物聯(lián)網(wǎng)中的幾種短距離無線傳輸技術(shù)

1、短距離無線通信場指的是100m以內(nèi)的通信，主要技術(shù)包括Wifi、紫蜂(Zigbee)、藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)、超寬帶技術(shù)(Ultra-wideband ,UWB)、射頻識 別技術(shù)(Radio Frequency IDentification ,RFID)以及近場通信(Near Field Communication,NFC)等類型。低 功耗、微型化是用戶對當(dāng)前無線通信產(chǎn)品尤 其是便攜產(chǎn)品的強(qiáng)烈要求，作為無線通信技術(shù)重要分支的短距離無線通信技術(shù)正逐步引起越來越廣泛的關(guān)注。各國也相應(yīng)地制定短距離通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，特別是RFID和NFC 在物聯(lián)網(wǎng)、移動支付和手機(jī)識別方面的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，例如主 要的R

2、FID相關(guān)規(guī)范有歐美的EPC規(guī)范、日本的UID(Ubiquitous ID)規(guī)范和 1so 18000系列 標(biāo)準(zhǔn)。中國政府也高度重視短距離通信的發(fā)展，制定了一系 列的政策來扶持短距離通信產(chǎn)業(yè)。例如科技部、工信部聯(lián)合 14部委制訂的中國RFID發(fā)展策略白皮書等。止匕外，包括諾 基亞、英特爾、EM、東 芝、華為、中興和聯(lián)想等眾多企業(yè)也積極參與到短距離無線通信中各技術(shù)的研究中。1、Wi-Fi 技術(shù)Wi-Fi(Wireless Fidelity,無線高保真)是一種無線通信協(xié)議(IEEE802.11b), Wi-Fi的傳輸速率最高可達(dá)11Mb/s,雖然在數(shù)據(jù)安全性方面比藍(lán)牙技術(shù)要差一 些，但在無線電波的

3、覆蓋范圍方面卻略勝一籌，可達(dá)100 m左右。Wi-Fi是以太網(wǎng)的一種無線擴(kuò)展，理論上只要用戶位于一個接入點四周的一 定區(qū)域內(nèi)，就能以最高約1Mb/s的速率接入互聯(lián)網(wǎng)。實際上，如果有多個用 戶同時通過一個點接入，帶寬將被多個用戶分享，Wi-Fi的連接速度會降低到只有幾百kb/s,另外，Wi-Fi的信號一般不受墻壁阻隔的影響，但在建筑物內(nèi)的 有效傳輸距離要小于戶外。最初的IEEE802.11規(guī)范是在1997年提出的，稱為802.11b,主要目的是 提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它的工作頻率是 2.4GHz,與無繩電話、藍(lán)牙等許多不需頻率使用許可證的無線設(shè)備共享同一頻 段。隨著W

4、i-Fi協(xié)議新版本如802.11a和802.11g的先后推出，Wi-Fi的應(yīng)用 將越來越廣泛。速度更快的802.11g使用與802.11b相同的正交頻分多路復(fù)用 調(diào)制技術(shù)，它也工作在2.4GHz頻段，速率達(dá)54Mb/s 0根據(jù)最新的發(fā)展趨勢判 斷，802.11g將有可能被大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制造商選擇作為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。微軟 推出的桌面操作系統(tǒng)Windows XP和嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE,都包含了 對Wi-Fi的支持。2、UWB技術(shù)超寬帶技術(shù)UWB (Ultra Wideband)是一種無線載波通信技術(shù)，它不采用 正弦載波，而是利用納秒級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

5、。UWB可在非常寬的帶寬上傳輸信號，美國FCC對UWB的規(guī)定為：在 3.110.6GHz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)實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，在近年來得到了迅速發(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)而不會對常規(guī)窄帶無線通信系統(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)射信號功率譜密度低，對信道衰落不敏感， 低截獲能力，定位精度高等優(yōu)點，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線 接入，非常適于建立一個高效的無線局域網(wǎng)(WLAN)或無線個域網(wǎng)(WPAN)。3

6、、ZigBee 技術(shù)ZigBee主要應(yīng)用在短距離并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。ZigBee聯(lián)盟成立于2001年8月。2002年下半年，Invensys、Mitsubishi. Motorola以及Philips半導(dǎo)體公司四大巨頭共同宣布加 盟ZigBee聯(lián)盟，以研發(fā)名為ZigBee的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)。所有這些公司都 參加了負(fù)責(zé)開發(fā)ZigBee物理和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.15.4工作組。ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)制定網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議。目前，標(biāo)準(zhǔn)制訂工作已完成。ZigBee協(xié)議比藍(lán)牙、高速率個人區(qū)域網(wǎng)或802.11x無線局域網(wǎng)更簡單實用。ZigBee可以說是藍(lán)牙的同族兄弟，它使

7、用2.4 GHz波段，采用跳頻技術(shù)。 與藍(lán)牙相比，ZigBee更簡單、速率更慢、功率及費用也更低。它的基本速率是 250kb/s,當(dāng)降低到28kb/s時，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個節(jié)點聯(lián)網(wǎng)，可以比藍(lán)牙更好地支持游戲、消費電子、 儀器和家庭自動化應(yīng)用。ZigBee技術(shù)特點主要包括以下幾個部分：(1)數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有10kb/s250kb/s,專注于低速率傳輸應(yīng)用。(2) 功耗低。在待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號干電池可使用6個月以上，這也是ZigBee的一個獨特優(yōu)勢。(3) 成本低。因為ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本；積極投入Zi

8、gBee開發(fā)的Motorola以及Philips,均已推出應(yīng)用芯片。據(jù) Philips估計，應(yīng)用于主機(jī)端的芯片成本和其它終端產(chǎn)品的成本比藍(lán)牙更具價格 競爭力。(4)網(wǎng)絡(luò)容量大。每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以支持255個設(shè)備，也就是說 每個ZigBee設(shè)備可以與另外254臺設(shè)備相連接。(5)有效范圍小。有效覆蓋范圍1075m之間，具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境。（6）工作頻段靈活。使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz （歐洲）及915MHz （美國），均為免執(zhí)照頻段。4、NFC技術(shù)NFC （Near Field Communicati

9、on ,近距離無線傳輸）是由 Philips、NOKIA和S0ny主推的一種類似于RFID（非接觸式射頻識別并勺短距離 無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（由免接觸式射頻識別（RFID）演變而來）。和RFID不同， NFC采用了雙向的識別和連接，在20cm距離內(nèi)工作于13.56MHz頻率范圍。NFC最初僅僅是遙控識別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無線連接技 術(shù)。它能快速自動地建立無線網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、Wi-Fi設(shè)備提供一個“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化了整個認(rèn)證識別過程，使電子設(shè)備間互相訪問更直接、更安全和更清 楚。NFC通過在單一設(shè)備上組合所有的身份識

10、別應(yīng)用和服務(wù)，幫助解決記憶多 個密碼的麻煩，同時也保證了數(shù)據(jù)的安全保護(hù)。有了 NFC,多個設(shè)備如數(shù)碼相 機(jī)、PDA、機(jī)頂盒、電腦、手機(jī)等之間的無線互連，彼此交換數(shù)據(jù)或服務(wù)都將 有可能實現(xiàn)。此外NFC還可以將其它類型無線通訊（如Wi-曰和藍(lán)牙）“加速”，實現(xiàn)更快 和更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。每個電子設(shè)備都有自己的專用應(yīng)用菜單，而 NFC可以 創(chuàng)建快速安全的連接，并且無需在眾多接口的菜單中進(jìn)行選擇。與知名的藍(lán)牙 等短距離無線通訊標(biāo)準(zhǔn)不同的是，NFC的作用距離進(jìn)一步縮短且不像藍(lán)牙那樣 需要有對應(yīng)的加密設(shè)備。同樣，構(gòu)建Wi-Fi家族無線網(wǎng)絡(luò)需要多臺具有無線網(wǎng)卡的電腦、打印機(jī)和 其它設(shè)備。除此之外，還得有一定

11、技術(shù)的專業(yè)人員才能勝任這一工作。而 NFC 被置入接入點之后，只要將其中兩個靠近就可以實現(xiàn)交流，比配置 Wi-Fi連結(jié) 容易得多?？赡艿膽?yīng)用前景1、Wi-Fi的應(yīng)用WLAN未來最具潛力的應(yīng)用將主要在SOHO、家庭無線網(wǎng)絡(luò)以及不便安 裝電纜的建筑物或場所。Wi-Fi技術(shù)可將Wi-Fi與基于XML或Java的Web服 務(wù)融合起來，可以大幅度減少企業(yè)的成本。例如企業(yè)選擇在每一層樓或每一個 部門配備802.11b的接入點，而不是采用電纜線把整幢建筑物連接起來，這樣 一來，可以節(jié)省大量鋪設(shè)電纜所需花費的資金。目前這一技術(shù)的用戶主要來自 機(jī)場、酒店、商場等公共熱點場所。2、UWB的應(yīng)用UWB主要應(yīng)用在小范

12、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)適用于對速率要求非常高（大于 100Mb/s）的局域網(wǎng)（LAN）或個域網(wǎng)（PAN） 0UWB最具特色的應(yīng)用將是視頻消費娛樂方面的無線個人局域網(wǎng)（WPAN）。 現(xiàn)有的無線通信方式，802.11b和藍(lán)牙的速率太慢，不適合傳輸視頻數(shù)據(jù)；54 Mb/s速率的802.11a標(biāo)準(zhǔn)可以處理視頻數(shù)據(jù)，但費用昂貴。而 UWB有可能在 10 m范圍內(nèi)，支持高達(dá)110 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，不需要壓縮數(shù)據(jù)，可以快速、 簡單、經(jīng)濟(jì)地完成視頻數(shù)據(jù)處理。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的優(yōu)點使得UWB較適合家庭無線消費市場的需求：UWB尤其

13、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，讓很多商業(yè)公司將其看作是一種很有前途的無線通信 技術(shù)，應(yīng)用于諸如將視頻信號從機(jī)頂盒無線傳送到數(shù)字電視等家庭場合。當(dāng)然， UWB未來的前途還要取決于各種無線方案的技術(shù)發(fā)展、成本、用戶使用習(xí)慣和 市場成熟度等多方面的因素。3、ZigBee技術(shù)的應(yīng)用根據(jù)ZigBee聯(lián)盟目前的設(shè)想, ZigBee將會在安防監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、 家庭監(jiān)控、身份識別系統(tǒng)和樓宇智能控制系統(tǒng)等領(lǐng)域拓展應(yīng)用。另外， ZigBee 的目標(biāo)市場主要還有PC外設(shè)（鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿）、消費類電子設(shè)備（TV、VCR、CD、VCD、DVD等設(shè)備上的遙控裝置）、家庭內(nèi)智能控制（照 明、煤氣計量控制及報警等玩具（電子寵物）、醫(yī)護(hù)（監(jiān)視器和傳感器3工 控（監(jiān)視器、傳感器和自動控制設(shè)備）等非常廣闊的領(lǐng)域。4、nfc技術(shù)的應(yīng)用NFC有三種應(yīng)用類型：（1） 設(shè)備連接。除了無線局域網(wǎng)，NFC也可以簡化藍(lán)牙連接。比如，手 提電腦用戶如果想在機(jī)場上網(wǎng)，他只需要走近一個 Wi-Fi熱點即可實現(xiàn)。（2）實時預(yù)定。比如，海報或展覽信息背后貼有特定芯片，利用含 nfc 協(xié)議的手機(jī)或PDA,便能取得詳細(xì)信息，或是立即聯(lián)機(jī)使用信