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1、物联网中的几种短距离无线传输技术浅析谢力（成都职业技术学院四川成都610041 ）摘要：在物联网的多种技术体系中，短距离无线传输技术是其中的关键技术之一，发展非常迅速。本 文介绍了其中常见的几种短距无线传输技术，从物联网应用的角度分析了各自的优劣，并对其在建筑智能 化系统中的应用前景进行了探索性的思考。关键词：物联网关键技术短距无线传输Abstract: In a variety of technical system of Internet of things,the short-range wirelesstransmission technology is one of the key
2、technologies, developing very rapidly. This article describes their merits of several commonshort-range wireless transmission technology, possible future applications from the point of view, and the future applications in intelligent building system of exploratory thinking.Key words: Internet of Thi
3、ngs key technology short-range wireless transmission一、物联网技术1、物联网概念当我们还没有真正理解物联网是什么的时候，在我们的身边已悄然涌现出许许多多的应用案例。大到对江河湖泊的水环境监测与智能化治理，小到对监狱在押人员的定位与精细化管理，物联网离我们越来越近。物联网从狭义的角度看，只要是物与物之间通过通信网络连接而成的网络，不论是否 接入互联网，都应算是物联网的范畴。从广义角度看，物联网不仅局限于物与物之间的信息传递，还会形成物与人之间畅通无阻的信息交换，形成泛在网络。物联网的英文缩写为"The Internet of Thin
4、gs "。这包含了两层意思：第一，物联网 的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间、物品与人之间，进行信息交换和通信。目前较为公认的物联网的定义是：通过 RFID（射频识别）、红外感应器、全球定位系统、 激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。2、物联网的层次物联网的技术核心为C3SD （控制系统、计算系统、通讯系统、感知系统和数据海）。从技术上来说，物联网可以分为三层：传感层、通信层和应用层。在传感层中，有各式各
5、样的 传感器来感知我们生活中的温度、湿度、位移、工业数据、人员信息等，并具有各种类型的 执行器进行控制操作。在通信层中，需要将这些数据和信息进行安全可靠地通信和传输，除了有线传输，就是无线传输，在无线传输系统中，短距离无线传输技术成为了物联网技术中 的一个重要分支。在应用层中，要对海量的各种物品和人员的数据进行收集、整理、分析、 运用，从而形成各行业、各领域的丰富多彩的应用。3、物联网中的关键技术基于物联网的层次结构，基于物联网可以预见的未来的大量应用，在传感领域、传输领域和应用领域都将涌现出许许多多的新技术、新产品和产业化成果。 就目前来看，物联网中的关键技术主要包括：高速大容量RFID、微
6、小传感器、超薄二维条码、短距无线传输、IPv6、 云计算、云存储、云服务等一批关键技术。无线传感器网络技术是物联网的核心技术之一。二、物联网中的通信技术物联网的通信层担负着极其重要的信息传递、交换和传输的重任，目前是通信、计算机和自动化等领域一个新兴的研究热点，它必须能够可靠地、 实时地采集覆盖区中的各种信息并进行处理，处理后的信息可通过有线或无线方式发送给远端。众所周之，统一的技术标准加速了互联网的发展，这包括在全球范围进行传输的互联网通信协议TCP/IP协议，路由器协议，终端的构架与操作系统等。因此，我们可以在世界上的任何一个角落，使用任一台电脑连接到互联网中去，很方便的实现电脑互联。而物
7、联网的规模和终端的形式都在互联网的基础上有了一个很大的发展和延伸，联结的物体数量更多，终端的软硬件结构形式和智能化程度更加复杂多变。互联网的TCP/IP方式(包括IPv6 )、MPLS移动3G卫星通信等通信技术将会在物联网的信息通信传输中扮演重 要的角色，但是，在互联网向着物物相连迈进的最后的接入系统中，短距离无线传输技术将成为物联网通信技术中的关键技术分支之一。三、短距离无线传输技术目前使用较广泛的近距无线通信技术是无线局域网802.11(Wi-Fi)、超宽频UWB(UltraWide Band)、ZigBee、短距通信(NFC)等。它们都各自具有其应用上的特点，在传输速度、 距离、耗电量等
8、方面的要求不同，或着眼于功能的扩充性，或符合某些单一应用的特别要求， 或建立竞争技术的差异化等。但是还没有一种技术可以完美到足以满足物联网的所有需求。1、Wi-Fi 技术Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真)是一种无线通信协议(IEEE802.11b ), Wi-Fi的传输速率最高可达11Mb/s,虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在无线电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100 m左右。Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内， 就能以最高约11Mb/s的速率接入互联网。实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入， 带宽将被多个
9、用户分享，Wi-Fi的连接速度会降低到只有几百kb/s，另外，Wi-Fi的信号一般不受墙壁阻隔的影响，但在建筑物内的有效传输距离要小于户外。最初的IEEE802.11规范是在1997年提出的，称为 802.11b，主要目的是提供 WLA版 入，也是目前 WLAN勺主要技术标准，它的工作频率是2.4GHz,与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。随着Wi-Fi协议新版本如802.11a和802.11g的先后推出，Wi-Fi的应用将越来越广泛。速度更快的 802.11g使用与802.11b相同的正交 频分多路复用调制技术，它也工作在2.4GHz频段，速率达54Mb/s。根据
10、最新的发展趋势判断，802.11g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。微软推出的桌面操 作系统 Windows XP和嵌入式操作系统 Windows CE,都包含了对 Wi-Fi的支持。2、UW豉术超宽带技术UWB Ultra Wideband)是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而 是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UW叨在非常宽的带宽上传输信号，美国FCC对UWB勺规定为：在3.110.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。由于UW刖以利用低功耗、低复杂度发射/接收机实现高速数据 传输，在近年来得到了迅速发展。它在非常宽的频谱范围内采
11、用低功率脉冲传送数据而不会对常规窄带无线通信系统造成大的干扰，并可充分利用频谱资源。基于UW殷术而构建的高速率数据收发机有着广泛的用途。UWE术具有系统复杂度低， 发射信号功率谱密度低， 对信道衰落不敏感，低截获能力， 定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入，非常适于建立一个高效的无线局域网(WLAN或无线个域网(WPAN)3、ZigBee 技术ZigBee主要应用在短距离并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee联盟成立于 2001 年 8 月。2002 年下半年，Invensys、Mitsubishi 、Motorola 以及 Philips 半导体 公司四
12、大巨头共同宣布加盟 ZigBee联盟，以研发名为ZigBee的下一代无线通信标准。所有 这些公司都参加了负责开发 ZigBee物理和媒体控制层技术标准的 IEEE 802.15.4工作组。ZigBee联盟负责制定网络层以上协议。目前，标准制订工作已完成。ZigBee协议比蓝牙、高速率个人区域网或802.11x无线局域网更简单实用。ZigBee可以说是蓝牙的同族兄弟，它使用 2.4 GHz波段，采用跳频技术。与蓝牙相比， ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。 它的基本速率是 250kb/s ,当降低到28kb/s 时，传输范围可扩大到134m并获得更高的可靠性。另外，它可与 254个
13、节点联网，可以比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。ZigBee技术特点主要包括以下几个部分：(1) 数据传输速率低。只有10kb/s250kb/s ,专注于低速率传输应用。(2) 功耗低。在待机模式下，两节普通5号干电池可使用 6个月以上，这也是 ZigBee的一个独特优势。(3) 成本低。因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；积极投入ZigBee开发的Motorola以及Philips ，均已推出应用芯片。据 Philips 估计，应用于主机端的芯片成本和其它终端产品的成本比蓝牙更具价格竞争力。（4）网络容量大。每个ZigBee网络最多可以支持 25
14、5个设备，也就是说每个ZigBee 设备可以与另外254台设备相连接。（5） 有效范围小。有效覆盖范围1075m之间，具体依据实际发射功率的大小和 各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。（6）工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz、868MHz （欧洲I）及915MHz（美国），均为免执照频段。4、NFO术NFC（ Near Field Communication ，近距离无线传输）是由 Philips、NOKIA和 Sony 主 推的一种类似于 RFID（非接触式射频识别）的短距离无线通信技术标准。和 RFID不同，NFC 采用了双向的识别和连接，在 20cm距离
15、内工作于13.56MHz频率范围。NFC最初仅仅是遥控识别和网络技术的合并，但现在已发展成无线连接技术。它能快速 自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、Wi-Fi设备提供一个“虚拟连接”，使电子设备可以在短距离范围进行通讯。NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚。NFC通过在单一设备上组合所有的身份识别应用和服务，帮助解决记忆多个密码的麻 烦，同时也保证了数据的安全保护。有了NFC多个设备如数码相机、PDA机顶盒、电脑、手机等之间的无线互连，彼此交换数据或服务都将有可能实现。此外NFC还可以将其它类型无线通讯 （如Wi-Fi和蓝牙）“加速”
16、，实现更快和更远距离 的数据传输。每个电子设备都有自己的专用应用菜单，而NFC可以创建快速安全的连接，并且无需在众多接口的菜单中进行选择。与知名的蓝牙等短距离无线通讯标准不同的是，NFC的作用距离进一步缩短且不像蓝牙那样需要有对应的加密设备。同样，构建Wi-Fi家族无线网络需要多台具有无线网卡的电脑、打印机和其它设备。除此之外，还得有一定技术的专业人员才能胜任这一工作。而NFC置入接入点之后，只要将其中两个靠近就可以实现交流，比配置 Wi-Fi连结容易得多。四、可能的应用前景1、Wi-Fi的应用WLAN未来最具潜力的应用将主要在SOHO家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。Wi-Fi技术
17、可将Wi-Fi与基于XMM Java的Web服务融合起来，可以大幅度减少企 业的成本。例如企业选择在每一层楼或每一个部门配备802.11b的接入点，而不是采用电缆线把整幢建筑物连接起来，这样一来，可以节省大量铺设电缆所需花费的资金。目前这一技术的用户主要来自机场、酒店、商场等公共热点场所。2、UWB勺应用UW曲要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。 除此之外，这种新技术适用于对速率要求非常高（大于100 Mb/s）的局域网（LAN）或个域网（PAN）。UWB最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网（WPANo现有的无线通信方式，802.11b和蓝牙的速
18、率太慢，不适合传输视频数据；54 Mb/s速率的802.11a标准可以处理视频数据，但费用昂贵。而 UWEW可能在10 m范围内，支持高达 110 Mb/s的数据 传输率，不需要压缩数据，可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的优点使得 UW散适合家庭无线消费市场的需 求：UW洗其适合近距离内高速传送大量多媒体数据以及可以穿透障碍物的突出优点，让很 多商业公司将其看作是一种很有前途的无线通信技术，应用于诸如将视频信号从机顶盒无线传送到数字电视等家庭场合。当然，UWBM来的前途还要取决于各种无线方案的技术发展、成本、用户使用习惯和市场成熟度等多方面的因素。3
19、、ZigBee技术的应用根据ZigBee联盟目前的设想，ZigBee将会在安防监控系统、传感器网络、家庭监控、 身份识别系统和楼宇智能控制系统等领域拓展应用。另外，ZigBee的目标市场主要还有 PC外设（鼠标、键盘、游戏操控杆）、消费类电子 设备（TV、VCR CD VCD DVD等设备上的遥控装置）、家庭内智能控制（照明、煤气计量 控制及报警等）、玩具（电子宠物）、医护（监视器和传感器）、工控（监视器、传感器和自 动控制设备）等非常广阔的领域。4、NFC支术的应用NFC有三种应用类型：（1） 设备连接。除了无线局域网，NFC也可以简化蓝牙连接。比如，手提电脑用户如果想在机场上网，他只需要走
20、近一个Wi-Fi热点即可实现。（2） 实时预定。比如，海报或展览信息背后贴有特定芯片，利用含NFC协议的手 机或PDA便能取得详细信息，或是立即联机使用信用卡进行门票购买。而且，这些芯片无需独立的能源。（3）移动商务。飞利浦 Mifare技术支持了世界上几个大型交通系统及在银行业 为客户提供Visa卡等各种服务。索尼的 FeliCa非接触智能卡技术产品在中国香港及深圳、 新加坡、日本的市场占有率非常高，主要应用在交通及金融机构。这项新技术正在改写无线网络连接的游戏规则，但NFC的目标并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi等其他无线技术，而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。总而言之，随着物联网技术和应用的不断发展，短距离无线通信技术将会迎来前所未有的大发展，其在建筑智能化系统中的应用也将会呈现暴发性的增长。集中攻关Wi-Fi、UWBZigbee、NFC高频RFID等核心技术，研制相关接口、接入网关设备，着力形成短距离无线 通信模块化产品，并推动接口和设计的标准化工作将是未来创新工作的重点。