徐興梅++曹麗英++趙月玲++劉茹

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展帶動了短距離無線通信技術的快速發(fā)展。文中詳細介紹了RFID、藍牙、ZigBee、超寬帶等幾種短距離無線通信技術及其應用領域。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；射頻識別；藍牙；ZigBee；超寬帶

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）11-0-02

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)技術的出現(xiàn)，將信息互通的方式從H2H（Human to Human）擴展至M2M（Machine to Machine），是一種新的通過物物互聯(lián)來實現(xiàn)感知世界的技術手段，開辟了信息化的新途徑[1]。近年來，電子技術的發(fā)展產(chǎn)生了越來越多的便攜式個人通訊設備和家用電器，人們希望實現(xiàn)各種電子產(chǎn)品和其他設備之間的信息交互。通過一個小型的、短距離的無線網(wǎng)絡可以實現(xiàn)在任何時間、任何地點與任何人進行通信，從而促使RFID、藍牙、ZigBee、UWB等技術應運而生。短距離無線通信技術作為物聯(lián)網(wǎng)架構體系的主要支撐技術得到了迅猛的發(fā)展，應用范圍逐步擴大[2]。

1 幾種短距離無線通信技術

短距離無線通信不存在一個嚴格的定義，它的范圍很廣泛，通過無線電波傳輸信息的通信雙方傳輸距離限制在較小范圍內(nèi)，就可以稱為短距離無線通信[3]，它主要關注建立局部范圍內(nèi)臨時性的物聯(lián)網(wǎng)通信。短距離無線通信技術有三個顯著特點：第一個特點是低成本，工作頻率是免付費的ISM頻段；第二個特點是低功耗，無線發(fā)射器的發(fā)射功率一般在100 mW以內(nèi)；第三個特點是對等通信，通信距離大多在幾十米或上百米之內(nèi)。

目前，射頻識別（RFID）技術、藍牙（Bluetooth）技術、ZigBee技術、超寬帶（UWB）技術已被廣泛應用在短距離無線通信技術中。

1.1 射頻識別（RFID）技術

射頻識別（RFID）技術是一種無需直接接觸的自動識別技術，它是采用無線射頻技術對物體對象進行非接觸式操作，并能夠自動識別的無線通信系統(tǒng)[4]。標簽、讀寫器、天線三部分構成一個最基本的RFID系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理是標簽與讀寫器之間發(fā)送具有空間耦合、傳輸特性的射頻信號，通過天線完成對物品的自動識別。

RFID技術的主要特點為：自動讀取，實時顯示，簡單方便，應用領域廣，安全性能高。

1.2 藍牙（Bluetooth）技術

藍牙技術是一種低功率短距離的無線連接技術標準，該技術采用較低的成本完成設備間的無線通信，天線單元、鏈路控制單元、鏈路管理單元和軟件單元四部分組成一個藍牙系統(tǒng)[5，6]。藍牙技術的實質(zhì)是要建立一個通用的無線電空中接口和控制軟件的統(tǒng)一標準，使得通信技術和計算機技術完美結(jié)合，在沒有電纜連接的情況下，不同廠家生產(chǎn)的便攜式設備可以在短距離范圍內(nèi)擁有互相通信的功能。藍牙技術的出現(xiàn)推動和拓展了無線通信的應用領域。

藍牙技術的主要特點是：低功率，低成本，工作頻段為全球通用的2.4 GHz，可同時傳輸音頻和數(shù)據(jù)，具有很好的抗干擾能力。

1.3 ZigBee技術

ZigBee技術是一種新興的短距離、低速率、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡技術，是一種介于無線標記技術和藍牙技術之間的技術提案，該技術依據(jù)的研發(fā)標準是IEEE802.15.4無線標準[7，8]。ZigBee技術主要應用在短距離范圍內(nèi)且數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的電子設備之間，通過多個ZigBee節(jié)點的部署，建立一個無線傳感器網(wǎng)絡，達到數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)哪康摹?/p>

ZigBee技術特點：數(shù)據(jù)傳輸速率低，為20～250 kb/s，功耗低、成本低、網(wǎng)絡容量大，每個ZigBee設備最多可與254個設備相連接，組成一個具有255個節(jié)點的ZigBee網(wǎng)絡，覆蓋10～75 m的范圍，基本上可以覆蓋一般的家庭或辦公室環(huán)境，工作頻段相對比較靈活，不僅可以使用全球通用的2.4 GHz頻段，還可以使用歐洲的868 MHz頻段和美國的915 MHz頻段。

1.4 超寬帶（UWB）技術

超寬帶（UWB）技術是一種使用極窄脈沖方式完成無線發(fā)射和接收的特殊技術，它的獨特之處在于徹底摒棄了普通無線收發(fā)中必須采用載波調(diào)制的傳統(tǒng)技術手段，成為一種在時域中直接操作的無線技術，打破了傳統(tǒng)無線通信技術高速度、低成本和低功耗不可兼得的兩難問題。鑒于該技術的眾多優(yōu)點，使得它很好的應用在成像系統(tǒng)、車載雷達系統(tǒng)、通信與測量系統(tǒng)。依據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）的規(guī)定，UWB通信系統(tǒng)可使用3.1～10.6 GHz的頻段，在10 m范圍內(nèi)，信號傳輸速率達到500 Mb/s。

UWB技術的顯著特點是傳輸速度快，保密性強，兼容性好，定位精準，體積小，功耗低，系統(tǒng)結(jié)構易于實現(xiàn)，適合短距離通信[9]。

2 應用領域

目前，RFID技術得到了業(yè)界越來越廣泛的關注，全球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(jiān)控；農(nóng)林牧漁領域的跟蹤定位[10]；醫(yī)療領域的藥品生產(chǎn)、醫(yī)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(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的移動設備和便攜設備中。主要應用領域包括：家用無線聯(lián)網(wǎng)、移動辦公和會議聯(lián)網(wǎng)、個人局域網(wǎng)、Internet接入服務、移動電子商務等。

ZigBee技術應用領域主要包括智能家居、工業(yè)與環(huán)境控制、醫(yī)療看護等行業(yè)中的低速率無線通信，具體包括：家庭安全智能控制、工業(yè)控制、公共場所的煙霧探測、農(nóng)業(yè)領域的信息采集及傳輸[11]、醫(yī)療部門的實時監(jiān)測與治療等。

UWB技術最初被應用在軍事方面，后來拓展到民用領域，具有很好的商業(yè)價值。主要包括兩方面技術，一方面是高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩叹嚯x無線通信技術；一方面是精確測距、定位、成像等的無線探測技術。具體的應用領域包括：短距離高速無線多媒體智能網(wǎng)絡、智能交通系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡和智能環(huán)境、工程探測和救援、軍事領域等，超寬帶具有很寬的帶寬、低功耗，它可以與其他應用程序共存。因此，在無線通信領域，超寬帶技術是一項非常有前途的技術。

3 結(jié) 語

短距離無線通信技術的飛速發(fā)展，助推了物聯(lián)網(wǎng)的普及速度，RFID、藍牙、ZigBee、UWB等技術分別具有不同的優(yōu)缺點，可適用于不同的物聯(lián)網(wǎng)應用場景，它們相互之間是一個完美的補充。短距離無線通信技術將朝著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向不斷努力，發(fā)揮其在各個層面上的作用，為打造智慧城市、建立智慧地球服務。

參考文獻

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