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無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN)是為了實(shí)現(xiàn)活動(dòng)半徑小、業(yè)務(wù)類(lèi)型豐富、面向特定群體、無(wú)線無(wú)縫的連接而提出的新興無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。WPAN能夠有效地解決“最后的幾米電纜”的問(wèn)題，進(jìn)而將無(wú)線聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行到底。
WPAN介紹與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀
WPAN是一種與無(wú)線廣域網(wǎng)(WWAN)、無(wú)線城域網(wǎng)(WMAN)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)并列但覆蓋范圍相對(duì)較小的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成上，WPAN位于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈的末端，用于實(shí)現(xiàn)同一地點(diǎn)終端與終端間的連接，如連接手機(jī)和藍(lán)牙耳機(jī)等。WPAN所覆蓋的范圍一般在10m半徑以內(nèi)，必須運(yùn)行于許可的無(wú)線頻段。WPAN設(shè)備具有價(jià)格便宜、體積小、易操作和功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
目前，IEEE、ITU和HomeRF等組織都致力于WPAN標(biāo)準(zhǔn)的研究，其中IEEE組織對(duì)WPAN的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要集中在802.15系列。802.15.1本質(zhì)上只是藍(lán)牙底層協(xié)議的一個(gè)正式標(biāo)準(zhǔn)化版本，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定工作仍由藍(lán)牙特別興趣組(SIG)完成，其成果由IEEE批準(zhǔn)，原始的802.15.1標(biāo)準(zhǔn)基于Bluetooth1.1，目前大多數(shù)藍(lán)牙器件中采用的都是這一版本。新的版本802.15.1a對(duì)應(yīng)于Bluetooth1.2，它包括某些QoS增強(qiáng)功能，并完全后向兼容。802.15.2負(fù)責(zé)建模和解決WPAN與WLAN間的共存問(wèn)題，目前正在標(biāo)準(zhǔn)化。802.15.3也稱(chēng)WiMedia，旨在實(shí)現(xiàn)高速率，原始版本規(guī)定的速率高達(dá)55Mb/s，使用基于802.11但與之不兼容的物理層。后來(lái)多數(shù)廠商傾向于使用802.15.3a，它使用超寬帶(UWB)的多頻段OFDM聯(lián)盟的物理層，速率高達(dá)480Mb/s。并且生產(chǎn)802.15.3a產(chǎn)品的廠商成立了WiMedia聯(lián)盟，其任務(wù)是對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和貼牌，以保證標(biāo)準(zhǔn)的一致性。802.15.4也稱(chēng)Zigbee技術(shù)，主要任務(wù)是低功耗、低復(fù)雜度、低速率的WPAN標(biāo)準(zhǔn)制定，該標(biāo)準(zhǔn)定位于低數(shù)據(jù)傳輸速率的應(yīng)用。附表給出了各種技術(shù)之間的比較。
WPAN的關(guān)鍵技術(shù)
藍(lán)牙這是大家熟知的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，也是目前WPAN應(yīng)用的主流技術(shù)。藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)是在1998年，由愛(ài)立信、諾基亞、IBM等公司共同推出的，即后來(lái)的IEEE802.15.1標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙技術(shù)為固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的無(wú)線空中接口，將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，使各種3C設(shè)備(通信產(chǎn)品、電腦產(chǎn)品和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品)在沒(méi)有電線或電纜相互連接的情況下能在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信或操作。藍(lán)牙可以提供720kb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率和10m的傳輸距離。不過(guò)，藍(lán)牙設(shè)備的兼容性不好。
圖1為一款I(lǐng)BM的無(wú)線藍(lán)牙鼠標(biāo)，右邊是無(wú)線接收器。
UWB(超寬帶)即802.15.3a技術(shù)，是一種無(wú)載波通信技術(shù)。它是一種超高速的短距離無(wú)線接入技術(shù)。它在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號(hào)，能在10m左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)百兆比特的數(shù)據(jù)傳輸率，具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、保密性好、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢(shì)。UWB早在1960年就開(kāi)始開(kāi)發(fā)，但僅限于軍事應(yīng)用，美國(guó)FCC于2002年2月準(zhǔn)許該技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域。不過(guò)，目前，學(xué)術(shù)界對(duì)UWB是否會(huì)對(duì)其他無(wú)線通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾仍在爭(zhēng)論當(dāng)中。
圖2為一款FreescaleUWB芯片組。
Zigbee這是一種新興的短距離、低功率、低速率無(wú)線接入技術(shù)。Zigbee標(biāo)準(zhǔn)是基于IEEE802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開(kāi)發(fā)的關(guān)于組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是IEEE802.15.4的擴(kuò)展集，它由Zigbee聯(lián)盟與IEEE802.15.4工作組共同制定。Zigbee工作在2.4GHz頻段，共有27個(gè)無(wú)線信道，數(shù)據(jù)傳輸速率為20kb~250kb/s，傳輸距離為10~75m。
圖3為美國(guó)Crossbow公司開(kāi)發(fā)的一款符合Zigbee協(xié)議的產(chǎn)品MPR2400CA。
RFID俗稱(chēng)電子標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID由標(biāo)簽、解讀器和天線三個(gè)基本要素組成。RFID可被廣泛應(yīng)用于物流業(yè)、交通運(yùn)輸、醫(yī)藥、食品等各個(gè)領(lǐng)域。然而，由于成本、標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題的局限，RFID技術(shù)和應(yīng)用環(huán)境還很不成熟。主要表現(xiàn)在：制造技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高；標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一；應(yīng)用環(huán)境和解決方案不夠成熟，安全性將接受考驗(yàn)。
圖4為一款RFID讀卡器。
WPAN的未來(lái)展望
在過(guò)去的幾年里，WPAN技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，藍(lán)牙、UWB、Zigbee、RFID、Z-Wave、NFC以及Wibree等各種技術(shù)競(jìng)相提出，在功耗、成本、傳輸速率、傳輸距離、組網(wǎng)能力等方面又各有特點(diǎn)。而WPAN的初衷是實(shí)現(xiàn)各種外圍設(shè)備小范圍內(nèi)的無(wú)縫互聯(lián)，這種想法在未來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)可能還只是一個(gè)美好的愿望。但是，無(wú)論如何，在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)林立的短距離無(wú)線通信市場(chǎng)，我們所要做的應(yīng)該是完善和創(chuàng)新。未來(lái)這些技術(shù)的命運(yùn)，是走向融合，還是多足鼎立，我們只能等待市場(chǎng)的選擇。
藍(lán)牙、UWB、Zigbee與RFID技術(shù)對(duì)比
鏈接:其他無(wú)線個(gè)域網(wǎng)技術(shù)
NFC這是由飛利浦、諾基亞和索尼主推的一種由RFID衍生出來(lái)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。使用雙方只需互相接近，就可以完成信息交換，并訪問(wèn)內(nèi)容和服務(wù)。NFC可以對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速、主動(dòng)設(shè)置，也可以用作虛擬連接器，服務(wù)于現(xiàn)有蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙和802.11設(shè)備。
Wibree這是諾基亞在赫爾基辛的研究中心宣布的一種新的短距離無(wú)線通信技術(shù)。該技術(shù)可以在設(shè)備間進(jìn)行連接，并且突破了藍(lán)牙固有的能量局限，功耗僅為藍(lán)牙的1/10。2007年6月12日，SIG與Wibree論壇宣布Wibree并入藍(lán)牙，Wibree將作為藍(lán)牙的超低耗電通信標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行定義。
Z-Wave2005年1月，為了開(kāi)發(fā)家庭自動(dòng)化應(yīng)用市場(chǎng)，美國(guó)芯片和軟件開(kāi)發(fā)商Zensys公司與其他60多家廠商在CES(ConsumerElectronicsShow)大會(huì)上宣布成立Wave聯(lián)盟。該聯(lián)盟推出了基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠的適于組網(wǎng)的雙向無(wú)線通信技術(shù)，即Z-Wave。Z-Wave的數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kb/s，信號(hào)有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可達(dá)100m，適合窄寬帶應(yīng)用場(chǎng)合。隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加。相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù)，Z-Wave技術(shù)是最低功耗和最低成本的技術(shù)，Z-Wave正有力地推動(dòng)著低速率無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的發(fā)展。
