淺談物聯網中無線傳輸協議

龐慧娟

61786部隊 北京 100094

0 前言

縱觀歷史發展的進程，每一次全球性的危機都帶來了新一輪的技術革命。在國際金融危機之后，許多國家從應對氣候變化、保障能源安全，促進經濟增長的需要出發，加快了清潔能源、智能電網、物聯網的發展進程。物聯網在 1999年美國麻省理工學院首次提出，狹義的物聯網指的是“物-物相連的互聯網”，這里相連的主體既包括物品到物品，也包括物品到識別管理設備；廣義的物聯網指的是信息空間和物理空間的融合，也就是虛擬與現實的融合，把所有的物體和事件數字化、網絡化、在人與人、人與物、物與物之間實現信息交互，實現物品的自動識別，監控地位和遠程管理。以現有的互聯網以及各種專有的網為基礎，傳輸通過感知層采集匯總的各類數據，實現數據的實時傳輸并保證數據安全，目前的有線和無線互聯網2G和3G網絡等，都可以做起傳輸層的組成部分。在未來的智能小區，智能家居等物聯網終端，為了保證無線傳輸數據安全，無線傳輸協議顯得尤為重要。

1 無線傳輸協議分類

國際上，無線網絡傳輸協議是與紅外、藍牙、GPRS、CDMA1X等協議一樣是無線傳輸協議的一種。目前，WAPI標準是由我國相關部門研發并申請國際審查認可的無線標準，從理論上講他與 802.11b類似，只不過有別于 802.11b采用“有線加強等效保密(WEP)”等安全協議，WAPI(WLAN Authentication and Privacy Infrastructure)是無線局域網的一種傳輸協議，與802.11b傳輸協議比較相似。

在物聯網中使用的無線傳輸協議，包括下面幾種類型。

1.1 Wi-Fi

WiFi是wireless Fidelity(無線保真)，又稱IEEE802.11b標準，最大的優點是傳輸速率高，可以達到11mbps。有效距離比較長，同時與802.11的設備兼容，WiFi無線保真技術與藍牙技術一樣，屬于辦公室與家庭使用的短距離無線技術，使用頻段是 2.4GHz附近的頻段，該頻段目前尚屬沒用許可的無線頻段，可以使用的標準有兩個即 802.11ay與802.11b，802.11g是802.11b的繼承。

1.2 GPRS

通用分組無線服務技術(General Packet Radio Service，GPRS)，使用帶移動性管理的分組交換模式以及無線接入技術。GPRS可說是GSM的延續。GPRS和以往連續在頻道傳輸的方式不同，是以封包(Packet)式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至 56甚至114Kbps。

GPRS技術不太適合智能家具使用，主要在電信網絡使用。

1.3 紅外技術

紅外技術也是一種無線通信技術，可以進行無線數據的傳輸。特點是：紅外傳輸是點對點的傳輸方式，無線，不能離得太遠，要對準方向。不能穿墻與障礙物，幾乎無法控制信息傳輸的進度。802.11物理層標準中，除了使用 2.4GHz頻率的射頻外。還包括了紅外的有關標準。IrDA(The Infrared Data Association)紅外數據協會，IrDA1.0支持最高115.2kbps的通信速率。IrDA1.1支持到 4Mbps。該技術基本上淘汰，被藍牙和更新的技術代替。

1.4 ZigBee技術

ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低速率的近距離的無線網絡技術。ZigBee 的基礎是 IEEE802.15.4，這是IEEE無線個人區域工作組的一項標準。但IEEE 802.15.4僅處理低級MAC層和物理層協議，所以ZigBee聯盟對其網絡層和API進行了標準化，同時聯盟還負責其安全協議、應用文檔和市場推廣等。ZigBee聯盟成立于2001年8月，由英國Invensys、日本三菱電氣、美國摩托羅拉、荷蘭飛利浦半導體等公司共同組成。ZigBee與Bluetooth (藍牙)、WiFi(無線局域網)同屬于2.4GHz頻段的IEEE標準網絡協議，由于性能定位不同各自的應用也就不同。ZigBee的顯著特點有：超低功耗，網絡容量大，數據傳輸可靠，時延短，安全性好，實現成本低。

在ZigBee技術中，采用對稱密鑰的安全機制，密鑰由網絡層和應用層根據實際應用需要生成，并對其進行管理、存儲、傳送和更新等。因此，在未來的物聯網中，ZigBee技術顯得尤為重要，并在美國的智能家居等物聯網中得到廣泛應用。

1.5 藍牙技術

作為一種無線數據與語音通信的開放性全球規范，藍牙以低成本的近距離無線連接為基礎，為固定與移動設備通信環境建立一個特別連接，完成數據信息的短程無線傳輸。其實質內容是要建立通用的無線電空中接口(Radio Air Interface)及其控制軟件的公開標準，使通信和計算機進一步結合，使不同廠家生產的便攜式設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能夠在近距離范圍內具有互用、互操作的性能(Interoperability)。

藍牙以無線LANs的IEEE802.11標準技術為基礎。應用了“Plonkandplay”的概念(有點類似“即插即用”)，即任意一個藍牙設備一旦搜尋到另一個藍牙設備，馬上就可以建立聯系，而無需用戶進行任何設置，因此可以解釋成“即連即用”。藍牙技術有：成本低，功耗低、體積小，近距離通信，安全性好的特點。

藍牙在未來的物聯網發展中得到一定的應用，有在辦公場所，家庭智能家居等環境。

1.6 RFID技術

射頻識別即RFID(Radio Frequency IDentification)技術，又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。

RFID技術的基本工作原理：標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動標簽)；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。

RFID在國內外的很多領域得到廣泛的應用，例如身份識別，監控管理，超市，賣場，商場等各種場景得到一定的應用。

2 國內外發展前景

從物聯網技術的不斷成熟與推廣，它必將在人們生活、工作和學習的各個方面發揮顯著作用，未來的世界一定是物聯網的世界。而不管在現在還是將來，人們重視的數據是否安全，而無線傳輸中安全尤為重要，無線傳輸協議為了保證數據安全。

在國外，由于WEP的安全性較低，IEEE 802.11組織開始制定新的安全標準，也就是 802.11i協議。但由于新標準從制定到發布需要較長的周期，而且用戶不會僅為了網絡的安全性就放棄原來的無線設備，所以無線產業聯盟在新標準推出之前，又在 802.11i草案的基礎上制定了 WPA(Wi-Fi Procted Access)無線加密協議。

在國內，WAPI標準是由我國相關部門研發并申請國際審查認可的無線標準，從理論上講他與802.11b類似，只不過有別于 802.11b采用“有線加強等效保密(WEP)”等安全協議，WAPI使用的是一種名為“無線局域網鑒別與保密基礎架構(WAPI)”的安全協議。出于安全性考慮我們要保證國家的機密是最高的機密，它如果被泄露出去會直接損害整個國家和民族的利益，后果將不堪設想。另外出于利益方面的考慮。我國是個經濟蓬勃發展的發展中國家，許多產品都擁有巨大的發展空間，尤其是高科技產品，無線方面如果可以將WAPI廣泛推廣的話所產生的相關利益也是巨大的。

對于個人而言，WAPI的出現最大的受益就是讓用戶的更加安全，因為 WLAN在進行數據傳輸時是完全暴露在半空中的，而且信號覆蓋范圍廣，如果安全性不好，合法用戶的數據就很容易被非法用戶截獲和破解。同時，非法用戶還可以偽裝成合法用戶，和合法用戶共同使用網絡資源，使合法用戶的利益蒙受損失。

3 結語

隨著物聯網技術和應用的不斷發展，無線傳輸協議將迎來前所未有的發展，其在未來智能化系統中的應用也將會呈現爆發性的增長。了解與掌握 ZigBee、藍牙、Wi-Fi、RFID等核心技術，研制相應的借接口以及無線通信產品模塊化，無線傳輸協議是物聯網發展的一個關鍵技術，也將是未來物聯網發展中的重中之重。

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