1 概述

　　各種無線技術(shù)的發(fā)展并與孤立傳感網(wǎng)之結(jié)合應(yīng)用，將是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展為關(guān)鍵的推動(dòng)力，也是為重要的組成部分。2009無線技術(shù)世界暨物聯(lián)網(wǎng)國際高峰會(huì)議正是著眼于此，立足中國，面向，以"無線技術(shù)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展"為主題，現(xiàn)場則以分板塊、多種形式，全面探討無線電通信，特別是中短距離的無線通信技術(shù)的發(fā)展；伴隨著以WLAN、藍(lán)牙、UWB、ZigBee、RFID這些短距離無線技術(shù)正日益走向成熟，應(yīng)用步伐不斷加快，各種無線通信技術(shù)在自動(dòng)化控制和家庭信息化領(lǐng)域扮演越來越重要的角色，發(fā)揮越來越重要的作用；我國近期也通過一系列措施支持和鼓勵(lì)中短距離無線通信、與無線傳感技術(shù)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

　　2 物聯(lián)網(wǎng)無線應(yīng)用需求分析

　?。?）短距離應(yīng)用

　　短距離無線通信技術(shù)在IEE802.15協(xié)議中有規(guī)范，早在1998年，IEEE 802.15 工作組成立， 專門從事WPAN標(biāo)準(zhǔn)化工作。它的任務(wù)是開發(fā)一套適用于短程無線通信的標(biāo)準(zhǔn)，分為4個(gè)工作組：

　　TG1:藍(lán)牙工作組：藍(lán)牙是無線個(gè)人局域網(wǎng)早研究的技術(shù)；

　　TG2:共存工作組，解決802.11和802.15之間共存的問題；

　　TG3:高速無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)；

　　TG4:低速無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。

　　TG1和TG4分別是我們熟悉的藍(lán)牙和ZigBee技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)數(shù)據(jù)率相對高一些，可以達(dá)到10 Mb/s,理論上每秒可以傳輸1 Mbyte的數(shù)據(jù)，實(shí)際傳輸速度在800 kb/s左右，組網(wǎng)方式為點(diǎn)對點(diǎn)，使用上需要完成一個(gè)配對過程，如圖1所示，并且沒有路由中繼功能，適合點(diǎn)對點(diǎn)近距離通信。

　　ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)特性比較突出，數(shù)據(jù)傳輸采用接力式，協(xié)議中允許網(wǎng)絡(luò)中包含三種不同的角色，其中功能的角色如路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)具備路由的功能，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，因此可以組建大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)（可達(dá)6萬個(gè)），在Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的角色都是路由器，既有實(shí)際功能又同時(shí)可以幫助其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。ZigBee組網(wǎng)模型如圖2所示。

　　Zigbee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和"嗡嗡"（zig）地抖動(dòng)翅膀的"舞蹈"來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說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。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。

　　ZigBee技術(shù)規(guī)范中規(guī)定無線端通信波特率在250 kb/s,廠商標(biāo)準(zhǔn)中，會(huì)對此限制有所突破，廣州周立功公司代理的CEL模塊之間可以配置成1 Mb/s的無線波特率。

　　在各種終端機(jī)中，如投幣游戲機(jī)、酒店洗手液盒、地鐵自助服務(wù)機(jī)等，ZigBee模塊應(yīng)用起來都非常合適。

　　在無線路燈控制中，ZigBee技術(shù)也在各個(gè)城市開始試點(diǎn)，越來越多的路燈廠商開始使用ZigBee產(chǎn)品，周立功公司的ZigBee模塊已在幾家路燈廠商的實(shí)驗(yàn)路上運(yùn)行。針對這種線型的網(wǎng)絡(luò)，周立功公司無線事業(yè)部推出的ZLGnet協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)大型快速穩(wěn)健的路燈系統(tǒng)解決方案。周立功ZigBee模塊及配置軟件如圖3所示。

　?。?）長距離應(yīng)用

　　在類似景觀燈、路燈類型的應(yīng)用中，由于節(jié)點(diǎn)數(shù)很多，如果完全使用ZigBee技術(shù)的中繼功能，在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，還是會(huì)出現(xiàn)硬件瓶頸、網(wǎng)絡(luò)上過多的數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)包長度過長，都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突，這時(shí)，可以使用增加主路由節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和接收靈敏度來實(shí)現(xiàn)。

　　這種增強(qiáng)的路由節(jié)點(diǎn)好比一個(gè)通信基站，大功率ZigBee模塊輸出功率可以達(dá)到100 mW（20 dBm），比一般的節(jié)點(diǎn)要多出90 mW,接收靈敏度也比普通節(jié)點(diǎn)增加8 dBm,通信覆蓋面積可以達(dá)到半徑1 500 m.ZigBee無線路燈拓?fù)鋱D如圖4所示。

　　在2 GHz~3 GHz的頻段中，設(shè)備之間通信繞射能力比較差，家庭使用WIFI就有這樣的經(jīng)驗(yàn)，關(guān)上門窗，或者置于墻后邊，信號(hào)會(huì)差很多，因此電信運(yùn)營商在2G轉(zhuǎn)3G的改造中，也不得不增加更多的基站，在較大的樓宇中，還要進(jìn)行"室內(nèi)覆蓋",這都是這個(gè)頻段本身的物理特性決定的。相比之下，可以看到對講機(jī)就沒有這個(gè)問題，保安們使用的對講機(jī)，不管在小區(qū)的哪個(gè)地方，通話質(zhì)量都很好，因?yàn)閷χv機(jī)使用的頻段一般是400 MHz左右（400 MHz、433 MHz、470 MHz等），這個(gè)波段的無線信號(hào)可以通過門窗和空隙，繞射傳播。通俗地講，頻段越高越類似于光，光是直線傳播的，頻段低的就像聲音，繞射能力強(qiáng)。

　　因此，在非組網(wǎng)模式（點(diǎn)對點(diǎn)，點(diǎn)對多點(diǎn)），還可以使用433 MHz的無線數(shù)傳模塊，但是通信數(shù)據(jù)率會(huì)比較低，組網(wǎng)路由的能力也會(huì)差一些。

　?。?）低功耗應(yīng)用

　　在嵌入式應(yīng)用中，通常設(shè)備不能與市電相連，只能用電池供電，如傳感器、有源RFID和無線的水及燃?xì)獗眍^等，要求幾個(gè)月甚至幾年不能更換電池，而且電池的體積受限，容量通常也在1 000 mAh以內(nèi)，應(yīng)用WIFI技術(shù)顯然不能滿足功耗要求，而采用433 MHz無線數(shù)傳模塊和2.4 GHz的ZigBee模塊，因?yàn)橛布{(diào)制方式和運(yùn)行的通信協(xié)議棧的原因，在功耗上可滿足以上的需求，這些模塊在發(fā)送接收時(shí)只有十幾毫安的電流，并且這些收發(fā)器啟動(dòng)完畢進(jìn)入工作狀態(tài)只需要毫秒級甚至微秒級的時(shí)間完成小數(shù)據(jù)量的發(fā)送，馬上進(jìn)入休眠模式，電流維持在幾微安，小容量的電池就可以用上幾個(gè)月。

　　另外一個(gè)低功耗因素還在于，運(yùn)行WIFI協(xié)議的設(shè)備通常需要運(yùn)行高端的操作系統(tǒng)，如WinCE或者Linux等，這些系統(tǒng)流暢的運(yùn)行需要至少ARM9以上的處理器，主頻也上百兆，這一部分也是非常耗電的。相比之下，無線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用功能單一，只需要簡單的操作系統(tǒng)或者前后臺(tái)系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)，對處理器要求低，在復(fù)雜應(yīng)用中，還可以考慮使用ARM系列的conrtex-M0處理器，如NXP公司的LPC1000等，功能非常強(qiáng)大，功耗和價(jià)格與以往的8位單片機(jī)不相上下。操作系統(tǒng)也可以運(yùn)行類似TinyOS,μcos-II等，實(shí)時(shí)性非常好。

　?。?）價(jià)格敏感應(yīng)用

　　目前優(yōu)質(zhì)的無線通信模塊價(jià)格較高，因?yàn)樯漕l原材料，如微波PCB板材、射頻芯片及高頻電容電感等，都還比較貴，而且在設(shè)計(jì)無線前端的走線和阻抗匹配時(shí)，需要一套完整的傳輸線理論基礎(chǔ)，并且還要有可實(shí)際操作的設(shè)計(jì)步驟和驗(yàn)證設(shè)備，因此技術(shù)門檻還比較高。國內(nèi)一些專注于無線通信領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì)，深入鉆研了無線射頻技術(shù)之后，也自己做了不少工作，例如周立功無線事業(yè)部使用2.4 GHz射頻芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)的ZigBee模塊ZM2410,已完成射頻前端及整機(jī)設(shè)計(jì)驗(yàn)證、板材及加工工藝攻關(guān)、射頻一致性測試、高品質(zhì)射頻器件采購存貨等前期準(zhǔn)備工作，具備本土優(yōu)勢和品質(zhì)保障的模塊，價(jià)格上非常有優(yōu)勢。

　　3 展望

　　2011年，除2.4 GHz模塊ZM2410（標(biāo)準(zhǔn)功率）和ZICM-2410-P2（大功率）模塊之外，廣州周立功還將推出433 MHz無線數(shù)傳模塊，配合已有的網(wǎng)關(guān)類設(shè)備產(chǎn)品（ZigBee轉(zhuǎn)COM口、ZigBee轉(zhuǎn)USB、ZigBee轉(zhuǎn)以太網(wǎng)設(shè)備、ZigBee分析儀），以及GPRS/CDMA/3G遠(yuǎn)距離無線通信，將逐漸完成無線通信領(lǐng)域的技術(shù)產(chǎn)品覆蓋，為客戶提供全面的無線應(yīng)用解決方案。

　　在無線物聯(lián)網(wǎng)普及以后，用于動(dòng)物、植物和機(jī)器、物品的傳感器與電子標(biāo)簽及配套的接口裝置的數(shù)量將大大超過手機(jī)的數(shù)量。無線物聯(lián)網(wǎng)的推廣將會(huì)成為推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，為產(chǎn)業(yè)開拓了又一個(gè)潛力無窮的發(fā)展機(jī)會(huì)。按照目前對無線物聯(lián)網(wǎng)的需求，在近年內(nèi)就需要按億計(jì)的傳感器和電子標(biāo)簽，這將大大推進(jìn)信息技術(shù)元件的生產(chǎn)，同時(shí)增加大量的就業(yè)機(jī)會(huì)。