短距离无线通信技术

1、 主要内容v基本概念v发展、应用及特点v研究开发实例基本概念有线通信 借助线缆线路传送信号的通信方式数据传输介质 双绞线，同轴电缆，光纤，etc无线通信 仅利用电磁波而不通过线缆进行的通信方式一般意义上，只要通信收发双方通过电磁波（红外、无线电微波）传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米以内，都可以称之为短距离无线通信通信距离短 覆盖距离一般在10200m发射功率低 一般小于100mW应用范围广 可自由连接各种个人便携式 电子设备、计算机外部设备和 各种家用电器设备，实现信息 共享和多业务的无线传输主要特点Wireless LANWired LAN1rd Gen2rd Gen3

2、rd Gen4rd Gen10Mbps2Mbps11Mbps54Mbps250Mbps105.55.55.5GAP Bottle Neck in the Last Mile Of Access100Mbps1Gbps10Gbps1010Gap of transmission ability between fixed and wireless10k110k384k?各种短距离无线通信技术Bluetooth 蓝牙技术WLAN 无线局域网技术 IEEE 802.11系列HiperLAN 系列UWB 超宽带技术Zigbee 紫蜂技术IrDA 红外线数据协会技术Ad hoc 自组织网络技术RFID 射

3、频识别技术NFC 短距通信技术根据传输数据速率可分为高速：最高数据速率100Mb/s 通信距离小于10m 典型技术：高速UWB低速：最低数据速率1Mb/s 通信距离小于100m 典型技术：Zigbee、低速UWB、蓝牙目前主要应用于连接下一代便携式消费电器和通信设备。它支持各种高速率的多媒体应用、高质量的声像配送、多兆字节音乐和图像文档传输等。主要用于家庭、工厂与仓库的自动化控制、安全监视、保健监视、环境监视、军事行动、消防、货单自动更新、库存实时跟踪以及游戏和互动式玩具等方面的低速应用。 主要内容v基本概念v发展、应用及特点v研究开发实例Bluetooth（蓝牙）技术1994年1998年版本

4、：V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0v 工作在全球开放的2.4GHz ISM频段v 使用跳频频谱扩展技术v 一台蓝牙设备可同时与其他7台蓝牙设备建立连接v 数据传输速率可达1Mb/sv 低功耗、通信安全性好v 在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通信视角和方向要求v 组网简单方便v 支持语音传输蓝牙技术的特点把频带分成若干个跳频信道(Hop Channel)，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道采用“即插即用”的概念，嵌入蓝牙技术的设备一旦搜索到另一蓝牙设备马上就可以建立连接，传输数据语音/数据接入 将一台计算机通过安全的无线链路连接

5、到通信设备上 完成与广域网的连接外围设备互联 将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上个人局域网（PAN） 主要用于个人网络与信息的共享与交换蓝牙技术的应用 Wi-Fi（wireless fidelity）技术Wi-Fi是一种能够将个人电脑、手持设备（如Pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术它是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性IEEE802.11b标准IEEE802.11b标准是当前应用最为广泛的WLAN标准，发布于1999年9月主要目的 提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技

6、术标准工作频率 2.4GHz，与无绳电话、蓝牙等许多不需要频率使用许可证的无 线设备共享同一频段，且采用加强版的DSSS传输速率 可以根据环境的变化在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s 之间动态切换缺点 速度不够高，且所在的2.4GHz的ISM频段的带宽比较窄 (仅有85MHz)，同时还要受到微波、蓝牙等多种干扰源的干扰与蓝牙技术相比，Wi-Fi在数据安全性方面要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100m左右，可用于整栋办公大楼AP一般称为网络桥接器或接入点,它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁，因此任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局

7、域网络甚至广域网络的资源，其工作原理相当于一个内置无线发射器的Hub或者是路由负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备v 无线电波的覆盖范围广 基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有15m 而Wi-Fi的半径则可达100m左右v 传输速度非常快 可以达到11Mb/sv 厂商进入该领域的门槛比较低 Wi-Fi的技术优势Wi-Fi技术的应用v 手持设备（大部分）v PCv 小型办公网络v 智能家居v 物联网美国密歇根州运输研究所(UMTRI)联合汽车厂家和各种机构，准备推出一个基于专用短程通讯(DSRC)的云平台，利用Wi-Fi技术连接车载电脑和远程交通安全管理平台，在汽车有可能发生事

8、故前发出警告信息，提醒司机注意安全驾驶，从而减少交通事故的发生。超宽带技术( Ultra Wideband UWB)通过基带脉冲作用于天线的方式发送数据，是一种无载波通信技术。窄脉冲(小于1ns)产生极大带宽的信号。工作波段 3.110.6 GHz主要应用 应用于小范围、高分辨率，能够穿透墙壁、地面和身体的 雷达和图像系统中 适用于对速率要求非常高(大于100Mb/s)的局域网UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率 脉冲采用 脉位调制(PPM) 或 二进制移相键控(BPSK)调制UWB技术特点UWB技术特点UWB技术特

9、点UWB技术特点UWB技术特点UWB技术特点UWB技术的应用UWB技术的应用戴姆勒克莱斯勒公司已经试制出用于自动刹车系统的雷达。在不久的将来，这种防撞雷达将成为高级 汽车的一个选件。国内的常州唐恩软件科技有限公司，提供了基于UWB技术的高精度定位系统，可在室内环境实现三维15cm的高精度定位，为目前无线电实时定位领域最先进的定位系统UWB最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网(PAN)与其它技术相比IEEE802.11b标准和蓝牙的速率太慢，不适合传输视频数据IEEE802.11a标准速率可达54Mb/s，可以处理视频数据，但费用昂贵而UWB有可能在10m范围内，支持高达110Mb

10、/s的数据传输率，不需要压缩数据，可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。 Zigbee 紫蜂技术“嗡嗡”(zig)+蜜蜂 (bee)ZigBee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准 是一个有关组网、安全和应用软件方面的技术标准主要适用于 自动控制领域 可以嵌入各种设备中 同时支持地理定位功能 用于个人区域网和对等网状网络标准、 经济、高效、低数据速率(250kb/s)频带使用范围数据传输率信道数2.4GHz(ISM)全世界250kb/s16868MHz欧洲20kb/s1915MHz(ISM)美国40kb/s10 Zigbee 频带和频带传输率情况该频段为全球通用的工业、科学、

11、医学(ISM)频段是免付费、免申请的无线电频段 Zigbee网络 ZigBee技术是一种可以构建一个由多达数万个无线数传模块组成的无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信CDMA网或GSM网网络节点间的距离：75m几百米几公里 ZigBee网络还可以与现有的其他各种网络连接v 功耗低 两节五号电池可支持长达6个月到2年 左右的使用时间v 可靠 采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务 预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突 v 传输速率低 10250kb/s，专注于低传输应用v 成本低 ZigBee 协议免收专利费，采用ZigBee技术 产品的成 本一般为同类产品的几分之一甚至十

12、分之一 v 时延短 针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状 态激活的时延都非常短，通常时延都在1530ms之间 Zigbee技术特点 v 优良的网络拓扑能力 具有星、网和丛树状网络结构能力 具有无线网络自愈能力，能简单地覆 盖广阔范围v 网络容量大 可支持多达65000个节点v 安全 提供了数据完整性检查和鉴权功能加密算法 采用通用的AES-128v 工作频段灵活 使用的3个频段均为免执照频段 Zigbee技术特点 Zigbee技术的应用 Zigbee技术的应用 韩国的NURI Telecom在基于Atmel和Ember 的平台上成功研发出基于ZigBee技术的 自动抄表系统 Zigb

13、ee技术的应用 Zigbee技术的应用 IrDA技术(Infrared Data Association)红外线数据协会 成立于1993年，是致力于建立红外线无线连接的非营利组织。IrDA技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，它也许是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术。目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备(如PDA、手机)上广泛使用。1m内数据传输速率vAd hoc单跳无线网和多跳无线网的拓扑图Ad hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳临时性自治系统，移动终端具有路由功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑，这种网络可以独立工作，也可以与Internet或

14、蜂窝无线网络连接。 (1) 网络自主性 (2) 多跳通信 (3) 动态拓扑 (4) 分布式控制 (5) 带宽限制和变化 的链路容量 (6) 应用广域化动态拓扑v基本特征分布式控制示例移动Ad hoc网络技术支持CDMA、GPRS等各类无线通信网络应用：军事应用 传感器网络Ad hoc网络技术的研究最初是为了满足军事应用的需要，军队通信系统需要具有抗毁性、自组性和机动性。在战争中，通信系统很容易受到敌方的攻击，因此，需要通信系统能够抵御一定程度的攻击。若采用集中式的通信系统，一旦通信中心受到破坏，将导致整个系统的瘫痪。分布式的系统可以保证部分通信节点或链路断开时，其余部分还能继续工作。 传感器网

15、络是Ad hoc网络技术应用的另一大领域。对于很多应用场合来说传感器网络只能使用无线通信技术，并且传感器的发射功率很小。分散的传感器通过Ad hoc网络技术组成一个网络，可以实现传感器之间和与控制中心之间的通信。这种网络具有非常广阔的应用前景。vNFCNFC(Near Field Communication，近距离无线传输)是由Philips、Nokia和Sony公司主推的一种类似于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

16、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联、彼此交换数据或服务都将有可能实现。此外，NFC还可以将其他类型无线通信(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，而无须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信标准不同的是，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、打印机和其他设备。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连接容易得多。 几种短距离无线通信技术比较规范规范Zigbee红外红外蓝牙蓝牙802.11系列系列工作频率868/915/2.4G8