移动计算论文

短距离无线通信技术综述

崔婷婷

西南大学计算机与信息科学学院,重庆 400715

摘要：随着Internet技术、计算机技术、通信技术和电子技术的飞速发展，人们对无线通信的需求越来越大，也出现了许多的无线通信协议，短距离无线通信技术成为了当今的热点。本文对目前使用较广泛的蓝牙、802.11(WiFi)以及ZigBee分别进行了阐述。

关键字：无线通信; 蓝牙; WiFi; ZigBee

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Cui Tingting

College of Computer and Information Science, Southwest University, Chongqing 400715, China

Abstract: With the rapid development of Internet, computer, communication and electronic technology, people have a great demand of wireless communication. There have been a number of wireless communication protocols. Short-range wireless communication technology is a hot topic today. This paper describe the popular technology such as Bluetooth, 802.11 (WiFi) and ZigBee described.

Keyword: Wireless Communication; Bluetooth; WiFi; ZigBee

引言

随着Internet技术、计算机技术、通信技术和电子技术的飞速发展，无线网络逐渐走入人们的眼帘，在有线网络技术已经发展成熟的今天，无线网络具有巨大的潜力。人们提出了“物联网”的概念，在人和环境融为一体的模式下，能够在任何时间，任何地点，以任何方式进行信息的获取与处理。近年来无线组网通信发展迅速的原因，不仅是由于技术已经达到可驾驭和可实现的高度，更是因为人们对信息随时随地获取和交换的迫切需要，从而要去各种通信技术发展的终极目标是“无处不在”。在技术、成本、可靠性及可实用性等各方面的综合考虑下，短距离无线通信技术成为了当今的热点。

短距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米以内，就可以称为短距离无线通信。接下来就目前使用较广泛的蓝牙、802.11(Wi-Fi)以及ZigBee分别进行阐述。

1蓝牙

蓝牙(Bluetooth)[1]是由爱立信公司于1994年首先提出的一种工作在2.4GHz频段

的短距离无线通信技术规范，用来替代有线连接。信道带宽为1MHz，连接距离一般小于10m，使用高增益天线可以扩展到100m，一般电池寿命为2-4个月。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。

蓝牙技术以低成本的近距离无线连接为基础，采用高速跳频(Frequency Hop -ping)和时分多址(Time Division Multi-access-TDMA)等先进技术，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙技术使得一些便于携带的移动通信设备和计算机设备不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线连接因特网。其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。打印机、PDA、桌上型计算机、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其它的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。

文献2着重介绍了蓝牙标准的发展历程，由最早推出的蓝牙技术规范1.0版本，再到蓝牙1.1、蓝牙1.2，蓝牙2.0以及补充EDR版本。蓝牙已经是短距离无线应用中最为普及的一项标准，虽然以目前的技术，仅限于小量数据以及音效传输等应用，且在架构协议上偏复杂，因此有许多更为精简的短距离无线传输技术崛起，意图取代蓝牙或者是另辟新市场。下一代的蓝牙将结合UWB技术，推出新版本。再此之前仍在不断地改进现有标准，蓝牙S1G最新推出了蓝牙2.1+EDR版本的蓝牙，

其改进的范围包含了以下两种：1、改善装置配对的流程；2、更佳的省电效果。

文献3针对蓝牙技术数据传输本身存在的问题，从数据分组选择、重传机制、数据间的干扰和数据传输的安全等几个方面进行了深入研究，并提出了未来对蓝牙技术需深入研究的几个反面：1、进一步提高数据传输的性能，降低传输的能耗。2、增强网络的可扩展性。3、降低蓝牙设备的连接时间。

2WiFi

WiFi是以太网的一种无线扩展，也是一种无线通信协议，正式名称是IEEE802.11b，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术。WiFi是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准。最早提出于1997年，目的是提供无线局域网的接入，可实现几Mbps的无线接入。WiFi速率最高可达54Mbps。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100 m左右。

IEEE802.11规定WiFi的发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60毫瓦- 70毫瓦，而手机的发射功率约200毫瓦-1瓦间，手持式对讲机高达5瓦。与后者相比，WiFi

产品的辐射更小，更健康安全。WiFi可以不受现实地理条件的限制，无须布线，因此非常适合移动办公用户的需要。只要在需要的地方设置“热点”，并通过高速线路即可将因特网接入[4]。

目前WiFi应用现在已经非常普遍。支持WiFi的电子产品越来越多，像手机、MP4、

电脑等，基本上已经成为了主流标准配置。而且由于WiFi网络能够很好地实现家庭范围内的网络覆盖，适合充当家庭中的主导网络，家里的其他具备WiFi功能的设备，如电视机、影碟机、数字音响、数码相框、照相机等，都可以通过WiFi建立通信连接，实现整个家庭的数字化与无线化，使人们的生活变得更加方便与丰富[4]。

当前，国际主流的基于IEEE802.11系列WiFi技术标准的是由WiFi联盟推广的，共推出了四代WiFi技术标准，2012年底有望会正式推出第五代WiFi技术标准802.11ac[5]。802.11ac是一个针对更高吞吐能力的无线连接而设计的标准。比先前的802.11a/b/g/n技术标准的WiFi产品具有更多的MIMO通道、更高的带宽和更高阶的调制类型，传输速度更快，传输范围也更广。

3 ZigBee

ZigBee可以说是蓝牙的同族兄弟，他使用2.4 GHz波段，采用跳频技术。与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。他的基本速率是250 kb/s，当降低到28 kb/s时，传输范围可扩大到134 m，并获得更高的可靠性。另外，他可与254个节点联网。可比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。人们期望能在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域拓展ZigBee的应用。

蓝牙技术填补了远距离和中距离无线技术顾及不到的盲区,使人们感受到无线技术在设备间传输数据的便利,并成功地推动了短距离无线连接技术的应用。而ZigBee技术又填补了蓝牙技术的空白,并以其低功耗和低成本的特性逐渐显示出它在某些领域的优势[6]。

ZigBee技术主要是嵌入在消费性电子设备、家庭和建筑物自动化设备、工业控制装置、电脑外设、医用传感器、玩具和游戏机等设备中，支持小范围的基于无线通信的控制和自动化等领域中。ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等[7]。

通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用ZigBee技术做无线传输：

(1)设备成本很低，传输的数据量很小；

(2)设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；

(3)没有充足的电力支持，只能使用一次性电池；

(4)频繁地更换电池或者反复地充电无法做到或者很困难；

(5)需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常多，但仅用于监测或控制。

但是ZigBee技术本身是一种为低速通信的而设计的规范，它的最高通信速度只有250kb/s，对一些大通信量的场合它并不适合。ZigBee的目标定位于现存的系统不能满足其需求的特定的低功耗低效率的市场，它有着广阔的市场前景。

表1列出了以上3种短距离无线通信协议特性的比较。

表1 3种短距离无线通信协议特性比较