近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)現(xiàn)狀研究

趙磊等

【摘 要】技術(shù)是一個(gè)積累的過(guò)程，隨著積累的越來(lái)越多，發(fā)展也會(huì)越來(lái)越快。最近的幾十年，技術(shù)呈爆發(fā)性增長(zhǎng)。在過(guò)去的10年，互聯(lián)網(wǎng)的浪潮影響了一代人，讓通信變得簡(jiǎn)單，而如今，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已逐步成熟，又有一種新的思維活躍了起來(lái)——物聯(lián)網(wǎng)。從邏輯上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，從物與網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)到萬(wàn)物相聯(lián)，使萬(wàn)物之間皆可通信?；ヂ?lián)網(wǎng)解決了遠(yuǎn)距離的通信問(wèn)題，但為了實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物相聯(lián)，近距離的通信也必不可少，因此，近距離通信技術(shù)也蓬勃發(fā)展，迎來(lái)了一個(gè)春天。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)；近距離通信

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，面臨著許多的問(wèn)題，首先，在越來(lái)越多的事物接入網(wǎng)絡(luò)后，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，必然會(huì)增加，而且增加的速度會(huì)越來(lái)越快，這時(shí)大數(shù)據(jù)的傳輸，大數(shù)據(jù)的分析是一個(gè)巨大的問(wèn)題。其次，要想實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，除了與遠(yuǎn)距離的事物進(jìn)行通信，也要與身邊的事物進(jìn)行通信，那么近距離通信必不可少。隨著通信和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的應(yīng)用步伐不斷加快，正日益走向成熟。一般意義上，只要通信收發(fā)雙方通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波傳輸信息且傳輸距離限制在較短范圍（幾十米）以?xún)?nèi)，就可稱(chēng)為短距離無(wú)線(xiàn)通信。目前我們所看到的短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)都有其立足的特點(diǎn)，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求；或著眼于功能的擴(kuò)充性；或符合某些單一應(yīng)用的特別要求；或建立競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的差異化等，但是沒(méi)有一種技術(shù)可以完美到足以滿(mǎn)足所有的需求。

1 現(xiàn)有的主要近距離通信技術(shù)

1.1 藍(lán)牙技術(shù)

bluetooth技術(shù)是廣受業(yè)界關(guān)注的近距無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)。藍(lán)牙（BluetoothR）：是一種無(wú)線(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和樓宇個(gè)人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF無(wú)線(xiàn)電波）。藍(lán)牙是基于數(shù)據(jù)包、有著主從架構(gòu)的協(xié)議。一個(gè)主設(shè)備至多可和同一微微網(wǎng)中的七個(gè)從設(shè)備通訊。所有設(shè)備共享主設(shè)備的時(shí)鐘。分組交換基于主設(shè)備定義的、以312.5μs為間隔運(yùn)行的基礎(chǔ)時(shí)鐘。兩個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成一個(gè)625？s的槽，兩個(gè)時(shí)間隙就構(gòu)成了一個(gè)1250μs的縫隙對(duì)。在單槽封包的簡(jiǎn)單情況下，主設(shè)備在雙數(shù)槽發(fā)送信息、單數(shù)槽接受信息。而從設(shè)備則正好相反。封包容量可長(zhǎng)達(dá)1、3、或5個(gè)時(shí)間隙，但無(wú)論是哪種情況，主設(shè)備都會(huì)從雙數(shù)槽開(kāi)始傳輸，從設(shè)備從單數(shù)槽開(kāi)始傳輸。目前最新的藍(lán)牙4.2版本的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到24Mbit/s。最大的射程約為100m.

1.2 Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi是一種高頻的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，是目前應(yīng)用最為廣泛的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，幾乎所有的智能手機(jī)，平板電腦，筆記本電腦都支持。無(wú)線(xiàn)保真即（WiFi）是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波來(lái)連網(wǎng)；常見(jiàn)的就是一個(gè)無(wú)線(xiàn)路由器，那么在這個(gè)無(wú)線(xiàn)路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以采用無(wú)線(xiàn)保真連接方式進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，如果無(wú)線(xiàn)路由器連接了一條ADSL線(xiàn)路或者別的上網(wǎng)線(xiàn)路，則又被稱(chēng)為熱點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)在大城市比較常用，雖然由無(wú)線(xiàn)保真技術(shù)傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù)安全性能比藍(lán)牙差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進(jìn)，但傳輸速度非?？?，可以達(dá)到54Mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。無(wú)線(xiàn)保真最主要的優(yōu)勢(shì)在于不需要布線(xiàn)，可以不受布線(xiàn)條件的限制，因此非常適合移動(dòng)辦公用戶(hù)的需要，并且由于發(fā)射信號(hào)功率低于100mw，低于手機(jī)發(fā)射功率，所以無(wú)線(xiàn)保真上網(wǎng)相對(duì)也是最安全健康的。。

1.3 IrDA技術(shù)

IrDA是一種利用紅外線(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)，是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的技術(shù)。目前它的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動(dòng)設(shè)備，如PDA、手機(jī)上廣泛使用。事實(shí)上，當(dāng)今每一個(gè)出廠(chǎng)的PDA及許多手機(jī)、筆記本電腦、打印機(jī)等產(chǎn)品都支持IrDA。

IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需申請(qǐng)頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。并且還具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)。此外，紅外線(xiàn)發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高。 IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺(tái)（非多臺(tái)）設(shè)備之間的連接。而藍(lán)牙就沒(méi)有此限制，且不受墻壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解決視距傳輸問(wèn)題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。

1.4 NFC技術(shù)

NFC是由Philips、NOKIA和Sony主推的一種類(lèi)似于RFID（非接觸式射頻識(shí)別）的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。和RFID不同，NFC采用了雙向的識(shí)別和連接。在20cm距離內(nèi)工作于13.56MHz頻率范圍。NFC最初僅僅是遙控識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)。它能快速自動(dòng)地建立無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、Wi-Fi設(shè)備提供一個(gè)“虛擬連接”，使電子設(shè)備可以在短距離范圍進(jìn)行通訊。NFC的短距離交互大大簡(jiǎn)化了整個(gè)認(rèn)證識(shí)別過(guò)程，使電子設(shè)備間互相訪(fǎng)問(wèn)更直接、更安全和更清楚，不用再聽(tīng)到各種電子雜音。

NFC通過(guò)在單一設(shè)備上組合所有的身份識(shí)別應(yīng)用和服務(wù)，幫助解決記憶多個(gè)密碼的麻煩，同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)的安全保護(hù)。而NFC被置入接入點(diǎn)之后，只要將其中兩個(gè)靠近就可以實(shí)現(xiàn)交流，比配置Wi-Fi連結(jié)容易得多。目前在快捷支付方面顯露身手。

1.5 ZigBee技術(shù)

ZigBee主要應(yīng)用在短距離范圍之內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。ZigBee名字來(lái)源于蜂群使用的賴(lài)以生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過(guò)跳ZigZag形狀的舞蹈來(lái)分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和方向等信息。ZigBee同樣使用2.4 GHz波段，采用跳頻技術(shù)。與藍(lán)牙相比，ZigBee更簡(jiǎn)單、速率更慢、功率及費(fèi)用也更低。它的基本速率是250kb/s，當(dāng)降低到28kb/s時(shí)，傳輸范圍可擴(kuò)大到134m，并獲得更高的可靠性。另外，它可與254個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)。可以比藍(lán)牙更好地支持游戲、消費(fèi)電子、儀器和家庭自動(dòng)化應(yīng)用。在工業(yè)監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、安全系統(tǒng)和玩具等領(lǐng)域ZigBee的應(yīng)用前景巨大。

1.6 UWB技術(shù)

超寬帶技術(shù)UWB是一種無(wú)線(xiàn)載波通信技術(shù)，它不采用正弦載波，而是利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。UWB可在非常寬的帶寬上傳輸信號(hào)，美國(guó)FCC對(duì)UWB的規(guī)定為：在3.1～10.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬。由于UWB可以利用低功耗、低復(fù)雜度發(fā)射/接收機(jī)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，在近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。它在非常寬的頻譜范圍內(nèi)采用低功率脈沖傳送數(shù)據(jù)而不會(huì)對(duì)常規(guī)窄帶無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)造成大的干擾，并可充分利用頻譜資源。基于UWB技術(shù)而構(gòu)建的高速率數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)有著廣泛的用途。

UWB技術(shù)具有系統(tǒng)復(fù)雜度低，發(fā)射信號(hào)功率譜密度低，對(duì)信道衰落不敏感，低截獲能力，定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場(chǎng)所的高速無(wú)線(xiàn)接入，非常適于建立一個(gè)高效的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)（WPAN）。UWB主要應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中。除此之外，這種新技術(shù)適用于對(duì)速率要求非常高（大于100 Mb/s）的LANs或PANs。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的優(yōu)點(diǎn)使得UWB較適合家庭無(wú)線(xiàn)消費(fèi)市場(chǎng)的需求：UWB尤其適合近距離內(nèi)高速傳送大量多媒體數(shù)據(jù)以及可以穿透障礙物的突出優(yōu)點(diǎn)，讓很多商業(yè)公司將其看作是一種很有前途的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，應(yīng)用于諸如將視頻信號(hào)從機(jī)頂盒無(wú)線(xiàn)傳送到數(shù)字電視等家庭場(chǎng)合。當(dāng)然，UWB未來(lái)的前途還要取決于各種無(wú)線(xiàn)方案的技術(shù)發(fā)展、成本、用戶(hù)使用習(xí)慣和市場(chǎng)成熟度等多方面的因素。

隨著信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，人與人 ，物與人，物與物之間的通信會(huì)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，但在目前，還沒(méi)有一種能滿(mǎn)足人們各方面需求的通信技術(shù)出現(xiàn)，不過(guò)這只是時(shí)間的問(wèn)題。相信在不久的將來(lái)，能夠出現(xiàn)一種，數(shù)據(jù)傳輸又快，安全可靠，連接更為方便，耗能更低的技術(shù)。現(xiàn)在是數(shù)據(jù)的時(shí)代，哪種技術(shù)能滿(mǎn)足當(dāng)前數(shù)據(jù)通信的各方面要求，那么在未來(lái)必會(huì)蓬勃發(fā)展。

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