近距离无线通信技术现状研究

赵磊等

【摘 要】技术是一个积累的过程，随着积累的越来越多，发展也会越来越快。最近的几十年，技术呈爆发性增长。在过去的10年，互联网的浪潮影响了一代人，让通信变得简单，而如今，互联网技术已逐步成熟，又有一种新的思维活跃了起来——物联网。从逻辑上来看，物联网是互联网的延伸，从物与网络相联到万物相联，使万物之间皆可通信。互联网解决了远距离的通信问题，但为了实现万物相联，近距离的通信也必不可少，因此，近距离通信技术也蓬勃发展，迎来了一个春天。

【关键词】互联网；物联网；近距离通信

0 引言

物联网在实现的过程中，面临着许多的问题，首先，在越来越多的事物接入网络后，产生的数据，必然会增加，而且增加的速度会越来越快，这时大数据的传输，大数据的分析是一个巨大的问题。其次，要想实现物联网，除了与远距离的事物进行通信，也要与身边的事物进行通信，那么近距离通信必不可少。随着通信和信息技术的不断发展，短距离无线通信技术的应用步伐不断加快，正日益走向成熟。一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息且传输距离限制在较短范围（几十米）以内，就可称为短距离无线通信。目前我们所看到的短距离无线技术都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；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，但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的需求。

1 现有的主要近距离通信技术

1.1 蓝牙技术

bluetooth技术是广受业界关注的近距无线连接技术。蓝牙（BluetoothR）：是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）。蓝牙是基于数据包、有着主从架构的协议。一个主设备至多可和同一微微网中的七个从设备通讯。所有设备共享主设备的时钟。分组交换基于主设备定义的、以312.5μs为间隔运行的基础时钟。两个时钟周期构成一个625？s的槽，两个时间隙就构成了一个1250μs的缝隙对。在单槽封包的简单情况下，主设备在双数槽发送信息、单数槽接受信息。而从设备则正好相反。封包容量可长达1、3、或5个时间隙，但无论是哪种情况，主设备都会从双数槽开始传输，从设备从单数槽开始传输。目前最新的蓝牙4.2版本的数据传输速率可达到24Mbit/s。最大的射程约为100m.

1.2 Wi-Fi技术

Wi-Fi是一种高频的无线电信号，是目前应用最为广泛的无线通信技术，几乎所有的智能手机，平板电脑，笔记本电脑都支持。无线保真即（WiFi）是通过无线电波来连网；常见的就是一个无线路由器，那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用无线保真连接方式进行联网，如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路，则又被称为热点。无线网络无线上网在大城市比较常用，虽然由无线保真技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。无线保真最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，并且由于发射信号功率低于100mw，低于手机发射功率，所以无线保真上网相对也是最安全健康的。。

1.3 IrDA技术

IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网（PAN）的技术。目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如PDA、手机上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。

IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。 IrDA的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2台（非多台）设备之间的连接。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。

1.4 NFC技术

NFC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，不用再听到各种电子杂音。

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。而NFC被置入接入点之后，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。目前在快捷支付方面显露身手。

1.5 ZigBee技术

ZigBee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。ZigBee同样使用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。在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域ZigBee的应用前景巨大。

1.6 UWB技术

超宽带技术UWB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。UWB可在非常宽的带宽上传输信号，美国FCC对UWB的规定为：在3.1～10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。由于UWB可以利用低功耗、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UWB技术而构建的高速率数据收发机有着广泛的用途。

UWB技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或无线个域网（WPAN）。UWB主要应用在小范围、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LANs或PANs。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的优点使得UWB较适合家庭无线消费市场的需求：UWB尤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，UWB未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。

随着信息科学与技术的发展，人与人 ，物与人，物与物之间的通信会变得越来越简单，但在目前，还没有一种能满足人们各方面需求的通信技术出现，不过这只是时间的问题。相信在不久的将来，能够出现一种，数据传输又快，安全可靠，连接更为方便，耗能更低的技术。现在是数据的时代，哪种技术能满足当前数据通信的各方面要求，那么在未来必会蓬勃发展。

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[责任编辑：曹明明]