近距離無線通信產業發展研究

湯淏

摘 要：近年來，近距離無線數據業務呈現巨大的發展潛力，特別是隨著無線個域網的升溫，近距離數據業務迅速膨脹。文章介紹了藍牙、ZigBee、Wi-Fi、NFC等近距離無線通信技術和市場的發展現狀，并總結了近距離無線通信產業的發展趨勢。

關鍵詞：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，就可以稱為近距離無線通信。近年來，近距離無線數據業務呈現巨大的發展潛力，特別是隨著無線個域網（Wireless Personal Area Networks，WPAN）的升溫，近距離數據業務迅速膨脹。各種近距離無線通信技術的出現，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挑戰。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，近距離無線通信應用對無線通信服務質量提出了更高的要求。

2 發展現狀

目前，實現近距離無線通信的主要技術有藍牙（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，上述技術主要技術參數見表1。

2.1 藍牙技術

藍牙（Bluetooth）以低成本的近距離無線連接為基礎，采用分散式網絡結構以及快跳頻和短包技術，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、科學、醫學）頻段。其數據速率為1Mbps[1]。

在藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG）的大力推動下，藍牙近幾年普及速度較快。據統計，藍牙設備全球累計出貨量至今已超過90億件，而每年均有近20億藍牙設備進入市場，以藍牙為核心技術的應用設備現已逐漸形成全球互連的智能網絡。

應用擴大和低功耗的藍牙技術首先在音頻領域得到廣泛應用，并拓展到了保健、醫療、體育鍛煉等新市場，產品有手表、計步器等，用以檢測脈搏、行走距離等指標。2012年發布的最新藍牙版本-藍牙4.0具有低功耗 （僅為傳統規格的1/10）、成本低、3ms低延遲、超長連接距離等優勢，因而受到用戶的特別青睞。除了上述應用之外，藍牙技術下一個應用方向將是物聯網。藍牙是支持點對點、點對多點的，其最基本的網絡組成是微微網。該網絡在設備進入臨近射頻時自動生成，單個設備可同時與同網內最多7個設備通訊，每個設備又能同時進入若干個微微網，完全符合物聯網的通信要求。

國際上，藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG）正大力發展數字家庭中和醫療市場的無線應用市場，與各成員密切合作，確保其藍牙產品達到高速藍牙技術發展藍圖的核心規范要求，新產品的數據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

Wi-Fi技術的目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性。IEEE 802.11第一個版本發表于1997年，其中定義了介質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頻段上的數據傳輸速率可達54Mbit/s的物理層，802.11b定義了一個在2.4GHz的ISM頻段上但數據傳輸速率高達11Mbit/s的物理層。2.4GHz的ISM頻段為世界上絕大多數國家通用，因此802.11b得到了最為廣泛的應用[3]。

Wi-Fi聯盟（Wi-Fi Alliance，簡稱WFA）成立于1999年，主要負責Wi-Fi認證與商標授權的工作，在全球范圍內推行Wi-Fi產品的兼容認證，發展IEEE802.11標準的無線局域網技術。目前，該聯盟成員單位超過200家，其中42%的成員單位來自亞太地區。

隨著MiFi和WiBro（便攜式Wi-Fi路由器）的出現可以很容易地創建Wi-Fi熱點，通過電信網絡連接到網絡。除私人家庭和辦公室使用外，Wi-Fi無線網絡還可以提供公眾訪問的熱點免費使用或各種商業服務。室內定位是Wi-Fi又一大重要用途。由于用戶進入室內后，就無法使用GPS定位服務。相比其他技術，Wi-Fi因為部署廣泛而且成本較低，成為目前業界普遍看好的室內定位技術。一定區域內的Wi-Fi熱點數越多，Wi-Fi室內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，憑借WiFi良好的用戶基礎和巨大的產業規模，低能耗WiFi將廣泛應用于智能手機、平板電腦、筆記本電腦等諸多電子產品領域。大力發展和部署新型低能耗WiFi熱點，實現移動蜂窩網絡分流，將成為未來幾年全球運營商應對數據洪流最主要的手段。

2.3 ZigBee技術

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用[4]。

ZigBee聯盟于2011年8月正式成立，是國際重要的物聯網（無線傳感網）產業標準化組織，2003年，ZigBee聯盟率先提出了物聯網概念，致力推動全球物聯網產業的發展。截至目前，聯盟成員已超過420家。ZigBee聯盟制定的ZigBee標準是世界公認的物聯網無線傳感器網絡技術中的權威標準，在此標準上形成了一整套系列的物聯網關鍵性技術，針對智能電網、智能建筑、消費電子、醫療和無線通信等行業領域也逐漸產生了大量的應用規范和專利技術。其中，很多標準已被廣泛應用。

在數字家庭的應用方面，ZigBee將從現有的家電遙控、燈光控制、門禁領域進一步拓展到燈光控制、便攜設備領域等。在工業領域，ZigBee技術有助于改進公共設施和能源管理、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以實現預防性維護和性能監控；在家庭和樓宇自動化領域，易于進入、簡單明了和廉價的安裝成本已成為驅動居家和建筑商開發和應用無線技術的動因，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、空調系統、煙火檢測器、抄表系統、無線報警、安保系統、暖通系統、廚房器械和其他家電產品中，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、網絡化與智能化，以有效增加人們居住環境之方便性與舒適度。

2.4 NFC技術

NFC（Near Field Communication）技術是非接觸式射頻識別（RFID）及和互聯技術相結合演變而來的，在單一芯片上結合了感應式讀卡器、感應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距離內運作，傳輸速度為106kbit/s～424kbit/s[5]。

NFC技術為個人機密數據提供一個安全的儲存機制，使得電子設備之間的互聯變得簡單明了，讓人們有機會與周圍的電子產品盡情地交互。根據2012年市場研究公司Research and Markets的調查報告，北美和歐洲的NFC芯片占總市場的60%以上，而亞太地區增長最快，特別是日本、中國和韓國。NFC應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應用帶來的市場收入預計將從2011年的76.86億美元增長到2016年的34515億美元，年復合增長率為35%，其中，主要收入來自電子支付，其次是包括票務和門禁業務。它的用途主要體現在電子票務、移動娛樂、商務旅游等方面。

NFC近距離移動付款機制通過更安全、簡便的轉賬方式，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在數據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。對服務供應商而言，內置NFC功能的移動娛樂可促進各種內容與服務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全球聯盟”（NFC World Alliance），以促進NFC技術在移動營銷上的應用。他們分別代表美國地區；歐洲、中東、非洲三地區和亞太地區。三家公司認為，在推動NFC在消費者中的普及方面，起主導作用的是廣告客戶，而非手機廠商和移動支付公司。

3 發展趨勢

3.1 向著高效率、低能耗和高安全性方向發展迅速

隨著全球互聯網的發展，特別是移動通信技術的發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，如調制與解調、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。各類技術發展雖各有側重，總體而言都向著高傳輸效率、低能耗和高安全性的方向發展。

如2012年發布的最新版本-藍牙4.0，其最大的特點就是低功耗（僅為傳統規格的1/10），此外，還具有成本低、3ms低延遲、超長連接距離等優勢。ZigBee聯盟于近日宣布新版 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、實現設備配對標準化，并簡化了消費者和定制安裝人員的安裝和維護作業。在2013年CES消費電子展上，Wi-Fi則通過實現更大范圍產品之間的連接，以支持各種多元化應用，包括家庭影院、智能能源、汽車和其他應用等，廣受業界好評。而資料的加密性則是廣泛用于移動支付的NFC技術最大的挑戰。

3.2 適用應用領域不同，技術融合趨勢凸顯

近年來，隨著各種無線傳輸技術的興起，許多人將其定義為競爭關系。但實際上，這些技術各有所長，也各有所短，這取決于他們所應用的領域。

比如在醫療領域，Wi-Fi由于功耗和功率都很強，需要經常充電，也會對一些醫療器材的一些干擾，所以一般而言它不太適用于醫療領域。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。在無線個域網應用中，Wi-Fi一般覆蓋范圍較大的，隨著天線加強或者增設熱點，覆蓋面積將會更廣。與NFC、藍牙技術的兩移動設備互聯互通在點對點（peer to peer）結構上有著巨大的區別。然而由于 Wi-Fi設備在通信中沒有使用跳頻等技術，雖然使用了加密協議但是還是存在被破解的隱患。ZigBee是對等（ad-hoc）、多跳的無線網格網絡標準，擴展性很好，可以在網絡不中斷的情況下增減節點。它的目標定位于現存的系統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閉。一般來說，Wi-Fi、ZigBee用于較長距離的網絡通信業務和電信業務，藍牙用于中短距離的通信，而NFC技術適用傳輸距離更短的場合。

無線行業的未來在于無線網絡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先無線行業廠商積極地開展技術創新

在短距離無線通信技術領域中的對于存在著明顯的互補關系的技術之間，與其單一的提高單一技術特性，不如考慮與其他技術的結合。

如，NFC與藍牙傳輸技術相比，由于NFC面向近距離交易，適用于交換財務信息或敏感的個人信息等重要私密數據；另一方面，藍牙技術能夠彌補 NFC技術通信距離不足的缺點，可以應用于較長距離的數據通信。因此，NFC技術和藍牙技術可以相互補充、共同存在。事實上，快捷輕型的NFC協議可以用于引導兩臺設備之間的藍牙配對過程，促進藍牙的使用。

3.3 產業聯盟推動作用顯著，發展需要產業鏈共同參與

新興的NFC技術被業界視為發展前景良好的近距離無線通信技術，然而，一種技術的應用推廣，除了技術本身完善且有明確的市場定位外，國際產業聯盟、產業鏈上下游廠商的推動作用是非常巨大的。

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

移動支付在智能終端和移動互聯網快速發展的背景下已成為新的支付形式，新興的NFC技術被寄予希望，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的支付產業，需要跨行業的參與者共同支持。目前存在的問題主要為：一是支持“NFC手機一卡通”業務的手機機型有限，擁有廣泛市場基礎的蘋果iPhone手機并不在支持范圍之內。二是統一技術標準姍姍來遲使得產業鏈上下游的生產商家持觀望態度。三是相應基礎設施的大規模投入和推廣成本如何分擔還是問題。離開任何一方，移動支付產業都只能跛足前行。回顧NFC市場歷程，銀聯、運營商一直試圖單槍匹馬挑起產業，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，大批初創公司也如雨后春筍般涌現出來，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域之一。由于現在的無線技術面對的挑戰已不僅限于本身，而是跨越了不同領域的技術，并不是每個進入者都有足夠的技術與資本解決這些問題，市場逐步會優勝劣汰，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用是否能達到一定的規模，當藍牙模塊價格足夠低的時候，才是藍牙大規模占有市場的時候。據了解，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，其更關注的是如何使利潤最大化，或者說綜合性成本，包括系統方案、可靠性等等，所以他們除了對產品價格在意之外，更愿意支付高性能高可靠性產品，所以方案供應商如果只靠一兩款低成本芯片將很難在市場上立足。而這一領域的初創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約創新性產品。這就導致這些初創公司往往沒有較持續的競爭優勢。

4 結語

近距離無線通信具有成本低、功耗低、網絡組建靈活等特點，在無線個人接入網中發揮著重要的作用。每一種無線通信技術的產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的產品在市場上共存的現象，存在交叉應用的競爭場面也不足為奇；但從細分的市場上分析，各種技術的定位有所區分的，但更多的是互補的關系。

新興技術的崛起帶給近距離無線通信領域更多的競爭和發展，但往往被業界看好的技術未必能發展普及為市場活躍者，除了自身技術和應用的局限之外，與國際產業聯盟的推廣、產業鏈上下游的參與和政府的主導有著密切的關系。

隨著低速近距離無線通信技術受到越來越多的關注，多種近距離通信技術廣泛的深入到醫療衛生、家庭自動化、工農業自動化及遠程控制等多個領域，并不斷改變著我們的生產和生活方式。

[參考文獻]

[1]李劼.姚遠.宋俊德.近距離無線通信技術的發展現狀與展望[J].移動通信.2008，6：5-9.

[2]徐林.短距離無線通信技術的研究與實現[D].南京理工大學，2003.

[3]短距離無線通信技術對比[J].電子技術應用.2011，3：16-17.

[4]凌志浩，周怡頲，鄭麗國.ZigBee無線通信技術及其應用研究[J].華東理工大學學報（自然科學版）.2006，7：801-805.

[5]楊輝.短距離無線通信技術的應用研究[D].中北大學.2010.