基于物联网的汽车防盗系统分析与设计

摘要：分析设计了一种基于物联网技术的汽车防盗系 统，该 系 统 使 用 有 源 双 频 电 子 标 签 以 满 足 高 速 信 息 采 集 的 需 要 ，且 耗 能 低；利用阅读器的地理位置对汽车进行跟踪定位；应用 中 间 件 技 术 消 除 数 据 冗 余；以 安 全 可 靠 的 公 安 专 网 和 无 所 不 在 的 移 动 通 信 网 为 接 入 网 ，在 保 证 防 盗 范 围 的 同 时 降 低 了 实 现 成 本 。 关 键 词 ：物 联 网 ；汽 车 防 盗 ；公 安 专 网 ；射 频 识 别 中 图 分 类 号 ：ＴＮ９１５．９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００５－８７８８（２０１１）０３－００保 有 量 的 迅 速 增 长，汽 车 盗 窃 已 成 为 一 大 社 会 公 害 ，为 解 决 汽 车 失 窃 问 题 ，汽 车 防 盗 系 统 发展迅速，种类繁多［１］，但各有不足之处。现阶 段 应 用最广泛的电子式防盗装置容易被外界干扰产生误 报 ，且 其 密 码 很 容 易 被 截 获 ；现 重 点 研 究 并 已 经 投 入 使 用 的 芯 片 式 数 码 防 盗 装 置 抗 干 扰 性 强 ，安 全 性 高 ， 但 其 报 警 范 围 小 ，无 法 对 被 盗 车 辆 进 行 定 位 跟 踪 ；最 先进的基于全球移动通信 系 统 （ＧＳＭ）网 络、有 全 球 定 位 系 统 （ＧＰＳ）和 短 信 业 务 （ＳＭＳ）功 能 的 防 盗 系 统 实 现 了 车 主 对 汽 车 的 远 程 控 制 ，定 位 准 确 ，但 其 无 法 满足车主对汽车实 时 信 息 的 需 求，且 系 统 成 本 和 使 用 费 用 高 ，无 法 广 泛 应 用 。
出的低频激活信号，当 其 进 入 阅 读 器 识 读 范 围 时 被 激活，高频模块（工 作 频 率 为 ２．４５ＧＨｚ）开 始 工 作， 接收阅读器指令，并 发 射 高 频 信 号 与 阅 读 器 进 行 通 信 ，通 信 结 束 后 ，标 签 恢 复 休 眠 状 态 。
（４）阅 读 器 安 装 位 置 的 设 计 对 应 于 双 频 电 子 标 签 ，阅 读 器 采 用 双 频 阅 读 器 。 阅 读 器 安 装 在 汽 车 能 通 行 的 所 有 路 段 ，以 消 除 盲 区 。 在重要的汽车通行 节 点，如 城 市 进 出 口 收 费 站 和 停 车场进出口等处，两 个 阅 读 器 之 间 的 距 离 应 大 于 标 签 识 读 距 离 的 两 倍 ，以 减 少 标 签 能 耗 ，同 时 在 交 通 繁 忙 的 路 段 ，阅 读 器 应 能 有 效 防 止 信 息 冲 突 、保 证 同 时 能识别多个电子 标 签。 在 车 辆 通 行 量 少 的 路 段，阅 读 器 间 距 还 可 适 当 增 大 ，以 降 低 成 本 。 （５）中 间 件 的 设 计 直接从阅读器获取电子标签上的数据会产生大 量的冗余数据，如对相同标签的重复阅读等［６］，中 间 件技术可解决以上问题。中间件利用分布式结构， 对数据流进行层次 化 的 组 织 管 理，对 来 自 阅 读 器 的 信 息 和 事 件 流 进 行 加 工 和 预 处 理 ，消 除 冗 余 ，以 减 少 网 络 流 量 ，提 高 传 输 的 有 效 性 。 为 节 省 成 本 ，一 个 中 间件装置可 连 接 １０ 个 阅 读 器，并 置 于 金 属 保 护 箱 内，具有防破坏 性。 阅 读 器 较 少 的 区 域 可 适 当 减 少 连接数量，要保证每 个 阅 读 器 都 与 附 近 的 中 间 件 相 连。在没有公安专 网 覆 盖 的 区 域，中 间 件 内 设 无 线 通信芯片与移动通信基站进行通信。
２ 信息采集子系统的分析与设计
信息采集子系 统 的 设 计 主 要 包 含：（１）标 签 内 容的设计；（２）标签安装 位 置 的 设 计；（３）标 签 选 型 及工作 模 式 的 设 计；（４）阅 读 器 安 装 位 置 的 设 计； （５）中 间 件 的 设 计 。
（１）标 签 内 容 的 设 计 标签 作 为 汽 车 信 息 的 载 体，其 信 息 内 容 除 车 辆 的 标 志 、车 牌 号 和 颜 色 等 可 变 的 基 本 信 息 外 ，本 文 还 设 计 了 包 含 不 可 改 变 的 信 息 ，如 汽 车 发 动 机 号 等 ，以 有 效 防 止 汽 车 被 “改 头 换 面 ”。 （２）标 签 安 装 位 置 的 设 计 标 签 安 装 的 位 置 应 该 满 足 隐 蔽 、坚 固 、防 潮 和 防 拆卸等要求，还 要 防 止 标 签 射 频 信 号 被 阻 挡。 本 文 设计的电子标签位置是用超声波焊接在汽车前挡风 玻 璃 内 侧 右 下 角 ，并 用 装 饰 物 如 壁 纸 等 掩 盖 。 （３）标 签 选 型 及 工 作 模 式 的 设 计 为了 实 现 对 高 速 行 进 的 汽 车 进 行 信 息 采 集，本 文 采 用 有 源 双 频 电 子 标 签，其 识 别 速 度 可 达 ２００ｋｍ／ｈ，识别距离可达 ８０ ｍ，并 可 保 证 在 恶 劣 环 境 下 正 常 工 作 。 同 时 ，采 用 低 耗 工 作 方 式 ，以 延 长 其 使 用 寿 命 （可 达 ６～８ 年 ），满 足 正 常 用 户 需 求 。 其 工 作原理为：标签平时 处 于 休 眠 状 态，由 低 频 模 块 （工 作频率为１３．５６ ＭＨｚ）工 作，以 接 收 双 频 阅 读 器 发 ６
物联网是把所有的物品通过射频识别等信息传 感 设 备 与 互 联 网 连 接 起 来［２］，实 现 智 能 化 识 别 和 管 理，已经开始 应 用 于 物 流 监 控［３］、智 能 家 居、安 全 防 卫、远程医疗 和 ［４］ 电 力 安 全 等 领 域。 物 联 网 利 用 电 子 标 签 收 集 物 品 信 息 ，然 后 传 送 到 互 联 网 ，物 主 通 过 网络可获得物品的 实 时 信 息，并 能 对 物 品 进 行 定 位 和跟踪 。 ［５］
５
光通信研究
２０１１ 年 第 ３ 期 总 第 １６５ 期
的所有信息和事件 流 的 软 件，主 要 功 能 是 在 将 数 据 送 至 公 安 专 网 之 前 进 行 数 据 校 对 、传 送 、存 储 和 任 务 管理等。
信息 传 输 系 统 包 括 公 安 专 网、移 动 通 信 网 和 互 联 网 ，公 安 专 网 作 为 接 入 网 ，实 现 汽 车 信 息 的 安 全 传 输 ；在 公 安 专 网 覆 盖 不 到 的 区 域 ，移 动 通 信 网 接 收 汽 车信息，并传递给 公 安 专 网；互 联 网 作 为 核 心 网，为 车主提供汽车的实时信息和历史数据。
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｕｔｏ ｔｈｅｆｔ－ｐｒｏｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ
Ｚｈｏｕ Ｌｉａｎｙｉｎｇ，Ｃｕｉ Ｙａｎｍｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
信息 管 理 系 统 是 对 汽 车 信 息 进 行 录 入、查 询 和 对被盗汽车稽查的 终 端 处 理 系 统，是 汽 车 防 盗 系 统 最核心的部分。
该构架的主要 特 征 如 下：（１）以 公 安 专 网 作 为 接入网，通信质量 稳 定 可 靠，安 全 性 高，可 减 少 汽 车 信息丢失或被窃取的可能性。公安专网还可以直接 与公安车辆管理系 统 进 行 信 息 交 互，以 获 取 被 盗 汽 车更详细的信息，如 车 主 的 住 址、备 用 电 话 等。（２） 采用中间件技术，将 数 据 送 至 公 安 专 网 之 前 进 行 数 据 校 对 、传 送 、存 储 和 任 务 管 理 ，可 减 少 网 络 冗 余 ，提 高 传 输 效 率 ，减 少 系 统 管 理 和 维 护 工 作 量 ，降 低 运 维 成本。
图 １ 系 统 架 构 框 图 整个 系 统 分 为 信 息 采 集 系 统、信 息 传 输 系 统 和 信 息 管 理 系 统 ３ 个 子 系 统 ，各 组 成 部 分 的 功 能 如 下 ： 信息采集系 统 包 括 标 签、阅 读 器 和 中 间 件。 其 中，标签是汽车的 信 息 载 体，是 对 汽 车 特 征 的 描 述， 主要由天线和芯片组成。阅读器是用来识别标签的 电 子 装 置 ，其 基 本 任 务 是 激 活 标 签 ，与 标 签 建 立 通 信 并实现数据交换。中间件是加工和处理来自阅读器
本文研究的是物联网在汽车防盗方面的应用， 通过射频识别系统将被盗汽车的核心信息通过公安 专网传递到互联网，并 利 用 阅 读 器 的 地 理 位 置 对 汽 车 进 行 定 位 和 跟 踪 ，从 而 迅 速 有 效 地 追 回 被 盗 汽 车 。
１ 基于物联网的汽车防盗系统架构及 组成
本文设计的基于物联网的汽车防盗系统架构如 图１所示。
收 稿 日 期 ：２０１１－０１－０５ 基 金 项 目 ：国 家 “八 六 三 ”计 划 资 助 项 目 （２００７ＡＡ０４ＺＩＢ２）；江 苏 省 科 技 公 关 项 目 （ＢＥ２００７０７１） 作者简介：周莲英（１９６４－），女，江苏泰州人，教授，博士，主要研究方向为计算机网络性能分析、信息安全技术、电 子 商 务 技 术 与 网 络 信 息 系 统开发技术等。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ａｕｔｏ ｔｈｅｆｔ ｐｒｏｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｃｔｉｖｅ ｄｕａｌ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＲＦＩＤ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｄｅｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｌｏ－ ｃａｔｅ ａｎｄ ｔｒａｃｋ ｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｄａｔａ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ．Ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ Ｐｕｂｌｉｃ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ａｃｃｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｏｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ；ａｕｔｏ ｔｈｅｆｔ ｐｒｏｏｆ；ｐｕｂｌｉｃ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｎｅｔｗｏｒｋ；ＲＦＩＤ