摘要
為了滿(mǎn)足人們對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的需求，現(xiàn)對(duì)工作于2.4 GHz(ISM)頻段常用的短距離無(wú)線通信中ZigBee,、藍(lán)牙(Bluetooth)、WiFi三者的技術(shù)優(yōu)勢(shì),、缺點(diǎn)及總的市場(chǎng)趨勢(shì)做了詳細(xì)分析,，證明它們的關(guān)系是既互為補(bǔ)充又相互競(jìng)爭(zhēng)的。
目前,，各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)中最具增長(zhǎng)潛力的就是無(wú)線網(wǎng)絡(luò),。生活中最常見(jiàn)的無(wú)線通信技術(shù)就是家庭中用到的電視機(jī)、空調(diào)遙控開(kāi)關(guān),，它采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的紅外技術(shù),，最大的不足在于它是一種視距離傳輸，2個(gè)互相通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn),，中間不能讓其他物體阻隔,，因而該技術(shù)只能用于2臺(tái)設(shè)備之間的連接，不能滿(mǎn)足多臺(tái)設(shè)備互聯(lián),、組網(wǎng)的要求,。
現(xiàn)在許多機(jī)構(gòu)會(huì)選擇采用無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)來(lái)拓展他們現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò),，獲得在機(jī)構(gòu)區(qū)域內(nèi)部移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)的能力。要不通過(guò)電纜,，擺脫物理連接上的限制,，使設(shè)備互聯(lián)起來(lái)就需要采用無(wú)線通信方式。目前常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)最流行的3個(gè)是ZigBee,、藍(lán)牙(Bluetooth)和WiFi,。
1 Zigaee
1．1 ZigBee簡(jiǎn)介
Zigbee是IEEE 802．15．4協(xié)議的代名詞，這一名稱(chēng)來(lái)源于蜜蜂的八字舞,，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息,，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。
其特點(diǎn)是近距離,、低復(fù)雜度,、自組織、低功耗,、低數(shù)據(jù)速率,、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域,，可以嵌入各種設(shè)備,。
1．2 ZigBee技術(shù)優(yōu)勢(shì)及不足
ZigBee技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面：
低功耗
兩節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月到兩年左右的使用時(shí)間，然而B(niǎo)luetooth僅能工作數(shù)周,，WiFi只可工作數(shù)小時(shí),。
低成本
ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單,，所以大大降低了成本,，且免收專(zhuān)利費(fèi)。
可靠
采用了碰撞避免機(jī)制,，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙,，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能,，信息在整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸,，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?br />
網(wǎng)絡(luò)容量大
ZigBee具有大規(guī)模的組網(wǎng)能力,，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)達(dá)60 000個(gè)節(jié)點(diǎn),。
安全保密
ZigBee提供了一套基于128位AES算法的安全類(lèi)和軟件，并集成了IEEE 802.15.4的安全元素,。
工作頻段靈活
使用頻段為2．4 GHz,，868 MHz及915 MHz，均為免執(zhí)照頻段,。
同時(shí)ZigBee也存在著一些不足：
傳輸范圍小
在不使用功率放大器的前提下,，ZigBee節(jié)點(diǎn)的有效傳輸范圍一般為10～75 m，僅能覆蓋普通的家庭和辦公場(chǎng)所。
數(shù)據(jù)傳輸速率低
在2．4 GHz的頻段也只有250 Kb/s,，而且這只是鏈路上的速率,，除掉幀頭開(kāi)銷(xiāo)、信道競(jìng)爭(zhēng),、應(yīng)答和重傳,，真正能被應(yīng)用所利用的速率可能不足100 Kb/s，并且這余下的速率也可能要被鄰近多個(gè)節(jié)點(diǎn)和同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)應(yīng)用所瓜分,。
時(shí)延不易確定
由于ZigBee采用隨機(jī)接入MAC層,，且不支持時(shí)分復(fù)用的信道接入方式，因此不能很好地支持一些實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù),，而且由于發(fā)送沖突和多跳,，使得時(shí)延變成一個(gè)不易確定的因素。
1．3 ZigBee應(yīng)用項(xiàng)目
近日獲悉,，赫立訊科技(北京)有限公司8年自主研發(fā)技術(shù)的ZigBee無(wú)線定位系統(tǒng),，已成功應(yīng)用在最具“人情味”的北京地鐵4號(hào)線大興線隧道工程項(xiàng)目中。
本項(xiàng)目中“地鐵隧道工程安全預(yù)警系統(tǒng)”共安裝有：ZigBee工地安全基站21個(gè)和50張ZigBee人員識(shí)別卡,。開(kāi)創(chuàng)了以ZigBee物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)為核心的“地鐵隧道工程安全預(yù)警系統(tǒng)”,，這是為工程和人員安全保駕護(hù)航的最新應(yīng)用。
2 藍(lán)牙(Bluetooth)
2．1 藍(lán)牙簡(jiǎn)介
藍(lán)牙技術(shù)最初由愛(ài)立信創(chuàng)制,。1999年5月20日,，索尼愛(ài)立信、IBM,、英特爾,、諾基亞及東芝等業(yè)界龍頭創(chuàng)立藍(lán)牙特別興趣組，制訂藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),。1998年,，愛(ài)立信公司希望無(wú)線通信技術(shù)能統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)而取名“藍(lán)牙”。
藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)致力于在10～100 m的空間內(nèi)使所有支持該技術(shù)的移動(dòng)或非移動(dòng)設(shè)備可以方便地建立網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系,、進(jìn)行話音和數(shù)據(jù)通信,。
2．2 藍(lán)牙發(fā)展趨勢(shì)
藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group，SIG)日前宣布正式采納藍(lán)牙規(guī)格4．0版本,，并啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的認(rèn)證計(jì)劃,。在3．0+HS版本標(biāo)準(zhǔn)加入高速傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上，4．0版本又加入了之前諾基亞力推的Wibree低功耗傳輸技術(shù),。
至此,，藍(lán)牙已經(jīng)不是當(dāng)初大家熟悉的只適用于WPAN的“藍(lán)牙”了。而是集IEEE 802．15．1傳統(tǒng)藍(lán)牙,，IEEE 802．11物理層和MAC層以及Wibree標(biāo)準(zhǔn)的“三合一”的藍(lán)牙,。
低功耗傳輸部分作為藍(lán)牙4．0版本的重點(diǎn),，沿用了曾經(jīng)的Wibree標(biāo)準(zhǔn)。采用簡(jiǎn)單的GFSK調(diào)制,，擁有極低的運(yùn)行和待機(jī)功耗,，使用一粒紐扣電池甚至可連續(xù)工作數(shù)年之久。
毫無(wú)疑問(wèn),，新的低功耗藍(lán)牙將挑戰(zhàn)諸如ZigBee,、NFC等技術(shù)，低功耗藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎啾萙igBee的星型拓?fù)浜?jiǎn)單得多,，而傳輸距離又比NFC有很大優(yōu)勢(shì),，盡管是個(gè)后來(lái)者，但憑借其在手機(jī)和音頻領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,，未來(lái)發(fā)展還是值得期待,。
2．3 藍(lán)牙4．0(Bluetooth)版本技術(shù)細(xì)節(jié)
數(shù)據(jù)傳輸
藍(lán)牙低功耗技術(shù)支持很短的資料封包，其傳輸速度高達(dá)1 Mb／s,。所有連接均采用先進(jìn)的嗅探性次額定功能模式,，以實(shí)現(xiàn)超低的負(fù)載循環(huán)。
延遲
藍(lán)牙低功耗技術(shù)的聯(lián)機(jī)建立僅需3 ms即可完成,，同時(shí)能以應(yīng)用程序迅速啟動(dòng)鏈接器,，并以數(shù)毫秒的傳輸速度完成經(jīng)認(rèn)可的數(shù)據(jù)傳遞后并立即關(guān)閉連接。
穩(wěn)定度
藍(lán)牙低功耗技術(shù)使用24位的循環(huán)重復(fù)檢環(huán)(CRC),，能確保所有封包在受干擾時(shí)的最大穩(wěn)定度,。
高度安全
使用CCM的AES-128完全加密，為數(shù)據(jù)封包提供高度加密性及認(rèn)證度,。
不可否認(rèn),，藍(lán)牙技術(shù)的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)一樣明顯：
數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問(wèn)題。高速跳頻使得藍(lán)牙傳輸安全性極高,，同時(shí)也限制了藍(lán)牙傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)包不可能太大,，哪怕是在宣傳的高保真藍(lán)牙耳機(jī)中，它的高低頻部分也是被嚴(yán)重壓縮的,。
2．4 藍(lán)牙應(yīng)用
通過(guò)使用Bluetooth技術(shù)產(chǎn)品,，人們可以免除居家辦公電纜纏繞的苦惱。鼠標(biāo),、鍵盤(pán),、打印機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī),、耳機(jī)和揚(yáng)聲器等均可以在PC環(huán)境中無(wú)線使用,，為室內(nèi)裝飾提供了更多創(chuàng)意和自由(設(shè)想，將打印機(jī)放在壁櫥里),。
此外,，通過(guò)在移動(dòng)設(shè)備和家用PC之間同步聯(lián)系人和日歷信息，用戶(hù)可以隨時(shí)隨地存取最新的信息,；通過(guò)無(wú)線立體聲耳機(jī)收聽(tīng)從家庭音響或其他類(lèi)似音頻設(shè)備傳送的流行音樂(lè),。
3 WiFi
3．1 WiFi技術(shù)簡(jiǎn)介
WiFi(Wireless Fidelity，無(wú)線保真技術(shù))即IEEE 802．11協(xié)議,，是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù),，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接人的無(wú)線電信號(hào)。WiFi的第一個(gè)版本發(fā)表于1997年,，其中定義了介質(zhì)訪問(wèn)接入控制層(MAC層)和物理層,。
規(guī)定了無(wú)線局域網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和基本傳輸介質(zhì)，規(guī)范了物理層(PHY)和介質(zhì)訪問(wèn)層(MAC)的特性,。物理層采用紅外,、DSSS(直接序列擴(kuò)頻)或FSSS(調(diào)頻擴(kuò)頻)技術(shù)。1999年又增加了IEEE 802．11a和IEEE 802．11g標(biāo)準(zhǔn),。其傳輸速率最高可達(dá)54 Mb／s,。能夠廣泛支持?jǐn)?shù)據(jù)、圖像,、語(yǔ)音和多媒體等業(yè)務(wù),。
3．2 WiFi技術(shù)優(yōu)勢(shì)
無(wú)線電波的覆蓋范圍廣 藍(lán)牙的電波覆蓋范圍很小，半徑大約只有15 m,，而WiFi的半徑可達(dá)100 m,，甚至可以覆蓋整棟大樓。
WiFi的傳輸速度很快
最高可達(dá)54Mb／s,，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求,。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，允許用戶(hù)在任何時(shí)間,、任何地點(diǎn)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò),，隨時(shí)隨地享受諸如網(wǎng)上證券、視頻點(diǎn)播(VOD),、遠(yuǎn)程教育,、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會(huì)議,、網(wǎng)絡(luò)游戲等一系列寬帶信息增值服務(wù),。并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。
健康安全
IEEE 802．11規(guī)定的發(fā)射功率不可超過(guò)100 mW,，實(shí)際發(fā)射功率約60～70 mW,，而手機(jī)的發(fā)射功率約200 mW～1 W，手持式對(duì)講機(jī)高達(dá)5 W,。與后者相比,，WiFi產(chǎn)品的輻射更小,。
WiFi應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍
支持WiFi的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，像手機(jī),、MP4,、電腦等，基本上已經(jīng)成為了主流標(biāo)準(zhǔn)配置,。
3．3 WiFi發(fā)展趨勢(shì)
不久前WiFi聯(lián)盟提出了WiFi Direct標(biāo)準(zhǔn),，正式開(kāi)始挑戰(zhàn)藍(lán)牙在WPAN領(lǐng)域的地位。WiFi在上網(wǎng)本,、智能手機(jī),、電視機(jī)、機(jī)頂盒和其他設(shè)備中的采用率也不斷上升,，市場(chǎng)調(diào)查公司In-Stat預(yù)計(jì),，到2013年全球?qū)⒔桓?.16億個(gè)采用WiFi互連的設(shè)備。
繼藍(lán)牙成為標(biāo)配后,，越來(lái)越多的手機(jī)開(kāi)始具有WiFi功能,。市場(chǎng)調(diào)查公司ABI Research的數(shù)據(jù)顯示，目前的筆記本電腦中幾乎都含有WiFi,。到2010年年底,，用于移動(dòng)設(shè)備的“組合”芯片組的全球出貨量預(yù)計(jì)將達(dá)到2．8億套。
預(yù)測(cè)到2015年,，這種芯片組的出貨量將達(dá)到9．79億套,。ABIResearch研究分析師表示，手機(jī)是這種組合芯片組的主要市場(chǎng),，手機(jī)中應(yīng)用的組合芯片組最常見(jiàn)的組合是WiFi+GPS,。
近日，博通無(wú)線連接集團(tuán)GPS業(yè)務(wù)組市場(chǎng)總監(jiān)David Murray表示,，與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比,，博通的解決方案有更多的優(yōu)勢(shì)——除了利用衛(wèi)星信號(hào)，還通過(guò)WiFi和基站來(lái)進(jìn)行輔助定位,。值得一提的是,，WiFi的加入讓難以接收衛(wèi)星信號(hào)的室內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)精確定位。
4 結(jié)語(yǔ)
提到WiFi與藍(lán)牙的關(guān)系,，人們往往首先想到的是競(jìng)爭(zhēng),，尤其是在WiFi推出WiFi Direct技術(shù)，兩者之間的火藥味便更濃,。然而,，最近博通卻帶來(lái)一則消息，其推出的最新組合模塊InConcert將WiFi與藍(lán)牙集于一體，讓兩者的關(guān)系從對(duì)立走向了互補(bǔ),。
InConcert組合模塊由BCM4313(單流IEEE 802．11n)和BCM2070(Bluetooth 3．0+HS)組成,，將兩種無(wú)線連接手段集于一體。據(jù)悉,，已經(jīng)有包括華碩和三星在內(nèi)的5家OEM公司決定在其新型筆記本和上網(wǎng)本中采用該模塊組合,。
兩種連接方式的集成將給用戶(hù)帶來(lái)更好的體驗(yàn),，用戶(hù)在使用無(wú)線連接時(shí),，不必手動(dòng)搜索以及選取連接方式，InConcert組合模塊會(huì)自動(dòng)完成該任務(wù),，在短距離情況下,，可以通過(guò)藍(lán)牙或者WiFi直連實(shí)現(xiàn)，無(wú)需網(wǎng)絡(luò)覆蓋,；而如果距離稍長(zhǎng),，可以通過(guò)WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。
在ZigBee和藍(lán)牙的關(guān)系上,，ZigBee聯(lián)盟認(rèn)為ZigBee和藍(lán)牙是互為補(bǔ)充,，而不是互相競(jìng)爭(zhēng)。文獻(xiàn)分析比較了藍(lán)牙和ZigBee的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),，說(shuō)明將兩者相結(jié)合具有較好的發(fā)展前景,。文獻(xiàn)研究了兩者共存以及相互干擾的特性，證明兩者互聯(lián)工作的方案切實(shí)可行,。