物聯網短距離無線傳輸技術研究

范春輝

摘 要：物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，是指在人和環境融為一體的模式下，能夠在任何時間、任何地點、以任何方式進行信息的獲取與處理。在物聯網的多種技術體系中，短距離無線傳輸技術作為物聯網架構體系的主要技術支撐，發展非常迅速，應用范圍也在逐步擴大。文章介紹了其中常見的幾種短距無線傳輸技術，以期為其發展提供一定參考。

關鍵詞：物聯網；無線傳輸；短距離

隨著電子技術、計算機技術、通信技術和Internet技術的飛速發展，人們對信息隨時隨地獲取和交換的迫切需要，無線網絡逐漸走入人們的視野，在有線網絡技術已經發展成熟的今天，無線網絡具有巨大的潛力。為了滿足物聯網的應用需求，在技術、成本、可靠性、功耗及可實用性等各方面的綜合考慮下，短距離無線通信技術已成了物聯網中的主要技術[1]。

1 短距離無線傳輸技術

無線網絡應用廣泛，而在需要低功耗、較少量資料傳輸的家電控制、物件識別，大多才用短距離無線技術。從而促使射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）、藍牙、超寬頻（Ultra Wideband，UWB）ZigBee等技術應運而生。隨著物聯網的興起，各技術各有所長，以下對幾種技術進行分析[2]。

1.1 藍牙技術

藍牙是一種無線短距離傳輸技術標準，可實現語音和數據無線傳輸的全球開放性標準，能夠讓固定設備、移動設備的實現短距離數據的交換，其工作在2.4 GHz的頻段，是一種支持設備短距離通信（一般10 m內）的無線電技術。藍牙可連接多個設備，克服了數據同步的難題。

藍牙是基于數據包、有著主從架構的協議。藍牙應用跳頻技術，跳頻速率為1 600 次/s，將傳輸的數據分割成數據包，通過藍牙頻道分別傳輸數據包。主要優勢是：全球范圍使用，可同時傳輸語音和數據，支持多種設備，通過時分復用技術，一個藍牙設備可以同時與幾個不同的皮網保持同步，具有很強的抗干擾能力，可穿過墻壁和公文包傳輸數據，低功耗，體積小，便于集成，開放的接口標準，成本低[3]。

1.2 WiFi技術

WiFi是一種短距離無線傳輸技術，能允許電子設備在數百英尺范圍連接到一個無線局域網（Wireless Local Area Networks，WLAN）的技術，其工作在2.4 GHz頻段。WiFi的速度最高達54 Mbps。

WiFi技術傳輸的無線通信質量較低，數據安全性也有待提高，但在電波的覆蓋范圍方面和傳輸速度上比藍牙要略高一籌。其基本配備為無線網卡及無線訪問接入點（Access Point，AP），其架設費用和復雜程度遠遠低于傳統的有線網絡，這一技術的主要用于機場、酒店、商場等公共熱點場所。主要優勢：無線電波的覆蓋范圍廣，半徑可達100 m；傳輸速度非常快，符合個人和社會信息化的要求；進入該領域的門檻比較低，只要設置了“熱點”，由“熱點”發射出的電波可以達到100 m的范圍，用戶只要進入該區域內就可以接入，不必進行網絡布線接入，從而大大降低了成本[4]。

1.3 ZigBee技術

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，是一種短距離、架構簡單、低傳輸速率、低成本的無線通信技術，主要應用于遠程控制和自動控制方面，Zigbee技術可以嵌入到各種設備中。ZigBee采用跳頻技術，其工作在2.4 GHz頻段，具有16個信道，帶寬為250 k。它的基本速率是250 kb/s，適合傳感器數據的采集和控制數據的傳輸。另外，它可與很多個節點聯網。主要用于無線數據收集、家庭樓宇自動化、醫用設備控制、汽車自動化和遠程網絡控制等。

其主要優點：低速率，其工作在20～250 kb/s的速率，滿足低速率傳輸數據的應用需求；低成本，其使用免費頻段無需支付使用費用；低復雜度、低功耗、近距離且可擴展，相鄰節點間的傳輸范圍在10～100 m，高容量，其拓撲結構有片狀、星狀和網狀網絡，網絡中每個節點之間都可以互相進行數據傳輸，若干個節點可由一個主節點來進行管理，一個主節點最多可以管理254個子節點。工作頻段相對比較靈活，其工作頻段包含全球通用的2.4 GHz頻段，還有歐洲的868 MHz頻段和美國的915 MHz頻段[5]。

1.4 UWB技術

UWB是一種無線通信技術，采用持續時間極短的基帶脈沖來傳送信息，其原理是發送和接收脈沖間隔嚴格受控的高斯單周期超短時脈沖。UWB的帶寬極寬，包含了高達10.6 GHz的頻譜資源，這使得其適合于高速率無線傳輸應用。UWB技術的特點是高速率、大容量、低成本、低功耗，脈沖超寬頻不采用正弦波而直接進行調制，很大程度上降低了系統的復雜度，其功耗約為藍牙功率的1/20。安全性高，其發射功率小，而帶寬極寬，信號不易被截獲，穿透能力強，超寬帶基帶脈沖含有低頻分量，具有很強的穿透能力。UWB具有較大的處理增益；帶寬極寬在1 GHz至幾GHz；消耗電能小，其不使用載波，只發出瞬間脈沖電波；保密性好；發送功率小等[6]。

1.5 NFC技術

近場通信（Near Field Communication，NFC），又稱近距離無線通信，是一種設備之間進行非接觸式的點對點數據通信。NFC技術基于RFID射頻識別技術，采用主動和被動兩種讀取模式，在主動模式下，每臺設備要向另一臺發送數據時，都必須產生自己的射頻場，這也是點對點通信的模式；在被動模式下，NFC發起設備在整個通信過程中提供射頻場，將數據發送到另一臺設備，另一臺設備不必產生射頻場，此模式可以大幅度降低功耗。NFC工作頻率為13.56 MHz，距離在10 cm內。其傳輸速度一般有106 kbit/s、212 kbit/s和424 kbit/s 3種。其實際用于如大廈門禁、公交、手機支付、信用卡等領域內。endprint

1.6 RFID技術

RFID是一種非接觸的自動識別技術，又稱無線射頻識別，是一種無線通信技術，可自動識別特定目標并獲取相關數據，而無需特定目標與識別系統與之間建立接觸。其通過射頻信號自動辨識和追蹤目標，可快速地進行數據交換。識別無需人工，可以工作在各種環境中，識別距離可達幾十米。射頻一般是微波1～100 GHz，適用于短距離識別通信。

RFID主要由標簽、閱讀器、天線3部分組成，該系統的工作原理是當電子標簽進入磁場后，接收閱讀器發出射頻信號，憑借感應電流所取得的能量發送出產品信息（存儲在芯片中），或者由電子標簽主動發送某一頻率的信號；閱讀器讀取信息并進行解碼后，送到中央信息系統進行數據處理。

RFID技術的主要特點為：數據讀寫機能，形狀小型化和多樣化，耐環境性，可重復使用，穿透性強，數據的記憶容量大，應用領域廣，安全性能高[7]。

2 幾種短距離無線傳輸技術的應用

目前，RFID技術在業界受到越來越廣泛的關注，各大軟硬件廠商相繼投入大量的研究，主要應用領域包括：物流領域的倉庫管理、日用品銷售；運輸領域的集裝箱管理和包裝運輸，公路收費和車輛監控；農林牧漁領域的跟蹤定位；醫療領域的藥品生產、醫療垃圾跟蹤等。

藍牙具有功耗低及體積小的特性，因此它可以被集成到對數據傳輸速率要求不高的移動設備和便攜設備中。目前藍牙在手持移動設備短距離傳輸上還占很大的市場份額。

ZigBee技術由于其網絡可以便捷地為用戶提供無線數據傳輸功能，因此在物聯網、智能家居、工業控制等領域具有非常強的可應用性。

UWB由于抗干擾性能強，傳輸速率高，系統容量大，發送功率非常小，其應用主要在軍用和民用，在軍用方面主要用于雷達、無線內通系統、探測地雷等。在民用方面主要為地質勘探、汽車防沖撞傳感器、家電設備和便攜設備之間的無線通信等[8]。

3 結語

物聯網是一個非常龐大的網絡，覆蓋各行各業，其目的就是物物相連，實現許多超級智能化的應用。短距離無線通信網的出現和應用較好地適應了物聯網發展的需求，特別是在最近一兩年內以驚人的速度發展，各種相關技術層出不窮。以上幾種短距離無線傳輸技術具有不同的技術特點和適合應用范圍，至今還沒有哪一種技術能全面滿足用戶需求，所以還得繼續進一步優化和研究。

[參考文獻]

[1]方旭明.短距離無線與移動通信網絡[D].北京：人民郵電出版社，2004.

[2]劉化君.物聯網體系結構研究[J].中國新通信，2010（9）：17-21.

[3]章書勤.郭迪.肖明波.無線傳感器網絡數據傳輸及融合技術[J].現代電子技術，2009（18）：188-191.

[4]楊會彩，樊延虎，梁巧艷，等.RFID技術及其在ETC系統中的應用[J].現代電子技術，2008（15）：42-45.

[5]徐興梅，曹麗英，趙月玲，等.幾種短距離無線通信技術及應用[J].物聯網技術，2015（11）：101-102.

[6]王英洲，方旭明.短距離無線通信主要技術與應用[J].數據通信，2004（4）：53-56.

[7]張琪.幾種射頻通信技術的比較和應用[C].蘇州：2008射頻識別促進全球物流供應鏈透明化論壇技術文集，2008.

[8]百度文庫.RFID系統簡介[EB/OL].（2012-06-10）[2017-10-10].https：//wenku.baidu.com/view/dc8d48d0195f312b3169a59d.html.endprint