近距離無線通信技術現狀研究

趙磊等

【摘 要】技術是一個積累的過程，隨著積累的越來越多，發展也會越來越快。最近的幾十年，技術呈爆發性增長。在過去的10年，互聯網的浪潮影響了一代人，讓通信變得簡單，而如今，互聯網技術已逐步成熟，又有一種新的思維活躍了起來——物聯網。從邏輯上來看，物聯網是互聯網的延伸，從物與網絡相聯到萬物相聯，使萬物之間皆可通信。互聯網解決了遠距離的通信問題，但為了實現萬物相聯，近距離的通信也必不可少，因此，近距離通信技術也蓬勃發展，迎來了一個春天。

【關鍵詞】互聯網；物聯網；近距離通信

0 引言

物聯網在實現的過程中，面臨著許多的問題，首先，在越來越多的事物接入網絡后，產生的數據，必然會增加，而且增加的速度會越來越快，這時大數據的傳輸，大數據的分析是一個巨大的問題。其次，要想實現物聯網，除了與遠距離的事物進行通信，也要與身邊的事物進行通信，那么近距離通信必不可少。隨著通信和信息技術的不斷發展，短距離無線通信技術的應用步伐不斷加快，正日益走向成熟。一般意義上，只要通信收發雙方通過無線電波傳輸信息且傳輸距離限制在較短范圍（幾十米）以內，就可稱為短距離無線通信。目前我們所看到的短距離無線技術都有其立足的特點，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求；或著眼于功能的擴充性；或符合某些單一應用的特別要求；或建立競爭技術的差異化等，但是沒有一種技術可以完美到足以滿足所有的需求。

1 現有的主要近距離通信技術

1.1 藍牙技術

bluetooth技術是廣受業界關注的近距無線連接技術。藍牙（BluetoothR）：是一種無線技術標準，可實現固定設備、移動設備和樓宇個人域網之間的短距離數據交換（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波）。藍牙是基于數據包、有著主從架構的協議。一個主設備至多可和同一微微網中的七個從設備通訊。所有設備共享主設備的時鐘。分組交換基于主設備定義的、以312.5μs為間隔運行的基礎時鐘。兩個時鐘周期構成一個625？s的槽，兩個時間隙就構成了一個1250μs的縫隙對。在單槽封包的簡單情況下，主設備在雙數槽發送信息、單數槽接受信息。而從設備則正好相反。封包容量可長達1、3、或5個時間隙，但無論是哪種情況，主設備都會從雙數槽開始傳輸，從設備從單數槽開始傳輸。目前最新的藍牙4.2版本的數據傳輸速率可達到24Mbit/s。最大的射程約為100m.

1.2 Wi-Fi技術

Wi-Fi是一種高頻的無線電信號，是目前應用最為廣泛的無線通信技術，幾乎所有的智能手機，平板電腦，筆記本電腦都支持。無線保真即（WiFi）是通過無線電波來連網；常見的就是一個無線路由器，那么在這個無線路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以采用無線保真連接方式進行聯網，如果無線路由器連接了一條ADSL線路或者別的上網線路，則又被稱為熱點。無線網絡無線上網在大城市比較常用，雖然由無線保真技術傳輸的無線通信質量不是很好，數據安全性能比藍牙差一些，傳輸質量也有待改進，但傳輸速度非常快，可以達到54Mbps，符合個人和社會信息化的需求。無線保真最主要的優勢在于不需要布線，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要，并且由于發射信號功率低于100mw，低于手機發射功率，所以無線保真上網相對也是最安全健康的。。

1.3 IrDA技術

IrDA是一種利用紅外線進行點對點通信的技術，是第一個實現無線個人局域網（PAN）的技術。目前它的軟硬件技術都很成熟，在小型移動設備，如PDA、手機上廣泛使用。事實上，當今每一個出廠的PDA及許多手機、筆記本電腦、打印機等產品都支持IrDA。

IrDA的主要優點是無需申請頻率的使用權，因而紅外通信成本低廉。并且還具有移動通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點。此外，紅外線發射角度較小，傳輸上安全性高。 IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，兩個相互通信的設備之間必須對準，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術只能用于2臺（非多臺）設備之間的連接。而藍牙就沒有此限制，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題及提高數據傳輸率。

1.4 NFC技術

NFC是由Philips、NOKIA和Sony主推的一種類似于RFID（非接觸式射頻識別）的短距離無線通信技術標準。和RFID不同，NFC采用了雙向的識別和連接。在20cm距離內工作于13.56MHz頻率范圍。NFC最初僅僅是遙控識別和網絡技術的合并，但現在已發展成無線連接技術。它能快速自動地建立無線網絡，為蜂窩設備、藍牙設備、Wi-Fi設備提供一個“虛擬連接”，使電子設備可以在短距離范圍進行通訊。NFC的短距離交互大大簡化了整個認證識別過程，使電子設備間互相訪問更直接、更安全和更清楚，不用再聽到各種電子雜音。

NFC通過在單一設備上組合所有的身份識別應用和服務，幫助解決記憶多個密碼的麻煩，同時也保證了數據的安全保護。而NFC被置入接入點之后，只要將其中兩個靠近就可以實現交流，比配置Wi-Fi連結容易得多。目前在快捷支付方面顯露身手。

1.5 ZigBee技術

ZigBee主要應用在短距離范圍之內并且數據傳輸速率不高的各種電子設備之間。ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發展的通信方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來分享新發現的食物源的位置、距離和方向等信息。ZigBee同樣使用2.4 GHz波段，采用跳頻技術。與藍牙相比，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，當降低到28kb/s時，傳輸范圍可擴大到134m，并獲得更高的可靠性。另外，它可與254個節點聯網。可以比藍牙更好地支持游戲、消費電子、儀器和家庭自動化應用。在工業監控、傳感器網絡、家庭監控、安全系統和玩具等領域ZigBee的應用前景巨大。

1.6 UWB技術

超寬帶技術UWB是一種無線載波通信技術，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據，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，美國FCC對UWB的規定為：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、低復雜度發射/接收機實現高速數據傳輸，在近年來得到了迅速發展。它在非常寬的頻譜范圍內采用低功率脈沖傳送數據而不會對常規窄帶無線通信系統造成大的干擾，并可充分利用頻譜資源。基于UWB技術而構建的高速率數據收發機有著廣泛的用途。

UWB技術具有系統復雜度低，發射信號功率譜密度低，對信道衰落不敏感，低截獲能力，定位精度高等優點，尤其適用于室內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或無線個域網（WPAN）。UWB主要應用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達和圖像系統中。除此之外，這種新技術適用于對速率要求非常高（大于100 Mb/s）的LANs或PANs。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的優點使得UWB較適合家庭無線消費市場的需求：UWB尤其適合近距離內高速傳送大量多媒體數據以及可以穿透障礙物的突出優點，讓很多商業公司將其看作是一種很有前途的無線通信技術，應用于諸如將視頻信號從機頂盒無線傳送到數字電視等家庭場合。當然，UWB未來的前途還要取決于各種無線方案的技術發展、成本、用戶使用習慣和市場成熟度等多方面的因素。

隨著信息科學與技術的發展，人與人 ，物與人，物與物之間的通信會變得越來越簡單，但在目前，還沒有一種能滿足人們各方面需求的通信技術出現，不過這只是時間的問題。相信在不久的將來，能夠出現一種，數據傳輸又快，安全可靠，連接更為方便，耗能更低的技術。現在是數據的時代，哪種技術能滿足當前數據通信的各方面要求，那么在未來必會蓬勃發展。

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[責任編輯：曹明明]