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基于韦根码协议的数字化智能门禁管理系统硬件设计作者：戴曰梅，袁会杰来源：《电脑知识与技术》2012年第02期摘要：通过实现嵌入式韦根码协议单片机与远程管理主机之间的网络数据传输，并结合2000年以后在世界范围内飞速发展的非接触式IC技术，开发出新型的数字化智能管理系统。
该新型现代化安全门禁管理系统能够利用现代企业或社区内部已普遍架设的互联网的线路，提供使用者把数字化智能管理系统融入成为局域网甚至是互联网的一部份。
方便管理者统一管理，而不需另外花大量的时间与资金架设线路，既能提高数据传输的效能，又能节省管理方面的开销。
关键词：数字化智能门禁管理系统；韦根码协议；非接触式IC技术中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)02-0458-03Digital Intelligent Gateway Management System Hardware Design Based on the Agreement Wigan YardsDAI Yue-mei1, YUAN Hui-jie2(1.Shandong Institute of Technology of Profession of Information, Weifang 261061, China;2.Weifang First Middle School, Weifang 261061, China)Abstract: By implementing embedded wigan yards agreement between host microcontroller and remote management of network data transmission, and combined with 2000 years later in the world scope of the rapid development of the contactless IC technology, to develop a new type of digital intelligent management system. The new modern security access management system management system can use modern enterprise or community internal already common erection Internet lines, to provide users with the digital intelligent management system become the Internet is the LAN or even a part of. Convenient managers unified management, and no additional spend a lot of time and money erection line, can not only improve the efficiency of data transmission, and can save the cost of the management.Key words: digital intelligent gateway management system; wigan yards agreement; contactless IC technology完整的数字化智能管理系统需要实现提供友好的监控界面，配以反复询问功能，可随时掌握小区和单位进出人员的一举一动并随时进行查询记录，还支持报表打印。
韦根协议Wiegand协议是国际上统一的标准，是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议。
它适用于涉及门禁控制系统的读卡器和卡片的许多特性。
它有很多格式，标准的26-bit 应该是最常用的格式。
此外，还有34-bit 、37-bit 等格式。
而标准26-bit 格式是一个开放式的格式，这就意味着任何人都可以购买某一特定格式的HID卡，并且这些特定格式的种类是公开可选的。
26-Bit格式就是一个广泛使用的工业标准，并且对所有HID的用户开放。
几乎所有的门禁控制系统都接受标准的26-Bit格式。
简介Wiegand协议是国际上统一的标准，有很多格式，标准的26-bit 应该是最常用的格式。
此外，还有34-bit 、37-bit 等格式。
但是安防行业并不愿意把这些格式公开，而安防公司也常常变化这些格式来保证产品的保密性。
而标准26-bit 格式是一个开放式的格式，这就意味着任何人都可以购买某一特定格式的HID卡，并且这些特定格式的种类是公开可选的。
26-Bit格式就是一个广泛使用的工业标准，并且对所有HID的用户开放。
几乎所有的门禁控制系统都接受标准的26-Bit格式。
Wiegand（韦根）协议是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议，它适用于涉及门禁控制系统的读卡器和卡片的许多特性；其协议并没有定义通讯的波特率、也没有定义数据长度韦根格式主要定义是数据传输方式:Data0和Data1两根数据线分别传输0和1.现在应用最多的是26bit,34bit，36bit，44bit等等。
韦根数据输出的基本概念韦根数据输出由二根线组成，分别是DATA0 和DATA1 ；二根线分别为‘0’或‘1’输出。
输出‘0’时：DATA0线上出现负脉冲；输出‘1’时：DATA1线上出现负脉冲；负脉冲宽度TP=100微秒；周期TW=1600微秒；具体时序如下：例如：数据‘01000’的时序如下：韦根26位输出格式标准韦根输出是由26位二进制数组成，每一位的含义如下：1 2 9 10 25 26X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 二进制第1位为2—13位的偶校验位第2—9位对应与电子卡HID码的低8位第10-25位对应电子卡的PID号码第26位为14-25位的奇校验位这26位数据在读出器的韦根输出线D0，D1上输出。
ER-8000网络型八门控制器——硬件使用说明书目录前言 (1)第1章网络型八门控制器系统简介 (2)第2章网络型八门控制器系统功能特性 (3)2.1 网络型八门控制器功能特点 (3)2.2 网络型八门控制器系统性能指标 (5)2.2.1 事件服务器性能指标 (5)2.2.2 门控制器性能指标 (6)第3章网络型八门控制器系统安装与调试 (7)3.1 网络型八门控制器系统联网图 (7)3.2 网络型八门控制器系统供电结构 (8)3.3 网络型八门控制器系统RS485通信结构 (9)3.4 事件服务器元器件布局 (10)3.5 事件服务器接线端说明 (11)3.6 门控制器元器件布局 (12)3.7 门控制器接线端 (13)3.8 网络型八门控制器系统安装 (14)3.9 门控制器管线安装 (15)3.10 门控制器韦根读卡器接线 (17)3.11 韦根读卡器尺寸及安装 (18)3.12 门控制器电锁接线图 (19)3.13 磁力锁安装 (22)3.14 电插锁安装 (23)3.15 网络型八门控制器通道木门安装 (24)3.16 网络型八门控制器通道防火门 (25)3.17 网络型八门控制器通道双扇有框门安装 (26)3.18 网络型八门控制器通道双向无框门安装 (27)第4章网络型八门控制器系统调试 (28)4.1 门控制器硬件调试步骤 (28)4.2 事件服务器硬件调试步骤 (28)4.3 网络型八门控制器系统联网调试步骤 (28)第5章故障现象及排除 (29)前言欢迎选用基于TCP/IP协议的非接触式IC卡门禁产品。
本说明书将向您全面系统介绍网络型八门控制器的硬件功能特点、硬件结构、设备调试安装、常遇问题以及解决方法等实用参考资料。
旨在为使用本公司产品的广大工程商、系统集成商和最终用户提供一套详尽、实用的硬件使用说明手册。
第1章 网络型八门控制器系统简介门禁管理系统是新型现代化的安全管理系统，主要用于管理重要部门出入口，是实现安全防范管理有效措施。
基于物联网技术的智能化安全门禁系统研究近年来，随着物联网技术的快速发展和普及，智能化安全门禁系统得到了越来越广泛的应用。
智能化安全门禁系统以物联网技术为基础，通过全方位感知、多元化数据分析以及自主决策等技术手段，实现了对入侵者的快速识别、报警以及对应的处置措施。
本文将着重探讨基于物联网技术的智能化安全门禁系统。
一、物联网技术的应用物联网（Internet of Things，IoT）技术是指利用传感器、无线通信、地理信息等技术，将物理世界与网络世界相互连接，进而实现设备之间的智能交互和信息互通的一种全新技术。
在智能化安全门禁系统中，物联网技术主要应用于传感器的感知和信息的传输，通过设备之间的互联，实现数据的互通与共享，从而实现更为高效和准确的入侵检测与报警。
二、智能化安全门禁系统的结构智能化安全门禁系统一般由门禁设备组成，主要包括检测器、通信设备、可视化系统和报警设备等组成。
其中检测器主要用于检测入侵者的出现和身份信息；通信设备主要解决传感器感知的信息传输，确保成员之间的快速反馈；可视化系统用于监控设备的运行状况和实时情况的快速响应；报警设备用于在检测到入侵者时发送预警并采取主动措施。
三、智能化安全门禁系统的工作流程智能化安全门禁系统的工作流程主要包括三个阶段：感知阶段、决策阶段和执行阶段。
在感知阶段，门禁系统使用传感器检测周围环境的变化，并收集有关入侵者的数据。
系统通过高度敏感的传感器来检测周围环境的变化，并根据这些变化的特征提取数据，以便进行后续的处理。
在决策阶段，门禁系统根据收集到的数据进行分析，通过复杂的算法确定入侵者的身份和威胁程度，并确定相应的警报级别。
当门禁系统确定存在入侵后，它将采取快速反应和报警措施，以减少可能的损失和威胁。
在执行阶段，门禁系统根据分析的结果执行相应的措施，以确保入侵者不会继续造成损害。
执行阶段是整个门禁系统中最关键的一环，需要通过高度智能化的技术手段，比如自主学习和决策等技术手段来实现。
2023-11-09CATALOGUE目录•方案概述•门禁系统硬件设计•门禁系统软件功能•门禁系统实施流程•门禁系统安全性与可靠性•ASIS门禁系统优势与特点01方案概述ASIS门禁系统是针对企业或大型建筑提供安全管理的解决方案，旨在提高出入口控制和管理的效率与安全性。
在当前安全形势日益严峻的情况下，门禁系统成为了保卫人员和建筑物安全的重要手段。
背景介绍系统需求需要具备便捷性能够方便地对进出人员进行身份识别和管理，减少人工干预和操作。
需要具备高效性能够实现快速进出，减少等待时间和拥堵现象。
需要具备高度安全性能够有效地防止非法入侵和人员随意进出，保障企业和建筑的安全。
方案目标实现门禁系统的智能化、网络化、可视化，提高管理效率和安全性。
提供灵活的配置方案，可根据企业或建筑物的实际情况进行定制化配置，满足不同场景下的需求。
提供一种集成了门禁控制、身份识别、监控等功能于一体的解决方案，满足企业对安全管理的要求。
02门禁系统硬件设计控制器类型ASIS门禁控制器主要有嵌入式和PC式两种类型，嵌入式控制器体积小，安装方便，适用于小型门禁系统；PC式控制器性能强大，可扩展性高，适用于大型门禁系统。
门禁控制器控制器接口ASIS门禁控制器支持RS485、TCP/IP、韦根等多种接口，可根据项目需求选择合适的接口方式。
控制器容量ASIS门禁控制器支持多达3000个用户和100个门禁点，满足大部分项目的需求。
读卡器协议ASIS门禁系统的读卡器支持多种协议，包括Wiegand、RS485、TCP/IP等，可根据项目需求选择合适的协议。
读卡器类型ASIS门禁系统提供多种读卡器类型，包括IC卡读卡器、ID卡读卡器、HID卡读卡器等，可根据项目需求选择合适的读卡器类型。
卡片类型ASIS门禁系统支持多种卡片类型，包括IC卡、ID卡、HID卡等，可根据项目需求选择合适的卡片类型。
读卡器与卡片ASIS门禁系统提供多种一体机类型，包括网络型、独立型、指纹识别型等，可根据项目需求选择合适的一体机类型。
基于韦根协议的门禁系统安全性研究孟涛，张伟，王福虎（中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸，056027）摘要: 韦根协议是一种国际标准通信协议，几乎所有的门禁控制器都使用韦根协议与读卡器进行通信。
本文首先介绍了韦根协议的通信原理，随后对基于韦根协议的门禁系统安全性进行了分析，指出韦根协议在抵御数据重放攻击方面存在重大安全隐患，最后针对这一问题给出了两种解决方案。
关键词: 韦根协议；门禁系统；数据重放攻击；加密认证中图分类号：TP311 文献标识码：AA research of access control system security based onwiegand protocolMengtao, Zhang wei, Wang fu hu( HanDan, HeBei, 056027, China)Abstract: Wiegand protocol is an international standard protocol, access controller almost all use the Wiegand protocol to communicate with the reader. This paper firstly introduces the principle of communication of Wiegand protocol, then the access control system security Wiegand protocol was analyzed based on Wiegand protocol, pointed out the significant security risks in the fight against data replay attacks, and at last this paper gives two kinds of solution.Key words: wiegand protocol; access control system; data replay attacks; Encryption and authentication1.简介韦根协议是一种国际上标准的通信协议，在非接触式IC卡的数据传输中被广泛应用，几乎所有的门禁控制器都使用韦根协议与读卡器进行通信。
韦根协议及其应用目录第一章韦根协议简介 (3)1．传感器原理介绍 (3)2．数据输出的基本概念 (3)3．韦根6 位输出格式 (4)4．韦根26 接收 (4)5．韦根接口定义 (4)6．特殊说明： (5)第二章韦根协议的应用 (6)1 ．Wiegand 接口硬件设计 (6)2．流程图 (6)3．发送源程序 (7)第一章 韦根协议简介Wiegand (韦根)协议是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议，它合用于涉及门禁控 制系统的读卡器和卡片的许多特性，其协议并没有定义通讯的波特率、也没有定义数据长 度韦根格式主要定义是数据传输方式： Data0 和 Data1 两根数据线分别传输 0 和 1，现在应 用最多的是 26bit ，34bit ，36bit ，44bit 等等，其中标准 26-bit 格式是一个开放式的格式， 任何人都可以购买某一特定格式的 HID 卡，并且这些特定格式的种类是公开可选的， 26-Bit 格式就是一个广泛使用的工业标准， 并且对所有 HID 的用户开放， 现在几乎所有的门禁控 制系统都接受 26-Bit 格式的标准。
1．传感器原理介绍韦根传感器是由一根双稳态磁敏感功能合金丝和缠绕其外的感应线圈组成的。
其工 作原理是：在交变磁场中，当平行于敏感丝的某极性(例如 n 极)磁场达到触发磁感应强 度时，敏感丝中的磁畴受到激励会发生运动，磁化方向瞬间转向同一方向，同时在敏感丝 周围空间磁场也发生瞬间变化， 由此在感应线圈中感生出一个电脉冲。
此后若该磁场减弱， 敏感丝磁化方向将保持稳定不变，感应线圈也无电脉冲输出，但当相反极性( s 极)磁场 增强触发磁感应强度时，敏感丝磁化方向又瞬间发生翻转，并在感应线圈中感生出一个方 向相反的电脉冲。
如此反复，韦根传感器便将交变磁场的磁信号转换成交变电信号。
2．数据输出的基本概念韦根协议又称韦根码，韦根码在数据的传输中只需两条数据线，一条为 DATA0，另一 条为 DATA1。
韦根协议Wiega nd协议是国际上统一的标准，是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议。
它适用于涉及门禁控制系统的读卡器和卡片的许多特性。
它有很多格式，标准的26-bit应该是最常用的格式。
此外，还有34-bit、37-bit等格式。
而标准26-bit格式是一个开放式的格式，这就意味着任何人都可以购买某一特定格式的HID卡，并且这些特定格式的种类是公开可选的。
26-Bit格式就是一个广泛使用的工业标准，并且对所有HID的用户开放。
几乎所有的门禁控制系统都接受标准的26-Bit格式。
简介Wiegand协议是国际上统一的标准，有很多格式，标准的26-bit应该是最常用的格式。
此外，还有34-bit、37-bit等格式。
但是安防行业并不愿意把这些格式公开，而安防公司也常常变化这些格式来保证产品的保密性。
而标准26-bit格式是一个开放式的格式，这就意味着任何人都可以购买某一特定格式的HID卡，并且这些特定格式的种类是公开可选的。
26-Bit格式就是一个广泛使用的工业标准，并且对所有HID的用户开放。
几乎所有的门禁控制系统都接受标准的26-Bit格式。
Wiegand （韦根）协议是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议，它适用于涉及门禁控制系统的读卡器和卡片的许多特性；其协议并没有定义通讯的波特率、也没有定义数据长度韦根格式主要定义是数据传输方式:DataO和Datal两根数据线分别传输0和1.现在应用最多的是26bit,34bit，36bit，44bit 等等。
韦根数据输出的基本概念ov■45Vov二进制号码o1韦根26位输出格式标准韦根输出是由 26位二进制数 组成，每一位的含义如下：1 2 9 10 25 26X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 二进制第1位为2 —13位的偶校验位 第29位对应与电子卡HID 码的低8位第10-25位对应电子卡的 PID 号码这26位数据在读出器的韦根输出线 DO , D1上输出。
基于韦根协议的门禁系统多路控制器设计吴力普;孙启帅【摘要】设计一种基于韦根协议的门禁系统多路控制器.以AVR单片机作为控制核心,时钟电路、火灾报警输入电路、按键与门磁输入电路以及锁电路作为组成部分,单片机通过接收新的协议(多路通信协议)信息来完成对多个门的控制.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2014(033)008【总页数】3页(P26-28)【关键词】门禁系统;韦根协议;多路控制;门磁【作者】吴力普;孙启帅【作者单位】北方工业大学机电工程学院,北京100144;北方工业大学机电工程学院,北京100144【正文语种】中文【中图分类】TP23近几年，一些重要机关、科研实验室、档案馆以及其他一些重要部门对于智能建筑的安全性要求越来越高，门禁系统是在现代智能建筑中应用比较广泛的一种安全设施,它能管理人群的进出，限制未授权人士随意出入某些区域。
目前，市场上存在的门禁控制器大部分是单门控制，而两门或者多门的控制器成本较高，因此，本文设计了一款价格成本比较低的、可同时支持多路刷卡的门禁控制器应用于门禁系统中。
该控制器除了可以控制多路门的进出之外，还可以实现火灾报警，记录刷卡、读取门状态、火灾报警等操作的时间，以及传送通信协议等功能。
1 结构和功能介绍图1 门禁控制器的系统框图图1为门禁控制器[1]的系统框图，整个门禁控制器可分为电源模块、单片机最小系统、时钟电路、火灾报警输入电路、按键与门磁输入电路、韦根接口与光耦电路、锁电路与报警联动输出电路等单元。
其中，电源模块用来给整个系统供电，时钟电路用于记录刷卡以及相关操作的时间，火灾报警输入电路用于火灾发生时的报警信号输入，按键与门磁输入电路用来检测门的开关信号，韦根接口与光耦电路用来接收韦根数据，锁电路与报警联动输出电路用来输出火灾发生时的报警信号并决定锁的开关。
单片机通过韦根接口输入的数据来判断哪个门有人刷卡，并记录刷卡的时间以及控制门的开关。
基于韦根协议的门禁系统安全性研究
孟涛，张伟，王福虎
（中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸，056027）
摘要: 韦根协议是一种国际标准通信协议，几乎所有的门禁控制器都使用韦根协议与读卡器进行通信。
本文首先介绍了韦根协议的通信原理，随后对基于韦根协议的门禁系统安全性进行了分析，指出韦根协议在抵御数据重放攻击方面存在重大安全隐患，最后针对这一问题给出了两种解决方案。
关键词: 韦根协议；门禁系统；数据重放攻击；加密认证
中图分类号：TP311 文献标识码：A
A research of access control system security based on
wiegand protocol
Mengtao, Zhang wei, Wang fu hu
( HanDan, HeBei, 056027, China)
Abstract: Wiegand protocol is an international standard protocol, access controller almost all use the Wiegand protocol to communicate with the reader. This paper firstly introduces the principle of communication of Wiegand protocol, then the access control system security Wiegand protocol was analyzed based on Wiegand protocol, pointed out the significant security risks in the fight against data replay attacks, and at last this paper gives two kinds of solution.
Key words: wiegand protocol; access control system; data replay attacks; Encryption and authentication
1.简介
韦根协议是一种国际上标准的通信协议，在非接触式IC卡的数据传输中被广泛应用，几乎所有的门禁控制器都使用韦根协议与读卡器进行通信。
韦根协议又称韦根码，它有很多格式，标准的韦根26-bit是最常用的格式。
此外，还有34-bit、37-bit等格式。
而标准的26-bit 格式是一个开放式的格式，这就意味着任何支持韦根26-bit输入\输出的设备都可以互相连接进行通信。
韦根26-bit格式就是一个广泛使用的工业标准，目前几乎所有的门禁控制器都接受标准的韦根26-bit格式，几乎所有的门禁读卡器、生物识别终端、门禁考勤机等都支持韦根26-bit格式输出。
2.通信原理
标准的韦根26-bit接口使用7条不同颜色的线，实际涉及通信的数据线有3条，分别为：绿色线代表DA TA0，白色线代表DATA1，黑色代表地[1]。
协议规定，两条数据线在无数据时均为高电平，如果DA TA0为低电平代表数据0，DATA1为低电平代表数据1（低电平信号低于1V，高电平信号大于4V），数据信号波形如图1所示。
图中脉冲宽度Tpw在20us 到100us之间，两个脉冲间的时间间隔Tpi 在200us到20ms之间。
图1 韦根协议数据信号波形图
Fig.1 wiegand protocol data signal waveform
韦根26数据格式如下表所示。
表1中第2到第9位为分组码，分组码共有8个二进制位，有256个状态，第10到第25位为标识码，标识码共16个二进制位，有65536个状态；第1位是第2~13位的偶校验位；第26位是第14~25位的奇校验位。
表1 韦根26数据格式
Tab.1 the data format of wiegand 26bit
位数 意义
第1位 第2位到第13位的偶校验位 第2~9位 分组码（0~255） 第10~25位 标识号（0~65535）
第26位
第14位到25位的奇校验位
3. 韦根协议安全性分析
韦根协议是一种单工通信协议，在门禁系统中，韦根数据只能由读卡器至控制器单向传输。
当读卡器识读到有效卡后，将卡片的钥匙信息以韦根协议的方式传输至控制器，控制器验证钥匙信息有效后打开门。
在这一过程中，控制器并未对读卡器的合法性进行验证，即未确定韦根数据的来源是不是系统内合法的读卡器。
如果韦根数据在传输的过程中被非法人员窃取，并模拟读卡器再次发送此韦根数据给控制器，就会对控制器形成欺骗，导致后者认为收到了有效卡的钥匙信息而打开门。
图2 数据重放攻击示意图
Fig.2 data replay attack
由于韦根协议的单向传输存在天生的缺陷，使得通信的双方无法进行合法性验证，导致所有使用韦根协议的门禁系统都无法抵御数据重放攻击。
这对于门禁系统来讲，是一个重大的安全隐患。
4. 解决方案
由以上分析可知，门禁系统抵御数据重放攻击的关键是实现同一张卡的“一次一密”。
即使用同一张卡，每次刷卡后上传的数据都不相同，使得非法人员无从下手。
4.1 基于时间戳的解决方案
这个方案实现的前提是控制器的时间
必须和读卡器的时间保持同步。
控制器和读卡器每隔一段时间就会更改自己的密码，用户刷卡后，以密码和卡片ID作为参数进行加密，发送给控制器进行验证。
由于密码每隔一段时间后就会改变，这样就能够抵御数据重放攻击，更换密码的时间间隔越小越保险，一般可定为1分钟。
假设密码Key=T(DateTimeNow)，其中T是加密函数1，DateTimeNow是当前的日期时间，时间精度一般定为1分钟。
加密后的钥匙信息MID=H(Key，ID)，其中H是加密函数2，ID是卡片钥匙信息。
控制器接收到MID后，根据当前时间计算出Key，并根据加密函数H的解密函数DeH还原出ID值，公式如下：
ID=DeH(Key，MID)；
此外，还可以在加密函数中增加读卡器的设备号，即MID=H(Key，ID，S)，其中S 是读卡器的设备号，以达到更高的安全级别，实现“一设备一密”。
4.2基于挑战码的解决方案
这个方案要求通信方式为全双工或半双工。
控制器发送挑战码Key给读卡器，用户刷卡后，读卡器以挑战码Key和卡片ID 作为参数进行加密，然后发送给控制器进行验证。
图3 基于挑战码的通信示意图Fig.3 Communication diagrams based on
challenge code
加密后的钥匙信息MID=H(Key，ID)，其中H是加密函数，Key是挑战码，ID是卡片钥匙信息。
同样的，还可以在H中增加读卡器的设备号，即MID=H(Key，ID，S)，其中S是读卡器的设备号，以达到更高的安全级别，实现“一设备一密”。
控制器随机生成挑战码，并在以下情况出现时立即重新生成并发送挑战码：
1)挑战码超过1分钟还未使用。
2)控制器收到钥匙信息并验证完成
后(无论验证成功与否)。
5.小结
本文详细介绍了韦根协议的通信原理，对其安全性进行了分析，指出其在抵御数据重放攻击方面存在的安全隐患，并给出了两种解决方案。
随着M1卡遭遇破解，整个门禁行业将关注的目光越来越多的集中在了安全程度更高的CPU卡和国密CPU卡身上，却很少注意到门禁系统其实还普遍存在着严重的安全隐患，这应当引起整个门禁行业的足够重视。
参考文献：
[1] 岳云峰. 韦根协议及其应用. 齐齐哈尔大学学报, 2002, 6(18):56.
作者简介：孟涛（1980－），男，硕士，2006年毕业于华中科技大学控制科学与工程系，研究方向为RFID、微处理器技术等。
