楊靜

摘要：短距離通信技術已成為物聯(lián)網(wǎng)架構體系的主要通信技術，其發(fā)展迅速且應用范圍正不斷擴大。文章簡單闡述了短距離無線通信技術的概念及特征，介紹了UWB，Bluetooth及ZigBee等短距離無線通信技術，對比了不同短距離無線通信技術的優(yōu)勢和應用領域，最后探討了短距離無線通信技術的應用。

關鍵詞：無線通信技術；短距離；ZigBee

近些年來，隨著電子技術的快速發(fā)展，各種便攜式通訊設備及家用電器越來越多，人們也越來越希望能有一種可使各電子產(chǎn)品與其他設備進行信息交互的產(chǎn)品。由此，短距離無線通信技術應運而生。短距離無線通信技術打破了時間及空間的限制，可實現(xiàn)任意時間、任意地點與任意人進行通信，有效促進了通訊行業(yè)的進一步發(fā)展。因此，對短距離無線通信技術進行對比研究有著十分重大的實際意義。

1 短距離無線通信技術

1.1 短距離無線通信技術概念

短距離無線通信，即通信范圍不超過100米的無線通信。短距離無線通信技術集半導體連接傳輸技術、計算機網(wǎng)絡電子技術及無線通信技術于一體而形成了一種數(shù)據(jù)數(shù)碼型通信技術。短距離無線通信的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可超過100Mbit/s，被稱作高速短距離無線通信技術。另有低速短距離無線通信技術，其數(shù)據(jù)傳輸速率不超過1Mbit/s。隨著局域網(wǎng)的發(fā)展和普及，短距離無線通信技術也呈現(xiàn)出多元化及多樣化的特征，現(xiàn)使用較多且較為普及的短距離無線通信技術主要有IrDA，Bluetooth，ZigBee，UWB等，這些技術支撐著短距離無線通信技術的發(fā)展。

1.2 短距離無線通信技術特征

近些年來，短距離無線通信技術更是走進了人們的日常生活，為人們的生活提供了更加方便、快捷的通信方式，并逐步成為人類社會的主要通信方式。短距離無線通信技術的特征主要體現(xiàn)在以下方面：

第一，就字面意思而言，短距離無線通信技術是利用2個電子設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的短距離傳輸，因此其并不需要利用線路設備來連接各電子設備，應用起來相對方便快捷。

第二，短距離無線通信技術可利用對數(shù)據(jù)傳輸范圍、傳輸距離及帶寬的控制以控制通信技術的成本，從而滿足各階層用戶的不同需求。

第三，短距離無線通信技術擁有加密功能，可在使用的過程當中實現(xiàn)用戶信息加密處理，從而有效保護用戶的私密信息，進而提高信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

雖然短距離通信技術具有以上多種特征和優(yōu)勢，但以上特征是將短距離無線通信技術的主要技術進行綜合后所總結的特征，受技術研究限制，現(xiàn)還未發(fā)現(xiàn)有哪種單獨的無線通信技術同時擁有以上所有特征。

2 幾種主要的短距離無線通信技術

2.1 UWB技術

UWB技術，全稱“Ultra Wide Band"，即超寬帶技術。根據(jù)FCC（美國聯(lián)邦通信委員會）的相關規(guī)定，UWB通信系統(tǒng)所使用的頻段為3.1～10.6GHz。在不超過10m的范圍，UWB技術的信息傳輸速率可達500Mb/s以上。UWB技術的功率非常小，一般來說，其功率通常為20mW，頻譜范圍可達7.5GHz，速率最高超過500Mbit/s。另UWB技術可直接調(diào)制沖擊脈，從而有效彌補了傳統(tǒng)無線通信技術需將信號傳輸至基帶再實現(xiàn)載波調(diào)節(jié)的不足，因此在實際應用當中，利用UWB技術所建立的無線通信技術擁有強大的帶寬。通常情況下，利用UWB技術所建立的系統(tǒng)其帶寬最高可達2GHz，甚至更寬。UWB技術的工作原理主要是利用對應時間發(fā)射低功率沖擊脈而完成的，因此uWB技術受外界干擾較少，信號相對清晰。

UWB技術的優(yōu)勢主要是傳輸速度快、強保密性和兼容性、可準確定位、功耗低、體積小，且其系統(tǒng)結構簡單易于實現(xiàn)，非常適用于短距離通信。

2.2 Bluetooth4k術

Bluetooth，即藍牙，Bluetooth技術源于1994年的愛立信公司。通常情況下，Bluetooth技術的接收范圍不超過10m，但經(jīng)過改造之后，其傳輸范圍可擴至100m，從而形成一個臨時的對等連接。Bluetooth技術的應用主要是利用內(nèi)部一塊8X8mm2的芯片來實現(xiàn)短距離射頻連接。一般來說，其頻段可達2.4GHz。Bluetooth技術在實際應用當中主要由一個主設備及多個從設備共同組成。Bluetooth技術的組網(wǎng)方式主要有兩種：一種是微微網(wǎng)，另一種是散射網(wǎng)。其中微微網(wǎng)是Bluetooth技術的最基本信息網(wǎng)絡形式。在微微網(wǎng)當中，各個設備都可通過所連接的藍牙設備來實現(xiàn)主信道的共享，但微微網(wǎng)當中最多可有7個設備與一個藍牙設備相連接。而散射網(wǎng)則是由多個微微網(wǎng)共同組成。散射網(wǎng)當中的藍牙設備既可以是某個微微網(wǎng)的主設備，同時也可以是另一個微微網(wǎng)的從設備，因此根據(jù)不同的跳頻序列，每個微微網(wǎng)都可獨立出來，而依照時間順序，每個藍牙設備都可參與不同的微微網(wǎng)。

Bluetooth技術的優(yōu)勢主要是成本低、功率低。雖然Bluetooth技術只能使用2.4GHz這一單一頻段，但其仍可實現(xiàn)較大功能，利用Bluetooth技術可實現(xiàn)音頻及數(shù)據(jù)的同時傳輸，且其抗干擾能力非常強。

2.3 ZigBee技術

ZigBee技術是一種基于IEEE802.15.4標準的局域網(wǎng)協(xié)議，其功耗大小較低。ZigBee技術的原理源于蜜蜂的‘‘八字舞”，蜜蜂在采蜜時通過飛翔和翅膀抖動將所得到的花粉信息傳遞給同伴，ZigBee技術就是依照這一原理而形成的，因此ZigBee技術也被稱為“紫蜂協(xié)議”。ZigBee技術主要應用于遠程控制和自動控制領域。ZigBee技術的傳輸速率雖然較低，但其反應速度非常陜，通常只需幾毫秒便可迅速將設備自休眠狀態(tài)轉為工作狀態(tài)。另其安裝、維修成本較低，且功率低、時延短，具有高網(wǎng)絡容量及安全性，此外穩(wěn)定性也比較高。因此，總體來說，相對其他短距離無線通信技術而言，ZigBee技術是一種較為便宜的通訊技術。

ZigBee技術的主要特點是傳輸速率低，通常保持在20～25kb/s，功耗低、網(wǎng)絡容量大而成本低。據(jù)相關研究表明，每一個ZigBee設備與其他設備相連接的個數(shù)最高可達254，從而使得每個ZigBee網(wǎng)絡最高可擁有255個節(jié)點，另其覆蓋范圍可達10～75m，普通家庭或辦公環(huán)境都可利用ZigBee技術實現(xiàn)無線通信。此外，ZigBee技術所使用的頻段相對靈活，其不但可利用2.4GHz這一全球通用頻段，而且還可使用歐洲的868GHz頻段及美國的915MHz頻段。

3 各種短距離無線通信技術的比較

UWB技術、Bluetooth技術及ZigBee技術是目前使用較為普遍的短距離無線通信技術，三者的空間容量具體如表1所示。

由表1可以看出，UWB技術的空間容量相對較大，其可實現(xiàn)短距離超高速信息傳輸，從而取代現(xiàn)有的有線通信技術，如雙絞線及光纖。Bluetooth技術的空間容量最小。就Bluetooth技術協(xié)議而言，因相鄰微微網(wǎng)可相互聯(lián)系而形成散射網(wǎng)，因此從理論上來說，利用Bluetooth技術所組成的微微網(wǎng)無個數(shù)限制，但受微微網(wǎng)組網(wǎng)方式和內(nèi)部寬帶寬度限制，實際上，微微網(wǎng)的個數(shù)是有一定限制的，因此，Bluetooth技術只能應于PAN范圍內(nèi)，其傳輸速度相對較低。ZigBee技術的空間容量在三者當中相對居中。

4 短距離無線通信技術的應用

短距離無線通信技術的應用范圍越來越廣，應用領域也越來越多，在各行各業(yè)基本都可見到短距離無線通信技術的身影。由于不同短距離無線通信技術的優(yōu)勢有所不同，因此其重點應用范圍也有所不同。

UWB技術的傳輸速率高，同時還可精確測距，實現(xiàn)準確定位，并具有成像等無線探測技術，在實際應用當中為信息的交互提供了更多的便利。UWB技術最初主要應用于軍事方面，隨著短距離無線通信技術的不斷普及，UWB技術的應用逐步拓展至民用領域，且為民用領域創(chuàng)造了良好的商業(yè)價值。UWB技術的主要應用領域有：軍事領域、工程探測與救援、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)境等。UWB技術的帶寬高、功耗低，且可共存于多種應用程序，是一種具有廣闊發(fā)展前景的短距離無線通信技術。

Bluetooth技術的體積小、功耗低，且可與各種移動設備及便攜式設備相互集成，實現(xiàn)各通信設備的短距離連接。但因其傳輸速率及傳輸距離的限制，所以其應用范圍也存在一定局限性。Bluetooth技術的主要應用領域有：家用無線網(wǎng)絡、移動辦公、會議聯(lián)網(wǎng)、個人局域網(wǎng)、Internet接入服務及移動電子商務等。

ZigBee技術的應用領域其傳輸速率相對較低，主要有智能家居、工業(yè)及環(huán)境控制、醫(yī)療看護等，具體有家庭安全智能控制、工業(yè)控制、煙霧探測、農(nóng)業(yè)信息采集和傳輸、醫(yī)療監(jiān)測與治療等。

5 結語

文章主要介紹了UWB，Bluetooth及ZigBee等短距離無線通信技術，不同短距離無線通信技術有其各自的優(yōu)勢，且其應用領域也有所不同。但不管是哪種短距離無線通信技術，其都有著廣闊的發(fā)展空間。相信隨著通信技術及計算機網(wǎng)絡電子技術的進一步發(fā)展，短距離無線通信技術將為社會的發(fā)展帶來更多便利，為人們的生產(chǎn)及生活提供更多便利。