1 概述
    當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)概念異?；馃?，在這一領(lǐng)域中，無線物聯(lián)網(wǎng)又是非常熱門的技術(shù)，在無線物聯(lián)網(wǎng)中，需要實(shí)現(xiàn)比WIFI網(wǎng)絡(luò)更低成本更低功耗的設(shè)備和組網(wǎng)方式。相對(duì)來說，無線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)率和協(xié)議復(fù)雜程度上，有很大的削減，量體裁衣，為物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際通信需求打造了專用的聯(lián)網(wǎng)方式。
    人們熟知的無線網(wǎng)絡(luò)，通常是WIFI網(wǎng)絡(luò)，只要打開無線網(wǎng)卡，就能自動(dòng)獲取IP地址和連接到熱點(diǎn)（無線路由器等)上，實(shí)際上的組網(wǎng)方式與有線的局域網(wǎng)方式還是一樣的。在嵌入式領(lǐng)域，除了WIFI之外，還有不少的無線通信方式。它們?cè)陬l率、調(diào)制方式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和協(xié)議復(fù)雜度上的不同，決定了它們適用在不同的環(huán)境中，本文就目前常見的幾種應(yīng)用介紹一下這些短距離通信技術(shù)應(yīng)用。
2 物聯(lián)網(wǎng)無線應(yīng)用需求分析
    (1)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)最早研究的技術(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(duì)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(duì)點(diǎn)，使用上需要完成一個(gè)配對(duì)過程，如圖1所示，并且沒有路由中繼功能，適合點(diǎn)對(duì)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，其中高級(jí)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(duì)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(duì)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。

    (2)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(duì)講機(jī)就沒有這個(gè)問題，保安們使用的對(duì)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?duì)講機(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(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)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。
    (3)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(jí)甚至微秒級(jí)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(duì)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。
    (4)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(shì)和品質(zhì)保障的模塊，價(jià)格上非常有優(yōu)勢(shì)。
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。