在公交车上刷卡，卡会通过 NFC 将信息被动传输到公交系统的主动读卡器，从而使公交系统识别特定学校学生的身份，然后允许其进入公交车。

被动模式在电池供电设备中很有用，因为它使用更少的电力，并且物联网设备也需要更少的电力来运行。

以下现有移动标准也在不断发展和调整，以在物联网场景中找到应用——

GPRS（通用分组无线业务）—— 随着市场对无线数据业务的需求不断增加，运营商不得不在该领域发展自己的数据和业务，力求在激烈的竞争中保持领先地位。传统的GSM网络只能支持9.6kbps的数据传输速率，无法满足用户对高速无线数据业务的需求。GPRS（General Packet Radio Service）是为传统的GSM网络而设计的，一种标准化的分组交换数据业务，可以提供高达115kbps速率的分组数据业务，包括让图片、语音和视频、多媒体业务在无线网络中传输成为现实。

GPRS被认为是第二代移动通信。与GSM（使用电路交换）不同，GPRS 是一种分组交换技术，具有高速、低成本数据速率和“始终连接”的特点。随着无线数据传输技术的飞速发展，GPRS无线数据业务已成为最佳归宿。

GSM (2G/3G/4G/5G) –  GSM（全球移动通信系统）是一种开放的数字蜂窝技术，用于传输移动语音和数据服务。地面 GSM 网络覆盖了全球 90% 以上的人口。GSM 卫星漫游还将服务接入扩展到地面覆盖不可用的地区。现有的覆盖全球的 GSM 网络可用于物联网应用，因为它具有很高的成本效益。有现成的硬件基础设施，只需升级软件解决方案即可适应物联网应用。  

下一代GSM (5G) 将配备软件定义网络 (SDN) 和网络功能虚拟化 (NFV) 等功能，这些功能正在开发中以支持物联网解决方案的移动技术。

CDMA – 码分多址 (CDMA) 是另一种流行的移动网络标准。现有的 CDMA 网络正在转型为 LTE Cat M1 标准，以支持各种物联网应用。

总之，RFID和移动标准作为物理和数据链路层协议的重要组成部分，为无线通信和数据传输提供了无限的潜力。它们在物联网、供应链管理、智能交通、移动支付等领域的应用已经取得了巨大的成功。然而，随着技术的不断发展，我们可以期待更多创新和突破，进一步提升这两种协议的性能和功能。未来，RFID和移动标准将继续推动无线通信和数据传输的发展，为我们创造更加便捷和智能的生活。

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