1 概述
當(dāng)今，無線通信在人們的生活中扮演越來越重要的角色，擺脫物理連接上的限制，自由地、隨時隨地地接入網(wǎng)絡(luò)獲取信息，成為現(xiàn)代社會的一種強烈需求。同時低功耗、微型化是人們對當(dāng)前無線通信產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的基本要求，因此近距離無線通信正逐漸引起越來越廣泛的注意。
短距離無線通信技術(shù)的范圍很廣，在一般意義上，只要通信收發(fā)雙方通過無線電波傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短的范圍內(nèi)，就可以稱為短距離無線通信。
多年來，人們不斷探索形成了當(dāng)今令人眼花繚亂的短距離無線通信協(xié)議和相關(guān)產(chǎn)品。其中應(yīng)用最為廣泛和最有前途的短距離無線數(shù)據(jù)通信標準有5種，分別是紫蜂(ZigBee)、無線寬帶(Wi-Fi)、藍牙（Bluetooth）、超寬帶（UWB）和近距通信（NFC）。它們基本上覆蓋了目前市面的各種應(yīng)用需求，在各自的領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。各種通信技術(shù)對比如圖1所示。
下面就這幾種主流的短距離無線通信技術(shù)做一個簡單的介紹。
2 主流無線通信技術(shù)
2.1 紫蜂
紫蜂（ZigBee）是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)該協(xié)議規(guī)定這是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(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方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點是近距離、低成本、自組織、低功耗、低復(fù)雜度和低數(shù)據(jù)速率。主要適用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)。ZigBee標識及產(chǎn)品示例如圖2所示。
ZigBee的工作頻率有下面三種標準：
(1)868 MHz 傳輸速率為20 kb/s 適用于歐洲；
(2)915 MHz 傳輸速率為40 kb/s 適用于美國。
(3)2.4 GHz 傳輸速率為250 kb/s 全球通用。
目前，國內(nèi)都在使用2.4 GHz的工作頻率，其帶寬為5 MHz，有16個信道。采用直接擴頻(DSSS)方式的OQPSK調(diào)制技術(shù)。而基于IEEE 802.15.4的ZigBee在室內(nèi)通常能達到30～50 m作用距離,在室外如果障礙物少,甚至可以達到100 m作用距離。它的優(yōu)勢和不足如下文所述。
ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢：
(1)功耗低。在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通5號干電池可使用6個月以上。這也是ZigBee的支持者所一直引以為豪的獨特優(yōu)勢。
(2)成本低。因為ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本。
(3)網(wǎng)絡(luò)容量大。每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持65 535個設(shè)備，也就是說每個ZigBee設(shè)備可以與另外254臺設(shè)備相連接。
ZigBee技術(shù)的不足：
ZigBee技術(shù)本身是一種為低速通信而設(shè)計的規(guī)范，它的最高通信速度只有250 kb/s，對一些大數(shù)據(jù)量通信的場合它并不合適，但是這一特點會逐漸改變，一些廠商生產(chǎn)的ZigBee芯片目前也突破了這個限制，如CEL公司的ZICM2410，已經(jīng)達到1 MHz的傳輸速率。
ZigBee 并不是用來與Wi-Fi或者Bluetooth等其他已經(jīng)存在的標準競爭，它的目標定位于現(xiàn)存的系統(tǒng)還不能滿足其需求的特定的低功耗低速率的市場，它有著廣闊的應(yīng)用前景。ZigBee 聯(lián)盟預(yù)言在未來的四到五年，每個家庭將擁有50 個ZigBee 器件，最后將達到每個家庭150 個。據(jù)估計到2012 年ZigBee 市場價值將達到數(shù)十億美元。
2.2 無線寬帶
無線寬帶是Wi-Fi的俗稱。所謂Wi-Fi，其實就是 IEEE 802.11b 的別稱，它是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號。隨著技術(shù)的發(fā)展，以及IEEE 802.11b、g、n等標準的出現(xiàn)，現(xiàn)在IEEE 802.11 這個標準已被統(tǒng)稱作Wi-Fi。
Wi-Fi設(shè)備工作在全球通用的2.4 GHz ISM頻段。目前在應(yīng)用的協(xié)議標準主要有以下三種：
(1)IEEE 802.11b：工作頻段2.4 GHz，其帶寬為83.5 MHz，有13個信道，使用DSSS(直接序列擴頻技術(shù))，最大理論通信速率為11 Mb/s。
(2)IEEE 802.11g：工作頻段2.4 GHz，其帶寬為83.5 MHz，有13個信道，使用OFDM(正交頻分技術(shù))，最大理論通信速率為54 Mb/s。
(3)IEEE 802.11n: 工作頻段2.4 GHz/5.0 GHz，其帶寬為83.5 MHz/125 MHz，有13/5個信道，使用MIMO技術(shù)（多入多出技術(shù)），最大理論通信速率為300 Mb/s。
無線寬帶通信距離一般在200 m范圍以內(nèi)。針對一些特殊的應(yīng)用場合，加大通信雙方設(shè)備的輸出功率，通信距離可以超過2 km。目前，它主要應(yīng)用在無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)的接入，是在家里、辦公室或在旅途中上網(wǎng)的快速、便捷的途徑。Wi-Fi技術(shù)標識及典型產(chǎn)品如圖3所示。
Wi-Fi技術(shù)有下面幾個優(yōu)勢：
(1)覆蓋廣。其無線電波的覆蓋范圍廣，穿透力強。可以非常方便地為整棟的大樓提供無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)的接入。
(2)速度高。Wi-Fi技術(shù)的傳輸速度非?？欤С諭EEE 802.11n協(xié)議設(shè)備的通信速度可以高達300 Mb/s，能滿足人們接入互聯(lián)網(wǎng)，瀏覽和下載各類信息的需求。
(3)門檻低。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置“熱點”，支持Wi-Fi的各種設(shè)備(例如：手機、手提電腦、PDA)都可以通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)非常方便地高速接入互聯(lián)網(wǎng)。
Wi-Fi技術(shù)的不足：
Wi-Fi技術(shù)的不足是安全性不好。由于Wi-Fi設(shè)備在通信中沒有使用跳頻等技術(shù)，雖然使用了加密協(xié)議但是還是存在被破解的隱患。
2.3 藍牙
藍牙是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)，它的出現(xiàn)要歸功于Bluetooth SIG。Bluetooth SIG藍牙技術(shù)聯(lián)盟是一家貿(mào)易協(xié)會，由電信、計算機、汽車制造、工業(yè)自動化和網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的領(lǐng)先廠商組成。該小組致力于推動藍牙無線技術(shù)的發(fā)展，為短距離連接移動設(shè)備制定低成本的無線規(guī)范，并將其推向市場。藍牙技術(shù)標識及典型產(chǎn)品如圖4所示。
藍牙設(shè)備工作在全球通用的2.4 GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，設(shè)備之間的通信是以跳頻的形式進行的，能夠?qū)崿F(xiàn)很強的保密性。目前，最高的通信速率2 Mb/s，通信距離一般在10 m以內(nèi)。目前，藍牙技術(shù)主要應(yīng)用在手機、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間的無線信息交換。利用“藍牙”技術(shù)，能夠有效地簡化移動通信終端設(shè)備之間的通信，實現(xiàn)高效、高保密的信息交流。
Bluetooth技術(shù)的優(yōu)勢：
(1)安全性高。Bluetooth設(shè)備在通信時，工作的頻率是不停地同步變化的，也就是常說的跳頻通信。通信雙方的信息很難被捕獲，更談不上被破解和惡意插入欺騙信息了。
(2)易于使用。Bluetooth 技術(shù)是一項即時技術(shù)，它不要求固定的基礎(chǔ)設(shè)施，且易于安裝和設(shè)置。
Bluetooth技術(shù)的不足：
(1)通信速度不高。藍牙設(shè)備的通信速度較慢，目前最高只能達到2 Mb/s，有很多的應(yīng)用需求不能得到滿足。
(2)傳輸距離短。藍牙規(guī)范最初就是為近距離通信而設(shè)計的，所以它的通信距離比較短，一般不超過10 m。
3 小結(jié)
以上介紹了目前常用的幾種短距離通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)的特點：功耗低，抗干擾能力強，使用簡單，組網(wǎng)靈活，使得ZigBee技術(shù)最適合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。在接下來的講座中，將圍繞ZigBee的技術(shù)應(yīng)用方案，展開詳細論述。