1、 本科毕业论文 文献综述 通信工程 关于 安防物联网短距离无线传输技术研究的综述 摘要： 物联网技术的出现带给安防行业的不仅是技术上的更新，监控联网的概念已经从平安城市的范畴延伸到了更加多的行业。本文介绍了物联网的起源、相关概念及物联网的体系架构，并重点综述了相关的短距离无线传输技术。 关键词 : 物联网 ; WI-FI 技术 ； UWB 技术； ZigBee 技术； NFC 技术 一、物联网的起源及概念 人类社会正在迈向计算和通信无所不在的时代 , 这将从根本上改变我们的企业、我们的社区和我们个人的生活方式 1。物联网指通过射频识别 、红外感应器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把
2、任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 2005年， ITU在 The Internet of Things报告中正式提出物联网的概念，展现了任何时刻、任何地点、任意物体之间的互联以及无所不在的网络和计算的发展愿景，除 RFID技术外，传感器技术、纳米技术、智能终端、云计算等技术都将得到广泛的应用 2。 随着 3G、 wifi 无线网络的部署， 作为 物联网产业链中信息传输的重要环节， 目前部分监控系统提 出了无线传输的要求， 相对于 有线传输方式，无线具有部署方便，施工方便的特点。在一些特殊环境的监控应用中，无线接入是有线网络接入的
3、一种很好的补充。 物联网安防，是安防应用领域的延伸，其本质就是安防产品智能化。 二、物联网体系架构 对于一个完整的物联网系统的构成，目前业界比较统一的观点认为包括三个层面：感知层、网络层和应用层。感知层，包括二维码标签和识读器、 RFID标签和读写器、摄像头、 GPS、传感器、终端和短距离传输技术组成的无线传感网。感知层是物联网发展和应用的基础，主要是识别物体，采集信息。网络层，是在现有通 信网和互联网的基础上建立起来的，综合使用 2G 3G、有线宽带、 PSTN、 WI一 FI通信技术，实现有线与无线的结合、宽带与窄带的结合、感知网与通信网的结合。应用层，是物联网与行业专业技术的深度融合，与
4、行业需求结合，实现行业智能化。应用层是物联网发展的目的，各种行业和家庭应用的开发将会推动物联网的普及，也将给整个物联网产业链带来利润 1。 除了已经发展非常成熟的电信技术 (包括有线和无线通信技术等 ) , 支撑物联网的新兴技术分别是射频识别 ( RFID )、近距离通信( NFC)、灵巧物品 ( smart th ing s)、传感器、无线传感器网络技术、纳米技术和小型化技术 3。 三、短距离无线传输技术 从大范围公众移动通信来看， 3G 或超 3G 技术将是主导，从而形成对全球的广泛无缝覆盖；而 WLAN、 WiMAX、 UWB 等宽带接入技术，将因其自己不同的技术特点，在不同覆盖范围或应
5、用区域内，与公众移动通信网络形成有效互补 4。 目前使用广泛的近距离无线通信技术是无线局域网 802.11（ WI-FI） 、超宽频 UWB、 ZigBee、短距通信（ NFC）等。 1.WI-FI技术 Wi- Fi 即“无线保真” (Wireless Fidelity) , 指 802.11标准的 IEEE802.11b 子集 5。 表 1 Wi - Fi 标准对比 6 WI-FI 标准 定义 传输速率 兼容性 应用范围 802.11b 第一代技术， 802.11b 也是 WI-FI 标准中 带宽最窄，传 输距离最短的 一个标准。 802.11b 标准在理 想情况下的传输速 率为 11mbp
6、s，但是 在一般使用环境 中，其传输速率只 是理论速率的一半 左右。 第一代技 术 802.11b 是目前 应用得最广泛的 WI-FI 标准。 802.11a 作 为 802.11b 的补充，要求 保证高通讯质 量的情况下， 实现速率的一 种扩展。 802.11a 标准的理 论传输速率为 54mbps。 802.11a 不 能实现与 802.11b 以 及 802.11g 兼容。 目前使用量对少的 一个 WI-FI 标准。一 般厂商在生产WI-FI 产品时都会在支持 802.11b 和802.11g 的同时也提供对 802.11a 的支持。 802.11g 在扩展带宽的 情况下，比 802.1
7、1a 更容 易受到外界环 境的干扰。 802.11g 标准的理 论传输速率为 54mbps，在实际使 用中，它们的传输 速率也只有理论速 度的一半左右。 802.11g 的 传输速度要 高于 802.11b，而 且可以与 802.11b 兼 容。 比如一般的家电 产品，无绳电话、 微波炉，以及其 它运行在 2.4GHz 频段上 的设备应用。 802.11n 标准是 WLAN 领域期待的一 个技术里程 碑。 提供超过 100Mbps 的实际带宽。 802.11n 标 准能向下 兼容 802.11a/b/g 三种标准。 支持多任务的 VoIP 和视频流传输功 能，以更高的 QoS 特性支持数字家
8、庭 的建设，可实现无 线传输高清电视等 多道视频流任务。 2.UWB技术 UWB系统通常是指发射的无线通信信号的相对带宽 (信号带宽与中心频率之比 )大于 25%或带宽大于 1. 5 GHz的系统。这里相对带宽定义为 : fc =2 ( fh - fl )fh + fl (1) 式中 fh 和 fl 分别为系统的高端和低端频点 (按 - 10 dB计算 ) 。 根据美国联邦通信委员会 ( FCC) 的规定 : 室内 (小于 10 m) UWB通信的实际使用频谱范围为3. 1 10. 6 GHz, 在此范围内 , 有效各向同性发射功率 (E IRP)不超过 - 41. 3 dBm /MHz7 U
9、WB技术在非常宽的频谱范围内采用低功率脉冲传输数据而不会对常规窄带无线通信系统造成大的干扰，并可充分利用频谱资源。 uwb技术的特点及其在无线传感器网络中应用的优势： （ 1）低功耗是 uwb 技术区别于其它短距离无线通信技术的显著特点； （ 2）数据的高传输速率； （ 3） uwb技术具有较强的抗干扰性； （ 4） uwb技术具有高度的保密性和安全性 8。 UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率频密度低 ，对信道衰落不敏感，低截获能力，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入，非常适用于建立一个高效的无线局域网（ WLAN）或无线个域网（ WPAN）。 3、 ZigBe
10、e技术 ZigBee主要应用在短距离并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。 ZigBee使用2.4Ghz波段，采用跳频技术。与蓝牙相比， ZigBee更简单、速率更慢、功率费用更低。它的基本速率是 250Kb/s,当降低到 28Kb/s时，传输范围可达到 134M，并获得更高的可靠性。另外他可与 254个节点联网，可以比蓝牙更好地支持游戏 、消费电子、仪器和家庭自动化应用。ZigBee 网络中可同时存在两种不同类型的设备 9 , 一种是具有完整功能的设备 ( FFD) , 一种是简化功能的设备 ( RFD) 10 。 ZigBee技术特点主要包括以下几个部分 ; （ 1）数据传输速率低。只有
11、 10Kb/s250Kb/s,专注于低速率传输应用； （ 2）低功耗。在待机模式下，两节普通 5号干电池可使用 6个月以上； （ 3）成本低。因为 ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本； （ 4）网络容量大。每个 ZigBee网络最多可以支持 255个设 备，也就是说每个 ZigBee设备可以与另外 254台设备相连接； （ 5）有效范围小。有效覆盖范围 1075m之间； （ 6）工作频段灵活，使用的频段分别为 2.4GHz、 868MHz（欧洲）及 915MHz（美国），均为免执照频段 11。 4、 NFC技术 NFC于 2004年 4月被批准为国际标准。 NFC技术符合
12、 ECMA 340与 ETSI TS102 190 V1.1.1以及 ISO/IEC 18092标准。标准规定 NFC技术支持三种不同的应用模式： （ 1）卡模式 (如同 FeliCa和 ISO14443A/MIFARE卡的 通信 )； （ 2）读写模式（对 FeliCa或 ISO14443A卡的读写）； （ 3） NFC模式（ NFC芯片间的通信）。 NFC工作模式存在两种：主动模式和被动模式。主动模式下，每台设备要向另一台设备发送数据时，都必须产生自己的射频场。如图 1所示，发起设备和目标设备都要产生自己的射频场。这是对等网络通信的标准模式，可以获得非常快速的连接设置。 图 1 NFC主动
13、工作模式 14 在主动模式下，通讯双方收发器加电后，任何一方可以采用“发送前侦听”协议来发起 。 在被动模式下，启动 NFC通信的设备，也称为 NFC发起设备（主设备），在整个通信过程中提供射频场（ RFfield），如图 2所示。它可以选择 106kb/s、 212kb/s和 424kb/s任一种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台设备称为 NFC目标设备（从设备），不必产生射频场，而使用负载调制（ Load Modulation）技术，即可以相同的速度将数据传回发起设备。此通信机制与基于 ISO14443A、 MIFARE和 FeliCa的非接触式智能卡兼容，因此， NFC发起设备在被
14、动模式下，可以用相同的连接和初始 化过程检测非接触式智能卡或 NFC目标设备，并与之建 立联系。 12 图 2 NFC被动工作模式 14 四、总结 从产业角度看，物联网概念的正式提出可以被看作 IT产业对安防产业再度吹响融合的号角。如果说物联网是大趋势，那么 IT和安防的融合就是必然的。如平安城市的联网监控，是1.发起者按照选定的传输 速度开始通信 NFC 发起者 NFC 目标设备 2.目标设备按相同的速 度用负载调制数据应答 主设备 主设备 供电以产生 RF 场 为数字处理 供电 1. 发起者按照选定的传输开始通信速度 供电以产生 RF 场 主设备 主设备 为数字处理 供电 初始命令 NFC
15、 发起者 主设备 为数字处理 供电 应答 2.目标设备按相同的速 度应答 NFC 目标设备 供电以产生 RF 场 NFC 发起者 NFC 目标设备 主设备 将原本各个区域和楼宇分散的监控资源整合成城域范围的一体化监控资源，然后在将多个城域的资源整合成一个广域的资源。在物联网的前提下，信息可以传送和集中的价值并 不仅仅是跨越空间距离获取信息，更关键的是在这个基础上可以扩展各种各样的智能分析应用，这正是物联网对于监控联网的最大好处 13。 参考文献 1UIT. ITU Internet Reports 2005 :The Internet of ThingsR .2005： 1-3 2邵杰 , 物
16、联网给安防行业带来了新机遇 J. 中国安防 , China Security & Protection, 编辑部邮箱 2010年 06期 :21-23 3孙涛，迟晓玲，王理斌，陈福 .物联网在行业信息化中的应用研究 J. 科技与生活， 2010年第 24期： 22 4杨震，物联网发展研究，南京邮电大学学报（社会科学版） J.2010年 6月第 12卷第 2期：2-4 5 Xu Hui. Study on wireless communication development historyJ Management & technology of SME,2009(22):292 6 商周 . 3
17、G 与 Wi- Fi 的发展关系探讨 J.人民邮电 , 2003-04-04第 008版 7 刘柱辉，基于 Wi-Fi技术在电信业务中的应用 J.电脑与电信 , Computer & Telecommunication, 编辑部邮箱 2009年 04期 ： 30-31 8刘刚 ,张淑娥 ,邱巍巍 .超宽带无线通信技术及其应用 J.电力系统通信 .2005- 12-10第 26卷第 158期 :40-42 9肖凌，祝忠明，赖敏 .uwb技术在无线传感器网络中的应用 J.信息通信 , Information & Communications, 编辑部邮箱 2007年 02期 :77-80 10 蒋
18、挺 , 赵成林 . 紫蜂技术及其应用 M . 北京 : 北京邮电大学出版社 , 2006. 11 彭燕，基于 ZigBee 的无线传感器网络研究 .现代电子技术 ,2011-3 -1,第 34 第 5期：49-51 12谢力，物联网中的几种短距离无线传输技术浅析 D.程度职业技术学院，四川成都，610041,四川省通信学会 2010年学术年会论文集 ,2010-11-01 13 韩 露，桑亚楼 . NFC技术及其应用 J. 移动通信 , Mobile Communications, 编辑部邮箱 2008年 06期 ： 25-28 14张春红，裘晓峰，夏海伦，马涛 .物联网技术与应用 M.北京：人民邮电出版社， 2011.180
