短距離無線通信技術及其在儀器通信中的應用探討

摘 ?要：在信息時代，網(wǎng)絡通信已經(jīng)得到廣泛普及。而在儀器通信方面，實現(xiàn)短距離通信可以利用無線技術解決布線問題，以滿足人們多樣化的需求。基于這種認識，本文對短距離無線通信技術展開了分析，然后對該技術在儀器通信中的應用情況進行了探討，為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：短距離無線通信技術;儀器通信;無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊

中圖分類號：TN925 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：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

在無線頻率資源有限的情況下，免費區(qū)頻段短距離無線通信技術得到了發(fā)展和應用。應用短距離無線通信技術，能夠為通信終端布設提供便利，解決因線路磨損帶來的通信問題，為儀器間數(shù)據(jù)的短距離傳輸提供強有力的技術支持。因此，還要加強短距離無線通信技術研究，以便較好地在儀器通信中應用該技術，進一步推動儀器無線通信技術的發(fā)展。

1 ?短距離無線通信技術分析

所謂的短距離無線通信技術，其實就是借助無線通信方式實現(xiàn)設備間數(shù)據(jù)短距離傳輸?shù)募夹g，無須采用線路設備等介質實現(xiàn)線路連接，能夠直接進行設備間數(shù)據(jù)通信。所以相較于有線通信傳輸方式，短距離無線通信技術的通信更加便捷，能夠在短距離通信中得到靈活應用，降低通信成本，滿足用戶多樣化需求。現(xiàn)階段，伴隨著無線通信技術的發(fā)展，各種短距離無線通信技術隨之產(chǎn)生。目前，常見的短距離無線通信技術包含Zigbee技術、Wi-Fi技術、藍牙技術等，可以通過控制數(shù)據(jù)傳輸距離和范圍使通信技術應用保持成本價，并且能夠對通信數(shù)據(jù)進行加密處理，因此應用范圍較廣。其中，Zigbee技術架構簡單，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，利用兩種免費頻段實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。Wi-Fi技術即無線局域網(wǎng)技術，包含IEEE802.11標準，數(shù)據(jù)最高傳輸速率能夠達到54MB/s，電波覆蓋范圍能夠達到100m左右。藍牙技術發(fā)展較為成熟，屬于全球開放性規(guī)范技術，用于語音通信和無線數(shù)據(jù)連接，具有低功耗和低成本特點，采用2.4GHzISM頻段進行數(shù)據(jù)傳輸，速度能夠達到1MB/s，有效傳輸距離為10m。此外，IrDA技術和UWB技術等短距離無線通信技術也得到了一定程度應用，前者能夠實現(xiàn)點對點通信，后者采用載波通信技術，信號傳輸范圍有一定限制，通常不超過10m。

2 ?短距離無線通信技術在儀器通信中的應用

盡管短距離無線通信技術取得了廣泛應用，但并沒有哪一種技術能夠同時滿足不同儀器間的通信需求。在儀器通信方面，實際在應用短距離無線通信技術過程中，還要結合儀器通信實際情況完成相應無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的設計，從而滿足儀器短距離無線通信要求。

2.1 ?Zigbee技術的應用

在儀器通信中應用Zigbee技術，主要是考慮到該技術能夠實現(xiàn)靈活組網(wǎng)，目前在無線傳感器網(wǎng)絡通信方面，該技術得到了廣泛應用。在儀器通信方面，可以采用TI公司研發(fā)CC2530芯片進行短距離無線通信系統(tǒng)開發(fā)。該芯片屬于系統(tǒng)級SoC芯片，符合Zigbee技術標準軟件包Z-Stack協(xié)議棧，擁有復雜軟件包為用戶提供各種函數(shù)接口。在芯片內部，包含無線數(shù)據(jù)收發(fā)器、8051微控制器等各種模塊，能夠為IEE802.15.4協(xié)議提供支持，保持2.4GHz通信頻率，傳輸速率能夠達到250kbps。如圖1所示，為芯片電路系統(tǒng)，在短距離無線通信方面能夠采用直接序列擴頻技術，利用芯片內部16個載波頻率實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，有效抵抗噪聲干擾，在低發(fā)射信號功率下依然能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)準確通信。實際應用芯片進行無線通信，需要完成編程控制，做好載波頻率的選擇，并對發(fā)射功率和收發(fā)過程進行控制，在保持較低發(fā)射信號功率的基礎上實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信[1]。在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，按照Mac負載、幀長度等在RFD寄存器中進行導入數(shù)據(jù)，然后由CPU向收發(fā)器發(fā)出選通指令，能夠實現(xiàn)緩沖器數(shù)據(jù)輸出。在儀器通信中采用Zigbee技術，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性檢查，利用AES-128加密算法進行數(shù)據(jù)完整性確認，具有較高安全性。而采用CC2530芯片，能夠利用循環(huán)冗余檢查算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)糾錯，因此開發(fā)得到的通信系統(tǒng)抗干擾能力較強，能夠在農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測、路燈照明控制等領域的儀器通信中得到應用。

2.2 ?Wi-Fi技術的應用

Wi-Fi技術作為主流的短距離無線通信技術，結構框架并不復雜，只要完成數(shù)據(jù)采集信號口的設計即能實現(xiàn)“熱點”收集，從而實現(xiàn)信號接收和利用網(wǎng)絡進行信號傳播。目前在智能家電領域，該技術能夠在儀器通信上得到應用。通過在熱水器、空調等設備中嵌入Wi-Fi模塊，能夠將分散的儀器連成整體控制系統(tǒng)。在網(wǎng)絡流量爆發(fā)式增長的背景下，采用第五代Wi-Fi技術能夠提供較高帶寬，實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸，因此能夠為智慧家庭的實現(xiàn)提供技術支撐[2]。在儀器通信方面，Wi-Fi采用的IEE802.11AC協(xié)議能夠為儀器間數(shù)據(jù)互動傳輸提供通道，滿足儀器相互切換和融合需求。實際應用該技術，除了進行Wi-Fi網(wǎng)關的設計，還要完成Wi-Fi中繼器的部署，以便使Wi-Fi信號覆蓋范圍得到擴大，在儀器通信連接方面，采用無線高保真技術能夠使信號覆蓋范圍達到100m，網(wǎng)絡框架較為簡單，只要在計算機前端進行熱點設置，然后將實現(xiàn)無線局域操作的電腦設備設施拿到網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內，即能以較高速度連接互聯(lián)網(wǎng)。但相較于其他短距離無線通信技術，Wi-Fi技術在儀器通信中的應用存在較大安全隱患，在尚未完成統(tǒng)一通信標準建立的情況下，使技術的應用受到了一定限制。

2.3 ?藍牙技術的應用

作為綜合語音通信和無線通信的技術，藍牙技術具有開放性，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。而藍牙芯片消耗成本較高，盡管運用1600Hz高效率擴頻技術進行干擾因素自動排除，但依然存在數(shù)據(jù)傳輸安全問題。在儀器通信方面采用藍牙技術，主要用于實現(xiàn)語音、圖像等數(shù)據(jù)傳遞，為常見的無線傳輸藍牙。目前在醫(yī)療監(jiān)控設備儀器通信方面，可以采用藍牙技術實現(xiàn)短距離通信傳輸，采用9×9mm藍牙芯片建立通信鏈路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。從結構上來看，儀器藍牙通信系統(tǒng)包含無線射頻、鏈路管理、軟件結構等單元模塊，利用無線射頻實現(xiàn)基頻調制和射頻處理，加強網(wǎng)絡連接控制;鏈路管理模塊負責進行基帶數(shù)據(jù)分析和整理，用于進行基帶連接設定;軟件結構模塊用于為各種應用軟件提供接口，保證通信協(xié)議與軟件順利連接[3]。目前在醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)建設中，藍牙技術在儀器通信中得到了成功運用，能夠用于傳輸患者血壓、呼吸等監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸，具有體積小、互動性強等優(yōu)勢。用藍牙建立儀器通信連接，能夠實現(xiàn)各種儀器軟件數(shù)據(jù)的整合，用于加強患者信息分析和管理，因此有助于推動醫(yī)療水平的發(fā)展。

2.4 ?其他技術的應用

不同應用場景擁有不同短距離通信要求，所以在短距離無線通信技術應用方面存在一定差異。IrDA技術可以利用紅外線實現(xiàn)短距離無線通信，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用，能夠實現(xiàn)工業(yè)測控網(wǎng)絡互連。由于IrDA技術采用點對點傳輸方式，能夠實現(xiàn)靈活組網(wǎng)，所以可以為手機、電腦等小型移動設備通信傳輸提供支持，在1m以內能夠達到16MB/s的通信速度。在工業(yè)儀器通信網(wǎng)絡建設方面，采用IrDA技術能夠實現(xiàn)移動化工業(yè)測試，為工業(yè)生產(chǎn)提供準確數(shù)據(jù)。但該技術應用受視距限制，需要固定移動設備位置才能實現(xiàn)點對點傳輸，與其他網(wǎng)絡也難以進行組合。UWB技術屬于新興短距離無線通信技術，在儀器通信方面應用時間較短。該技術帶寬較大，通常在500Hz，擁有較大的信號帶寬與中心頻率比值，至少能夠達到1：4，傳輸速率高達480MB，能夠實現(xiàn)高質量近距離通信，因此目前主要在數(shù)字設備儀器通信方面得到了應用。實際應用該技術進行儀器通信，需要將工作頻段控制在3.1GHz到10.6GHz范圍內，并且信號傳輸范圍不超過10m。在儀器需要實現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)傳輸時，應用該技術能夠直接進行無線連接，實現(xiàn)多臺設備數(shù)據(jù)的同時傳輸，因此可以發(fā)揮較大作用。

3 ?結 ?論

綜上所述，應用短距離無線通信技術，能夠通過無線連接降低通信技術成本，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，還要結合應用場景進行儀器通信方式的合理選擇，以便通過科學應用短距離無線通信技術保證數(shù)據(jù)得到可靠傳輸，促使技術優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。

參考文獻：

[1] 付小華.淺談短距離無線通信技術的優(yōu)勢及運用 [J].科技經(jīng)濟導刊，2019，27（13）：24.

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

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

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