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
一、物联网技术
1、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。
2、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（Ultra Wide 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WLAN接入，也是目前WLAN的主要技术标准，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。
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2、UWB技术
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。
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（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/s～250kb/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255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10～75m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）及915MHz（美国），均为免执照频段。
4、NFC技术
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”，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。
论文作者:吴卓,姜树弟,刘明辉,潘朝晖,李鹏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/7
标签：技术论文; 蓝牙论文; 速率论文; 互联网论文; 无线传输论文; 设备论文; 频段论文; 《基层建设》2017年第30期论文;