无线网络通信技术及其应用
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摘要:随着计算机网络及通信技术的飞速发展,人们对无线通信的需求也越来越大。文中对应用广泛的蓝牙、ZigBee等无线协议进行了阐述,并介绍了各自的技术特点及其应用。
Abstract: As the rapid development of computer networks and communication technology,people's demand for wireless communications is also growing. In this paper,widely used Bluetooth,ZigBee and other wireless protocols are described and their technical characteristics and application are presented.
关键词:无线通信;蓝牙;ZigBee
Key words: wireless communications;Bluetooth;ZigBee
中图分类号:TP39 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)30-0139-01
1Bluetooth(蓝牙)
所谓蓝牙(Bluetooth)技术,实际上是一种短距离无线电技术,利用“蓝牙”技术,能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简化以上这些设备与因特网Internet之间的通信,从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路。“蓝牙”技术属于一种短距离、低成本的无线连接技术,是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案。
蓝牙技术产品是采用低能耗无线电通信技术来实现语音、数据和视频传输的,其传输速率最高为每秒1Mb/s,以时分方式进行全双工通信,通信距离为10米左右,配置功率放大器可以使通信距离进一步增加。
蓝牙产品采用的是跳频技术,能够抗信号衰落;采用快跳频和短分组技术,能够有效地减少同频干扰,提高通信的安全性;采用前向纠错编码技术,以便在远距离通信时减少随机噪声的干扰;采用2.4GHz的ISM(即工业、科学、医学)频段,以省去申请专用许可证的麻烦;采用FM调制方式,使设备变得更为简单可靠;“蓝牙”技术产品一个跳频频率发送一个同步分组,每组一个分组占用一个时隙,也可以增至5个时隙;“蓝牙”技术支持一个异步数据通道,或者3个并发的同步语音通道,或者一个同时传送异步数据和同步语音的通道。“蓝牙”的每一个话音通道支持64Kbps的同步话音,异步通道支持的最大速率为721Kbps、反向应答速率为57.6Kbps的非对称连接,或者432.6Kbps的对称连接。
在蓝牙技术的使用过程中,人们发现蓝牙技术尽管有许多优点,但仍存在许多缺陷。对工业,家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言,蓝牙技术显得太复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等,而工业自动化,对无线数据通信的需求越来越强烈,而且,对于工业现场,这种无线数据传输必须是高可靠的,并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。因此,经过人们长期努力,Zigbee协议在2003年正式问世。另外,Zigbee使用了在它之前所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite。
2Zigbee主要技术特点
Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术。
Zigbee是以一个个独立的工作节点为依托,通过无线通信组成星状、片状或网状网络,因此、每个节点的功能并非都相同。为降低成本,系统中大部分的节点为子节点,从组网通信上,它只是其功能的一个子集,称为精简功能设备;而另外还有一些节点,负责与所控制的子节点通信、汇集数据和控制,或起到通信路由的作用,称之为全功能设备。
3其他几种无线通信技术
目前,市场上近距离无线通信技术主要有无线局域网WiFi、UWB和一些专用标准(如Ad-hoc网等)的产品。一些大公司为开拓市场和应用领域,也在积极研究和制定一些新的无线组网通信技术标准。
WiFi在Intel的大力支持下,借迅驰处理器迅速占领市场;采用IEEE802.11b标准,使用2.4GHz直接序列扩频,最大数据传输速率为11Mbps,并可根据信号强弱把传输率调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps带宽;采用最新的802.11g时,速率可达54Mbps,是目前应用最广的无线网络传输协议。
借助USB在PC上的广泛应用,无线USB也受Intel、HP、微软等几家PC领域大公司的力推,已于近期制定了无线USB规范。使用WiMedia联盟的MB-OFDM超宽带MAC和PHY层,通信距离在3～10米,最高速率在480Mbps,有望短期内在PC周边设备的无线连接上得到大量应用。
UWB是一种未来短距离宽带无线传输技术。由于未采用通常无线收发中的载波调制技术,因此它不需要混频、过滤和射频/中频转换模块,实现了低成本、低功耗和高带宽性能。目前有两大技术阵营竞争技术标准,预期的通信距离5～10米,速率甚至可高达1Gbps,非常适合于家用消费电子产品之间的大容量数据传输。
WiMAX是一项基于IEEE802.16标准的宽带无线接入城域网技术(BroadbandWirelessAccessMetropolitanAreaNetwork),该标准仅仅制订了物理层(PHY)和媒质接入层(MAC)的规范,是针对微波频段提出的一种新的空中接口标准。该技术以IEEE802.16的系列宽频无线标准为基础。一如当年对提升802.11使用率有功的Wi-Fi联盟,WiMAX也成立了论坛,将提高大众对宽频潜力的认识,并力促供应商解决设备兼容问题,借此加速WiMAX技术的使用率,让WiMAX技术成为业界使用IEEE802.16系列宽频无线设备的标准。
4总结
文中简要叙述了几种无线通信技术及应用,它们各有各的特点,对于一些企业来说,如果能绕过主要的无线通信运营商可以节约可观的成本,随着短距离无线通信技术的发展,用户一定可以找到最合适的无线通信技术标准。
参考文献:
[1]ZigBeeoverview.http///documents/ZigBeeOvervi
ew4.pdf.
[2]王金龙,等.认知无线网络[M].北京:机械工业出版社.
[3]李文仲.短距离无线数据通信入门与实战[M].北京:北京航天航空大学出版社.