近距離無線通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

湯淏

摘 要：近年來，近距離無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)巨大的發(fā)展?jié)摿?，特別是隨著無線個域網(wǎng)的升溫，近距離數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅速膨脹。文章介紹了藍牙、ZigBee、Wi-Fi、NFC等近距離無線通信技術(shù)和市場的發(fā)展現(xiàn)狀，并總結(jié)了近距離無線通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：近距離；無線通信；藍牙；ZigBee；Wi-Fi；NFC

1 引言

近距離無線通信技術(shù)的范圍很廣，在一般意義上來講，只要通信雙方通過無線電波相互傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短的范圍（通常是幾十米）內(nèi)，就可以稱為近距離無線通信。近年來，近距離無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)巨大的發(fā)展?jié)摿?，特別是隨著無線個域網(wǎng)（Wireless Personal Area Networks，WPAN）的升溫，近距離數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅速膨脹。各種近距離無線通信技術(shù)的出現(xiàn)，在不斷刷新人們對近距離無線通信認識的同時，也帶來許多新的技術(shù)挑戰(zhàn)。為滿足高速率大容量、低速率高可靠性以及低功耗、低成本等方面的需求，近距離無線通信應(yīng)用對無線通信服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

目前，實現(xiàn)近距離無線通信的主要技術(shù)有藍牙（Bluetooth）、ZigBee、Wi-Fi（Wireless Fidelity）、近距離無線通信（Near Field Communication，NFC）等，都具有低成本、低功耗和對等通信的特點，上述技術(shù)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2.1 藍牙技術(shù)

藍牙（Bluetooth）以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps[1]。

在藍牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）的大力推動下，藍牙近幾年普及速度較快。據(jù)統(tǒng)計，藍牙設(shè)備全球累計出貨量至今已超過90億件，而每年均有近20億藍牙設(shè)備進入市場，以藍牙為核心技術(shù)的應(yīng)用設(shè)備現(xiàn)已逐漸形成全球互連的智能網(wǎng)絡(luò)。

應(yīng)用擴大和低功耗的藍牙技術(shù)首先在音頻領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并拓展到了保健、醫(yī)療、體育鍛煉等新市場，產(chǎn)品有手表、計步器等，用以檢測脈搏、行走距離等指標。2012年發(fā)布的最新藍牙版本-藍牙4.0具有低功耗 （僅為傳統(tǒng)規(guī)格的1/10）、成本低、3ms低延遲、超長連接距離等優(yōu)勢，因而受到用戶的特別青睞。除了上述應(yīng)用之外，藍牙技術(shù)下一個應(yīng)用方向?qū)⑹俏锫?lián)網(wǎng)。藍牙是支持點對點、點對多點的，其最基本的網(wǎng)絡(luò)組成是微微網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備進入臨近射頻時自動生成，單個設(shè)備可同時與同網(wǎng)內(nèi)最多7個設(shè)備通訊，每個設(shè)備又能同時進入若干個微微網(wǎng)，完全符合物聯(lián)網(wǎng)的通信要求。

國際上，藍牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）正大力發(fā)展數(shù)字家庭中和醫(yī)療市場的無線應(yīng)用市場，與各成員密切合作，確保其藍牙產(chǎn)品達到高速藍牙技術(shù)發(fā)展藍圖的核心規(guī)范要求，新產(chǎn)品的數(shù)據(jù)傳輸速率有望從目前的3Mb/s（2.0+EDR版）提升到100Mb/s以上。此外，藍牙與紅外的互補競爭關(guān)系將會在市場上長期共存下去，而彼此間的互通是一個亟待解決的問題。

2.2 Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi技術(shù)的目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。IEEE 802.11第一個版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問接入控制層和物理層[2]。1999年加上了兩個補充版本：802.11a定義了一個在5GHz ISM頻段上的數(shù)據(jù)傳輸速率可達54Mbit/s的物理層，802.11b定義了一個在2.4GHz的ISM頻段上但數(shù)據(jù)傳輸速率高達11Mbit/s的物理層。2.4GHz的ISM頻段為世界上絕大多數(shù)國家通用，因此802.11b得到了最為廣泛的應(yīng)用[3]。

Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-Fi Alliance，簡稱WFA）成立于1999年，主要負責Wi-Fi認證與商標授權(quán)的工作，在全球范圍內(nèi)推行Wi-Fi產(chǎn)品的兼容認證，發(fā)展IEEE802.11標準的無線局域網(wǎng)技術(shù)。目前，該聯(lián)盟成員單位超過200家，其中42%的成員單位來自亞太地區(qū)。

隨著MiFi和WiBro（便攜式Wi-Fi路由器）的出現(xiàn)可以很容易地創(chuàng)建Wi-Fi熱點，通過電信網(wǎng)絡(luò)連接到網(wǎng)絡(luò)。除私人家庭和辦公室使用外，Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)還可以提供公眾訪問的熱點免費使用或各種商業(yè)服務(wù)。室內(nèi)定位是Wi-Fi又一大重要用途。由于用戶進入室內(nèi)后，就無法使用GPS定位服務(wù)。相比其他技術(shù)，Wi-Fi因為部署廣泛而且成本較低，成為目前業(yè)界普遍看好的室內(nèi)定位技術(shù)。一定區(qū)域內(nèi)的Wi-Fi熱點數(shù)越多，Wi-Fi室內(nèi)定位的精確度就越高。

作為當今全球廣為普及的寬帶無線接入技術(shù)，憑借WiFi良好的用戶基礎(chǔ)和巨大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，低能耗WiFi將廣泛應(yīng)用于智能手機、平板電腦、筆記本電腦等諸多電子產(chǎn)品領(lǐng)域。大力發(fā)展和部署新型低能耗WiFi熱點，實現(xiàn)移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)分流，將成為未來幾年全球運營商應(yīng)對數(shù)據(jù)洪流最主要的手段。

2.3 ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用[4]。

ZigBee聯(lián)盟于2011年8月正式成立，是國際重要的物聯(lián)網(wǎng)（無線傳感網(wǎng)）產(chǎn)業(yè)標準化組織，2003年，ZigBee聯(lián)盟率先提出了物聯(lián)網(wǎng)概念，致力推動全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。截至目前，聯(lián)盟成員已超過420家。ZigBee聯(lián)盟制定的ZigBee標準是世界公認的物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的權(quán)威標準，在此標準上形成了一整套系列的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵性技術(shù)，針對智能電網(wǎng)、智能建筑、消費電子、醫(yī)療和無線通信等行業(yè)領(lǐng)域也逐漸產(chǎn)生了大量的應(yīng)用規(guī)范和專利技術(shù)。其中，很多標準已被廣泛應(yīng)用。

在數(shù)字家庭的應(yīng)用方面，ZigBee將從現(xiàn)有的家電遙控、燈光控制、門禁領(lǐng)域進一步拓展到燈光控制、便攜設(shè)備領(lǐng)域等。在工業(yè)領(lǐng)域，ZigBee技術(shù)有助于改進公共設(shè)施和能源管理、物流和庫存追蹤、安全性和訪問控制，它也能夠跟蹤其他系統(tǒng)以實現(xiàn)預(yù)防性維護和性能監(jiān)控；在家庭和樓宇自動化領(lǐng)域，易于進入、簡單明了和廉價的安裝成本已成為驅(qū)動居家和建筑商開發(fā)和應(yīng)用無線技術(shù)的動因，未來的家庭將會有50～150個支持ZigBee的模塊被安裝在電視、燈泡、遙控器、兒童玩具、游戲機、門禁系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、煙火檢測器、抄表系統(tǒng)、無線報警、安保系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、廚房器械和其他家電產(chǎn)品中，通過ZigBee收集各種信息，傳送到中央控制裝置，或通過遙控達到遠程控制之目的，提供家居生活更朝向自動化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化，以有效增加人們居住環(huán)境之方便性與舒適度。

2.4 NFC技術(shù)

NFC（Near Field Communication）技術(shù)是非接觸式射頻識別（RFID）及和互聯(lián)技術(shù)相結(jié)合演變而來的，在單一芯片上結(jié)合了感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點對點的功能，使用了13.56MHz頻帶的近距離無線通信標準，在約為15cm距離內(nèi)運作，傳輸速度為106kbit/s～424kbit/s[5]。

NFC技術(shù)為個人機密數(shù)據(jù)提供一個安全的儲存機制，使得電子設(shè)備之間的互聯(lián)變得簡單明了，讓人們有機會與周圍的電子產(chǎn)品盡情地交互。根據(jù)2012年市場研究公司Research and Markets的調(diào)查報告，北美和歐洲的NFC芯片占總市場的60%以上，而亞太地區(qū)增長最快，特別是日本、中國和韓國。NFC應(yīng)用程序正隨著市場的成長，將吸引越來越多人的參與。該報告還表示，NFC應(yīng)用帶來的市場收入預(yù)計將從2011年的76.86億美元增長到2016年的34515億美元，年復(fù)合增長率為35%，其中，主要收入來自電子支付，其次是包括票務(wù)和門禁業(yè)務(wù)。它的用途主要體現(xiàn)在電子票務(wù)、移動娛樂、商務(wù)旅游等方面。

NFC近距離移動付款機制通過更安全、簡便的轉(zhuǎn)賬方式，讓人們通過刷NFC手機完成公交、地鐵刷卡和超市餐飲的小額消費等功能。但是，NFC在數(shù)據(jù)交換過程中的用戶信息是否會遭黑客入侵或是被商家濫用，則是消費者普遍擔心的問題。通過NFC可將各種無線娛樂與服務(wù)準確地傳送到接收點，讓消費者成為廣大社群中的一份子。對服務(wù)供應(yīng)商而言，內(nèi)置NFC功能的移動娛樂可促進各種內(nèi)容與服務(wù)的快速傳播與大量推廣，有助于提高客戶的滿意度與忠誠度。

2011年，三家NFC移動營銷公司Blue Bite、Proxama和Tapit宣布組成一個“NFC全球聯(lián)盟”（NFC World Alliance），以促進NFC技術(shù)在移動營銷上的應(yīng)用。他們分別代表美國地區(qū)；歐洲、中東、非洲三地區(qū)和亞太地區(qū)。三家公司認為，在推動NFC在消費者中的普及方面，起主導(dǎo)作用的是廣告客戶，而非手機廠商和移動支付公司。

3 發(fā)展趨勢

3.1 向著高效率、低能耗和高安全性方向發(fā)展迅速

隨著全球互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，特別是移動通信技術(shù)的發(fā)展和智能手機的普及，無線通信的需求也在不斷增長中，短距離無線通信的核心技術(shù)，如調(diào)制與解調(diào)、天線、檢測、同步、偽隨機序列生成、脈沖合成等也會逐漸得到改進。各類技術(shù)發(fā)展雖各有側(cè)重，總體而言都向著高傳輸效率、低能耗和高安全性的方向發(fā)展。

如2012年發(fā)布的最新版本-藍牙4.0，其最大的特點就是低功耗（僅為傳統(tǒng)規(guī)格的1/10），此外，還具有成本低、3ms低延遲、超長連接距離等優(yōu)勢。ZigBee聯(lián)盟于近日宣布新版 ZigBee Home Automation 1.2（家庭自動化）已獲得批準，將安全傳感器的電池壽命延長至7年以上、實現(xiàn)設(shè)備配對標準化，并簡化了消費者和定制安裝人員的安裝和維護作業(yè)。在2013年CES消費電子展上，Wi-Fi則通過實現(xiàn)更大范圍產(chǎn)品之間的連接，以支持各種多元化應(yīng)用，包括家庭影院、智能能源、汽車和其他應(yīng)用等，廣受業(yè)界好評。而資料的加密性則是廣泛用于移動支付的NFC技術(shù)最大的挑戰(zhàn)。

3.2 適用應(yīng)用領(lǐng)域不同，技術(shù)融合趨勢凸顯

近年來，隨著各種無線傳輸技術(shù)的興起，許多人將其定義為競爭關(guān)系。但實際上，這些技術(shù)各有所長，也各有所短，這取決于他們所應(yīng)用的領(lǐng)域。

比如在醫(yī)療領(lǐng)域，Wi-Fi由于功耗和功率都很強，需要經(jīng)常充電，也會對一些醫(yī)療器材的一些干擾，所以一般而言它不太適用于醫(yī)療領(lǐng)域。而在藍牙4.0低功耗的支持下，即使由一個紐扣電池供電，使用時間也可以長達一年，甚至更長。在無線個域網(wǎng)應(yīng)用中，Wi-Fi一般覆蓋范圍較大的，隨著天線加強或者增設(shè)熱點，覆蓋面積將會更廣。與NFC、藍牙技術(shù)的兩移動設(shè)備互聯(lián)互通在點對點（peer to peer）結(jié)構(gòu)上有著巨大的區(qū)別。然而由于 Wi-Fi設(shè)備在通信中沒有使用跳頻等技術(shù)，雖然使用了加密協(xié)議但是還是存在被破解的隱患。ZigBee是對等（ad-hoc）、多跳的無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)標準，擴展性很好，可以在網(wǎng)絡(luò)不中斷的情況下增減節(jié)點。它的目標定位于現(xiàn)存的系統(tǒng)還不能滿足其需求的特定的低功耗低速率的市場，如可以用于控制家用電器的啟動和關(guān)閉。一般來說，Wi-Fi、ZigBee用于較長距離的網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)和電信業(yè)務(wù)，藍牙用于中短距離的通信，而NFC技術(shù)適用傳輸距離更短的場合。

無線行業(yè)的未來在于無線網(wǎng)絡(luò)融合和終端的功能融合，市場對于融合的需求正在推動著眾多領(lǐng)先無線行業(yè)廠商積極地開展技術(shù)創(chuàng)新

在短距離無線通信技術(shù)領(lǐng)域中的對于存在著明顯的互補關(guān)系的技術(shù)之間，與其單一的提高單一技術(shù)特性，不如考慮與其他技術(shù)的結(jié)合。

如，NFC與藍牙傳輸技術(shù)相比，由于NFC面向近距離交易，適用于交換財務(wù)信息或敏感的個人信息等重要私密數(shù)據(jù)；另一方面，藍牙技術(shù)能夠彌補 NFC技術(shù)通信距離不足的缺點，可以應(yīng)用于較長距離的數(shù)據(jù)通信。因此，NFC技術(shù)和藍牙技術(shù)可以相互補充、共同存在。事實上，快捷輕型的NFC協(xié)議可以用于引導(dǎo)兩臺設(shè)備之間的藍牙配對過程，促進藍牙的使用。

3.3 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟推動作用顯著，發(fā)展需要產(chǎn)業(yè)鏈共同參與

新興的NFC技術(shù)被業(yè)界視為發(fā)展前景良好的近距離無線通信技術(shù)，然而，一種技術(shù)的應(yīng)用推廣，除了技術(shù)本身完善且有明確的市場定位外，國際產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商的推動作用是非常巨大的。

在Wi-Fi聯(lián)盟的強力推動下，IEEE 802.11無線局域網(wǎng)得到了空前的推廣。Wi-Fi行業(yè)的活力與增長體現(xiàn)在Wi-Fi聯(lián)盟領(lǐng)先于業(yè)界的Wi-Fi CERTIFIED認證計劃。2011年至2012年期間，Wi-Fi經(jīng)認證產(chǎn)品總量的增長幅度超過25%，在這段時間內(nèi)，消費電子類產(chǎn)品認證數(shù)量的上漲達64%。手機類產(chǎn)品的認證數(shù)量則較去年同期劇增34%。正是有了Wi-Fi成功的先例，現(xiàn)在還處于技術(shù)標準化時期的近距離無線通信技術(shù)，就紛紛建立各自的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，一方面推動高層協(xié)議的規(guī)范化，進而開展設(shè)備認證和互通測試，另一方面積極進行市場宣傳和普及，為今后的產(chǎn)品商用做準備。如ZigBee聯(lián)盟于2011年8月正式成立，是國際重要的物聯(lián)網(wǎng)（無線傳感網(wǎng)）產(chǎn)業(yè)標準化組織，2003年，ZigBee聯(lián)盟率先提出了物聯(lián)網(wǎng)概念，致力推動全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

移動支付在智能終端和移動互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的背景下已成為新的支付形式，新興的NFC技術(shù)被寄予希望，但目前移動支付市場才剛剛起步，未來還有很長的路要走。NFC移動支付屬于跨行業(yè)的支付產(chǎn)業(yè)，需要跨行業(yè)的參與者共同支持。目前存在的問題主要為：一是支持“NFC手機一卡通”業(yè)務(wù)的手機機型有限，擁有廣泛市場基礎(chǔ)的蘋果iPhone手機并不在支持范圍之內(nèi)。二是統(tǒng)一技術(shù)標準姍姍來遲使得產(chǎn)業(yè)鏈上下游的生產(chǎn)商家持觀望態(tài)度。三是相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模投入和推廣成本如何分擔還是問題。離開任何一方，移動支付產(chǎn)業(yè)都只能跛足前行?；仡橬FC市場歷程，銀聯(lián)、運營商一直試圖單槍匹馬挑起產(chǎn)業(yè)，最終無一例外鮮有成功案例可循。

3.4 市場面臨重新整合，公司間并購頻繁

隨著各種各樣無線通信標準的推出，大批初創(chuàng)公司也如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，他們針對這些5年或10年之前聞所未聞的標準提出各自的方案，一時間無線通信市場成為最熱的領(lǐng)域之一。由于現(xiàn)在的無線技術(shù)面對的挑戰(zhàn)已不僅限于本身，而是跨越了不同領(lǐng)域的技術(shù)，并不是每個進入者都有足夠的技術(shù)與資本解決這些問題，市場逐步會優(yōu)勝劣汰，重新整合。

如，藍牙的市場前景取決于藍牙價格和基于藍牙的應(yīng)用是否能達到一定的規(guī)模，當藍牙模塊價格足夠低的時候，才是藍牙大規(guī)模占有市場的時候。據(jù)了解，藍牙芯片的成本目前已低至0.6-1.5美元之間，低價格大大降低了藍牙設(shè)備的成本，目前，高通、博通、德州儀器等主流芯片廠商均積極參與藍牙芯片的研制。

但這個市場的特殊性在于其很大一部分買家是運營商，其更關(guān)注的是如何使利潤最大化，或者說綜合性成本，包括系統(tǒng)方案、可靠性等等，所以他們除了對產(chǎn)品價格在意之外，更愿意支付高性能高可靠性產(chǎn)品，所以方案供應(yīng)商如果只靠一兩款低成本芯片將很難在市場上立足。而這一領(lǐng)域的初創(chuàng)公司的核心競爭力通常只在于推出一兩項在成本方面比過去方案節(jié)約創(chuàng)新性產(chǎn)品。這就導(dǎo)致這些初創(chuàng)公司往往沒有較持續(xù)的競爭優(yōu)勢。

4 結(jié)語

近距離無線通信具有成本低、功耗低、網(wǎng)絡(luò)組建靈活等特點，在無線個人接入網(wǎng)中發(fā)揮著重要的作用。每一種無線通信技術(shù)的產(chǎn)品都有各自的一些特點，不論是在距離，還是在成本、速率等方面，因此，必然有多種無線通信技術(shù)的產(chǎn)品在市場上共存的現(xiàn)象，存在交叉應(yīng)用的競爭場面也不足為奇；但從細分的市場上分析，各種技術(shù)的定位有所區(qū)分的，但更多的是互補的關(guān)系。

新興技術(shù)的崛起帶給近距離無線通信領(lǐng)域更多的競爭和發(fā)展，但往往被業(yè)界看好的技術(shù)未必能發(fā)展普及為市場活躍者，除了自身技術(shù)和應(yīng)用的局限之外，與國際產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的推廣、產(chǎn)業(yè)鏈上下游的參與和政府的主導(dǎo)有著密切的關(guān)系。

隨著低速近距離無線通信技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，多種近距離通信技術(shù)廣泛的深入到醫(yī)療衛(wèi)生、家庭自動化、工農(nóng)業(yè)自動化及遠程控制等多個領(lǐng)域，并不斷改變著我們的生產(chǎn)和生活方式。

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