摘要：短距离无线通信技术具有低成本、低功耗、对等通信的特征，直接决定了物联网的基础功能。本文简要介绍了WiFi、蓝牙、ZigBee与超宽带四种物联网中常用的短距离无线通信技术，围绕仪器通信系统、物体定位与导航、智能家居设计三个层面，探讨了物联网中短距离无线通信技术的具体应用，以供参考。
关键词：物联网；短距离无线通信；仪器通信；定位导航；智能家居
引言：据前瞻产业研究院公布的调查结果显示，2018年全球共建设物联网项目1600个，其中智慧城市、工业物联网、建筑物联网、车联网等项目分别占比23%、17%、12%、11%。随着物联网应用广度、覆盖范围的不断扩大，对其互联设备的接入提出了较高需求，短距离无线通信技术在其中发挥了显著的价值作用。
1物联网中常用的几种短距离无线通信技术概述
1.1 WiFi技术
WiFi技术是一种基于 无线局域网的无线通信技术，为无线通信的实现提供可靠连通支持。WiFi技术的工作频段为 的 频段，其数据传输速率最高可达 ，传输距离为 ，具有较强的穿透障碍物能力。WiFi技术的网络框架结构较为简单，通过在系统前端设置热点，便可以在指定区域范围内利用PC电脑接收信号，并与Internet网络快速连接。但WiFi技术自身也存在一定的性能缺陷，例如成本高、能耗大、接入点多、安全性差等，有待作进一步改进。
1.2 蓝牙技术
蓝牙技术（Bluetooth）主要利用一块尺寸大小为 的芯片在短距离范围内实现射频连接，通常其频段范围保持在 以内，信号接收与传输范围为10-100m之间，建立一个临时对等连接，具有成本低、功能全、功率小、抗干扰能力强等性能优势。蓝牙技术的组网方式大体可以分为两种：其一是微微网，借助蓝牙设备与其他多种设备进行连接，多个设备共享主信道，其连接设备最多可达7个，是利用蓝牙技术构建的最基本信息网络；其二是散射网，主要由多个微微网构成，其蓝牙设备既可以成为一个微微网的主设备，也可以成为另一个微微网的从设备，结合差异化跳频序列参与到不同微微网中[1]。
1.3 ZigBee技术
ZigBee技术基于 局域网，以密封“八字舞”作为设计原理，又被称为“紫蜂协议”。ZigBee技术保持 的低传输速率，具有功耗低、成本小、空间容量大等特点，最多可实现与254个设备的同时连接，拥有255个节点，无线通信覆盖范围达 。虽然ZigBee技术具有低传输速率的特点，但其反应速度较快、功率小、时延短，只需几毫秒便可以从自休眠状态迅速恢复至工作状态，易于安装、维修，具有较强的稳定性能，是一种经济性较强的无线通信技术。
1.4 超宽带技术
超宽带技术（UWB）主要依照对应时间顺序发射小功率冲击脉，实现通信传输，较少受外界干扰影响，信号清晰度较高。超宽带技术的通信频段为 ，相较于蓝牙、ZigBee技术而言空间容量更大（其空间容量对比如表1所示），在10m距离内的信息传输速率可超过 ，其功率为 ，频谱范围最高可达 ，速率大于 。相较于以往无线通信技术而言，超宽带技术可实现冲击脉的直接调制，无需经由基带辅助载波调节，最高可实现 的系统带宽，具有更加卓越的性能优势。
表1 短距离无线通信技术的空间容量数值
2物联网中短距离无线通信技术的具体应用
2.1应用于仪器通信
将短距离无线通信技术应用于仪器通信系统建设中，配合自测技术、 芯片进行无线数据传输模块的开发。其中 芯片主要利用 技术与 调制机制，相较于以往集成电路生产模式而言实现了较低的成本消耗，且待机状态下芯片损耗仅为 ，还可实现 的数据传输速率，兼具载波检测、接收数据等功能，减小了无线通信过程中的碰撞损耗，实现了节能目标。从工作频段角度， 芯片主要工作频段为 ，具有功耗低、速度快等性能优势，集成了多种高效电路与外围元件，支持串行数字接口，倘若嵌入低功耗仪器，可直接利用接口进行数据的发送与接收，实现与计算机间的无线通信。同时，采用无线通信技术设计的无线数据传输模块，兼具无线数据的发送与接收功能，通过试验测试可以发现，无线数据传输模块在传输速率为 的环境下仍保持良好的通信效果，在地势平缓区域的有效通信距离高达 ，在房屋建筑室内环境下通信有效距离也可达到 。将该芯片应用系统数据采集模块中，可实现点对点连接与双向采集，在智能身份识别、机器人研发等领域具有较广的应用价值。
2.2应用物体定位与导航
随着物联网与智能终端的发展，蓝牙4.0的出现实现了蓝牙技术领域的研发突破，在物体定位、位置追踪、导航等方面发挥了显著的应用价值。从物体定位层面来看，广东省某电子科技公司利用蓝牙技术研发出了一款双向防丢器，专为幼儿与老人设计，通过为幼儿或老人佩戴手环，利用蓝牙4.0技术将其与家人的移动智能设备相连，倘若该手环检测到佩戴者超出预设的警戒范围时，即会立刻向手机发送报警，且该设备的功耗较低，规避辐射对人体造成的负面影响。从导航系统角度入手，装有蓝牙4.0的移动设备可以接收到大型购物中心内蓝牙设备信号，确定持手机人所处位置，其导航精度可精确到1m，未来还可应用于商家促销领域，推动商业模式革新。
2.3应用于智能家居设计
当前短距离无线通信技术已在智能家居行业得到了深入渗透，其中ZigBee技术与射频识别技术为智能家居的实现贡献了积极助益。以广东省某智能家居企业产品为例，该企业在其智能家居产品中融入了短距离无线通信技术，在智能家居系统内部设有多个传感器采集室内环境参数，将数据与预设环境参数进行对比，实现对智能冰箱的控制；利用ZigBee技术实现节点定位，配合射频识别技术将食品标签信息录入EPC之中，将冰箱所在位置、内部食品信息等直接显示到系统管理界面中，可供用户读取食品标签，利用安卓设备中的远程监控程序实现对冰箱状态的实时控制[2]。同时，用户还可以利用移动设备中的监控程序向射频识别读写器发送扫描命令，定期依据食品标签中记录的保质期等信息进行食品状况的查验，将即将过期或已经过期的食品发送至用户移动设备端，便于用户进行食物更新，进一步为现代人日常生活提供便捷。
结论：总而言之，WiFi、蓝牙、ZigBee以及超宽带等短距离无线通信技术的研发创新，有效缩短了各类电子设备间的通信距离，使点对点连接成为现实，同时其迅捷的信息传输速度、多元化的传递形式以及加密处理方式，也有助于进一步发挥物联网的优势性能，满足用户需求，进一步加快物联网建设发展进程。
参考文献：
[1]孙鑫.浅谈物联网无线通信场景需求与技术应用[J].中国新通信,2018,20,(19):32.
[2]苗志勇.短距离无线通信技术和其在物联网中的应用[J].信息技术与信息化,2015,(1):38-39.
论文作者:张颖妍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/1
标签：通信技术论文; 技术论文; 蓝牙论文; 设备论文; 频段论文; 通信论文; 速率论文; 《基层建设》2019年第10期论文;