探討中短距離無線通信系統的應用

摘要：文章首先對當前常見的短距離無線通信技術進行簡要說明，接著分析短距離無線通信技術的應用優勢，最后結合實踐，探討了短距離無線通信技術的應用場景，希望能為相關技術人員提供一些參考。

關鍵詞：短距離無線通信；藍牙；Wi-Fi；ZigBee

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.05.041

中圖分類號：TN 92" " " " " " " "文獻標示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）05-0-03

Abstract： This paper first briefly describes the current common short-range wireless communication technology， then analyzes the application advantages of short-range wireless communication technology， and finally discusses the application scenarios of short-range wireless communication technology in combination with practice， hoping to provide some reference for relevant technical personnel.

Key words： short distance wireless communication; bluetooth; Wi-Fi; ZigBee

1" 力學計量中短距離無線通信技術種類分析

（1）Wi-Fi技術。它是一種利用無線電波傳輸數據的技術，也被稱為移動熱點，是基于IEEE 802.11標準的局域網技術，通常使用無線電波、紅外線和激光等傳輸信息。Wi-Fi技術與短距離通信技術的結合使得網絡互聯互通更加方便快捷。在短距離通信技術中，Wi-Fi技術可以實現短距離數據傳輸，理論上，用戶可在Wi-Fi覆蓋的范圍內任意位置接入網絡。當前最新的IEEE 802.11ax為第六代標準。

（2）藍牙技術。它是一種基于IEEE802.15.1標準的無線通信技術，支持低功耗設備之間的無線數據傳輸，可以用于家庭娛樂、物聯網設備通信。藍牙技術主要使用低功耗模式，可以在室內環境中提供高達數十米的通信距離。應用藍牙技術可以實現智能家居設備的連接，用戶可以通過藍牙設備實現對家中各種設備的控制和管理。例如，用戶可以通過藍牙設備與家中的各種電器進行通信，實現對家電的遠程控制、遙控等功能。總之，藍牙技術是在固定設備或移動設備之間的通信環境中建立的無線通信接口，傳輸帶寬為通用的2.4 GHz lSM頻段，傳輸速率為1 Mbps，通常傳輸距離在十米左右，若采用信號放大器進行輔助，可達到數十米甚至上百米。

（3）ZigBee技術。ZigBee命名靈感來源于蜂群的生存方式和交流方式，即蜜蜂通過跳舞，分享食物的位置以及方向。當前通常將ZigBee應用于短距離內電子設備之間的數據傳輸，但傳輸速率較低。ZigBee和藍牙技術所使用的頻帶相同，且具備跳頻功能。和藍牙技術相比，ZigBee的成本和功耗更低，當然傳輸速率也更低，僅有250 kbps，但當傳輸速率降到28 kbps時，傳輸距離可提升到130米以上，且抗干擾性更強，此外，ZigBee技術能夠同時連接到254個節點或網絡，更適合應用在自動化控制、智能家居領域。

（4）IrDA技術。IrDA技術是利用紅外線進行點對點數據傳輸的通信技術，是PAN（個人區域網絡）的第一項技術。此項應用的軟件技術和硬件技術目前已十分成熟，在個人智能終端設備、PC端、PDA、打印機等小型設備中均可應用。IrDA技術的優勢是不需要對使用權進行申請，成本較低，硬件體積較小，功耗較低，連接難度較小，且紅外線傳輸過程中產生的輻射角較小，具有較高的安全性。缺點是IrDA技術僅能支持點對點即兩個設備之間的連接。

（5）NFC技術。NFC技術可實現雙向識別、雙向連接，頻率在13.56 MHz范圍內，距離通常在20厘米左右。NFC最初僅是遠程控制識別技術，經過數年時間的發展，成為一種無線連接技術。具體而言，NFC技術是在電子設備上集成能夠識別多種程序和服務的功能，實現多個設備的互聯，如PDA、計算機、手機、機頂盒等設備。

（6）UWB（超寬帶）技術。UWB技術采用納秒量級的非正弦波窄脈沖對數據進行傳輸，UWB技術的帶寬較大，能夠在3.1～10.6 GHz的頻帶內占用500 MHz以上的帶寬。近些年，此項技術發展速度較快，當前已經能夠實現低功耗、低復雜度的高速數據傳輸，且根據FCC規定，此項技術對頻譜占用較大，所以不會對傳統的窄帶無線通信產生干擾。

UWB技術的優勢是信號功率密度較低，系統復雜程度較低，對于信道衰落敏感度較差，定位精度較高，適合用戶在高密度、多路徑的站點內對網絡進行訪問。當前主要應用于較為狹窄的場景以及高分辨率的雷達圖像系統。此外，UWB技術的傳輸速率較高，最高可達上百兆每秒。

（7）RFID技術。RFID技術又被稱為電子標簽技術，多應用于自動化生產中，是一種較為先進的自動識別技術。此項技術的應用流程是，首先接收相關射頻信號，再識別分析目標信息，獲取傳輸數據。通常該項技術在實際應用中由標簽、天線以及解讀器構成。當電子標簽進入解讀器磁場感應范圍后，解讀器便會對電子標簽內的數據信息進行解讀，發出射頻信號，將已經獲取的信息進行解碼和分析，最后將分析、解讀的數據傳輸至計算機處理中心。RFID技術的應用范圍極為廣泛，城市公共交通、工廠物聯網、自動化生產中均會應用到此項技術[1]。

2" 力學計量中短距離無線通信系統應用

的優勢

2.1 信息傳輸速率快

短距離無線通信技術由于傳輸距離較短，僅能在十幾米或幾十米的范圍內進行數據傳輸，所以受信道衰落的影響十分有限，在信息傳輸方面不僅快速，而且準確性較高，丟包現象較少。和傳統有線通信技術相比，無線通信技術在傳輸數據信息過程中不易被地形或電纜質量影響，且部分短距離通信技術的信號傳輸速率要高于傳統有線通信。

2.2 成本較低，能夠提高生產效率

短距離通信技術的系統架構較為簡單，相關設備價格較低，所以在組網方面的建設成本較低。而且部分短距離無線通信技術能夠實現同時連接多個節點，如ZigBee技術，在實際應用中采用此項技術無須進行密集布線，能夠最大限度降低布線成本。此外，工廠自動化生產中應用RFID技術能夠最大限度地對資源進行整合，通過解讀器讀取生產設備信息或產品信息，并對供應商庫存進行管理，從而對生產進行合理規劃，達到降低生產成本、提高生產效率的目的[2]。

2.3 安全性高

在實際應用中采用短距離通信技術時，用戶可以對信息傳輸過程設置獨立的密碼，從而在不影響信息傳輸效率的同時，保證信息安全。和傳統有線通信技術只能在終端設置信息加密相比，短距離無線通信技術的信息傳輸過程安全性更高，所以，在日常生活中會利用NFC技術進行無接觸式支付。

3" 中短距離無線通信系統的實踐應用

3.1 在智能家居中的應用

（1）藍牙技術的應用。藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG）于2021年7月13日正式發布了最新藍牙核心規范5.3版本。5.3版本對低功耗藍牙中的周期性廣播、連接更新、頻道分級進行了完善，進一步提高了低功耗藍牙的通信效率，降低了功耗，提高了藍牙設備的無線共存性。5.3版本藍牙技術的傳輸速率高達42 Mbps，相較于5.1版本提升接近2倍，且無須增加功率，這為智能家居提供了更為穩定、廣泛的連接。利用藍牙技術能夠將家庭中的所有物件全部相連，建立家居物聯網。用戶可利用藍牙技術對家居環境進行實時監測，通過家用監控設備采集相關圖像后進行無線傳輸，實現對家庭設備的安全管理、智能監控。同時，用戶還可利用藍牙技術和家居中的智能秤、智能手表等小型設備連接，進一步提高家居的智能化程度。相較于其他短距離通信技術而言，藍牙技術具有較為獨特的身份ID，即在連接過程中輸入的配對密碼，家居智能系統僅需要通過身份ID便可對用戶的身份進行判別，所以可將藍牙技術應用到智能門鎖中[3]。

（2）ZigBee技術的應用。它能夠同時連接多個節點，所以在智能家居中，通常利用ZigBee技術對智能家居電器進行集成控制。用戶利用ZigBee技術設置相關傳感器節點后，不同節點可通過自動尋找組成互聯互通的網絡，用戶還能在網絡中對相關節點進行移除。通過ZigBee技術能夠將家居中不同的智能物件進行集中控制，對相關傳感器節點進行調整。由于ZigBee具備較強的自組織能力，常用于照明系統控制、溫度檢測以及安防預警，同時，用戶也可將ZigBee技術的協調器和相關路由器進行結合，并將不同的家電設備和路由器進行連接，組成互聯互通的網絡。

（3）Wi-Fi技術的應用。Wi-Fi技術是當前智能家居中的核心技術，同時也是我國應用最為廣泛的無線通信技術。2019年，WFA發布了Wi-Fi的IEEF 802.11 ax標準，簡稱為Wi-Fi 6，它比Wi-Fi 5的吞吐量與數據傳輸速率都更高，并支持高并發（智能分頻技術，能夠連接的設備更多），提高了通信質量和效率，使室內無線網絡的應用得到了進一步地發展。在智能家居中，Wi-Fi技術能夠將不同家用電器連接至路由器中，且在Wi-Fi 6技術的支持下，所能連接的設備更多，還能通過溫度傳感器、濕度傳感器對家中的溫度、濕度進行實時監測。用戶可通過智能終端，利用互聯網查詢家居電器當前的運行狀態，并遠程對電視、音響、門禁、投影、照明等進行控制。Wi-Fi能夠將智能電器和互聯網相連，用戶可通過互聯網對智能電器進行遠程控制。缺點是Wi-Fi技術的功耗較大，安全性較低，雖然Wi-Fi 6支持高并發，但其所能夠容納的設備仍然較為有限。

3.2 在制造業中的應用

制造業中常用的短距離通信技術為RFID技術，即電子標簽技術。在工業生產過程中，工作人員可以在零部件中安裝電子標簽，利用解讀器或閱讀器識別標簽中的信息。電子標簽主要工作原理為：Reader發射一股特定頻率的無線電波能量，用來驅動電路，使電子標簽內部的數據能夠送出，此時Reader依照順序對解讀數據進行接收，之后發送給應用程序作出對應的處理[4]。

3.3 在醫療監護中的應用

由于ZigBee技術是較為典型的個人局域網技術，不僅能夠同時連接多臺設備，還能確保不同設備之間的數據傳輸安全。通常，ZigBee技術組網的拓撲結構為星狀、簇狀和網狀，能夠實現不同設備之間的信息傳輸。基于此特點，在醫療監護中，可利用傳感器將網絡覆蓋區域內不同患者的身體機能信息進行感知、采集、處理和傳輸，并最終將信息發送給網絡控制中心，以實現多名患者同一時間的健康監護。當前，這種醫療監護措施已經能夠實現患者所有生理指標以及相關身體機能指標數據的收集、分析，自動生成電子病歷存儲在數據庫中，廣泛應用到患者的急救以及手術后的身體機能監護中。

3.4 在應急救援中的應用

短距離無線通信系統應用在應急救援中能夠保障通信的穩定性，提高救援效率。在應急救援過程中，借助短距離無線通信系統，救援人員之間可形成較為緊密的通信網絡，提高救援效率。隨著信息技術的不斷發展，藍牙技術的信號覆蓋范圍逐漸擴大，而且短距離無線通信技術不但能夠實現語音對話、視頻通話，還能幫助應急救援人員進行無線定位，這便為緊急情況下的信號傳輸提供了保障[5]。

4" 結束語

綜上所述，中短距離無線通信系統所應用的技術種類較多，且不同通信技術的應用場景各不相同。相關技術人員可結合實際需求、應用場景，靈活應用短距離通信技術組成通信系統。當前其在智能家居以及醫療監護等場景中的應用仍然存在較大的發展空間，未來短距離無線通信系統的研究重點可能是提高速率和設備容量，提高ZigBee的互操作性。

參考文獻

[1] 李曉麗．基于射頻芯片ADF7021的短距離無線通信實現方案探究[J]．信息與電腦（理論版），2021，33（20）：186-189.

[2] 閆翔．短距離無線通信技術及其在儀器通信中的應用[J]．網絡安全技術與應用，2020（7）：83-84.

[3] 陳日升．短距離無線通信主要技術的應用探究[J]．中國新通信，2020，22（10）：5.

[4] 張敏潔．短距離無線通信技術在智能家居中的應用探究[J]．信息與電腦（理論版），2020，32（8）：156-158.

[5] 楊釗．短距離無線通信技術在物聯網中的應用[J]．衛星電視與寬帶多媒體，2020（4）：18-19.