物聯(lián)網(wǎng)中的幾種短距離無線傳輸技術(shù)淺析

1、物聯(lián)網(wǎng)中的幾種短距離無線傳輸技術(shù)淺析謝力（成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川成都610041）摘要：在物聯(lián)網(wǎng)的多種技術(shù)體系中，短距離無線傳輸技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一，發(fā)展非常迅速。本文介紹了其中常見的幾種短距無線傳輸技術(shù)，從物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的角度分析了各自的優(yōu)劣，并對(duì)其在建筑智能化系統(tǒng)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了探索性的思考。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)短距無線傳輸Abstract:InavarietyoftechnicalsystemofInternetofthings,theshort-rangewirelesstransmissiontechnologyisoneofthekeytechnologies,developin

2、gveryrapidly.Thisarticledescribestheirmeritsofseveralcommonshort-rangewirelesstransmissiontechnology,possiblefutureapplicationsfromthepointofview,andthefutureapplicationsinintelligentbuildingsystemofexploratorythinking.Keywords:InternetofThingskeytechnologyshort-rangewirelesstransmission一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)1、物聯(lián)網(wǎng)

3、概念當(dāng)我們還沒有真正理解物聯(lián)網(wǎng)是什么的時(shí)候，在我們的身邊已悄然涌現(xiàn)出許許多多的應(yīng)用案例。大到對(duì)江河湖泊的水環(huán)境監(jiān)測與智能化治理，小到對(duì)監(jiān)獄在押人員的定位與精細(xì)化管理，物聯(lián)網(wǎng)離我們?cè)絹碓浇?。物?lián)網(wǎng)從狹義的角度看，只要是物與物之間通過通信網(wǎng)絡(luò)連接而成的網(wǎng)絡(luò)，不論是否接入互聯(lián)網(wǎng)，都應(yīng)算是物聯(lián)網(wǎng)的范疇。從廣義角度看，物聯(lián)網(wǎng)不僅局限于物與物之間的信息傳遞，還會(huì)形成物與人之間暢通無阻的信息交換，形成泛在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的英文縮寫為“TheInternetofThings”。這包含了兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品

4、之間、物品與人之間，進(jìn)行信息交換和通信。目前較為公認(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過RFID（射頻識(shí)別）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。2、物聯(lián)網(wǎng)的層次物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)核心為C3SD（控制系統(tǒng)、計(jì)算系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和數(shù)據(jù)海）。從技術(shù)上來說，物聯(lián)網(wǎng)可以分為三層：傳感層、通信層和應(yīng)用層。在傳感層中，有各式各樣的傳感器來感知我們生活中的溫度、濕度、位移、工業(yè)數(shù)據(jù)、人員信息等，并具有各種類型的執(zhí)行器進(jìn)行控制操作。在通信層中，需要將這些數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行安全可靠地通信和傳輸，除了

5、有線傳輸，就是無線傳輸，在無線傳輸系統(tǒng)中，短距離無線傳輸技術(shù)成為了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一個(gè)重要分支。在應(yīng)用層中，要對(duì)海量的各種物品和人員的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、分析、運(yùn)用，從而形成各行業(yè)、各領(lǐng)域的豐富多彩的應(yīng)用。3、物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)基于物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)，基于物聯(lián)網(wǎng)可以預(yù)見的未來的大量應(yīng)用，在傳感領(lǐng)域、傳輸領(lǐng)域和應(yīng)用領(lǐng)域都將涌現(xiàn)出許許多多的新技術(shù)、新產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)化成果。就目前來看，物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：高速大容量RFID、微小傳感器、超薄二維條碼、短距無線傳輸、IPv6、云計(jì)算、云存儲(chǔ)、云服務(wù)等一批關(guān)鍵技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一。二、物聯(lián)網(wǎng)中的通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的通信層擔(dān)負(fù)著極其重

6、要的信息傳遞、交換和傳輸?shù)闹厝?，目前是通信、?jì)算機(jī)和自動(dòng)化等領(lǐng)域一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)，它必須能夠可靠地、實(shí)時(shí)地采集覆蓋區(qū)中的各種信息并進(jìn)行處理，處理后的信息可通過有線或無線方式發(fā)送給遠(yuǎn)端。眾所周之，統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)加速了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，這包括在全球范圍進(jìn)行傳輸?shù)幕ヂ?lián)網(wǎng)通信協(xié)議TCP/IP協(xié)議，路由器協(xié)議，終端的構(gòu)架與操作系統(tǒng)等。因此，我們可以在世界上的任何一個(gè)角落，使用任一臺(tái)電腦連接到互聯(lián)網(wǎng)中去，很方便的實(shí)現(xiàn)電腦互聯(lián)。而物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模和終端的形式都在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上有了一個(gè)很大的發(fā)展和延伸，聯(lián)結(jié)的物體數(shù)量更多，終端的軟硬件結(jié)構(gòu)形式和智能化程度更加復(fù)雜多變?；ヂ?lián)網(wǎng)的TCP/IP方式(包括IPv6)、MPL

7、S移動(dòng)3G衛(wèi)星通信等通信技術(shù)將會(huì)在物聯(lián)網(wǎng)的信息通信傳輸中扮演重要的角色，但是，在互聯(lián)網(wǎng)向著物物相連邁進(jìn)的最后的接入系統(tǒng)中，短距離無線傳輸技術(shù)將成為物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)分支之一。三、短距離無線傳輸技術(shù)目前使用較廣泛的近距無線通信技術(shù)是無線局域網(wǎng)802.11(Wi-Fi)、超寬頻UWB(UltraWideBand)、ZigBee、短距通信(NFC)等。它們都各自具有其應(yīng)用上的特點(diǎn)，在傳輸速度、距離、耗電量等方面的要求不同，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，或建立競爭技術(shù)的差異化等。但是還沒有一種技術(shù)可以完美到足以滿足物聯(lián)網(wǎng)的所有需求。1、Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi(Wirel

8、essFidelity,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，但在無線電波的覆蓋范圍方面卻略勝一籌，可達(dá)100m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(gè)接入點(diǎn)四周的一定區(qū)域內(nèi)，就能以最高約11Mb/s的速率接入互聯(lián)網(wǎng)。實(shí)際上，如果有多個(gè)用戶同時(shí)通過一個(gè)點(diǎn)接入，帶寬將被多個(gè)用戶分享，Wi-Fi的連接速度會(huì)降低到只有幾百kb/s,另外，Wi-Fi的信號(hào)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.

9、11b,主要目的是提供WLA撰入，也是目前WLAN勺主要技術(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Wi-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。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)WindowsXP和嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE,都包含了對(duì)Wi-Fi的支持。2、UW跛術(shù)超寬帶技術(shù)UW

10、BUltraWideband)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(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。UWEST在非常寬的帶寬上彳輸信號(hào)，美國FCC對(duì)UWB勺規(guī)定為：在3.110.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬。由于UWBT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)窄帶無線通信系統(tǒng)造成大的干擾，并可充分利用頻譜資源?；赨W改術(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。UW強(qiáng)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)

11、，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(gè)高效的無線局域網(wǎng)(WLAN或無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)3、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IEEE802.15.4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)

12、議比藍(lán)牙、高速率個(gè)人區(qū)域網(wǎng)或802.11X無線局域網(wǎng)更簡單實(shí)用。ZigBee可以說是藍(lán)牙的同族兄弟，它使用2.4GHz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(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134ml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。ZigBee技術(shù)特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)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(hào)干電池可使用6個(gè)月以上，這也是ZigBee的一個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢

13、。(3)成本低。因?yàn)閆igBee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ZigBee開發(fā)的Motorola以及Philips,均已推出應(yīng)用芯片。據(jù)Philips估計(jì)，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(jià)格競爭力。（4）網(wǎng)絡(luò)容量大。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以支持255個(gè)設(shè)備，也就是說每個(gè)ZigBee設(shè)備可以與另外254臺(tái)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(shí)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I）及915MHz（美國），均

14、為免執(zhí)照頻段。4、NFO術(shù)NFC（NearFieldCommunication,近距離無線傳輸）是由Philips、NOKIA和Sony主推的一種類似于RFID（非接觸式射頻識(shí)別）的短距離無線通信技術(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)展成無線連接技術(shù)。它能快速自動(dòng)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(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化了整個(gè)認(rèn)證識(shí)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)

15、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)。有了NFC多個(gè)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(shí)現(xiàn)。此外NFC還可以將其它類型無線通訊（如Wi-Fi和藍(lán)牙）“加速”，實(shí)現(xiàn)更快和更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)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(duì)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(tái)具有無線網(wǎng)卡的電腦、打印機(jī)和其它設(shè)備。除此之外，還得有一定技

16、術(shù)的專業(yè)人員才能勝任這一工作。而NFC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。四、可能的應(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XMLJava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(gè)部門配備802.11b的接入點(diǎn)，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(fèi)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(diǎn)場所。2、UWB勺應(yīng)用UW更要應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻

17、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100Mb/s）的局域網(wǎng)（LAN）或個(gè)域網(wǎng)（PAN）。UWB最具特色的應(yīng)用將是視頻消費(fèi)娛樂方面的無線個(gè)人局域網(wǎng)（WPANL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)；54Mb/s速率的802.11a標(biāo)準(zhǔn)可以處理視頻數(shù)據(jù)，但費(fèi)用昂貴。而UWBT可能在10m范圍內(nèi)，支持高達(dá)110Mb/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(diǎn)使得UW敞適合家庭無線消費(fèi)市場的需求：UWBC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

18、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線通信技術(shù)，應(yīng)用于諸如將視頻信號(hào)從機(jī)頂盒無線傳送到數(shù)字電視等家庭場合。當(dāng)然，UW球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(huì)在安防監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、身份識(shí)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(fèi)類電子設(shè)備（TV、VCRCDVCDDVD等設(shè)備上的遙控裝置）、家庭內(nèi)智能控制（照明、煤氣計(jì)量控制及報(bào)警等）、玩具（電子寵物）、醫(yī)護(hù)（監(jiān)視器和傳感器）、工控（監(jiān)視器、傳感器和自動(dòng)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(gè)Wi-Fi熱點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)。（2）實(shí)時(shí)預(yù)定。比如，海報(bào)或展覽信息背后貼有特定芯片，禾1J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)使用信用卡進(jìn)行門票購買。而且，這些芯片無需獨(dú)立的能源。（3）移動(dòng)商務(wù)。飛利浦Mifare技術(shù)支持了世界上幾個(gè)大型交通系統(tǒng)及在銀行業(yè)為客戶提供Visa卡等