工业互联网标识解析 课件 项目2 掌握工业互联网标识载体技术

项目内容工业互联网标识解析项目2掌握工业互联网标识载体技术任务2.1操作被动标识载体任务2.2操作主动标识载体任务2.3了解标识演进趋势

项目二学习思维导图图2-1项目二学习思维导图

本项目将聚焦如何应用标识载体技术的职业能力学习，主要包括区分不同标识载体、对标识载体选型、生成不同标识载体、配置标识载体终端3个学习任务，8个知识点和3个技能点。项目内容工业互联网标识解析项目2掌握工业互联网标识载体技术任务2.1操作被动标识载体任务2.2操作主动标识载体任务2.3了解标识演进趋势任务2.1操作被动标识载体工业互联网标识解析项目2掌握工业互联网标识载体技术1.认识被动标识载体2.一维条形码3.二维条形码4.射频识别5.近场通信标识载体分类标识载体，是指承载标识编码资源的标签。根据标识载体是否能够主动与标识数据读写设备、标识解析服务节点、标识数据应用平台等发生通信交互，可以将标识载体分为主动标识载体和被动标识载体两类。被动标识载体，一般是附着在工业设备或者产品的表面以方便读卡器读取。在工业互联网中，被动标识载体一般只承载工业互联网标识编码，缺乏远程网络连接能力，需要依赖标识读写器才能向标识解析服务器发起标识解析请求。认识被动标识载体011.认识被动标识载体

被动标识载体，一般是附着在工业设备或者产品的表面以方便读卡器读取。在工业互联网中，被动标识载体一般只承载工业互联网标识编码，而远程网络连接能力缺乏（某些被动标识载体，如RFID、NFC，只具备短距离网络连接能力），需要依赖标识读写器才能向标识解析服务器发起标识解析请求。常见的被动标识载体有条码标签（一维条形码、二维条形码）、RFID标签、NFC标签等。所示。条码标签 条码阅读器

RFID读码器RFID标签条码阅读器

NFC标签NFC读码器被动标识载体的主要特征：1附着在设备或耗材表面，标识信息易被窃取2网络连接能力受限，需要借助读写器发起标识解析请求3安全能力较弱，缺乏证书、算法和密钥等安全能力6成本低，适用于承载低价值、数量大的工业单品标识5非实时联网4在网络中没有地址，不易被找到1.认识被动标识载体一维条形码022.一维条形码1.条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。2.一维条码是由一组粗细不同、黑白(或彩色)相间的条、空及其相应的字符(数字字母)组成的标记，即传统条码。一维条形码的概念11一维条形码识别原理2.一维条形码2.一维条形码

一维条形码广泛应用在交通运输、仓储物流、商业消费等诸多领域。一维条码技术是实现POS终端系统、EDI、电子商务和供应链管理的技术基础，是物流管理实现数字化、智能化的核心技术手段。一维条形码的应用2.一维条形码一维条形码的分类条码类型主要用途EAN/UPC条码(包括EAN-13、EAN-8、UPC-A和UPC-E)用于对零售渠道销售的贸易项标识；同时也可用于标识非零售的贸易项目。ITF-14条码只能用于标识非零售的商品UCC/EAN-128条码用于标识物流单元，不能用于POS零售结算。一维条形码常用的条码规则有：UCC/EAN-128条码、ITF-14条码、EAN/UPC条码。977.连续出版物978、979.图书表

各国EAN国家代码代码国家(或地区)代码国家00~09美国．加拿大50英国．爱尔兰30~37法国690~695中国40~44德国88韩国460~469苏联885泰国955马来西亚888新加坡2.一维条形码二维条形码0316二维条码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向)上分布的条、空相间的图形来记录数据符号信息。二维条形码是通过一维条形码的技术拓展出来的一种平面（二维空间）存储信息的条形码，巧妙的利用了“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息。二维条形码技术已广泛应用在信息安全、物流运输、工业制造、商品消防、金融支付等。3.二维条形码17（1）可靠性强条形码的读取准确率远远超过人工记录，平均每15000个字符才会出现一个错误。（2）效率高条形码的读取速度很快，相当于每秒40个字符。（3）成本低与其它自动化识别技术相比较，条形码技术仅仅需要一小张贴纸和相对构造简单的光学扫描仪，成本相当低廉。（4）易于制作条形码制作：条形码的编写很简单，制作也仅仅需要印刷，被称作为“可印刷的计算机语言”。（5）构造简单条形码识别设备的构造简单，使用方便。二维条形码的优点：3.二维条形码18（6）灵活实用

条形码符号可以手工键盘输入，也可以和有关设备组成识别系统实现自动化识别，还可和其他控制设备联系起来实现整个系统的自动化管理。（7）高密度二维条码通过利用垂直方向的堆积来提高条码的信息密度，而且采用高密度图形表示，因此不需事先建立数据库，真正实现了用条码对信息的直接描述。（8）纠错功能二维条形码不仅能防止错误，而且能纠正错误，即使条形码部分损坏，也能将正确的信息还原出来。（9）多语言形式，可表示图像二维条码具有字节表示模式，即提供了一种表示字节流的机制。不论何种语言文字它们在计算机中存储时以机内码的形式表现，而内部码都是字节码，可识别多种语言文字的条码。（10）具有加密机制可以先用一定的加密算法将信息加密，再用二维条码表示。在识别二维条码时，再加以一定的解密算法，便可以恢复所表示的信息。二维条形码的优点3.二维条形码19行排式二维条码二维条码矩阵式二维条码条形码的分类：(1)行排式二维条码（2DSTACKEDBARCODE）又称：堆积式二维条码或层排式二维条码，其编码原理是建立在一维条码基础之上，按需要堆积成二行或多行。有代表性的行排式二维条码有：PDF417、CODE49、CODE16K等。

(2)矩阵式二维条码（2DMATRIXBARCODE）又称：棋盘式二维条码。有代表性的矩阵式二维条码有：QRCode、DataMatrix、MaxiCode、Codeone等。3.二维条形码20二维条码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向)上分布的条、空相间的图形来记录数据符号信息。二维条形码是通过一维条形码的技术拓展出来的一种平面（二维空间）存储信息的条形码，巧妙的利用了“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息。二维条形码技术已广泛应用在信息安全、物流运输、工业制造、商品消防、金融支付等。3.二维条形码常用的几种二维条码QR码

3.二维条形码223.二维条形码射频识别044.射频识别RFID（RadioFrequencyIdentification）即无线射频识别技术，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对电子标签进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。射频识别技术概念4.射频识别射频识别技术特点：4.射频识别射频识别系统组成：RFID系统主要由三部分组成：读写器（Reader）、电子标签（Tag）、计算机系统。4.射频识别射频识别系统分类：RFID频段相关标准工作频率工作方式阅读距离数据传输应用领域低频ISO11784/1178530KHZ-300KHZ。典型工作频率有125KHZ，133KHZ电感耦合，标签需位于阅读器和天线辐射的近场区域内一般情况下小于

0.1米低速，数据少低端应用，动物识别高频ISO/IEC14443，ISO/IEC18000-33MHZ30MHZ。典型工作频率:13.56MHZ电感耦合，标签需位于阅读器和天线辐射的近场区域内一般情况下小于

1米中速数据传输门禁、身份证、车票等超高频ISO/IEC18000-4、-5、-6、-7433MHz，862-960MHz，2.45GHz，5.8GHz电感耦合，标签位于阅读器和天线辐射的远场区域内一般情况下大于

1米，典型情况为4-6米，最大可达10米以上数据传输速率高，更适合快速、大容量高效的物品识别移动车辆识别、电子身份证、仓库物流应用等近场通信055.近场通信

近场通信（NearFieldCommunication，NFC），是在射频识别（RFID）基础上，结合无线互联技术研发而成，允许电子设备之间在非接触式上进行点对点的数据传输（10cm内）其通信方式如图2-7所示，广泛应用于电子支付、身份认证、票务系统等，是移动通信领域的一种新型业务。NFC可以理解为RFID技术的一个子集，使用的是13.56MHz频段。近场通信（NearFieldCommunication，NFC），又称近距离无线通信，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（在十厘米内）交换数据。NFC与其他通信技术比较类别ZigBeeBluetoothUWBWIFINFC价格4美元5美元20美元25美元3美元安全性中等高高低极高传输速率10-250Kbps1Mbps53-480Mbps54Mbps106,

212,

424

kbps

通讯距离10-75m0-10m0-10m0-100m0-20cm工作频率2.4GHZ2.4GHZ3.1Ghz-10.6Ghz2.4GHZ13.56Mhz国际标准IEEE802.15.4IEEE802.15.1XIEEE802.11bIEEE802.11gISO18092(ECMA340)ISO21481(ECMA352)5.近场通信5.近场通信近场通信特点：连接建立迅速常用短距离通信技术的连接速度：NFC小于0.1ms，蓝牙大约6s左右，红外小于0.5s，Zigbee小于6ms。NFC技术可以更为迅速地建立通信连接。相比RFID，具有高速率、高带宽和低消耗的特点；安全性高NFC技术采用私密通信方式，并且射频范围较小；双向连接和识别；NFC技术能够快速自动地建立无线网络，为蜂窝、蓝牙或WiFi设备提供一个“虚拟连接”使设备间在很短距离内通信，适合移动设备、消费电子产品、PC和智能控件间的通信工作；NFC通信在发起设备和目标设备间发生，任何的NFC装置都可以为发起设备或目标设备。5.近场通信近场通信技术应用：5.近场通信近场通信技术应用：5.近场通信多种被动标识载体技术的比较性能

一维条形码二维条形码RFIDNFC信息识别读取效率低，一次只能读取一个标签内容读取效率低，一次只能读取一个标签内容读取效率高，一次可以读取多个标签内容，但存在信息干扰（屏蔽）读取效率高，但识读器和标签是一对一的关系，识别环境要求低适应环境存储空间有限存储量较一维条形码较大存储量大存储量很大运营成本易损、易脏易损、易脏抗摔、抗油、抗污、可穿透抗摔、抗油、抗污、可穿透环保方面一次性一次性可重复使用可重复使用信息载体纸或物表面纸或物表面存储器存储器读写性读读读/写读/写读取方式光电转换光电转换无线通信近距离无线通信保密性低中高最高抗干扰能力强强一般最强识读距离0-0.5m0-0.5m0-2m小于1cm基材价格低低高高扫描器价格低中高高标识解析感谢您的耐心观看项目内容工业互联网标识解析项目2掌握工业互联网标识载体技术任务2.1操作被动标识载体任务2.2操作主动标识载体任务2.3了解标识演进趋势任务2.2操作主动标识载体工业互联网标识解析项目2掌握工业互联网标识载体技术1.认识主动标识载体2.应用架构设计3.通用集成电路卡4.芯片5.模组6.终端认识主动标识载体011.认识主动标识载体

被动标识载体，一般是附着在工业设备或者产品的表面以方便读卡器读取。在工业互联网中，被动标识载体一般只承载工业互联网标识编码，而远程网络连接能力缺乏（某些被动标识载体，如RFID、NFC，只具备短距离网络连接能力），需要依赖标识读写器才能向标识解析服务器发起标识解析请求。常见的被动标识载体有条码标签（一维条形码、二维条形码）、RFID标签、NFC标签等。所示。条码标签 条码阅读器

RFID读码器RFID标签条码阅读器

NFC标签NFC读码器

主动标识载体一般嵌入工业设备的内部，承载了工业互联网标识编码及必要的安全证书、算法和密钥，具有联网通信的功能。主动标识载体向标识解析服务节点或标识数据应用平台等主动发起连接，无需借助标识读写设备进行触发。集成电路卡

微控制单元（MCU）

通信模组

终端1.认识主动标识载体

常见的主动标识载体有通用集成电路卡、微控制单元（MCU）、通信模组和终端等，132主动标识载体特性安全嵌入在工业设备内部，不容易被盗取或者误安装。通讯具备网络连接能力，能够主动向标识解析服务器发起标识解析请求；同时也支持被其承载的标识及其相关信息的远程增删改查。数据加密

除了承载工业标识符，还具有安全区域存储必要的证书、算法和密钥，能够提供工业标识符及其相关数据的加密传输、能够支持接入认证等可信相关功能。1.认识主动标识载体应用架构设计022.应用架构设计1）主动标识载体2）工业终端（含主动标识载体）3）主动标识载体管理模块4）主动标识载体安全认证服务

平台5）终端管理与数据采集模块6）标识解析体系国家顶级节点7）标识解析体系二级节点8）标识解析体系企业节点通用集成电路卡033.通用集成电路卡

通用集成电路卡（UniversalIntegratedCircuitCard，UICC）即智能卡，应用于全球移动通信系统。UICC可分为ID-1UICC和插入式UICC，二者主要在物理外形、尺寸和应用环境上有所区别。相比于ID-1UICC，插入式UICC的应用更多，它能够实现平台和应用的分离。UICC的特点如下：①可用于存储信息。主要存储用户信息、鉴权密钥、短消息、付费方式等。②具有多种逻辑应用模块。包括电信应用模块，如用户标识模块（SIM应用）、通用用户标识模块（USIM应用）、IP多媒体业务标识模块（ISIM应用），以及其他非电信应用模块，如电子签名认证、电子钱包等。③逻辑单元可单独存在也可多个同时存在。④不同移动用户终端可根据无线接入网络类型，进行逻辑模块的选择。3.通用集成电路卡（1）UICC及其卡应用图2-15UICC及其卡应用3.通用集成电路卡（1）UICC及其卡应用表2-5UICC的卡应用与移动通信网络的对应关系UICC卡应用接入网技术SIMGSM（2G）USIMUMTS（3G）、E-UTRAN（4G）ISIMIMS（NGN）CSIMCDMA2000（3G）R-UIMCDMA、GSM、UMTS3.通用集成电路卡（2）UICC相关标准ISO/IEC、3GPP、ETSI和GSMA等国际标准化组织制定了UICC的相关标准，并各有所偏重，制定了UICC在物理电气层面、接口、测试、管理平台、编码等方面的重要规范。3.通用集成电路卡（2）UICC相关标准①国际电信联盟电信标准分局（InternationalTelecommunicationUnion-TelecommunicationStandardizationSector，ITU-T）制定了UICC可承载的全球移动用户编码IMSI、MSISND等编码规范。②全球移动通信系统协会（GlobalSystemforMobilecommunicationsAssociation，GSMA）制定了eUICC及其管理平台规范。③欧洲电信标准化协会（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，ETSI）的UICC系列标准主要制定了如UICC应用可编程接口、UICC终端接口、卡应用工具包一致性、SIM应用工具包等UICC与终端的接口的相应规范。④第三代合作伙伴计划（3rdGenerationPartnershipProject，3GPP）制定了SIM、USIM及智能卡测试规范、终端与SIM/USIM的测试规范等。⑤国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）和国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）共同制定的ISO/IEC7816-1（1987）、ISO/IEC7816-2（1988）关注智能卡的物理电气层面，定义了标识集成电路卡的物理特性、物理尺寸和触点位置。3.通用集成电路卡（3）UICC在工业互联网标识中的应用

为了实现工业互联网标识使用的规模化，将工业互联网标识解析系统的接入能力封装为UICC的卡应用，也就是将其打包成工业标识应用，并部署在UICC的卡应用区。通过工业互联网标识，工业终端及其相关数据能够安全地接入工业互联网应用。芯片044.芯片

芯片，即集成电路、微电路、微芯片，是终端的中央处理器，负责整个终端的正常运行。

通常大众所说的芯片实际上经过了一系列复杂的工艺过程。

第一步，将所采集的具体应用需求通过实际电路实现；

第二步，使用硬件描述语言，如超高速集成电路硬件描述语言（Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，VHDL）等，在现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray，FPGA）等可编程器件上进行仿真和模拟；

第三步，经过前端设计、后端综合等方式设计并生产出用于生产芯片的掩模；

第四步，通过掩模，芯片封装厂在直径约为12in（英尺）的硅片上雕刻出不计其数的成品芯片。

一颗芯片集成了多种电子元器件，应用范围甚广，几乎包含了生产生活中的所有消费电子。

芯片包括了基带芯片、射频芯片和存储芯片等。

4.芯片（1）基带芯片

基带芯片也称为通信芯片，作为芯片的核心，主要负责信息的处理，可比作系统的大脑。基带芯片内部集成了数字信号处理器和控制器，可加工处理外界输入的信息，如终端功能执行控制、数据采集控制、采集数据处理和运算。

基带芯片内部由两个模块组成，其中主功能模块，包含了CPU处理器、编解码器、数字信号处理器等，主要负责基带的信息处理，完成基带芯片的主要功能；扩展功能模块承载了工业ID、密钥、Applet等信息。4.芯片（2）射频芯片

频芯片将无线电信号通信转换成无线电信号波形，并将其通过天线谐振进行发送。（3）存储芯片

存储芯片主要集中应用于企业级存储系统，支持其访问性能、存储协议、存储介质、管理平台及各种应用。模组055.

模组

（1）无线模组

无线模组根据功能可分成通信模组、定位模组两大类。其中，定位模组主要指GNSS、GPS等，应用范围较小。通信模组的应用范围较广，可分为蜂窝类和非蜂窝类，其中蜂窝类包含了2G/3G/4G/5G、NB-IoT/eMTC等，非蜂窝类包含了Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、LoRa等。5.

模组通信模组

通信模组作为一种重要的主动标识载体，其功能如下：①承担了端到端、端到后台的服务数据的交互功能，用户数据通过通信模组进行传输，是一种工业互联网终端的核心组件。②提供接口与通信能力。③提供标准接口，以满足不同终端进行数据传输的需求。④支持远程数据传输，工业互联网终端能够通过通信模组接入广域网或经过授权的专用私有网络。⑤新型通信模组集成了感知、前端数据处理和适度远程控制等功能。5.

模组

主功能模块（MCU)由基带处理器、RF模块、电源管理模块、内存等组成。其中，基带处理器为核心部分，具有基带编解码、语音编码等功能，承担了基带信号处理和协议处理工作。除此之外，主功能模块还可承载工业ID、密钥、Applet等。

天线接口单元由天线相关接口组成，通过RF天线接口为终端提供连接射频天线的接口。功能接口单元由UART串口、USB、USIM接口和电源组成，经由一系列引脚或通过SMT方式连接至终端主板，实现各类信号的输入与输出。5.

模组（2）模组的特点与基本能力①需要重新设计与集成。该特点主要针对芯片与器件，如通信协议、网络标准、体积、干扰、功耗、特殊工艺、工业级高低温电阻、抗振动、抗干扰等。②具有定制化的特点。该特点主要为了满足不同客户、不同应用场景的具体需求，并满足下游用户通信需求的多样化。主动标识载体通信模组的基本能力要求如下：①支持通信网络连接，具备建立网络连接的能力，符合通用模组的技术要求。②支持标识管理，包括支持主动标识载体安全认证服务平台的身份凭证预置与OTA升级、信息交互，以及标识写入、读取、修改与删除。③支持安全服务，包括支持安全存储、身份认证、安全通信等安全服务，支持对称、非对称、摘要等多种加密算法，支持商用密码算法、国际算法的安全能力要求，支持商用密码二级、EAL4+及以上的安全认证要求。终端066.

终端（1）工业互联网终端架构

工业互联网终端架构主要由主控模块、电信网接入模块、数据采集与控制模块、数据汇聚模块、电源模块、外设接口模块等组成，6.

终端（1）工业互联网终端架构

主控模块负责协议转换、预处理、管理和安全等方面的数据处理和存储。

电信网接入模块负责将工业互联网终端接入广域网或授权的专用私有网络，为工业互联网提供与综合运营管理平台、业务平台及应用之间的数据传输。接入方式为有线接入和无线接入两种。其中，有线接入方式为DSL、PON和有线宽带等；无线接入方式为CSM、WCDMA和LTE等。6.

终端（1）工业互联网终端架构

数据采集与控制模块负责采集与封装数据，同时负责执行上层下达的控制命令。传感器、摄像头、RFID读卡器和专业数据采集器等都可以作为数据采集与控制模块，实际取决于不同的应用场景。

电源模块负责系统供电及节能管理，供电方式为市电、太阳能、蓄电池等。6.

终端（1）工业互联网终端架构

数据汇聚模块负责数据交互，将数据采集与控制模块获取到的数据通过短距离通信接口完成数据交互，从而实现物理信息数据的汇聚及远程控制功能。

短距离通信接口可采用USB、RS-232、RS-485、数字I0、模拟数据接口或Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等，进行数据交互。

外设接口模块负责提供外设的统一接入接口。6.

终端（2）终端的分类

根据网络技术的差异性，工业互联网终端分为移动终端和固定终端两类。

移动终端一般支持蜂窝无线通信技术（如2G/3G/4G/5G、NB-oT/eMTC等），比如安装了4G移动通信模块的挖掘机。固定终端一般支持有线通信技术或近距离/短距离无线通信技术，比如监控摄像头。固定终端的基本功能架构与移动终端相似，区别在于固定终端没有UICC/eUICC，6.

终端（2）终端的分类

在工业互联网网络中，从运算能力和抗风险能力角度可将工业互联网终端分为弱终端和强终端两类。

弱终端的运算能力相对较弱，但成本较低。如数据采集或预处理设备、传感器属于弱终端，它们承载较为单一的业务场景，且面临着较小的安全风险。因此，对其抗攻击能力的要求也较低。考虑到信息安全，弱终端应具备相应的的安全能力：①与云端的双向认证；②密钥/码管理；③应用完整性安全；④远程或OTA安全固件升级。6.

终端（2）终端的分类

强终端运算能力相对较强，但成本较高。如网关类或工控类终端产品属于强终端，它们承载较为丰富的业务场景，且面临着较大的安全风险。因此，对其对抗攻击能力要求也较高。除了与弱终端相同的安全能力要求外，强终端还需考虑对网络攻击或物理攻击的抵抗能力，如下：①安全启动；②系统加固或隔离；③TEE可信操作环境；④TPM可信运算模块；⑤病毒检测能力；⑥端口裁剪。标识解析感谢您的耐心观看项目内容工业互联网标识解析项目2掌握工业互联网标识载体技术任务2.1操作被动标识载体任务2.2操作主动标识载体任务2.3了解标识演进趋势任务2.3了解标识演进趋势工业互联网标识解析项目2掌握工业互联网标