物联网和近距离无线通信技术
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物联网建设中的短距离无线通信技术物联网的概念是指通过无线网络将各种设备连接起来,实现设备之间的互联和数据交换。
在物联网建设中,短距离无线通信技术起着至关重要的作用。
短距离无线通信技术指的是在近距离范围内进行无线通信的技术,其通信距离通常在几十米到几百米之间。
本文将介绍几种常见的物联网建设中使用的短距离无线通信技术。
一、蓝牙技术蓝牙技术是一种短距离无线通信技术,具有低功耗、低成本和短距离通信等特点。
蓝牙技术广泛应用于手机、电脑、音频设备、医疗设备等领域。
在物联网中,蓝牙技术常用于设备之间的数据传输和控制。
通过蓝牙技术可以将温度传感器、湿度传感器等设备连接到物联网中,并通过手机或电脑进行数据监测和设备控制。
二、Wi-Fi技术Wi-Fi技术是一种用于无线局域网的技术,具有高速、大容量和覆盖范围广等特点。
在物联网建设中,Wi-Fi技术常用于家庭和办公场所等小范围的无线通信。
通过Wi-Fi技术,可以将各种设备连接到一个无线网络中,实现设备之间的互联和互操作。
在家庭中可以通过Wi-Fi将智能电视、智能音响、智能灯具等设备连接到一起,并实现语音控制和智能家居的功能。
三、ZigBee技术ZigBee技术是一种低速、低功耗的无线通信技术,适用于对通信速率和功耗要求不高的场景。
在物联网建设中,ZigBee技术主要用于传感器网络和自动化控制等领域。
通过ZigBee技术,可以实现设备之间的短距离通信和数据传输,适用于物联网中大量传感器节点的应用场景。
四、NFC技术NFC技术(Near Field Communication,近场通信)是一种短距离无线通信技术,适用于设备之间的近距离通信和数据交换。
NFC技术通常用于移动支付、智能门锁等场景。
在物联网中,NFC技术可以用于设备之间的身份认证、数据传输和设备配对等功能。
在智能家居中,可以使用NFC技术实现门锁解锁、电器开关等功能。
短距离无线通信技术在物联网建设中起着重要的作用。
初步了解物联网的原理和应用场景一、物联网的原理物联网是指通过互联网把各种物理物体连接起来,使其能够相互通信和交互的网络系统。
物联网的原理基于互联网、无线通信技术和传感技术等多种技术的融合应用。
1. 互联网技术:物联网的基础是互联网,通过互联网的传输和通信能力,物联网将传感器、设备、物体和人员等连接在一起。
利用TCP/IP协议可以实现从设备到设备的通信。
而IPv6的应用则可以为大规模连接的物联网提供足够的IP地址。
2. 无线通信技术:物联网的核心是无线通信技术,包括近距离无线通信技术如蓝牙、RFID等,以及远程无线通信技术如Wi-Fi、4G、5G等。
这些无线通信技术方便了物联网设备之间的通信,并实现了信息的实时传输。
3. 传感技术:物联网需要依靠各类传感器来获取物体和环境的数据,并将其转换为数字信号。
传感技术包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光传感器等。
这些传感器能够将各种物理物体的信息转化为数字信号,通过物联网传输到云端进行处理。
二、物联网的应用场景物联网的应用场景非常广泛,几乎涵盖了各个领域。
以下列举了几个常见的物联网应用场景。
1. 智能家居:通过连接家电设备和传感器,实现对家庭环境的远程监控和控制。
例如,可以通过手机APP远程控制空调、照明和安防系统,或者实时监测家中的用电情况。
2. 智慧医疗:将传感器和医疗设备连接到互联网,实现医疗数据的实时监测和管理。
例如,患者可以通过可穿戴设备实时监测心率、血压等数据,并将这些数据传输给医生,实现远程医疗。
3. 智慧交通:通过车载传感器和智能交通管理系统,实现交通流量的监测和优化。
例如,车辆可以通过物联网获取实时的路况信息,并根据路况进行导航和路径规划。
4. 智能工厂:将生产设备、机器人和传感器等物体连接起来,实现生产流程的智能化管理。
例如,通过物联网可以实现物料的实时跟踪和管理,提高生产效率和质量。
5. 智慧农业:利用物联网和传感技术,实现对农作物生长环境的监测和控制。
浅析物联网近距离无线传输技术摘要:近距离无线传输技术主要应用在局域网,比如家庭网络、工厂车间联网、企业办公联网;远距离无线传输技术主要应用在远程数据的传输,如智能电表、智能物流、远程设备数据采集等。
无线接入不仅仅体现在PC、移动终端对网络的连接需求,还有工业生产环境下物与物之间的连接需求。
关键词:物联网;无线传输技术随着万物互联时代的到来,物与物之间的连接方式也在不断发展和更新。
如果说,传感器是物联网的触觉,那么,无线传输就是物联网的神经系统,将遍布物联网的传感器连接起来。
在物联网出现以前,网络的接入需求主要体现在PC、移动终端对互联网的接入需求。
如今,随着物联网技术的发展,无线接入不仅仅体现在PC、移动终端对网络的连接需求,还有工业生产环境下物与物之间的连接需求。
1、物联网概念当我们还没有真正理解物联网是什么的时候,在我们的身边已悄然涌现出许许多多的应用案例。
大到对江河湖泊的水环境监测与智能化治理,小到对监狱在押人员的定位与精细化管理,物联网离我们越来越近。
物联网从狭义的角度看,只要是物与物之间通过通信网络连接而成的网络,不论是否接入互联网,都应算是物联网的范畴。
从广义角度看,物联网不仅局限于物与物之间的信息传递,还会形成物与人之间畅通无阻的信息交换,形成泛在网络。
物联网的英文缩写为“The Internet of Things”。
这包含了两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础之上延伸和扩展的一种网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间、物品与人之间,进行信息交换和通信。
目前较为公认的物联网的定义是:通过RFID(射频识别)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
近距离无线传输技术主要应用在局域网,比如家庭网络、工厂车间联网、企业办公联网;远距离无线传输技术主要应用在远程数据的传输,如智能电表、智能物流、远程设备数据采集等。
物联网中的无线传输与通信技术分析随着科技的不断进步和发展,物联网已经成为了一个广受关注的领域。
在物联网系统中,无线传输与通信技术起到了至关重要的作用。
本文将对物联网中的无线传输与通信技术进行分析,并探讨其在物联网应用中的优势和挑战。
一、无线传输与通信技术的种类1. 蓝牙技术:蓝牙技术是物联网中最为常用的一种无线通信技术。
它具有低功耗、低成本、低复杂性等特点,适用于近距离的设备之间的数据传输。
在物联网中,蓝牙技术被广泛应用于智能家居、智能健康监测等领域。
2. Wi-Fi技术:Wi-Fi技术是一种高速无线局域网技术,其优势在于传输速率快、覆盖范围广,适用于大面积的无线网络覆盖。
在物联网中, Wi-Fi技术常用于智能城市、智能工厂等需要大量设备连接和高速数据传输的场景。
3. ZigBee技术:ZigBee技术是一种低功耗、低速率的无线通信技术,适用于小范围的低速数据传输。
在物联网中, ZigBee技术通常应用于智能家居、智能农业等领域,用于远程监测和控制。
4. LoRa技术:LoRa技术是一种长距离低功耗的无线通信技术,适用于大范围的低速数据传输。
在物联网中,LoRa技术常用于智能城市、智能物流等需要长距离通信和低功耗的场景。
5. NB-IoT技术:NB-IoT技术是一种窄带物联网技术,具有低功耗、低成本、广覆盖等特点,适用于大规模的物联网设备连接。
NB-IoT技术在智能电表、智能停车等领域得到了广泛应用。
二、无线传输与通信技术的优势1. 灵活性:无线传输与通信技术能够摆脱传统有线连接的限制,提供更大的灵活性和便利性。
无线设备的部署和连接更加方便,可以随时随地地传输和接收数据。
2. 扩展性:无线传输与通信技术可以支持大规模的设备连接,能够满足物联网中大量设备的需求。
无线网络覆盖范围广,可以轻松扩展到需要覆盖大面积的场景。
3. 低功耗:无线传输与通信技术相比有线传输更加节能,对电池寿命更友好。
这对于物联网设备而言非常重要,因为它们通常需要长时间运行,无线技术可以延长它们的使用寿命。
物联网与无线通信技术在当今科技飞速发展的时代,物联网与无线通信技术正以前所未有的速度改变着我们的生活和工作方式。
从智能家居到工业自动化,从智能交通到医疗健康,物联网与无线通信技术的融合应用无处不在,为我们带来了极大的便利和效率提升。
物联网,简单来说,就是将各种设备、物品通过网络连接起来,实现智能化的感知、控制和管理。
这些设备可以是家用电器、汽车、工业机器,甚至是一颗小小的传感器。
而要让这些设备能够相互通信和协同工作,无线通信技术就成为了关键的支撑。
无线通信技术的发展为物联网的实现提供了可能。
过去,我们主要依靠有线网络来连接设备,但这种方式存在着诸多限制,比如布线困难、灵活性差等。
而无线通信技术则摆脱了线缆的束缚,让设备能够在更大的范围内自由连接。
其中,蓝牙、WiFi、Zigbee 等短距离无线通信技术在物联网中得到了广泛的应用。
蓝牙技术大家都比较熟悉,我们的手机、耳机、音箱等设备常常通过蓝牙进行连接。
它具有低功耗、短距离传输的特点,适用于一些小型设备之间的数据传输。
WiFi 则是我们在家庭和办公场所中常用的无线网络技术,能够提供较高的数据传输速率,支持多个设备同时连接。
Zigbee 则主要应用于智能家居、工业控制等领域,具有低功耗、自组网等优点,可以实现大量设备的互联互通。
除了短距离无线通信技术,蜂窝移动通信技术如 4G、5G 也在物联网中发挥着重要作用。
4G 网络为物联网提供了较广的覆盖范围和相对较高的传输速度,使得一些远程监控、智能物流等应用成为可能。
而5G 网络的出现,则进一步推动了物联网的发展。
5G 具有高速率、低时延、大容量等特点,能够满足诸如自动驾驶、工业互联网等对网络性能要求极高的应用场景。
在物联网的应用场景中,智能家居可以说是最为贴近我们生活的一个方面。
通过物联网和无线通信技术,我们可以实现对家中灯光、电器、门锁等设备的远程控制和智能化管理。
比如,当我们下班回家的路上,就可以提前打开空调、热水器,到家就能享受到舒适的环境。
无线通信技术与物联网技术的应用随着信息技术的不断发展,无线通信技术和物联网技术已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
在日常生活中,我们可以看到越来越多的设备采用了无线通信技术,而物联网技术更是将各种设备互联互通,实现了智能化管理和控制。
本文将介绍一下无线通信技术与物联网技术的应用,以及它们对我们生活和工作的影响。
一、无线通信技术的应用1. 移动通信移动通信是无线通信技术最为常见的应用之一。
通过移动电话、移动互联网等设备和技术,人们可以在任何时间、任何地点进行语音通信、短信通信、数据通信等。
移动通信的发展,使得人们的沟通变得更加方便快捷,同时也推动了移动互联网、移动支付等行业的发展。
2. 无线局域网络无线局域网络(WLAN)是一种无线局域通信技术,通过无线局域网可以实现移动设备之间的数据传输和共享。
在家庭、办公室、学校等场所,无线局域网络已经取代了传统的有线网络,成为了主要的网络接入方式。
无线局域网络的应用,使得人们可以随时随地都能够接入互联网,方便了工作和学习。
无线传感网络是一种通过分布在空间中的传感器节点实现信息采集和传输的无线网络。
无线传感网络广泛应用于环境监测、智能交通、农业、医疗等领域,可以实现对环境、物体等的实时监测和控制。
智能家居系统、智能农业系统、智能城市系统等都是基于无线传感网络技术实现的。
4. 无线电视随着数字电视和高清电视的普及,无线电视技术也得到了迅速发展。
通过无线电视技术,人们可以收看高清、多频道的数字电视节目,享受更加丰富多彩的电视娱乐体验。
无线电视的发展,使得电视节目的传输和接收更加便捷和高效。
二、物联网技术的应用1. 智能家居智能家居是物联网技术应用的典型案例,通过无线传感器、智能控制器等设备,可以实现家庭设备的智能化管理和控制。
智能家居系统可以实现智能灯光控制、智能空调控制、智能门锁管理等功能,让居住在其中的人们享受更加舒适、安全和便捷的家居生活。
2. 智能医疗物联网技术在医疗行业也得到了广泛应用,通过无线传感器、远程监测设备等技术,可以实现医疗设备的智能化监测和管理。
无线通信技术与物联网互联近年来,随着无线通信技术的不断发展和物联网的快速崛起,我们正逐渐进入了一个高度互联的时代。
无线通信技术的进步为物联网的发展提供了有力支撑,而物联网的兴起又进一步推动了无线通信技术的创新。
本文将探讨无线通信技术与物联网互联的影响和前景。
首先,无线通信技术的快速发展为物联网的智能化提供了基础。
通过无线通信技术,传感器、设备和终端可以相互连接,实现信息的实时传输和交互。
无线通信技术的不断创新,如5G技术的引入,大大提高了物联网设备之间的通信速度和稳定性。
这意味着物联网可以更好地应用于各个领域,如智能家居、智能交通等,使生活更加方便和智能化。
其次,物联网的兴起和无线通信技术的发展相互促进。
物联网的广泛应用需要大规模的无线通信网络来支撑,而无线通信技术的进步又为物联网的普及提供了更好的基础。
随着物联网设备的不断增加,无线通信网络也将更加完善和智能化。
无线通信技术的发展也将为物联网提供更多的应用场景和创新空间,进一步推动物联网的快速发展。
另外,无线通信技术与物联网的互联也带来了巨大的商机和经济效益。
随着物联网的兴起,许多企业和创业者都看到了其商业潜力。
无线通信技术作为物联网发展的关键支撑,为各种物联网应用提供了无限可能。
从智能家居到智能城市,从智能交通到智慧医疗,无线通信技术的应用范围越来越广泛。
这些应用的发展不仅为企业提供了新的商机,也为社会经济带来了巨大的效益。
然而,无线通信技术与物联网互联也面临一些挑战和问题。
首先,无线通信技术的频谱资源有限,可能会面临供应不足的问题。
随着物联网设备数量的快速增长,无线通信网络的带宽需求也会不断增加。
因此,如何充分利用有限的频谱资源,提高频谱利用率,是一个需要解决的重要问题。
其次,物联网应用的安全性也是一个关键问题。
随着设备之间的互联,信息的传输和共享涉及到隐私和数据安全问题。
因此,如何保障物联网应用的安全性,防范网络攻击和数据泄露,是无线通信技术与物联网互联中需要重点关注和解决的问题。
无线通信与物联网技术无线通信与物联网技术是现代科技的重要组成部分,正在对人们的生活方式、工作方式和社会结构产生深远影响。
下面将详细探讨无线通信和物联网技术的概念、应用和未来发展趋势。
一、无线通信的概念和应用1. 无线通信的概念:无线通信是指通过无线信号传输信息的通信方式,不需要通过传统的有线连接。
2. 无线通信的技术:主要包括蜂窝网络、WiFi、蓝牙、红外线和卫星通信等。
3. 无线通信的应用:- 移动通信:手机、平板电脑等移动设备的普及,使得人们随时随地可以进行语音通话、短信发送和上网等活动。
- 无线网络:通过WiFi技术,人们可以在家里、办公室和公共场所进行无线网络连接,享受高速的互联网服务。
- 远程控制:无线通信技术广泛应用于家庭安防系统、智能家居以及工业控制等领域,可以实现远程监控和远程操作。
二、物联网技术的概念和应用1. 物联网技术的概念:物联网是指通过物体之间的互联互通,实现对物体的感知、互联和智能化管理的网络。
2. 物联网技术的基础:主要包括传感器技术、通信技术和云计算技术等。
3. 物联网技术的应用:- 智能家居:通过物联网技术,各种家用设备可以互相连接,实现智能控制和远程操作,提高家居的舒适度和安全性。
- 智慧城市:物联网技术可以应用于城市交通管理、环境监测、智能路灯和智能电表等领域,提高城市管理的效率和便利性。
- 物流管理:通过物联网技术,可以实现对物流运输过程的实时监测和管理,提高物流效率和减少运输成本。
三、无线通信与物联网技术的结合与发展趋势1. 无线通信与物联网技术的结合:无线通信技术是物联网技术实现连接和通信的基础,而物联网技术的发展对无线通信技术的要求提出了新的挑战,例如更高的传输速率、更低的功耗和更安全的通信等。
2. 发展趋势一:5G时代的到来将为物联网技术提供更大的发展空间。
5G技术具备更高的传输速率、更低的时延和更多的连接数量,可以支持更多的物联网设备接入。
3. 发展趋势二:无线充电技术的进一步普及将为物联网设备提供更便利的电力供应,提高设备的使用效率和用户体验。
无线通信技术与物联网的发展与应用无线通信技术与物联网的发展与应用随着科技的不断发展,无线通信技术与物联网的发展也越来越迅猛。
无线通信技术是指通过无线电波传输信息的技术,它的应用范围广泛,包括手机通信、电视广播、卫星通信等。
而物联网则是指通过互联网将各种物体连接起来,实现信息的共享与传递。
首先,无线通信技术的发展为物联网的应用提供了基础。
通过无线通信技术,人们可以在任何时间、任何地点进行通信。
手机通讯网络的普及,使得人们可以随时随地与他人交流。
同时,无线通信技术的不断进步,也为物联网的发展提供了更高的带宽和更稳定的信号传输。
其次,物联网的发展为无线通信技术带来了更多的应用场景。
物联网将传感器、智能设备以及云计算技术等结合在一起,实现了设备之间的互联互通。
通过无线通信技术,物联网可以实现对各种设备的监控与控制,比如智能家居、智能交通系统等。
另外,无线通信技术还可以实现传感器与服务器之间的数据传输,从而实现对物联网的远程监控与管理。
再次,无线通信技术与物联网的结合也为社会带来了巨大的经济效益。
物联网可以应用于工业生产、物流配送、城市管理等各个领域,提高工作效率,降低成本。
比如,在工业生产中,物联网可以实现设备之间的自动对接和数据传输,从而提高生产效率。
在物流配送中,物联网可以实时追踪货物的位置和温湿度等信息,从而保证货物安全和质量。
在城市管理中,物联网可以监控交通、环境等各个方面的数据,从而更好地解决城市管理中的问题。
然而,无线通信技术与物联网的发展也面临一些挑战与问题。
首先,随着设备数量的增加,无线通信网络的带宽需求也越来越大。
因此,如何提高网络的传输能力和覆盖范围成为了一个亟待解决的问题。
其次,物联网涉及到大量的数据传输和存储,如何保证数据的安全性和隐私性也是一个重要的问题。
此外,无线通信技术与物联网的发展还面临着法律法规以及隐私保护等方面的挑战。
综上所述,无线通信技术与物联网的发展与应用已经取得了巨大的进展,给人们的生活和工作带来了很大的便利与经济效益。
物联网和近距离无线通信技术物联网和近距离无线通信技术2010年10月21日05:19物联网和近距离无线通信技术福富软件公司首席架构师/卢捍华1 概述物联网是从英语“The Internet of Things”翻译而来的,它是一个很大的概念。
当前的电信网、Internet等网络连接的主要是人与人、计算机与人、计算机和计算机,而物联网意味着更加广泛的互联,包括人、计算机和其他物体。
正因为这种广泛的互联,将使物联网需要很多新的技术,也有很多个性和特点。
这些都使得其在网络的组织、应用和市场模式等方面将与传统网络有很多不同之处。
自去年下半年以来,物联网这个话题为人们所热议。
有人估计,物联网产业的经济规模将是现有Internet的30倍。
无论从历史的发展,还是从网络的现实来看,笔者觉得这一估计一点都不过分。
从历史上来看,从18世纪的工业革命,到21世纪的美国信息高速公路,技术发展推动经济发展和社会进步的例子俯拾皆是;从现实来看,Internet的出现已经极大地改变了人们的生活方式。
如果把网络比作人类的血液循环系统,那么,物联网中的传感网相当于毛细血管的网络末梢,这个末梢目前还基本上是空白。
正如人的毛细血管的长度占了整个血管长度的90%以上,物联网末梢的规模同样是惊人的,例如,有人估计,一个家庭大约需要200个左右的传感和控制节点。
广泛的互联伴随智能化的发展,将给社会和人们的生活带来革命性的变化。
今天,我们可以足不出户了解整个世界发生的大事,未来我们可以足不出户了解世界任意角落发生的我们想知道的事情。
通过迅速部署和广泛安装的传感网,救灾人员可以了解灾区的各种信息,以保证及时救灾;煤矿管理者可以了解矿井安全情况,防止矿难的发生;农民可以及时了解气候和土地墒情,适时灌溉并节约用水;家庭成员可以随时了解冰箱中的储物情况,避免变质而浪费;我们甚至可以像孙悟空那样,画地为牢,建立没有围墙又严密防范的重要区域…。
总之物联网将渗透各行各业和人们的生活,带来巨大的经济效益和社会效益。
任何技术的发展除了带来好处以外,必然会产生各种各样的问题。
Internet的发展为我们带来通信的便利,但也带来网络攻击,网络犯罪等一系列难以预料的问题。
由于物联网涉及更为广泛的连接和更为复杂的功能,它所产生的问题会更为棘手。
当然,我们不会为此因噎废食,而是应当积极应对,或防患于未然,或亡羊补牢,因为社会和技术的发展就是在这种循环中进行的,试想,如果如今仍然过着日出而作,日落而息,自给自足的农耕日子,我们能知道网络防火墙是何物吗?物联网是社会需求和技术两方面发展的结果,社会需求促使人们去努力发展技术,而技术的成熟使物联网逐步成为现实。
物联网将建立更广泛的连接,更到位的感知和更深入的智能。
有鉴于此,在物联网关键技术中,无线传感网技术无疑占有非常重要的地位,它可以实现广泛的连接和传感,为智能化奠定坚实的基础。
无线传感网的主要内容是传感和无线传输,在无线传感网中,由于需要在很小的范围内布置大量的无线节点,近距离无线通信技术在其中占有非常重要的地位。
2 技术概要近距离无线电通信没有一定的定义,属于这个范畴的可以有通信距离为5~100米的无线个域网(WPAN)技术,也可以有射频标签(RFID)、近场通信(NFC)等一些非常短距离的通信技术,有时红外通信也被划在这一范畴。
这些技术的共同之处是点到点的通信距离非常短,一般不超过100米,有的甚至短到微米级(例如,采用UWB 技术进行集成电路内部的连接)。
近距离通信的速率差别也很大,每秒数百bit直至每秒数百Mbit甚至每秒Gbit的数量级。
下面的图给出了一些典型近距离无线通信的通信距离、通信速率和应用的情况,以及它们与WLAN、蜂窝通信的对比。
典型近距离无线通信技术的概况由于近距离无线电通信的应用非常多样化,要求各不相同,所以,多种标准和技术并存的现象会长期存在。
例如,需要宽带传输的视频、高速数据可以采用UWB技术;对速率要求不高的,但对功耗、成本等有较高要求的无线传感网可以采用ZigBee、Z-Wave及与其相似的技术;对于非常近距离的标签无线识别应用,则可以采用NFC、RFID等无线通信技术。
从使用的频率上来看,多数近距离无线通信使用的是ISM(工业、科学、医疗)频段,在限制功率的前提下,对频率的使用不需要许可。
遗憾的是除了2.4G这个频段以外,其他频段各国的规定各不相同,因此,有些标准会给出多个频段。
UWB和NFC、RFID使用频段的情况有所不同,前者由于近似白噪声通信,平均功率密度非常低,使用高频率(例如,3.1GHz~10.6GHz)的频段和非常宽带宽(例如4~7GHz);后二者由于通信距离非常短,发射功率极低,所以使用的频段限制相对较为宽泛。
例如,RFID就有使用低频(125KHz、134KHz)、高频(13MHz)、超高频(868~956 MHz)、和微波(2.4GHz)等不同频率的产品。
在标准方面,当前无论在哪种应用领域,都是一种群雄蜂起的战国局面,有多个组织和多种标准存在,例如,IEEE、ISO/IEC以及一些民间组织,如ZigBee联盟、Z-Wave联盟等。
有些技术的标准往往是一些组织之间的分工合作的结果,例如,ZigBee技术标准就是由IEEE和ZigBee联盟合作的产物。
在近距离无线通信方面,IEEE的工作比较令人瞩目,IEEE 802.15工作组分设了七个任务组(TG),在以下几个方面对近距离无线通信技术和标准进行研究:TG1 从事蓝牙标准的制定、TG2 协调ISM频段WLAN和WPAN的共存、TG3 高速多媒体标准的制定(UWB、WiMedia)TG4 低速WPAN标准的制定(ZigBee)TG5 无线网状网技术在WPAN中的应用、 TG6 人体内部无线通信标准的制定、SGrfid RFID技术在WPAN的应用。
下面我们介绍两种典型的近距离无线通信技术-ZigBee和UWB技术。
ZigBee标准的主要制定组织是IEEE和ZigBee 联盟,前者工作重点在协议底层(IEEE802.15.4),后者在于高层。
ZigBee标准于2004年开始推出,后来又发布了ZigBee2006、ZigBee2007两个版本。
ZigBee技术具有以下特点:近距离( <100米)和低速率(<250kbps);极低功耗,电池供电可以维持数年甚至20年;多种拓扑结构;支持不同的网络规模(最大可达6万节点); 高层节点数可达1000以上(2007版);自组织网络支持节点的灵活加入和退出。
由于具备这些特点,所以它特别适合无线传感网的应用。
ZigBee的工作频段有三个,分别是868MHz、915MHz和2.4GHz。
868MHz频段主要用于欧洲,有一个信道,传输速率为20kbps;915MHz (902~928MHz)频段用于美国,有10个信道,每信道传输速率为40kbps; 2.4GHz有40个信道,每信道传输速率可达250bps。
ZigBee的网络拓扑结构可以是星形、网状或混合结构,如下图所示。
ZigBee的网络拓扑结构ZigBee的节点有两种,一种是全功能节点(FFD,图中绿色和红色的节点),另一种是限制功能节点(RFD,图中的蓝色节点)。
RFD 结构比较简单,但只能与FFD通信,用于终端节点;FFD则可以用于终端节点和中继节点。
每个ZigBee网络需要有一个协调节点(图中的红色节点),必须由FFD承担。
ZigBee可以广泛用于各种传感网和监控系统,近几年来发展十分迅速。
已经生产的芯片主要是集成无线收发器和用于协议栈和应用处理的微处理器的片上系统(SoC)。
芯片成本较低,目前为2~3美元,据称最终可达一美元以下。
ZigBee的一个有力竞争对手是Z-Wave,由丹麦Zensys公司开发,后来成立Z-Wave联盟,2007年以后,该联盟得到Microsoft、Cisco等通信和计算机大公司的支持。
和ZigBee不同,Z-Wave从开发伊始就紧盯家庭自动化应用,从技术的角度来看,它没有特别的优势,其工作速率低于ZigBee,组网方式和网络规模也不如ZigBee,但由于其针对性强,协议更加简单,便于实现,成本有望更低、更易于普及,所以近年来,Z-Wave在家庭自动化方面得到广泛的应用。
笔者在美国市场上就看到多款基于Z-Wave 家庭电气控制产品,但没有见到基于ZigBee的类似产品。
和ZigBee不同,UWB(超宽带无线通信技术)的主要应用是短距离的宽带传输。
UWB的概念出现得很早,过去主要用于军事通信,2002年,美国联邦通信委员会批准作为个域网技术开放使用,从那以后,在民用领域得到很快的发展。
根据美国FCC的要求,用于无线个域网的UWB 技术应当具有以下特性:使用FCC开放的3.1~10.6GHz频段;功率密度低于- 41.3dbm/MHz;传输速率为:10m距离上110Mbit/s;4m距离上200Mbit/s;1m距离上480Mbit/s;同一空间支持4个微微网同时工作。
由于占用极宽的带宽和非常低的功率密度,UWB具有以下可贵的特性:占用频带极宽,达4~7.5GHz,而移动通信不过几百kHz~几十MHz;传输速率高,有望达到千兆bit/s的速率;空间容量大,可达1Mbit/s/m2,相比之下,802.11b仅为1kbit/s/m2 ;蓝牙仅为30kbit/s/m2 ;穿透能力强,极宽的带宽有助于微波信号的穿透;抗干扰性能好,因为信号的频谱类似白噪声,对其他类型的无线通信来说,容易滤除,又由于有极宽的带宽,也不易受其他信号的干扰。
当前UWB技术主要分两大阵营,即DS-UWB 和MB-OFDM。
DS-UWB方案使用的是脉冲无线电技术,提交给IEEE802.15工作组的是一些掌握大量脉冲无线电专利的小公司。
这是一种无载波技术,发送的是极窄的脉冲信号。
由于没有载波,不需要调制解调,所以实现简单,平均功率低,成本也相对较低。
MB-OFDM方案则是用多波段OFDM复用实现数据的传输,其频谱特性也符合对UWB的要求。
提交这一方案的是一些大的通信和计算机公司,如IBM、微软、惠普、诺基亚、索尼等。
两种方案各有千秋,DS-UWB商用较早,但MB-OFDM有后来居上之势。
特别是MB-OFDM 已经被USB联盟采纳,作为无线USB底层的传输手段,使其前景更加光明。
3 应用作为一个体系,物联网的实现还有很长的路要走。
在物联网时代,可以将当前遍布世界的Internet看做是整个网络的骨干部分,末梢部分将是由各种不同的局部网络和节点组成。
由于需要广泛的部署和分布,这些节点和今天的网络节点会有很大的不同。
不同的应用会有不同的要求,为了适应不同的要求,这些节点应当做到:能够在较小的空间里密集分布;长寿命、低功耗、低成本、小型化;能够在恶劣环境下长期工作。