黃煌孫茜俞玄

（安徽郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)系，安徽 合肥 230031）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的不斷普及和發(fā)展，人們在對待生活、工作等方面對無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了更多更新的要求，基于此，無線通信技術(shù)也在做不斷的探索和優(yōu)化，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，智慧家庭、智慧校園等領(lǐng)域的發(fā)展受無線通信技術(shù)的影響頗深，比較常見的通信技術(shù)有藍(lán)牙、紅外、ZiBbee技術(shù)、WiFi、4G、5G等。在學(xué)校開設(shè)的一些物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程中，例如：智能家居技術(shù)與應(yīng)用、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能家居系統(tǒng)應(yīng)用與維護(hù)這些課程當(dāng)中，其中一項涉及比較多的就是無線通信技術(shù)。當(dāng)今成熟的技術(shù)比較多，結(jié)合課程和本校學(xué)生的特點，選擇一種或多種的通信技術(shù)非常重要。最近幾年課程組一直使用的是ZiBbee無線通信技術(shù)。為什么ZiBbee無線通信技術(shù)比較適合當(dāng)前的教學(xué)，這將是本文接下來需要分析的地方。

1 高職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點

對于文化課的學(xué)習(xí)，高職學(xué)生普遍主動性不是很高。學(xué)習(xí)的意愿的強(qiáng)烈程度受到情緒的很大影響。那么首先，在教學(xué)過程中，不能過多以說教勸學(xué)，適當(dāng)即可；其次，教師應(yīng)將重點放在如何提高學(xué)生對這門課的興趣上，只有學(xué)生本身的興趣上來了，他才愿意真真的花時間和精力去學(xué)習(xí)、去探索。對職業(yè)教育而言，實踐教學(xué)就是其閃光點，學(xué)生上實踐性課程的興趣顯著高于對理論課程的學(xué)習(xí)，所以，學(xué)校和教師應(yīng)該策劃好實踐教學(xué)的內(nèi)容，來培養(yǎng)提高學(xué)生的整體學(xué)習(xí)興趣。

2 幾種通信技術(shù)概述

2.1 WiFi技術(shù)

WiFi可以把支持無線通信的電子設(shè)備終端通過無線方式連接起來。Wi-Fi是一個無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，由Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-Fi Alliance）所持有，目的是改善基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間的互通性；使用IEEE 802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)就稱為Wi-Fi；WiFi在2.4 GHz或者5 G Hz的頻率下傳遞信息，然而，所有形式的無線通信必然要在功耗、范圍和帶寬之間權(quán)衡。因此，高數(shù)據(jù)速率的代價意味著WiFi將消耗大量的電力，并且它的范圍也較小。

雖然WiFi可以在高能耗和短距離的前提下傳速大量的數(shù)據(jù)，但當(dāng)你同時使用成千上萬個傳感器的時候，WiFi可不是一個很好的選擇。因而，WiFi能夠很好地應(yīng)用在交流電下工作的產(chǎn)品或應(yīng)用中，這些產(chǎn)品或應(yīng)用可以傳輸高帶寬數(shù)據(jù)。不過，無線的WiFi技術(shù)有一個特別大的缺陷就是網(wǎng)速的問題，當(dāng)WiFi局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連接的終端數(shù)量比較少的時候則網(wǎng)速會比較的快，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接的終端數(shù)量比較多的情況下，它便會出現(xiàn)網(wǎng)速很慢的情況。除了局域網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)終端數(shù)量的影響之外，還有一個影響網(wǎng)速的因素就是終端設(shè)備距離WiFi信號發(fā)送端距離的遠(yuǎn)近，即距離近的比距離遠(yuǎn)的網(wǎng)速要快。

2.2 藍(lán)牙技術(shù)

當(dāng)使用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行無線通信時，發(fā)送方和接收方的移動設(shè)備，能夠在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境之外迅速傳輸圖像以及文件數(shù)據(jù)。利用藍(lán)牙技術(shù)直接在兩個設(shè)備間傳遞數(shù)據(jù)，可以有效地避免信息在傳遞過程中受到破壞，出現(xiàn)文件信息不全或者病毒破壞等現(xiàn)象。但是藍(lán)牙技術(shù)同時可以連接的終端要限制在10個以內(nèi)，再多的話會很大的影響通信質(zhì)量。

2.3 5G技術(shù)

從2G到5G，網(wǎng)速在飛速地提升的同時，溝通交流的方式也從人人之間的通信轉(zhuǎn)化到由人到網(wǎng)，再由網(wǎng)到物的萬物互連，構(gòu)造了移動和連接的全數(shù)字化社會。

5G的業(yè)務(wù)重點是推出室內(nèi)通信業(yè)務(wù)，雖然該技術(shù)促使了移動傳統(tǒng)通信系統(tǒng)理念的發(fā)展，促使了室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋功用得到了進(jìn)一步的提升，以及實現(xiàn)業(yè)務(wù)的完善和拓展，但是在教學(xué)領(lǐng)域，5G的使用需要支付一定的費用，因為它的無線通信需要借助運營商，所以需要交的費用并不低，并且需要持續(xù)的繳費。

2.4 ZiBbee技術(shù)的概述

ZiBbee協(xié)議是在IEEE802標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上制定的局域網(wǎng)協(xié)議。ZiBbee通信技術(shù)有自己的特點，包括較低的成本、最遠(yuǎn)幾十米的傳輸距離、與別的通信技術(shù)最大的區(qū)別是可以自組網(wǎng)。ZiBbee是個組合詞，是早期的研究者觀察研究了蜜蜂的八字舞，發(fā)現(xiàn)蜜蜂（Bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（Zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在位置信息，也就是說蜜蜂依靠了這樣的交流方式構(gòu)成了蜂群中的特有的通信網(wǎng)絡(luò)。該通信網(wǎng)絡(luò)的特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率等。ZiBbee聯(lián)盟還研發(fā)出了，將其芯片嵌入各種電子設(shè)備中，比如智能兒童玩具、智能燈控、智能醫(yī)療等領(lǐng)域。

3 幾種技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的利弊分析比較

3.1 WiFi技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用分析

在教學(xué)中，學(xué)生除了要了解應(yīng)用層的操作外，更重要的是能夠接觸到開發(fā)環(huán)境。基于高職學(xué)生的知識比較薄弱，在學(xué)習(xí)程序開發(fā)的時候有現(xiàn)成的源代碼比較容易接受。而WiFi智能產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域傾向于生活和社會，就算是應(yīng)用于教學(xué)的WiFi產(chǎn)品也多傾向于應(yīng)用層，不利于學(xué)生了解和學(xué)習(xí)底層開發(fā)，更何況WiFi產(chǎn)品價格普遍比較高且更新快，而學(xué)校的教學(xué)資源有限，若是購買，不僅學(xué)校每年要投入大量的資金，學(xué)生本身還要承擔(dān)一定的耗材費，超出了學(xué)校師生的能力范圍。其次，在同一個WiFi網(wǎng)絡(luò)下，終端連接在15個左右，再多會影響信號穩(wěn)定，而一個上課的班級人數(shù)在50人左右，不能滿足眾多學(xué)生同時的學(xué)習(xí)需求，明顯不利于教學(xué)。

3.2 藍(lán)牙技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用分析

藍(lán)牙與WiFi遇到問題有一部分相似。而WiFi智能產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域傾向于生活和社會，就算是應(yīng)用于教學(xué)的WiFi產(chǎn)品多傾向于應(yīng)用層，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)底層開發(fā)，更何況WiFi產(chǎn)品價格還比較高，更新快，超出學(xué)校師生的能力范圍。其次，在同一個WiFi網(wǎng)絡(luò)下，終端連接在15個左右，再多會影響信號穩(wěn)定，而一個上課的班級人數(shù)在50人左右，明顯不利于教學(xué)。

相較而言，ZiBbee技術(shù)更加的簡單，所需要的費用也比較低，不過網(wǎng)速會比藍(lán)牙技術(shù)的慢得多。雖然藍(lán)牙的網(wǎng)速較快些，但是藍(lán)牙的發(fā)送端的傳輸速度更受傳輸距離的影響，即傳輸距離變長的話傳輸速度會逐漸變小，傳輸距離短的話，傳輸速度會相應(yīng)的變快。在應(yīng)用領(lǐng)域，ZiBbee技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域比較多，配套的技術(shù)及產(chǎn)品也比較成熟；在家居的智能化產(chǎn)品和游戲玩具中應(yīng)用的也比較多；人們對ZiBbee技術(shù)的普及應(yīng)用還有更多的想法，希望能夠在更多的領(lǐng)域應(yīng)用ZiBbee技術(shù)。

3.3 ZiBbee技術(shù)在教學(xué)中的優(yōu)勢分析

首先，ZiBbee技術(shù)并不落后，它在生活中的應(yīng)用還是比較多。其次，在學(xué)校教學(xué)中，它提供的軟件和硬件設(shè)備比較齊全。為高校的提供學(xué)習(xí)平臺是IAR+ZStack 2007 PRO，在Win7、Win10系統(tǒng)上均可以成功安裝?，F(xiàn)在很多學(xué)生的電腦都是Win10或者Win11系統(tǒng)，可以在學(xué)生自己的電腦上安裝軟件，這是取得學(xué)生認(rèn)同的第一步。從學(xué)生的角度來看，基于IAR的ZiBbee開發(fā)一大優(yōu)勢就是可以直接使用TI聯(lián)盟提供的安裝包協(xié)議棧Z-Stack進(jìn)行App的二次開發(fā)，學(xué)生只需要了解并會調(diào)用API接口函數(shù)就可以了。同時，它還提供幾個開發(fā)成功的代碼例子，程序是開源的，同學(xué)們在做的時候能夠輕松地做出來同時還可以了解什么代碼在起作用，這既降低了學(xué)習(xí)的難度，又增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

TI聯(lián)盟還開發(fā)出了配套的硬件設(shè)備。芯片是TI公司的CC2530，一套設(shè)備在網(wǎng)上售價在200元左右。實踐課按小組進(jìn)行實操，4個人為一組就可以分到一套設(shè)備，每位同學(xué)都可以親身體驗下無線通信的樂趣。比如剛接觸ZiBbee模塊時，可以增加一個點燈實驗讓學(xué)生直接的感受開發(fā)程序在硬件上的演示結(jié)果；整個點燈項目的開發(fā)過程也很簡單，即按照給的說明建立相應(yīng)的工程，在工程里寫入點燈的代碼（用C語言寫的，即使沒學(xué)過C語言的學(xué)生，也很容易理解），選擇合適的開發(fā)環(huán)境（Texas Instruments驅(qū)動，CC2530F256型號的單片機(jī)），然后make一下觀察程序是否運行成功，若是程序有問題，在IAR開發(fā)界面的下端就會出現(xiàn)錯誤和警告提示，同學(xué)們可以根據(jù)提示進(jìn)一步修改程序，直到?jīng)]有錯誤提示為止（所以不用擔(dān)心程序出現(xiàn)問題），這時候就可以將代碼通過電腦下載運行到CC2530板子里（ZiBbee實驗盒子里提供了專門的下載線，可以通過USB接口連接到電腦上），實現(xiàn)點燈效果（板子上有3個自由燈，即LED1、LED2、LED3）。初接觸ZiBbee知識點，可以先點亮一個燈，隨著認(rèn)識和興趣的加深，可以試著點亮2到3個LED燈。這是一個燈控的基礎(chǔ)實驗，ZiBbee TI協(xié)議棧還可以做出其他無線檢測傳輸實驗，如溫度、濕度、氣敏等無線實驗，雖然無線實驗相對燈控實驗難多了，但是TI也從學(xué)生的角度考慮了這個問題，將基本的傳輸框架搭建好了，只需在App層按照自己的思路進(jìn)行二次開發(fā)就可以，大大降低了編程理解的難度。在學(xué)習(xí)ZiBbee通信技術(shù)的過程中，感興趣的同學(xué)還可以在課下自行在網(wǎng)上購買設(shè)備（網(wǎng)上能買到，價格也不貴），發(fā)散思維，設(shè)計出新的程序開發(fā)和實驗結(jié)果，提升自己技能。最重要的是ZiBbee CC2530設(shè)備它是可以循環(huán)利用的，不受運營商的限制，也就是說不需要額外購買流量卡，降低了教學(xué)成本，不會給學(xué)生增加更多的耗材費用。而基于5G開發(fā)的無線通信設(shè)備需要每年向運營商交一定的手機(jī)卡費用，對于學(xué)生來說成本比較高，不利于教學(xué)。當(dāng)然，ZiBbee技術(shù)并不是完美無缺的，模塊接口較容易損壞，IAR在做二次開發(fā)時可以進(jìn)行修改的地方不多，有時候做實驗的時候時信號也會串號等。

4 結(jié)語

每種技術(shù)都有自己的生存優(yōu)勢，根據(jù)領(lǐng)域不同，選取最合適的才是最重要的。與其他無線通信技術(shù)相比較，ZiBbee技術(shù)有開源的代碼，可以進(jìn)行二次開發(fā)，軟硬件可以重復(fù)利用，價格較便宜等優(yōu)勢，有利于學(xué)生近距離的感受程序的底層開發(fā)到應(yīng)用層的過程，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)無線通信技術(shù)的興趣，開拓他們的視野，為他們今后的學(xué)習(xí)就業(yè)開拓一個新的方向。