1 概述
當前物聯(lián)網(wǎng)概念異?；馃幔谶@一領域中，無線物聯(lián)網(wǎng)又是非常熱門的技術，在無線物聯(lián)網(wǎng)中，需要實現(xiàn)比WIFI網(wǎng)絡更低成本更低功耗的設備和組網(wǎng)方式。相對來說，無線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)率和協(xié)議復雜程度上，有很大的削減，量體裁衣，為物聯(lián)網(wǎng)實際通信需求打造了專用的聯(lián)網(wǎng)方式。
人們熟知的無線網(wǎng)絡，通常是WIFI網(wǎng)絡，只要打開無線網(wǎng)卡，就能自動獲取IP地址和連接到熱點（無線路由器等)上，實際上的組網(wǎng)方式與有線的局域網(wǎng)方式還是一樣的。在嵌入式領域，除了WIFI之外，還有不少的無線通信方式。它們在頻率、調(diào)制方式、拓撲結構和協(xié)議復雜度上的不同，決定了它們適用在不同的環(huán)境中，本文就目前常見的幾種應用介紹一下這些短距離通信技術應用。
2 物聯(lián)網(wǎng)無線應用需求分析
(1)短距離應用
短距離無線通信技術在IEE802.15協(xié)議中有規(guī)范，早在1998年，IEEE 802.15 工作組成立, 專門從事WPAN標準化工作。它的任務是開發(fā)一套適用于短程無線通信的標準，分為4個工作組：
TG1：藍牙工作組：藍牙是無線個人局域網(wǎng)最早研究的技術；
TG2：共存工作組，解決802.11和802.15之間共存的問題；
TG3：高速無線個人區(qū)域網(wǎng)絡；
TG4：低速無線個人區(qū)域網(wǎng)絡。
TG1和TG4分別是我們熟悉的藍牙和ZigBee技術，藍牙技術數(shù)據(jù)率相對高一些，可以達到10 Mb/s，理論上每秒可以傳輸1 Mbyte的數(shù)據(jù)，實際傳輸速度在800 kb/s左右，組網(wǎng)方式為點對點，使用上需要完成一個配對過程，如圖1所示，并且沒有路由中繼功能，適合點對點近距離通信。
ZigBee技術的網(wǎng)絡特性比較突出，數(shù)據(jù)傳輸采用接力式，協(xié)議中允許網(wǎng)絡中包含三種不同的角色，其中高級功能的角色如路由節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點具備路由的功能，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，因此可以組建大規(guī)模的網(wǎng)絡(可達6萬個)，在Mesh網(wǎng)絡結構中，每個節(jié)點的角色都是路由器，既有實際功能又同時可以幫助其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。ZigBee組網(wǎng)模型如圖2所示。
ZigBee技術規(guī)范中規(guī)定無線端通信波特率在250 kb/s，廠商標準中，會對此限制有所突破，廣州周立功公司代理的CEL模塊之間可以配置成1 Mb/s的無線波特率。
在各種終端機中，如投幣游戲機、酒店洗手液盒、地鐵自助服務機等，ZigBee模塊應用起來都非常合適。
在無線路燈控制中，ZigBee技術也在各個城市開始試點，越來越多的路燈廠商開始使用ZigBee產(chǎn)品，周立功公司的ZigBee模塊已在幾家路燈廠商的實驗路上運行。針對這種線型的網(wǎng)絡，周立功公司無線事業(yè)部推出的ZLGnet協(xié)議，可以實現(xiàn)大型快速穩(wěn)健的路燈系統(tǒng)解決方案。周立功ZigBee模塊及配置軟件如圖3所示。
(2)長距離應用
在類似景觀燈、路燈類型的應用中，由于節(jié)點數(shù)很多，如果完全使用ZigBee技術的中繼功能，在大規(guī)模網(wǎng)絡中，還是會出現(xiàn)硬件瓶頸、網(wǎng)絡上過多的數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)包長度過長，都會導致數(shù)據(jù)沖突，這時，可以使用增加主路由節(jié)點的發(fā)射功率和接收靈敏度來實現(xiàn)。
這種增強的路由節(jié)點好比一個通信基站，大功率ZigBee模塊輸出功率可以達到100 mW（20 dBm），比一般的節(jié)點要多出90 mW，接收靈敏度也比普通節(jié)點增加8 dBm，通信覆蓋面積可以達到半徑1 500 m。ZigBee無線路燈拓撲圖如圖4所示。
在2 GHz~3 GHz的頻段中，設備之間通信繞射能力比較差，家庭使用WIFI就有這樣的經(jīng)驗，關上門窗，或者置于墻后邊，信號會差很多，因此電信運營商在2G轉(zhuǎn)3G的改造中，也不得不增加更多的基站，在較大的樓宇中，還要進行“室內(nèi)覆蓋”，這都是這個頻段本身的物理特性決定的。相比之下，可以看到對講機就沒有這個問題，保安們使用的對講機，不管在小區(qū)的哪個地方，通話質(zhì)量都很好，因為對講機使用的頻段一般是400 MHz左右（400 MHz、433 MHz、470 MHz等），這個波段的無線信號可以通過門窗和空隙，繞射傳播。通俗地講，頻段越高越類似于光，光是直線傳播的，頻段低的就像聲音，繞射能力強。
因此，在非組網(wǎng)模式（點對點，點對多點），還可以使用433 MHz的無線數(shù)傳模塊，但是通信數(shù)據(jù)率會比較低，組網(wǎng)路由的能力也會差一些。
(3)低功耗應用
在嵌入式應用中，通常設備不能與市電相連，只能用電池供電，如傳感器、有源RFID和無線的水及燃氣表頭等，要求幾個月甚至幾年不能更換電池，而且電池的體積受限，容量通常也在1 000 mAh以內(nèi)，應用WIFI技術顯然不能滿足功耗要求，而采用433 MHz無線數(shù)傳模塊和2.4 GHz的ZigBee模塊，因為硬件調(diào)制方式和運行的通信協(xié)議棧的原因，在功耗上可滿足以上的需求，這些模塊在發(fā)送接收時只有十幾毫安的電流，并且這些收發(fā)器啟動完畢進入工作狀態(tài)只需要毫秒級甚至微秒級的時間完成小數(shù)據(jù)量的發(fā)送，馬上進入休眠模式，電流維持在幾微安，小容量的電池就可以用上幾個月。
另外一個低功耗因素還在于，運行WIFI協(xié)議的設備通常需要運行高端的操作系統(tǒng)，如WinCE或者Linux等，這些系統(tǒng)流暢的運行需要至少ARM9以上的處理器，主頻也上百兆，這一部分也是非常耗電的。相比之下，無線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點應用功能單一，只需要簡單的操作系統(tǒng)或者前后臺系統(tǒng)就可以實現(xiàn)，對處理器要求低，在復雜應用中，還可以考慮使用ARM系列的conrtex-M0處理器，如NXP公司的LPC1000等，功能非常強大，功耗和價格與以往的8位單片機不相上下。操作系統(tǒng)也可以運行類似TinyOS，μcos-II等，實時性非常好。
(4)價格敏感應用
目前優(yōu)質(zhì)的無線通信模塊價格較高，因為射頻原材料，如微波PCB板材、射頻芯片及高頻電容電感等，都還比較貴，而且在設計無線前端的走線和阻抗匹配時，需要一套完整的傳輸線理論基礎，并且還要有可實際操作的設計步驟和驗證設備，因此技術門檻還比較高。國內(nèi)一些專注于無線通信領域的團隊，深入鉆研了無線射頻技術之后，也自己做了不少工作，例如周立功無線事業(yè)部使用2.4 GHz射頻芯片設計生產(chǎn)的ZigBee模塊ZM2410，已完成射頻前端及整機設計驗證、板材及加工工藝攻關、射頻一致性測試、高品質(zhì)射頻器件采購存貨等前期準備工作，具備本土優(yōu)勢和品質(zhì)保障的模塊，價格上非常有優(yōu)勢。
3 展望
2011年，除2.4 GHz模塊ZM2410(標準功率)和ZICM-2410-P2（大功率）模塊之外，廣州周立功還將推出433 MHz無線數(shù)傳模塊，配合已有的網(wǎng)關類設備產(chǎn)品（ZigBee轉(zhuǎn)COM口、ZigBee轉(zhuǎn)USB、ZigBee轉(zhuǎn)以太網(wǎng)設備、ZigBee分析儀），以及GPRS/CDMA/3G遠距離無線通信，將逐漸完成無線通信領域的技術產(chǎn)品覆蓋，為客戶提供全面的無線應用解決方案。