短距離無(wú)線通信的應(yīng)用與研究

徐淼鋒，駱 崇，戚豪俊

（浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院，浙江 紹興 312030）

0 引 言

現(xiàn)代科技與信息技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，很多智能化科技產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)在人們的生活中，而人們對(duì)這些科技產(chǎn)品，也提出了更高層次的要求，需要它們實(shí)現(xiàn)科技產(chǎn)品之間的信息交互功能。這主要就是使用短距離無(wú)線通信技術(shù)，該技術(shù)可以完全不受時(shí)間與空間的限制，很好地滿足人們?nèi)找尕S富的需求，帶給人們更加便利的生活[1]?？茖W(xué)家們也在努力創(chuàng)新，將無(wú)線通信技術(shù)帶到一個(gè)新的高度，不僅提高了人們平時(shí)溝通中的效率問(wèn)題，而且避免了溝通中容易出錯(cuò)的問(wèn)題[2]。

1 短距離無(wú)線通信基本特征

短距離無(wú)線通信技術(shù)隨著科技的發(fā)展，已經(jīng)到了一個(gè)嶄新的階段，并且根據(jù)目前的趨勢(shì)，短距離無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展前景良好[3]。短距離無(wú)線通信其實(shí)就是100 m 以內(nèi)的通信活動(dòng)，它也分為高速通信和低速通信。高速通信的傳輸速率在100 Mb/s 以上，距離要小于10 m；低速通信傳輸速率小于1 Mb/s，距離要小于100 m。無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)慢慢取代了原來(lái)有線通信，可以解決很多問(wèn)題，為人類的生活提供了很多便利。短距離無(wú)線通信技術(shù)可以不受時(shí)間和空間的限制，整體消耗的功率也是相對(duì)較低[4]。

2 短距離無(wú)線通信分類

2.1 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)作為一種信息傳遞技術(shù)，能夠在短距離的空間范圍內(nèi)運(yùn)用無(wú)線連接的方式，實(shí)現(xiàn)信息傳輸和信息共享的目的。藍(lán)牙是人們非常熟悉的信息傳遞技術(shù)，主要應(yīng)用在比較小的通信設(shè)備當(dāng)中，如藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙音箱。它主要借助一個(gè)芯片，搭建無(wú)線通信，非常便于操作。藍(lán)牙技術(shù)可以擴(kuò)充到各個(gè)家電設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)家電的無(wú)線連接以及信息交流，通過(guò)遠(yuǎn)程控制的方法，對(duì)家電進(jìn)行遠(yuǎn)端控制，大大提高了人們?nèi)粘Ｉ畹谋憬菪訹5]。藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于它同時(shí)可以對(duì)語(yǔ)音、圖像、文檔進(jìn)行無(wú)線傳遞，實(shí)現(xiàn)資源共享。而且藍(lán)牙在信息傳輸中，抗干擾性很強(qiáng)，成本和能耗也很低，因此它也被廣泛運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)，藍(lán)牙技術(shù)有一定的弊端，成本較高，適用范圍和信息傳輸效率較低，因此需要不斷完善和提升[6]。

2.2 超帶寬技術(shù)

超帶寬技術(shù)的原理是采用極窄脈沖來(lái)完成無(wú)線發(fā)射和接收的一種技術(shù)。該技術(shù)多運(yùn)用于成像鄰域、測(cè)量領(lǐng)域、車載雷達(dá)領(lǐng)域和軍事鄰域。它的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，因?yàn)槠洳捎锰l設(shè)備，所以可以極大地避免頻率碰撞的概率，從而減少噪聲的產(chǎn)生。超帶寬技術(shù)的傳輸速率非常高，適合密件的傳輸[7]。因此，它可以作為軍事鄰域的通信技術(shù)，保密性極好，可以提供安全可靠的傳輸環(huán)境，推動(dòng)我國(guó)的軍事發(fā)展。在日常生活中，超帶寬技術(shù)也被應(yīng)用到了娛樂(lè)場(chǎng)所中，借助于無(wú)線局域網(wǎng)，可以給客戶提供很多種實(shí)時(shí)服務(wù)，這不僅縮短了基礎(chǔ)設(shè)施的投資成本，而且滿足娛樂(lè)場(chǎng)所的發(fā)展需求。但是，超帶寬技術(shù)也存在一定的局限性，通信距離短、頻帶利用率低下、波束指向性強(qiáng)，只能為客戶提供特有服務(wù)[8]。

2.3 紫蜂技術(shù)

紫蜂技術(shù)其實(shí)就是ZigBee 技術(shù)。這是一種新興的低功耗、低成本、低時(shí)延、低速率、大網(wǎng)絡(luò)容量的信息傳遞技術(shù)。它是利用IEEE8022.15.4 局域網(wǎng)協(xié)議，發(fā)揮出紫蜂技術(shù)的無(wú)線通信作用，就必須先部署好紫峰節(jié)點(diǎn)，搭建一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，才能確保信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和安全性。這項(xiàng)技術(shù)操作簡(jiǎn)單、功耗率小，所以被廣泛應(yīng)用到遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域和自動(dòng)化控制領(lǐng)域，同時(shí)還有地理定位的功能[9]。它還可以用在居家環(huán)境和辦公環(huán)境，但是它的缺點(diǎn)是傳輸速度慢，只適合傳輸內(nèi)存較小的文件，不適合用在需要快速傳輸?shù)沫h(huán)境。雖然它傳輸速率慢，但是傳輸時(shí)間短，所以并不影響整體的傳輸時(shí)間，一般情況下30 s 以內(nèi)就可以完成文件傳輸。紫蜂技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，可以應(yīng)用在軍事領(lǐng)域、醫(yī)療設(shè)備、智能建筑中。它的最大特點(diǎn)是應(yīng)用便捷且豐富，網(wǎng)絡(luò)容量較高，幾乎支持任意數(shù)目的設(shè)備。

2.4 Wi-Fi 系統(tǒng)

Wi-Fi 是基于IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率最大可以達(dá)到54 MB/s，可以滿足絕大部分客戶的需求。Wi-Fi 系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、信號(hào)強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)傳播速度快等特點(diǎn)。它也可以兼容其他的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離，更高速的傳輸，所以目前它已經(jīng)覆蓋到了城市的每個(gè)角落，使我們的生活更加智能化、數(shù)據(jù)化與信息化[10]。但是，因?yàn)閃i-Fi 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜程度高，不同的技術(shù)架構(gòu)之間也存在差異，所以很難做出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。Wi-Fi 技術(shù)的應(yīng)用安全性也是亟需解決的問(wèn)題。

2.5 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸型的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它的優(yōu)勢(shì)是可以將射頻信號(hào)當(dāng)作一個(gè)主體，對(duì)目標(biāo)主體進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，從而獲得所需要的相關(guān)信息。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)無(wú)線射頻技術(shù)不需要對(duì)物體進(jìn)行直接接觸，只通過(guò)它的無(wú)線識(shí)別系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)讀取信息。無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)一般由3 個(gè)部分組成：標(biāo)簽、天線和閱讀器。另外，需要專業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)閱讀器進(jìn)行相應(yīng)的處理。無(wú)線射頻技術(shù)在實(shí)際操作過(guò)程中很便利，適用于多個(gè)信息傳播領(lǐng)域，而且可以在較為惡劣的環(huán)境中應(yīng)用，它的安全性極高，所以已經(jīng)普及在實(shí)際的生產(chǎn)生活中[11]。例如：包裹傳遞與處理、物流的供應(yīng)管理、圖書(shū)管理、生產(chǎn)配置與設(shè)計(jì)。它在采集數(shù)據(jù)時(shí)，不需要精準(zhǔn)的定位，所以避免了定位的麻煩，降低了工人出錯(cuò)的概率。無(wú)線射頻技術(shù)也有局限性，只可以對(duì)磁場(chǎng)范圍內(nèi)的事物進(jìn)行甄別，而且讀寫范圍受讀寫器和標(biāo)簽中間距離的影響，因此需要加強(qiáng)無(wú)線射頻技術(shù)的感應(yīng)和覆蓋能力。

2.6 紅外數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

紅外數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（Infrared Data Association，IrDA）是一種低成本的紅外通信標(biāo)準(zhǔn)，它使得各種紅外設(shè)備能夠互聯(lián)互通，是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信技術(shù)。IrDA 根據(jù)發(fā)送速率分類可分為串行紅外（Serial Infrared，SIR）、中紅外（Mid Infrared，MIR）和高速紅外（Fast Infrared，F(xiàn)IR）。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，通信速率也是在不斷提高，即將會(huì)出現(xiàn)超高速紅外（Very Fast Infraned，VFIR）標(biāo)準(zhǔn)。它的通信距離也會(huì)從1 m 擴(kuò)展到幾十米。隨著更多公司對(duì)IrDA 模塊的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，讓IrDA 模塊集成度越來(lái)越高，體積卻越來(lái)越小。它被應(yīng)用在小型的便攜式設(shè)備中，如筆記本、遙控器、手機(jī)以及平板電腦。當(dāng)臺(tái)式計(jì)算機(jī)需要紅外通信能力時(shí)，就要裝配一個(gè)紅外適配器。由于IrDA 是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，它只能在2 個(gè)設(shè)備之間通信，因此一般也不會(huì)應(yīng)用在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

3 短距離無(wú)線通信的應(yīng)用領(lǐng)域及技術(shù)融合策略

3.1 藍(lán)牙技術(shù)與超帶寬技術(shù)的融合策略

目前，藍(lán)牙技術(shù)與超帶寬技術(shù)正在不斷地發(fā)展與融合。這2 樣技術(shù)的融合能夠同時(shí)發(fā)揮出2 種技術(shù)優(yōu)勢(shì)，減輕藍(lán)牙前期投入成本高。運(yùn)行效率低下的問(wèn)題[12]。為運(yùn)用超帶寬技術(shù)的設(shè)備提供相應(yīng)的藍(lán)牙技術(shù)，這2種技術(shù)的結(jié)合可以將超帶寬技術(shù)應(yīng)用到不同品牌、不同型號(hào)的藍(lán)牙技術(shù)中，發(fā)揮出2 者優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)2 者技術(shù)融合的目標(biāo)。

3.2 藍(lán)牙與Wi-Fi 技術(shù)的融合

藍(lán)牙是一種出現(xiàn)時(shí)間比較久的信息傳遞技術(shù)，它的發(fā)展比較成熟。近些年隨著Wi-Fi 的面世，也吸引了一大批廠商，希望在生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)能將藍(lán)牙技術(shù)與Wi-Fi 技術(shù)進(jìn)行融合，使得他們的產(chǎn)品擁有更加高級(jí)的功能。相信在不久的將來(lái)，這類產(chǎn)品一定會(huì)被發(fā)明出來(lái)，應(yīng)用到人們的日常生活中。

3.3 根據(jù)現(xiàn)有的通信技術(shù)開(kāi)發(fā)出新的應(yīng)用

短距離無(wú)線信息傳遞技術(shù)就是將原本就距離較短的設(shè)備之間快速實(shí)現(xiàn)信息傳輸，這也就直接推動(dòng)產(chǎn)生了一些新的技術(shù),如5G 技術(shù)。5G 技術(shù)的快速發(fā)展，使得萬(wàn)物互聯(lián)成為可能，例如，在冰箱、空調(diào)、電飯煲等家用電器中，使用無(wú)線信息傳遞技術(shù)，就可以遠(yuǎn)程控制，在回家之前對(duì)它們進(jìn)行操控，使得家用電器更加人性化，給人類的生活也帶來(lái)了便利。

4 短距離無(wú)線通信的實(shí)際應(yīng)用

4.1 在緊急救援中的實(shí)際應(yīng)用

緊急救援這項(xiàng)工作往往是突發(fā)性的，為了保障人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，將損失降到最低，就需要提高救援工作中的效率與質(zhì)量。此時(shí)就需要一套完整的通信系統(tǒng)，為救援人員裝備好無(wú)線通信設(shè)備，幫助救援人員掌握實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，從而制定針對(duì)性的救援方案，而且它能實(shí)時(shí)調(diào)整實(shí)施內(nèi)容。在無(wú)線通信技術(shù)的支持下，可以實(shí)現(xiàn)定位、語(yǔ)音、視頻等功能。該技術(shù)還可以用在工程探測(cè)和其他救援當(dāng)中，用圖像的形式來(lái)表達(dá)，所在的具體位置，充分發(fā)揮信息傳遞技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[13]。

4.2 在數(shù)字信息站中的應(yīng)用

在數(shù)字信息站的應(yīng)用主要表現(xiàn)在地鐵、鐵路、公交管理的工作中，當(dāng)?shù)罔F在行駛的過(guò)程中，需要實(shí)現(xiàn)地鐵和各個(gè)站臺(tái)之間保持實(shí)時(shí)的通信聯(lián)系，讓工作人員可以掌握地鐵的實(shí)時(shí)情況。短距離無(wú)線通信也能運(yùn)用在旅游景點(diǎn)、站臺(tái)等信息站中。旅客可以通過(guò)短距離無(wú)線通信的應(yīng)用，同時(shí)保持網(wǎng)絡(luò)通暢，來(lái)了解景點(diǎn)信息以及景點(diǎn)的旅客人數(shù)、景點(diǎn)的相關(guān)資料，并且可以根據(jù)實(shí)際情況讓旅客提前準(zhǔn)備好所需要攜帶的物品及證件，減少排隊(duì)時(shí)間，大大方便了旅客的出行，景點(diǎn)的旅游資源價(jià)值也得到了充分發(fā)揮。

4.3 在安保系統(tǒng)過(guò)程中的應(yīng)用

信息技術(shù)的發(fā)展讓家居系統(tǒng)更加智能化，從而讓人們的生活環(huán)境也更加舒適與便捷。其中，安保系統(tǒng)顯得尤為重要，它保障了我們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。所以，需要配備一些安保措施，如電子防盜系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、有害氣體檢測(cè)系統(tǒng)和自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)家里出現(xiàn)異常，通過(guò)信息傳遞技術(shù)快速報(bào)警，通知主人，保障人身安全，減少財(cái)產(chǎn)損失。

5 結(jié) 論

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、現(xiàn)代科技與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷提高，推動(dòng)了我國(guó)信息傳遞技術(shù)的發(fā)展。信息傳遞技術(shù)在每一個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，人民的生活已經(jīng)離不開(kāi)這項(xiàng)技術(shù)。充分發(fā)揮信息傳遞的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將各項(xiàng)無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行融合，擴(kuò)充其應(yīng)用范疇，讓它們優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而帶給人們更好的生活質(zhì)量，營(yíng)造一個(gè)良好的通信環(huán)境。短距離無(wú)線通信最終會(huì)向物聯(lián)網(wǎng)的方向不斷發(fā)展，為建設(shè)智慧城市，智慧地球打造堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。