短距離無(wú)線通信技術(shù)及其在儀器通信中的應(yīng)用探討

摘 ?要：在信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)通信已經(jīng)得到廣泛普及。而在儀器通信方面，實(shí)現(xiàn)短距離通信可以利用無(wú)線技術(shù)解決布線問(wèn)題，以滿足人們多樣化的需求?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)短距離無(wú)線通信技術(shù)展開(kāi)了分析，然后對(duì)該技術(shù)在儀器通信中的應(yīng)用情況進(jìn)行了探討，為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：短距離無(wú)線通信技術(shù);儀器通信;無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊

中圖分類號(hào)：TN925 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）13-0080-02

Discussion on Short Distance Wireless Communication Technology and

Its Application in Instrument Communication

DUAN Qunli

（SinoDaan Co.，Ltd.，Guangzhou ?510620，China）

Abstract：In the information age，network communication has been widely used. In the aspect of instrument communication，the realization of short-distance communication can use wireless technology to solve the wiring problem in order to meet the diversified needs of people. Based on this understanding，this paper analyzes the short distance wireless communication technology，and then discusses the application of the technology in instrument communication，which provides a reference for people who pay attention to this topic.

Keywords：short distance wireless communication technology;instrument communication;wireless data transceiver module

0 ?引 ?言

在無(wú)線頻率資源有限的情況下，免費(fèi)區(qū)頻段短距離無(wú)線通信技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。應(yīng)用短距離無(wú)線通信技術(shù)，能夠?yàn)橥ㄐ沤K端布設(shè)提供便利，解決因線路磨損帶來(lái)的通信問(wèn)題，為儀器間數(shù)據(jù)的短距離傳輸提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。因此，還要加強(qiáng)短距離無(wú)線通信技術(shù)研究，以便較好地在儀器通信中應(yīng)用該技術(shù)，進(jìn)一步推動(dòng)儀器無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展。

1 ?短距離無(wú)線通信技術(shù)分析

所謂的短距離無(wú)線通信技術(shù)，其實(shí)就是借助無(wú)線通信方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備間數(shù)據(jù)短距離傳輸?shù)募夹g(shù)，無(wú)須采用線路設(shè)備等介質(zhì)實(shí)現(xiàn)線路連接，能夠直接進(jìn)行設(shè)備間數(shù)據(jù)通信。所以相較于有線通信傳輸方式，短距離無(wú)線通信技術(shù)的通信更加便捷，能夠在短距離通信中得到靈活應(yīng)用，降低通信成本，滿足用戶多樣化需求?，F(xiàn)階段，伴隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，各種短距離無(wú)線通信技術(shù)隨之產(chǎn)生。目前，常見(jiàn)的短距離無(wú)線通信技術(shù)包含Zigbee技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)等，可以通過(guò)控制數(shù)據(jù)傳輸距離和范圍使通信技術(shù)應(yīng)用保持成本價(jià)，并且能夠?qū)νㄐ艛?shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，因此應(yīng)用范圍較廣。其中，Zigbee技術(shù)架構(gòu)簡(jiǎn)單，在短距離傳輸中耗能較低，數(shù)據(jù)傳輸范圍能夠覆蓋10m-75m，利用兩種免費(fèi)頻段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。Wi-Fi技術(shù)即無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，包含IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)最高傳輸速率能夠達(dá)到54MB/s，電波覆蓋范圍能夠達(dá)到100m左右。藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展較為成熟，屬于全球開(kāi)放性規(guī)范技術(shù)，用于語(yǔ)音通信和無(wú)線數(shù)據(jù)連接，具有低功耗和低成本特點(diǎn)，采用2.4GHzISM頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，速度能夠達(dá)到1MB/s，有效傳輸距離為10m。此外，IrDA技術(shù)和UWB技術(shù)等短距離無(wú)線通信技術(shù)也得到了一定程度應(yīng)用，前者能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，后者采用載波通信技術(shù)，信號(hào)傳輸范圍有一定限制，通常不超過(guò)10m。

2 ?短距離無(wú)線通信技術(shù)在儀器通信中的應(yīng)用

盡管短距離無(wú)線通信技術(shù)取得了廣泛應(yīng)用，但并沒(méi)有哪一種技術(shù)能夠同時(shí)滿足不同儀器間的通信需求。在儀器通信方面，實(shí)際在應(yīng)用短距離無(wú)線通信技術(shù)過(guò)程中，還要結(jié)合儀器通信實(shí)際情況完成相應(yīng)無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)，從而滿足儀器短距離無(wú)線通信要求。

2.1 ?Zigbee技術(shù)的應(yīng)用

在儀器通信中應(yīng)用Zigbee技術(shù)，主要是考慮到該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)靈活組網(wǎng)，目前在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信方面，該技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。在儀器通信方面，可以采用TI公司研發(fā)CC2530芯片進(jìn)行短距離無(wú)線通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。該芯片屬于系統(tǒng)級(jí)SoC芯片，符合Zigbee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)軟件包Z-Stack協(xié)議棧，擁有復(fù)雜軟件包為用戶提供各種函數(shù)接口。在芯片內(nèi)部，包含無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)器、8051微控制器等各種模塊，能夠?yàn)镮EE802.15.4協(xié)議提供支持，保持2.4GHz通信頻率，傳輸速率能夠達(dá)到250kbps。如圖1所示，為芯片電路系統(tǒng)，在短距離無(wú)線通信方面能夠采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，利用芯片內(nèi)部16個(gè)載波頻率實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，有效抵抗噪聲干擾，在低發(fā)射信號(hào)功率下依然能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確通信。實(shí)際應(yīng)用芯片進(jìn)行無(wú)線通信，需要完成編程控制，做好載波頻率的選擇，并對(duì)發(fā)射功率和收發(fā)過(guò)程進(jìn)行控制，在保持較低發(fā)射信號(hào)功率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信[1]。在數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中，按照Mac負(fù)載、幀長(zhǎng)度等在RFD寄存器中進(jìn)行導(dǎo)入數(shù)據(jù)，然后由CPU向收發(fā)器發(fā)出選通指令，能夠?qū)崿F(xiàn)緩沖器數(shù)據(jù)輸出。在儀器通信中采用Zigbee技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)完整性檢查，利用AES-128加密算法進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性確認(rèn)，具有較高安全性。而采用CC2530芯片，能夠利用循環(huán)冗余檢查算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)糾錯(cuò)，因此開(kāi)發(fā)得到的通信系統(tǒng)抗干擾能力較強(qiáng)，能夠在農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測(cè)、路燈照明控制等領(lǐng)域的儀器通信中得到應(yīng)用。

2.2 ?Wi-Fi技術(shù)的應(yīng)用

Wi-Fi技術(shù)作為主流的短距離無(wú)線通信技術(shù)，結(jié)構(gòu)框架并不復(fù)雜，只要完成數(shù)據(jù)采集信號(hào)口的設(shè)計(jì)即能實(shí)現(xiàn)“熱點(diǎn)”收集，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收和利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳播。目前在智能家電領(lǐng)域，該技術(shù)能夠在儀器通信上得到應(yīng)用。通過(guò)在熱水器、空調(diào)等設(shè)備中嵌入Wi-Fi模塊，能夠?qū)⒎稚⒌膬x器連成整體控制系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)流量爆發(fā)式增長(zhǎng)的背景下，采用第五代Wi-Fi技術(shù)能夠提供較高帶寬，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸，因此能夠?yàn)橹腔奂彝サ膶?shí)現(xiàn)提供技術(shù)支撐[2]。在儀器通信方面，Wi-Fi采用的IEE802.11AC協(xié)議能夠?yàn)閮x器間數(shù)據(jù)互動(dòng)傳輸提供通道，滿足儀器相互切換和融合需求。實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)，除了進(jìn)行Wi-Fi網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)，還要完成Wi-Fi中繼器的部署，以便使Wi-Fi信號(hào)覆蓋范圍得到擴(kuò)大，在儀器通信連接方面，采用無(wú)線高保真技術(shù)能夠使信號(hào)覆蓋范圍達(dá)到100m，網(wǎng)絡(luò)框架較為簡(jiǎn)單，只要在計(jì)算機(jī)前端進(jìn)行熱點(diǎn)設(shè)置，然后將實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域操作的電腦設(shè)備設(shè)施拿到網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)，即能以較高速度連接互聯(lián)網(wǎng)。但相較于其他短距離無(wú)線通信技術(shù)，Wi-Fi技術(shù)在儀器通信中的應(yīng)用存在較大安全隱患，在尚未完成統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)建立的情況下，使技術(shù)的應(yīng)用受到了一定限制。

2.3 ?藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用

作為綜合語(yǔ)音通信和無(wú)線通信的技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)具有開(kāi)放性，但數(shù)據(jù)傳輸距離較短，需要借助放大器將傳輸距離提高至100m。而藍(lán)牙芯片消耗成本較高，盡管運(yùn)用1600Hz高效率擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行干擾因素自動(dòng)排除，但依然存在數(shù)據(jù)傳輸安全問(wèn)題。在儀器通信方面采用藍(lán)牙技術(shù)，主要用于實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、圖像等數(shù)據(jù)傳遞，為常見(jiàn)的無(wú)線傳輸藍(lán)牙。目前在醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備儀器通信方面，可以采用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)短距離通信傳輸，采用9×9mm藍(lán)牙芯片建立通信鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，儀器藍(lán)牙通信系統(tǒng)包含無(wú)線射頻、鏈路管理、軟件結(jié)構(gòu)等單元模塊，利用無(wú)線射頻實(shí)現(xiàn)基頻調(diào)制和射頻處理，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)連接控制;鏈路管理模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行基帶數(shù)據(jù)分析和整理，用于進(jìn)行基帶連接設(shè)定;軟件結(jié)構(gòu)模塊用于為各種應(yīng)用軟件提供接口，保證通信協(xié)議與軟件順利連接[3]。目前在醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)建設(shè)中，藍(lán)牙技術(shù)在儀器通信中得到了成功運(yùn)用，能夠用于傳輸患者血壓、呼吸等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸，具有體積小、互動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。用藍(lán)牙建立儀器通信連接，能夠?qū)崿F(xiàn)各種儀器軟件數(shù)據(jù)的整合，用于加強(qiáng)患者信息分析和管理，因此有助于推動(dòng)醫(yī)療水平的發(fā)展。

2.4 ?其他技術(shù)的應(yīng)用

不同應(yīng)用場(chǎng)景擁有不同短距離通信要求，所以在短距離無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用方面存在一定差異。IrDA技術(shù)可以利用紅外線實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線通信，而紅外線擁有較小的發(fā)射距離，在物理傳輸中具有較高安全性，所以目前在工業(yè)儀器通信方面得到了應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)互連。由于IrDA技術(shù)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活組網(wǎng)，所以可以為手機(jī)、電腦等小型移動(dòng)設(shè)備通信傳輸提供支持，在1m以內(nèi)能夠達(dá)到16MB/s的通信速度。在工業(yè)儀器通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，采用IrDA技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)化工業(yè)測(cè)試，為工業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。但該技術(shù)應(yīng)用受視距限制，需要固定移動(dòng)設(shè)備位置才能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，與其他網(wǎng)絡(luò)也難以進(jìn)行組合。UWB技術(shù)屬于新興短距離無(wú)線通信技術(shù)，在儀器通信方面應(yīng)用時(shí)間較短。該技術(shù)帶寬較大，通常在500Hz，擁有較大的信號(hào)帶寬與中心頻率比值，至少能夠達(dá)到1：4，傳輸速率高達(dá)480MB，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量近距離通信，因此目前主要在數(shù)字設(shè)備儀器通信方面得到了應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行儀器通信，需要將工作頻段控制在3.1GHz到10.6GHz范圍內(nèi)，并且信號(hào)傳輸范圍不超過(guò)10m。在儀器需要實(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，應(yīng)用該技術(shù)能夠直接進(jìn)行無(wú)線連接，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備數(shù)據(jù)的同時(shí)傳輸，因此可以發(fā)揮較大作用。

3 ?結(jié) ?論

綜上所述，應(yīng)用短距離無(wú)線通信技術(shù)，能夠通過(guò)無(wú)線連接降低通信技術(shù)成本，并且為儀器之間的數(shù)據(jù)傳輸提供合理通道。在儀器通信方面，還要結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行儀器通信方式的合理選擇，以便通過(guò)科學(xué)應(yīng)用短距離無(wú)線通信技術(shù)保證數(shù)據(jù)得到可靠傳輸，促使技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付小華.淺談短距離無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及運(yùn)用 [J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019，27（13）：24.

[2] 宋強(qiáng).短距離無(wú)線通信技術(shù)及其融合發(fā)現(xiàn)研究 [J].信息技術(shù)與信息化，2019（1）：93-94+97.

[3] 陳有識(shí).短距離無(wú)線通信技術(shù)及其在儀器通信中的應(yīng)用分析 [J].輕工科技，2016，32（12）：67-68.

作者簡(jiǎn)介：段群麗（1985.09-），女，漢族，湖南衡陽(yáng)人，工程師，碩士，研究方向：電子通信。