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目錄CATALOG03010204物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵一維碼技術(shù)二維碼技術(shù)060807我國(guó)射頻識(shí)別技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)國(guó)外射頻識(shí)別技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景052接觸式IC卡技術(shù)和RFID技術(shù)
第一部分物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵PART01012隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能傳感器技術(shù)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備已成為當(dāng)前的應(yīng)用熱點(diǎn),其中,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智能家居、智能交通、智能城市等智能應(yīng)用的核心技術(shù)支撐。前言3物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings,IoT)是近年來(lái)發(fā)展迅速的一種技術(shù),它通過(guò)紅外傳感器、射頻識(shí)別、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等傳感器感知現(xiàn)實(shí)世界,利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)物體之間的信息交換和自動(dòng)控制,幫助對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的快速控制和便攜式管理。4物聯(lián)網(wǎng)層次
物聯(lián)網(wǎng)可分為三層,即傳感層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。不同層次涉及的關(guān)鍵技術(shù)不同,其中,傳感層的關(guān)鍵技術(shù)是RFID、GPS等;網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù)是WSN、WiFi、5G、GPRS、NGB等;應(yīng)用層的核心是云計(jì)算、專家系統(tǒng)等。5廣義上的物聯(lián)網(wǎng)的定義
廣義上的物聯(lián)網(wǎng)的定義是指通過(guò)各種傳感器技術(shù)、傳感器接口和傳感器模塊,將不同空間內(nèi)的任何物體連接起來(lái),智能地實(shí)現(xiàn)對(duì)任何物體的識(shí)別、定位、管理和控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),并通過(guò)通信技術(shù)進(jìn)行連接。6狹義上的物聯(lián)網(wǎng)的定義
狹義上的物聯(lián)網(wǎng)的定義是指通過(guò)射頻識(shí)別、全球定位系統(tǒng)、紅外傳感器等信息傳感設(shè)備,將商品與互聯(lián)網(wǎng)按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、定位、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)只有一個(gè)字不同,但也有區(qū)別。7互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系
互聯(lián)網(wǎng)只是將兩臺(tái)或更多臺(tái)不同空間的計(jì)算機(jī)連接起來(lái),而物聯(lián)網(wǎng)則可以把不同空間的兩個(gè)或多個(gè)物理對(duì)象連接起來(lái),可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中任何對(duì)象的信息交互。從兩者的關(guān)系來(lái)看,物聯(lián)網(wǎng)的核心是互聯(lián)網(wǎng),它是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò),將現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)延伸到物物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。萬(wàn)物互聯(lián)是物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo),為此,需要大量的傳感器和通信技術(shù)來(lái)識(shí)別、定位、控制和連接計(jì)算機(jī)以及終端的設(shè)備。8物聯(lián)網(wǎng)概念的提出
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算模式日新月異。物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián),給人們的生活帶來(lái)便利。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)滲透到醫(yī)療、日常生活、交通運(yùn)輸、制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)的概念最早由麻省理工學(xué)院的學(xué)者于1991年提出,后來(lái)在政府推動(dòng)和產(chǎn)業(yè)合作的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展。2005年國(guó)際電信聯(lián)盟在信息社會(huì)世界首腦會(huì)議上發(fā)表的報(bào)告,使物聯(lián)網(wǎng)的概念得到廣泛傳播,并激勵(lì)許多國(guó)家和機(jī)構(gòu)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。9物聯(lián)網(wǎng)受到政策支持
目前美、歐、日、韓等國(guó)已制定了多項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,中國(guó)政府也對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展給予了優(yōu)先支持。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)運(yùn)營(yíng)商也在大力推動(dòng)物互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè),以獲取新的業(yè)務(wù),滿足人民群眾的需求。10物聯(lián)網(wǎng)普及后的場(chǎng)景
如果物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模普及,現(xiàn)有各類電器、家裝、制造設(shè)備等都需要更新?lián)Q代。目前物聯(lián)網(wǎng)在我們的生活中已經(jīng)有了應(yīng)用場(chǎng)景。例如大量的傳感器安裝在家中,特定的應(yīng)用程序安裝在手機(jī)中。即使在工作的時(shí)候,你也可以隨時(shí)了解家里的情況和家庭成員的活動(dòng)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線技術(shù),你可以通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用程序發(fā)送命令,遠(yuǎn)程開(kāi)啟風(fēng)扇、空調(diào)、電視、熱水器、臺(tái)燈等。如果家中安裝了報(bào)警裝置,有人非法進(jìn)入,智能傳感器會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并報(bào)警。11
第二部分物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景PART020212目前,共享單車、智能電表、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、水污染監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了商用,產(chǎn)生了巨大的商業(yè)價(jià)值。前言13物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景
從類別上看,物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括智能交通與物流、智慧城市、智能產(chǎn)業(yè)、智能醫(yī)療、智能教育、智能生活等。14智能交通與物流的應(yīng)用
智能交通與物流的應(yīng)用是將傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、識(shí)別技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)有效地集成到整個(gè)交通管理系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的交通疏導(dǎo)和管理。物流的應(yīng)用也類似,可以快速、自動(dòng)、批量地完成傳統(tǒng)的物流和運(yùn)輸事務(wù),使物流系統(tǒng)具有較強(qiáng)的感知、學(xué)習(xí)、推理和判斷能力。15智慧城市的應(yīng)用
智慧城市的應(yīng)用是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將城市建設(shè)、交通、商業(yè)、通信、人員等各個(gè)方面有機(jī)結(jié)合起來(lái)。智慧城市各子系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)相互促進(jìn)、相互影響的整體。在智慧城市中,云計(jì)算、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市中各種事務(wù)和功能的實(shí)時(shí)、高效、智能的處理,是提高人們生活質(zhì)量和城市競(jìng)爭(zhēng)力的重要?jiǎng)恿Α?6智能醫(yī)療的應(yīng)用(1)智能醫(yī)療是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)識(shí)別、遠(yuǎn)程通信等技術(shù),使醫(yī)院更加智能化,醫(yī)療手段更加先進(jìn),醫(yī)患關(guān)系更加和諧。智能醫(yī)療可以方便邊遠(yuǎn)地區(qū)患者的在線診療,可以促進(jìn)遠(yuǎn)程手術(shù)的發(fā)展和實(shí)施,可以準(zhǔn)確標(biāo)記新生兒信息,防止錯(cuò)誤事情的發(fā)生。17智能醫(yī)療的應(yīng)用(2)智能醫(yī)療可以存儲(chǔ)患者信息,使醫(yī)生能夠快速、方便地獲取病人的病歷和病人信息,可以對(duì)醫(yī)療用品進(jìn)行標(biāo)識(shí),方便快捷地取藥和檢查。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)療設(shè)備的高效互動(dòng),進(jìn)一步提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。18智能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用
智能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用是將物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)集成到工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面。對(duì)工業(yè)而言,它可以提高工業(yè)生產(chǎn)效率,提升產(chǎn)品質(zhì)量,加快貨物盤點(diǎn)速度,降低生產(chǎn)成本。對(duì)農(nóng)業(yè)而言,它可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,跟蹤農(nóng)產(chǎn)品流向、防偽和保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品商標(biāo),有助于更有效地利用農(nóng)業(yè)設(shè)施,減少人員投入,形成高效集約的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)模式。19智能教育的應(yīng)用
智能教育的應(yīng)用是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù),整合現(xiàn)有的教育平臺(tái),改進(jìn)教育模式,建設(shè)智慧校園和合理利用教育資源。智能教育可應(yīng)用于在線教育、信息化教學(xué)、校園卡支付、圖書館管理、教師上課管理、學(xué)生出勤管理、幼兒園兒童和家長(zhǎng)身份識(shí)別等,有助于提高教育水平,促進(jìn)教育智能化發(fā)展和建設(shè)智慧校園。20智能生活的應(yīng)用
智能生活的應(yīng)用是通過(guò)各種聲、電、光智能傳感器、無(wú)線通信技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)來(lái)提高家庭的智能化程度。智能生活的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在室內(nèi)外安裝各種傳感器,以及對(duì)傳統(tǒng)的家居家電進(jìn)行智能化改造,提高居住舒適度。21智能音箱
此外,除了在應(yīng)用程序上使用手動(dòng)按鈕控制外,還可以進(jìn)行語(yǔ)音控制。比如應(yīng)用廣泛的智能音箱,通過(guò)語(yǔ)音可以控制室內(nèi)燈光和空調(diào)的開(kāi)關(guān),并可以設(shè)定特定時(shí)間播放商務(wù)提醒、天氣狀況、日常交通路線實(shí)時(shí)路況,通過(guò)語(yǔ)音呼叫來(lái)播放指定的音樂(lè)。這些都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)滲透到我們?nèi)粘I钪械幕钌睦印?2
第三部分一維碼技術(shù)PART030323在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中,如果每個(gè)物品都有一個(gè)標(biāo)識(shí),即身份信息,那么這些信息可用于物品的管理、標(biāo)識(shí)和定位。物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別系統(tǒng)可以通過(guò)前端的傳感器來(lái)自動(dòng)采集物品的信息,然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行綜合處理,從而實(shí)現(xiàn)物品信息的自動(dòng)存儲(chǔ)和識(shí)別,實(shí)現(xiàn)貨物跟蹤和信息自動(dòng)采集,實(shí)現(xiàn)物體之間的互聯(lián)互通。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,一維碼技術(shù)、二維碼技術(shù)、IC卡技術(shù)、RFID技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)和生物識(shí)別技術(shù)都是常見(jiàn)的信息識(shí)別技術(shù)。通過(guò)信息識(shí)別技術(shù)對(duì)物品進(jìn)行識(shí)別,才能進(jìn)一步應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。前言24一維碼技術(shù)的起源
一維碼技術(shù)屬于條碼技術(shù)中的一種,最早被美國(guó)的郵政系統(tǒng)采用,實(shí)現(xiàn)郵政文件的自動(dòng)分揀。郵局工作人員用條形碼在信封上作標(biāo)記,并在條形碼中存儲(chǔ)收件人的區(qū)號(hào)等地址信息。為了存儲(chǔ)更多的信息,可以對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行編碼,對(duì)信封條碼的存儲(chǔ)方式進(jìn)行改進(jìn)。25一維碼技術(shù)的發(fā)展
一維碼技術(shù)在后期進(jìn)一步發(fā)展了通用商品代碼,開(kāi)發(fā)了更多種類的條形碼。一維碼可以用來(lái)識(shí)別物品,給物品一個(gè)唯一的識(shí)別碼,并以條形碼的形式表示。條形碼粘貼在需要標(biāo)識(shí)的物品上,識(shí)別物品則需要使用條碼閱讀器,通過(guò)光學(xué)掃描的方式來(lái)識(shí)別。26一維碼識(shí)別技術(shù)的原理
在一維碼識(shí)別技術(shù)中,掃描儀發(fā)出可見(jiàn)光或紅外光照射一維碼,一維碼上的條碼標(biāo)記因深度不同而對(duì)光線有不同的光吸收和反射。不同強(qiáng)度的反射光返回掃描儀并轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。最后利用解碼模塊對(duì)電脈沖信號(hào)進(jìn)行解碼,得到一維碼標(biāo)簽信息。27一維碼的條和空
一維碼所代表的信息是由一系列規(guī)則排列的條和空組成。這些條和空按照一定的規(guī)則表示相應(yīng)的數(shù)字、字母和其他字符。“條”是指光反射率低的部分,“空”是指光反射率高的部分。由這些條和空組成的數(shù)據(jù)可以表示一定的信息。條碼閱讀器可以讀取這些信息,并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制信息進(jìn)行后續(xù)處理。一維碼可以通過(guò)光學(xué)掃描讀取,并根據(jù)黑線和間隔對(duì)激光的不同反射進(jìn)行識(shí)別。28一維碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(1)
一維碼的結(jié)構(gòu)一般由左空白區(qū)、起始碼、數(shù)據(jù)字符、中間區(qū)、檢查字符、停止字符、右空白區(qū)等組成。其中左空白區(qū)用于提示掃描儀準(zhǔn)備起始位置,起始位置位于條碼左側(cè)的白色區(qū)域。起始字符是條形碼中的第一個(gè)字符,用于指示條形碼符號(hào)的開(kāi)始。在特定的使用中,掃描器只能在經(jīng)過(guò)字符后對(duì)掃描信號(hào)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)字符用于表示條形碼符號(hào)的值,即起始字符后的位置。29一維碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(2)
檢查字符用于判斷掃描的有效性,條形碼識(shí)別的有效性通過(guò)操作結(jié)果與檢驗(yàn)碼的比較來(lái)判斷。停止字符用于指示條形碼信息的結(jié)束,位于右側(cè)。右空白區(qū)是停止字符后最右邊的未打印符號(hào)。條形碼可以標(biāo)識(shí)生產(chǎn)國(guó)、生產(chǎn)廠家、商品名稱、生產(chǎn)日期等諸多信息,因此在商品流通、物流、運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。30EAN-13條碼
目前最流行的一維條碼是EAN-13條碼。EAN-13條碼表示的代碼由13位數(shù)字組成,前三位為前綴碼,其中,分配給我國(guó)的前綴碼是“690-692”。31一維碼的優(yōu)點(diǎn)一維碼輸入速度快,掃描條碼即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入。一維碼比人工輸入數(shù)據(jù)更可靠。一維碼成本低,條碼標(biāo)簽制作簡(jiǎn)單,專業(yè)條碼打印軟件可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)和打印,對(duì)設(shè)備、材料無(wú)特殊要求。一維編碼易于制作和使用,無(wú)需特殊設(shè)備和培訓(xùn)。32一維碼的缺點(diǎn)一維碼的數(shù)據(jù)量少。一維碼容易損壞。一維碼需要光線場(chǎng)景,不能被遮擋。33
第四部分二維碼技術(shù)PART040434二維碼是一種特殊的幾何圖形,按照一定的規(guī)則分布在平面上,以記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息。最早的二維碼是code49條碼,后來(lái)發(fā)展成code16K條碼,而現(xiàn)在二維碼有更豐富的圖案和數(shù)據(jù)表達(dá)方式。前言35常見(jiàn)的二維碼
二維碼使用與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的若干幾何形狀來(lái)表示文本的數(shù)字信息,如圖所示,它是一些典型的二維碼。36二維碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(1)
從二維碼的結(jié)構(gòu)來(lái)看,二維碼一般包括尋象圖、定位圖、校正圖、分隔符、編碼區(qū)、格式信息、空白區(qū)、版本信息等。其中,尋象圖包括分別位于左上角、左下角和右上角的三個(gè)位置的圖案,用于檢測(cè)圖形。一般來(lái)說(shuō),它是由同心正方形組成的。通過(guò)識(shí)別尋象圖的三個(gè)位置,可以快速確定二維碼符號(hào)的位置和方向。37二維碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(2)
定位圖由水平定位圖形和垂直定位圖形組成,由深色和淺色模塊交替組成。校正圖由同心正方形組成,同心正方形由深色模塊、淺色模塊和中間的深色模塊組成,校正圖的數(shù)量由符號(hào)的版本號(hào)決定。分隔符由淺色模塊組成,位于檢測(cè)圖案和編碼區(qū)之間的每個(gè)位置。38二維碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(3)
編碼區(qū)包括數(shù)據(jù)字符、糾錯(cuò)字符、格式信息等。其中,格式信息一共15位,包括5個(gè)數(shù)據(jù)位和10個(gè)修正位。空白區(qū)是符號(hào)周圍的區(qū)域。最后一個(gè)數(shù)據(jù)是版本信息,版本信息一共18位,包括6個(gè)數(shù)據(jù)位和12個(gè)通過(guò)編碼計(jì)算的糾錯(cuò)位。39DataMatrix碼 DataMatrix碼是一種矩陣二維條碼,該二維碼的最小尺寸是目前所有條碼中最小的,特別適合于小零件的識(shí)別和在物體的直接打印。DataMatrix可分為兩類,一類是基于卷積碼的糾錯(cuò),具有多種不同級(jí)別的糾錯(cuò)功能;另一類是通過(guò)多項(xiàng)式計(jì)算出糾錯(cuò)碼,其大小可根據(jù)需要打印成不同的尺寸。40PDF417碼
PDF417碼是目前應(yīng)用最為廣泛的一種二維堆疊式碼,每個(gè)條碼字符由4個(gè)條和4個(gè)空白組成。
PDF417碼需要特殊的條形碼閱讀器來(lái)識(shí)別,它最大的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)容量大,糾錯(cuò)能力強(qiáng)。PDF417碼是一種高密度、高信息量、大容量、高可靠性的二維碼。它可以表示數(shù)字、字母和漢字的數(shù)據(jù)。PDF417碼的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力,使弄臟后的條碼也能正確讀出。41二維碼的優(yōu)勢(shì)
由于二維碼可以在橫軸和縱軸的二維空間中存儲(chǔ)信息,存儲(chǔ)信息的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一維碼,它可以在很小的區(qū)域內(nèi)表達(dá)大量的信息。目前,二維碼技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生活的方方面面,比如我們?cè)谌粘I钪惺褂枚S碼進(jìn)行掃描支付。42
第五部分接觸式IC卡技術(shù)和RFID技術(shù)PART050543接觸式IC卡技術(shù)和RFID技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大,安全性高,是目前快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的信息識(shí)別技術(shù)。前言44接觸式IC卡技術(shù)
接觸式IC卡是一種集成電路卡,是一種把電子芯片嵌入卡座中制成的卡片型的芯片卡。接觸式IC卡與IC讀卡器之間的通信是接觸式的。如果接觸式IC卡的內(nèi)部電路沒(méi)有微處理器,則該卡只有存儲(chǔ)功能,例如酒店里的房卡。如果接觸式IC卡的內(nèi)部電路有微處理器,則該卡具有數(shù)據(jù)讀寫和系統(tǒng)操作的功能,例如常見(jiàn)的一些銀行卡。使用接觸式IC卡時(shí),需要將IC卡插入讀卡器,通過(guò)卡面上的8個(gè)金屬觸點(diǎn)直接接觸,實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)通信。45接觸式IC卡的優(yōu)點(diǎn)(1)
在接觸式IC卡出現(xiàn)以前,磁卡曾經(jīng)作為主流的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介之一,尤其是在早期的銀行卡的應(yīng)用中。在接觸式IC卡的形狀與磁卡相似,區(qū)別在于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的介質(zhì)不同。磁卡通過(guò)改變磁條在卡上的磁場(chǎng)來(lái)存儲(chǔ)信息,而在接觸式IC卡則通過(guò)嵌入卡中的可擦除和可編程的集成電路芯片來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。46接觸式IC卡的優(yōu)點(diǎn)(2)
與磁卡相比,接觸式IC卡具有安全性好、存儲(chǔ)容量大、使用壽命長(zhǎng)、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。47RFID技術(shù)(1)
RFID技術(shù)是一種利用射頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)非接觸式自動(dòng)識(shí)別的無(wú)線射頻技術(shù)。常見(jiàn)的非接觸式IC卡、ID卡、感應(yīng)卡、RFID卡、RFID電子標(biāo)簽等都采用了RFID技術(shù),其數(shù)據(jù)通信無(wú)需物理接觸。RFID技術(shù)本質(zhì)上是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。在自動(dòng)識(shí)別技術(shù)出現(xiàn)之前,傳統(tǒng)的信息輸入都是人工采集和記錄,耗時(shí)費(fèi)力,數(shù)據(jù)容易丟失。48RFID技術(shù)(2)
當(dāng)具有RFID電子標(biāo)簽的物體或者RFID卡接近閱讀器并且在有效范圍內(nèi)時(shí),電子標(biāo)簽被閱讀器激活,并且電子標(biāo)簽中攜帶的信息通過(guò)射頻信號(hào)傳送給閱讀器。閱讀器接收信息后,可通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)物體并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),也可對(duì)RFID卡進(jìn)行信息的自動(dòng)采集和電子標(biāo)簽內(nèi)的信息寫入。49信息識(shí)別技術(shù)的比較
一條碼技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、效率高、可靠性強(qiáng)、易于生產(chǎn)、使用靈活,缺點(diǎn)是容量有限,數(shù)據(jù)量少。二維碼技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)容量較一維碼技術(shù)大,缺點(diǎn)是被測(cè)對(duì)象的條碼位置必須是可見(jiàn)的,且只能識(shí)別一種項(xiàng)目。接觸式IC技術(shù)具有存儲(chǔ)容量大、使用壽命長(zhǎng)、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)的特點(diǎn),缺點(diǎn)是使用時(shí)必須和閱讀器接觸,應(yīng)用場(chǎng)景受限。50不同信息識(shí)別技術(shù)的選擇
不同信息識(shí)別技術(shù)之間在應(yīng)用中存在競(jìng)爭(zhēng),用戶需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)選擇。例如,二維碼以標(biāo)識(shí)或標(biāo)簽的形式放置在外包裝上,而RFID電子標(biāo)簽既可以植入物品內(nèi)部,也可以粘貼在外包裝上,兩者同樣具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、成本低、信息安全、耐久性強(qiáng)等特點(diǎn),并能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品來(lái)源的可追溯性、信息可視化和信息收集高效性等。因此,二維碼技術(shù)與RFID技術(shù)在應(yīng)用上有一定的重疊。而RFID比二維碼在批量識(shí)別和信息數(shù)據(jù)可以修改方面具有優(yōu)勢(shì)。51二維碼和RFID技術(shù)的結(jié)合
在實(shí)際應(yīng)用中,可以將二維碼技術(shù)和RFID技術(shù)相結(jié)合,兩種的結(jié)合是未來(lái)應(yīng)用的趨勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中,可以將貨物的單品和批量產(chǎn)品分開(kāi)處理,用二維碼對(duì)貨物的單品進(jìn)行精確管理,通過(guò)RFID電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)貨物的批量處理。還可以通過(guò)二維碼實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)貨物和整套貨物的管理,再通過(guò)RFID電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的動(dòng)態(tài)跟蹤。另一方面,二維碼技術(shù)與射頻識(shí)別技術(shù)相輔相成,RFID電子標(biāo)簽因電磁干擾或金屬屏蔽而無(wú)法識(shí)別時(shí),可通過(guò)二維碼完成信息自動(dòng)識(shí)別和信息采集。52
第六部分射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景PART060653物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈包括終端設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成商、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供商等。在終端設(shè)備中,傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)信息采集、智能分析和快速響應(yīng)的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)定位、圖像、音頻、光學(xué)、射頻識(shí)別、生物識(shí)別等大量傳感器實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)和遠(yuǎn)程控制,因此傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)。
RFID技術(shù)在商業(yè)上、日常生活、智能穿戴設(shè)備、軍事中都有大量應(yīng)用,本節(jié)通過(guò)商業(yè)、日常生活、穿戴設(shè)備、軍事等場(chǎng)景來(lái)了解RFID的應(yīng)用。前言54RFID技術(shù)的說(shuō)明(1)
由于連接到物聯(lián)網(wǎng)的終端不同,所采用的傳感器技術(shù)也不盡相同。其中,射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)是傳感器技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。RFID是一種無(wú)線通信技術(shù),它可以通過(guò)無(wú)線非接觸的方式識(shí)別和獲取電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù),并可以在沒(méi)有機(jī)械接觸或光信號(hào)的情況下讀寫目標(biāo)信息。55RFID技術(shù)的說(shuō)明(2)
當(dāng)植入電子標(biāo)簽的目標(biāo)物體進(jìn)入特定區(qū)域時(shí),電子標(biāo)簽從閱讀器獲取射頻信號(hào),通過(guò)天線感應(yīng)獲得能量,并進(jìn)一步將電子標(biāo)簽芯片中存儲(chǔ)的信息傳送到外部。閱讀器獲得信號(hào)后,對(duì)信息進(jìn)行讀取和解碼,并將其發(fā)送到中央信息處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并發(fā)出進(jìn)一步的指令。56RFID技術(shù)的起源
RFID技術(shù)起源于軍事領(lǐng)域,主要用于雷達(dá),后來(lái)用于軍事后勤,并得到了美國(guó)國(guó)防部的重視。早期的RFID技術(shù)被用來(lái)區(qū)分?jǐn)硻C(jī),此后RFID技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于監(jiān)控設(shè)備。20世紀(jì)80年代,RFID技術(shù)被應(yīng)用于車輛識(shí)別和電子收費(fèi)系統(tǒng)。上世紀(jì)90年代,RFID技術(shù)得到了改進(jìn),利用射頻信號(hào)的電磁耦合實(shí)現(xiàn)信息的非接觸傳輸,并通過(guò)獲取射頻信息來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別。57RFID技術(shù)的發(fā)展(1)
2000年以來(lái),RFID技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化水平逐步提高,相關(guān)產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用,例如一些超市的商品推出了RFID標(biāo)簽,大型企業(yè)的物流部門也開(kāi)始將RFID應(yīng)用于集裝箱多式聯(lián)運(yùn)跟蹤和庫(kù)存跟蹤。在高速公路收費(fèi)站,車主無(wú)需排隊(duì)現(xiàn)金繳費(fèi)。當(dāng)車輛通過(guò)卡口時(shí),自動(dòng)識(shí)別裝置感應(yīng)到車牌,并在短時(shí)間內(nèi)完成計(jì)費(fèi)和記賬,節(jié)省了車主核實(shí)收費(fèi)和工作人員找零錢的時(shí)間。58RFID技術(shù)的發(fā)展(2)
制造型企業(yè)和商業(yè)企業(yè)的貨物出貨時(shí),安裝在閘口處的閱讀器可以直接讀取貨物外包裝的電子標(biāo)簽,快速了解貨物的數(shù)量和信息。當(dāng)貨物通過(guò)物流運(yùn)輸?shù)介T店和銷售中心時(shí),接貨處的RFID閱讀器會(huì)自動(dòng)掃描車上的貨物,快速完成貨物的到貨驗(yàn)收,并自動(dòng)完成貨物庫(kù)存,并實(shí)時(shí)將信息上傳到系統(tǒng)中,快速更新庫(kù)存數(shù)據(jù)。59RFID的應(yīng)用場(chǎng)景 RFID在生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、交通、消防等方面的應(yīng)用如圖所示。60生產(chǎn)上的應(yīng)用
在圖中,RFID對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)物料和貨物進(jìn)行標(biāo)識(shí),有助于在生產(chǎn)線上自動(dòng)檢測(cè),自動(dòng)存儲(chǔ)生產(chǎn)過(guò)程中的信息,提高生產(chǎn)效率。61農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用
在圖中,RFID技術(shù)可以與物聯(lián)網(wǎng)的其他技術(shù)相結(jié)合,可以檢測(cè)植物的環(huán)境參數(shù),有利于精細(xì)種植,特別適合高附加值農(nóng)產(chǎn)品。62交通上的應(yīng)用
在圖中,RFID在交通領(lǐng)域的典型應(yīng)用是ETC,實(shí)現(xiàn)車輛的非接觸式快速支付和通行,減少擁堵。63消防上的應(yīng)用
在圖中,RFID可以在消防領(lǐng)域?qū)ο涝O(shè)備進(jìn)行標(biāo)識(shí),存儲(chǔ)每臺(tái)消防設(shè)備的生產(chǎn)日期、保修期、使用次數(shù)、使用時(shí)間和檢驗(yàn)次數(shù),有助于及時(shí)更新過(guò)期或需要更新的消防設(shè)備,提高設(shè)備的安全性能。64RFID技術(shù)用于農(nóng)牧養(yǎng)殖
在圖中,將RFID技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)牧養(yǎng)殖業(yè),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物生產(chǎn)、流通、消費(fèi)的全過(guò)程跟蹤,及時(shí)召回或銷毀帶病動(dòng)物或動(dòng)物產(chǎn)品,對(duì)特定產(chǎn)區(qū)高附加值農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行防偽鑒定等。65RFID在商業(yè)上的應(yīng)用
在商業(yè)上,RFID可以用于商品的快速結(jié)算、商品的快速庫(kù)存、商品的防偽、商品信息的標(biāo)注等,如圖所示。66商品結(jié)算的應(yīng)用
在圖中,RFID技術(shù)在商品結(jié)算中不需要逐個(gè)掃描代碼,而是可以一次獲取商品信息,加快支付速度,防止商品漏付。67貨物盤點(diǎn)的應(yīng)用
在圖中,RFID技術(shù)可以快速地對(duì)貨物進(jìn)行清點(diǎn),特別是對(duì)于相互堆疊的貨物。由于RFID并不是基于可見(jiàn)光來(lái)獲取信號(hào),所以貨物之間的屏蔽不影響讀取貨物的信息。68商品防偽的應(yīng)用
在圖中,RFID在防偽領(lǐng)域也有應(yīng)用,例如,煙草、葡萄酒、化妝品、昂貴的運(yùn)動(dòng)服等,可以植入電子標(biāo)簽來(lái)標(biāo)記特定商品。在RFID系統(tǒng)中,電子標(biāo)簽的信息可以通過(guò)無(wú)線的射頻信號(hào)與閱讀器進(jìn)行交換,商品的識(shí)別不需要人工干預(yù),從而起到防偽的作用。69信息存儲(chǔ)的應(yīng)用
在圖中,RFID還可以用于商品信息的存儲(chǔ)。例如,可以將電子標(biāo)簽嵌入商店服裝的標(biāo)簽中,可以保存顧客試穿衣服的次數(shù)等信息,還可以進(jìn)一步分析,獲得消費(fèi)者的喜好和習(xí)慣,有助于促進(jìn)銷售。70RFID在日常生活中的應(yīng)用
RFID在日常生活中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,如門禁、通道門、門票、會(huì)員卡等,如圖所示。71RFID在智能穿戴設(shè)備的應(yīng)用
RFID還廣泛應(yīng)用于智能穿戴設(shè)備,如智能手環(huán),如圖所示。72RFID在軍事中的應(yīng)用(1)
以上描述了RFID在民用領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景,在軍事領(lǐng)域RFID的作用也是巨大的。在2003年的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中,美軍利用RFID電子標(biāo)簽技術(shù)對(duì)進(jìn)入戰(zhàn)區(qū)的物資進(jìn)行識(shí)別,可以獲得軍用物資的使用動(dòng)態(tài)和流向,便于更加有效地供應(yīng)物資,可實(shí)現(xiàn)軍事物流的智能化、高效化。73RFID在軍事中的應(yīng)用(2)
對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō),RFID技術(shù)可以提高軍用物資使用和接收的準(zhǔn)確性。在我國(guó),軍隊(duì)使用的武器裝備數(shù)量巨大,如果在軍用武器等物資包裝中嵌入RFID標(biāo)簽,將可以方便地為物流系統(tǒng)提供軍用武器等物資的相關(guān)數(shù)據(jù)。74RFID在軍事中的應(yīng)用(3)
通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集位置的智能感知,實(shí)現(xiàn)了軍用武器等物資的可追溯性和可控性,解決了軍械等物資的實(shí)時(shí)管理問(wèn)題,使有關(guān)部門能夠了解其位置和狀態(tài),并能實(shí)時(shí)補(bǔ)充短缺軍用武器等物資,并能根據(jù)物資的動(dòng)態(tài)流動(dòng)情況進(jìn)行快速配置。這有利于優(yōu)化軍用武器裝備,提高指揮系統(tǒng)的管理能力和快速反應(yīng)能力。75RFID技術(shù)的優(yōu)勢(shì)(1)
RFID標(biāo)簽存儲(chǔ)物品的信息,通過(guò)有線或無(wú)線方式自動(dòng)采集到中央信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)物品的識(shí)別,然后通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享。RFID技術(shù)具有識(shí)別效果好、識(shí)別速度快、識(shí)別距離遠(yuǎn)、容量大、可重用、讀寫支持快、無(wú)視覺(jué)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、保密、防偽、安全等優(yōu)點(diǎn)。76RFID技術(shù)的優(yōu)勢(shì)(2)
RFID技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使其廣泛應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)物流、制造業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、信息安全等行業(yè),可以大大提高工作效率,降低運(yùn)營(yíng)成本。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,RFID技術(shù)以其安全性和便捷性成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的熱門技術(shù)。近年來(lái),防偽、安全、智能生產(chǎn)、智能家居、智能交通、智能農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域是RFID的熱點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域,其發(fā)展趨勢(shì)是與物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等深度融合。77
第七部分國(guó)外射頻識(shí)別技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)PART070778標(biāo)準(zhǔn)是以科學(xué)研究和工程技術(shù)為基礎(chǔ),經(jīng)有關(guān)國(guó)家或機(jī)構(gòu)協(xié)商,由特定機(jī)構(gòu)和部門批準(zhǔn)發(fā)布,作為有關(guān)國(guó)家或機(jī)構(gòu)實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)需要滿足和促進(jìn)各方的共同利益?;诳茖W(xué)技術(shù)和實(shí)踐成果,標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)一步促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。前言79RFID標(biāo)準(zhǔn)體系
目前還沒(méi)有統(tǒng)一的RFID標(biāo)準(zhǔn)體系,多個(gè)組織發(fā)布的RFID標(biāo)準(zhǔn)并存,然而不同標(biāo)準(zhǔn)體系下的RFID產(chǎn)品并不兼容。不同標(biāo)準(zhǔn)體系之間的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈,不同的RFID標(biāo)準(zhǔn)分別有相應(yīng)的國(guó)家和制造商支持。多種標(biāo)準(zhǔn)體系的共存也促進(jìn)了技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。目前RFID標(biāo)準(zhǔn)體系主要有三種:ISO/IEC、EPC和UID。80ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)體系
ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)主要由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)下屬的技術(shù)委員會(huì)制定。 ISO/IEC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括:ISO/IEC18000-1標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC18000-2標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC18000-3標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC18000-4標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC18000-5標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC18000-6標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC18000-7標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC10536標(biāo)準(zhǔn)等。81ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)體系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
此外還有ISO/IEC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC性能標(biāo)準(zhǔn)和ISO/IEC應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了主機(jī)、閱讀器和電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)表示形式。82ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)體系的性能標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)
性能標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了設(shè)備性能試驗(yàn)方法和一致性試驗(yàn)方法。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)各行業(yè)特點(diǎn)而制定的適用標(biāo)準(zhǔn),以滿足具體應(yīng)用領(lǐng)域的需要。例如實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)是具體領(lǐng)域的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),包括ISO/IEC24730-1標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC24730-2標(biāo)準(zhǔn)等。83EPC標(biāo)準(zhǔn)體系
另一個(gè)重要的國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)體系是EPC,它是由美國(guó)統(tǒng)一編碼委員會(huì)和國(guó)際物品編碼協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)起的。EPC標(biāo)準(zhǔn)符合物聯(lián)網(wǎng)的要求,具有可擴(kuò)展性,適用于開(kāi)放系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是在讓全世界使用它,它倡導(dǎo)所有的接口都應(yīng)該按照開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。84EPC標(biāo)準(zhǔn)體系的特征(1)
在EPC標(biāo)準(zhǔn)中,每個(gè)用戶都有自己特定的閱讀器、應(yīng)用終端和網(wǎng)絡(luò)。為了保證不同制造商和用戶的設(shè)備之間的兼容性,有必要考慮不同主機(jī)與閱讀器、閱讀器和電子標(biāo)簽之間的交互作用。為此,EPCglobal負(fù)責(zé)EPC系統(tǒng)編號(hào)的登記和管理。85EPC標(biāo)準(zhǔn)體系的特征(2)
EPC編碼規(guī)則具有唯一性、永久性和可擴(kuò)展性等特征。其中,唯一性是指有足夠的編碼能力;持久性是指產(chǎn)品代碼一旦分配完畢,就不會(huì)發(fā)生變化;可擴(kuò)展性是指EPC代碼預(yù)留了多余的空間,可以根據(jù)需要進(jìn)一步擴(kuò)展。86UID標(biāo)準(zhǔn)體系
UID標(biāo)準(zhǔn)是另一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)體系,主要用于日本及相關(guān)企業(yè)。UID標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是給對(duì)象一個(gè)全球唯一的標(biāo)識(shí)符,從而實(shí)現(xiàn)貨物全球范圍內(nèi)的跟蹤和信息共享。目前,索尼、日立、微軟、三星等公司也參與了UID標(biāo)準(zhǔn)體系的使用。87UID標(biāo)準(zhǔn)體系的特征
UID標(biāo)準(zhǔn)體系采用Ucode編碼,該編碼使用128位碼來(lái)記錄信息,并且可以進(jìn)一步擴(kuò)展到多個(gè)位來(lái)表示對(duì)象。Ucode解析服務(wù)器根據(jù)Ucode標(biāo)識(shí)碼搜索通用標(biāo)識(shí)信息服務(wù)系統(tǒng)的地址,確定Ucode標(biāo)識(shí)碼相關(guān)信息存儲(chǔ)在哪個(gè)信息系統(tǒng)服務(wù)器上。88
第八部分我國(guó)射頻識(shí)別技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)PART080889隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在新一輪技術(shù)創(chuàng)新中的興起,RFID技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的關(guān)鍵技術(shù)受到了關(guān)注。目前,世界上三大主要的RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系壟斷了市場(chǎng),控制了RFID的相關(guān)產(chǎn)業(yè)。因此,我國(guó)自主制定RFID的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是重要和迫切的。前言90RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)壁壘
在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,RFID標(biāo)準(zhǔn)包含了大量的專利。國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)的RFID技術(shù)主要參考國(guó)際主流的RFID標(biāo)準(zhǔn)體系。然而,國(guó)際上有很多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)加入了大量的已申請(qǐng)了專利的技術(shù),這就涉及到專利費(fèi)用高的問(wèn)題。另一方面,國(guó)外RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也形成了技術(shù)壁壘,不利于RFID技術(shù)在我國(guó)的自主發(fā)展。91
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