短距离无线通信技术.docx
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短距离无线通信技术
短距离无线通信技术
1.1短距离无线通信
以信号有效接发/传输距离为标志区分各种无线技术，由于技术不断融合和发展，具体技术的应用范围也会动态变化。
WWAN
无线广域网
WMAN
无线城域网
WLAN
无线局域网
WPAN
无线个域网
无线基站（信源）
发送/接收
蜂窝通讯技术
2G/3G/4G
GPRS
EDGE
LTE
……
WiMax
Wibro（韩国）
802.16
WIFI
WAPI
802.11
Bluetooth
UWB
Zigbee
……
RFID
NFC
IrDA
中、长距离无线通信，卫星通信和长波、短波则能实现超长距离无线通信
短距离无线通信，NFC则被视为非接触超短距离无线通信
短距离无线通信技术对比
WIFI
IrDA
Zigbee
Bluetooth
UWB
NFC
RFID
通信模式
点对点
网状
单点对多点
点对点
通信距离
0~100m
0~1m
10m~75m
0~10m
0~10m
0~20cm
0~50m
传输速度
54Mbps
1Mbps
10K~250Kbps
1Mbps
53.3~480M
424Kbps
安全性
低
低
中
高
高
极高
高
频段
2.4GHz
2.4GHz
868MHZ欧洲
915MHz美国
2.4GHz
3.1~10.6G
13.56MHz
多频段
国际标准
802.11b
802.11g
无
802.15.4
802.15.1x
无
ECMA340
ECMA352
成本
高
低
极低
低
高
低
低
1.1.1WLAN
=WIFI是WLAN的主流技术标准，应用中常把WIFI与WLAN等价，其实这并不严谨，例如，中国对WLAN强制执行自有知识产权的WAPI标准。
=WLAN应用的标准协议是802.11，这是一个庞大的协议家族。
802.11是WLAN原始标准，WIFI应用802.11b标准，可向11g、11n升级。
有兴趣的可以比较执行不同标准WIFI设备的兼容问题。
802.11n和802.11ac是未来最有应用潜力的协议标准。
=802.11，1997年，原始标准（2Mbit/s，播在2.4GHz）。
=802.11a，1999年，物理层补充（54Mbit/s，播在5GHz）。
=802.11b，1999年，物理层补充（11Mbit/s播在2.4GHz）。
WIFI标准
=802.11g，2003年，物理层补充（54Mbit/s，播在2.4GHz）。
=802.11i，2004年，无线网络的安全方面的补充。
=802.11n，更高传输速率的改善，基础速率提升到72.2Mbit/s，可以使用双倍带宽40MHz，此时速率提升到150Mbit/s。
=802.11k，该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。
该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。
=802.11p，这个通信协定主要用在车用电子的无线通信上。
=802.11ac，802.11n的潜在继承者,更高传输速率的改善，当使用多基站时将无线速率提高到至少1Gbps，将单信道速率提高到至少500Mbps。
1.1.2Zigbee
Ø仿生学思想
Zigbee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈和扇动翅膀来告知同伴，达到交换信息的目的。
借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。
Zigbee实现在数百上千个微小的网络节点（Zigbee网络模块）之间互相协调通信，以接力的方式通过无线电波从一个节点传到另一个节点，最后接入计算设备或由其它热点如WiMax、WIFI等中继。
ØZigbeeVsBluetoothVsRFID
用途：
Zigbee和蓝牙更多用于数据传输，RFID更多用于标识
组网：
Zigbee组网自由限制小最多可组成65000个节点的大网，蓝牙最多与相邻8个设备组网
速率：
Zigbee是低速，蓝牙是高速（技术在不断融合和发展，低速率是相对的）
功耗：
Zigbee低功耗，两节干电池常能支持模块应用半年之久，蓝牙高耗能
激活：
Zigbee的响应速度较快，从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。
蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。
ØZigbee应用
=Zigbee广泛用来构建自组网、无线传感网，当前超火的技术。
=传感网设备通常由网络模块+传感模块+电池构成，网络模块具有自动识别和配置、动态拓扑和路由，传感模块负责采集环境信息。
=Zigbee联盟预言未来每个家庭将拥有50~150个Zigbee器件，应用领域包括：
家庭和楼宇网络的空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等。
Ø案例
Ë智能交通
=道路安全报警：
高速路上的车辆速度都非常快，一旦前方道路发生意外（车辆抛锚、碰撞；道路塌陷等），前方的车辆（或故障车辆自动）发出道路安全报警信息，及时通知后面的车辆，以避免造成（更大的）事故。
=交通拥塞信息通知和实时路况感知：
在城市道路路况实时采集的基础上，通过路口网络设施将信息及时传递给车辆，并且在车辆之间分发共享。
=协作式的车辆碰撞避免：
每个车辆感知周围的车辆的位置、速度、是否踩刹车等信息，通过智能装置分析，及时感知危险状况并提醒驾驶员，从而避免驾驶员判断不足造成的车祸。
这在驾驶员视线受限的情况下非常有用。
=无信号灯路口的车辆防碰撞系统：
无信号灯的路口由于车流量小，司机经常因为麻痹大意而造成车祸。
可以在路口设置车辆传感器和智能防碰撞检测器，在两个交叉方向出现车辆时，通过特殊信号及时提醒司机避险。
=自适应巡航控制：
高级轿车的自适应巡航控制依赖于自组网的支持；而自适应巡航控制又为“巡航车队”（多个速度一致的车排成一个队伍，车与车之间距离比较短，可以提高高速道路的吞吐率）的运行提供了可能。
=信息服务：
包括道路信息服务、天气信息服务、加油站位置价格信息、餐馆位置信息、Internet及交互式信息服务等。
其它如一些传统的服务方式，比如交通诱导或停车诱导，采用自组网作为补充，对驾驶员会更加方便。
Ë无线抄表
=用带自组网模块的智能电表替代传统电表，居民楼中的智能电表构成自组网，自动将电表计数传至小区物业管理平台，取代传统人工阅读抄表记录的消耗。
Ë森林防火
=冬季干燥容易燃烧森林大火，如何在广袤的林区第一时间捕获燃火信息对扑救至关重要。
通过飞播大量传感网模块，实时动态采集林区湿度、温度、风力、火焰等并由各个结点自组织建网将信息传回中继站点或控制中心。
Ë战场物化采集
=向难以获得情报的战地空投大量传感网模块，采集战场物理（声音、震动、地形等）、化学（爆炸物残留气体、化学武器）信息，供作战分析和决策。
未来战争会更多将传感网获取的战场信息与单兵作战平台集成，成为战场数据链的重要组成部分。
Ë无线监控
=电影《机械师》中杰森·斯坦森监视对象总是随手在隐蔽处粘一个摄像头，这个小东西肯定包含一个自组网模块，杰森找个僻静角落监控就好了。
1.1.3WMAN
=WiMax是无线城域网WMAN的典型应用技术，从其传输速率上看也属于4G无线通信技术。
作为线缆和xDSL的无线扩展技术，是为解决宽带接入"最后一公里"的问题而设计的。
通常也将WiMAX称为无线DSL。
其在“最后一公里”接入市场的主要竞争对手是XDSL。
WiMax理想的市场定位应该是高速数据在固定、便携和低速移动中的应用。
=从其技术特性分析，WiMax是更适合固网运营商建设城域网的无线接入选择，如某些偏僻的乡村要接入通信干网时，固网运营商在线路铺设上有较高成本，而移动运营商则要负担较高基站建设成本，回报却是相对较少的用户需求，选择成本适中的WiMax技术过度无疑更具竞争力。
1.1.4RFID
RFID组成和特点
标签（Tag）：
由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。
Tag之间是不能通信的，NFC芯片之间可以通信。
阅读器（Reader）：
读取（也可写入）标签信息的设备，可设计为手持或固定读写器。
RFID系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢等条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况下不到100毫秒。
案例：
=射频识别应用很火，电子通行证（比如公园或足球赛套票），一卡通、门禁系统、行李包裹分拣、物流管理（和二维码有重叠有区别），养殖业动物历史信息，病人档案。
=在仓储运输管理方面采用RFID技术，只需要在货物的外包装上的安装电子标签，在运输检查站或中转设置阅读器，就可以实现资产的可视化管理。
在运输过程中，阅读器将电子标签的信息通过卫星或电话线传输到运输部门的数据库，电子标签每通过一个检查站，数据库的数据就得到更新，当电子标签到达终点时，数据库关闭。
与此同时，货主可以根据权限，访问在途可视化网页，了解货物的具体位置，这对提高物流企业的服务水平有着重要意义。
=RFID有助于解决零售业两个最大的难题：
商品断货（因为盘库的耗时）和损耗（因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品），而现在单是盗窃一项，沃尔玛一年的损失就差不多有20亿美元，如果一家合法企业的营业额能达到这个数字，就可以在美国1000家最大企业的排行榜中名列700位左右。
注：
Tag成本制约RFID在零售和物流业应用的细度，标签打在一管牙膏上和打在一件牙膏上的成本差异。
=铁路车辆调度，车皮车号自动识别，传统的人工识别和刷漆视频图像识别有各种缺陷，通过RFID识别实现了统计的实时化、自动化，提高作业效率和资源利用率，降低管理成本。
1.1.5近场通讯NFC
NFCVsRFIDVs蓝牙
NFC芯片具有相互通信功能，并具有计算能力，还可含有加密逻辑电路或加密/解密模块。
NFC通常用于私密领域的超短距离非接触式通信。
RFID通常仅用于标识。
NFC传输速度不如蓝牙，不能满足需要较高带宽的应用需求。
应用案例：
=近来智能手机广泛应用NFC作为电子支付、手机钱包技术。
如，利用预置NFC芯片的智能手机可以实现购买景区门票的电子支付，支付的同时亦可下载景区的导游图、景点海报等信息。
内置NFC芯片的诺基亚6131i预下载了一项可以在市政交通系统使用的交通卡，使用该手机，用户只需开设一个预付费账户就可以购买车票和在某些商场购物。
=由于NFC技术的安全等级极高，在安全要求高的场所和私密领域，通过NFC技术制作门禁卡、智能钥匙。
1.1.6二维条码
=本质上是一种信息编码和表示技术，必须以采集设备主动采集和识别二维条码所含的信息。
=应用覆盖一维条码的应用领域，仓储运输、快递、批发零售。
由于二维条码信息量更大，也被用来作为身份识别（车票、身份证）。
=支付宝有个基于二维条码的转账和红包派发应用，可以由用户制作二维条码将账户和转账金额等信息封装在二维码中，通过短信、邮件收到二维条码的其他用户读取条码信息后即可实现资金转账。
1.1.7红外通信
=小型移动设备短距低速数据交换，手机、PDA、遥控器，由于红外的直射特性，连接受工作距离、工作角度（视角）等限制。
=蓝牙通信无角度限制，通信距离也较红外更远，但蓝牙技术应用成本较高。
1.1.8无绳电话
=俗称子母机，母机相当于子机的接入网关，子机可移动使用，受限于信号强度，只能在距母机有限的范围内使用。
=回忆小灵通的工作方式，小灵通是接入到基站再并入固网。
1.1.9无线个域网WPAN
Ø蓝牙
=近距离、低成本，设计用来连接不同设备，实现有线连接无线化。
如手机免提，游戏手柄，鼠标键盘耳机等。
=办公室因各种电线电缆纠缠不清而非常混乱。
从为设备供电的电线到连接计算机至键盘、打印机、鼠标和手机的电缆，无不造成了一个杂乱无序的工作环境。
在某些情况下，这会增加办公室危险，如员工可能会被电线绊倒或被电缆缠绕。
现在，蓝牙无线技术，办公室里再也看不到凌乱的电线，整个办公室也像一台机器一样有条不紊地高效运作。
=启用蓝牙的设备能够创建自己的即时网络，用户之间能够共享演示稿或其它文件，不受兼容性或电子邮件访问的限制
=蓝牙技术在日常生活中应用最广的就是在支持蓝牙的手机通话设备上，如手机蓝牙耳机，车载免提蓝牙，蓝牙使驾驶更安全，很多车主都感到开车时接听电话不方便：
一只手扶着方向盘，另一只手举着电话接听，不但妨碍换挡、影响安全，两只眼睛盯着前车还得四下踅摸警察，12分实在不禁罚；车载免提系统接听电话比较方便，将双手空出来，让手做它该做的事。
Ø超宽带UWB
=曾被认为是WPAN未来的主流技术，商业化进程已终止，蓝牙技术联盟将继承和融合其部分技术
1.2智能家居（智能XX）
=待IPV6投入实用，联网设备IP地址资源极大丰富，每个家庭可以拥有100+个IP地址，可以想象家居中的智能家电、电表、水表、气表，家居环境（温度、湿度）信息采集，家居安全控制设备，家庭中的老人、幼童的生活甚至体征变化信息都可以及时汇聚到家庭信息管理平台上。
并与Internet相连，需要的人在任何时候都可以访问和控制。
=当然这里将会用到各种基于无线技术的产品，如zigbee、NFC、蓝牙、RFID、WIFI等，形成一个复合的网络环境。
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