1 概述
    當前物聯網概念異常火熱，在這一領域中，無線物聯網又是非常熱門的技術，在無線物聯網中，需要實現比WIFI網絡更低成本更低功耗的設備和組網方式。相對來說，無線物聯網網絡在數據率和協議復雜程度上，有很大的削減，量體裁衣，為物聯網實際通信需求打造了專用的聯網方式。
    人們熟知的無線網絡，通常是WIFI網絡，只要打開無線網卡，就能自動獲取IP地址和連接到熱點（無線路由器等)上，實際上的組網方式與有線的局域網方式還是一樣的。在嵌入式領域，除了WIFI之外，還有不少的無線通信方式。它們在頻率、調制方式、拓撲結構和協議復雜度上的不同，決定了它們適用在不同的環境中，本文就目前常見的幾種應用介紹一下這些短距離通信技術應用。
2 物聯網無線應用需求分析
    (1)短距離應用
    短距離無線通信技術在IEE802.15協議中有規范，早在1998年，IEEE 802.15 工作組成立, 專門從事WPAN標準化工作。它的任務是開發一套適用于短程無線通信的標準，分為4個工作組：
    TG1：藍牙工作組：藍牙是無線個人局域網最早研究的技術；
    TG2：共存工作組，解決802.11和802.15之間共存的問題；
    TG3：高速無線個人區域網絡；
    TG4：低速無線個人區域網絡。
    TG1和TG4分別是我們熟悉的藍牙和ZigBee技術，藍牙技術數據率相對高一些，可以達到10 Mb/s，理論上每秒可以傳輸1 Mbyte的數據，實際傳輸速度在800 kb/s左右，組網方式為點對點，使用上需要完成一個配對過程，如圖1所示，并且沒有路由中繼功能，適合點對點近距離通信。

    ZigBee技術的網絡特性比較突出，數據傳輸采用接力式，協議中允許網絡中包含三種不同的角色，其中高級功能的角色如路由節點和協調器節點具備路由的功能，可以實現數據的轉發，因此可以組建大規模的網絡(可達6萬個)，在Mesh網絡結構中，每個節點的角色都是路由器，既有實際功能又同時可以幫助其他節點轉發數據。ZigBee組網模型如圖2所示。

    ZigBee技術規范中規定無線端通信波特率在250 kb/s，廠商標準中，會對此限制有所突破，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。
    在各種終端機中，如投幣游戲機、酒店洗手液盒、地鐵自助服務機等，ZigBee模塊應用起來都非常合適。
    在無線路燈控制中，ZigBee技術也在各個城市開始試點，越來越多的路燈廠商開始使用ZigBee產品，周立功公司的ZigBee模塊已在幾家路燈廠商的實驗路上運行。針對這種線型的網絡，周立功公司無線事業部推出的ZLGnet協議，可以實現大型快速穩健的路燈系統解決方案。周立功ZigBee模塊及配置軟件如圖3所示。

    (2)長距離應用
    在類似景觀燈、路燈類型的應用中，由于節點數很多，如果完全使用ZigBee技術的中繼功能，在大規模網絡中，還是會出現硬件瓶頸、網絡上過多的數據包、數據包長度過長，都會導致數據沖突，這時，可以使用增加主路由節點的發射功率和接收靈敏度來實現。
    這種增強的路由節點好比一個通信基站，大功率ZigBee模塊輸出功率可以達到100 mW（20 dBm），比一般的節點要多出90 mW，接收靈敏度也比普通節點增加8 dBm，通信覆蓋面積可以達到半徑1 500 m。ZigBee無線路燈拓撲圖如圖4所示。

    在2 GHz~3 GHz的頻段中，設備之間通信繞射能力比較差，家庭使用WIFI就有這樣的經驗，關上門窗，或者置于墻后邊，信號會差很多，因此電信運營商在2G轉3G的改造中，也不得不增加更多的基站，在較大的樓宇中，還要進行“室內覆蓋”，這都是這個頻段本身的物理特性決定的。相比之下，可以看到對講機就沒有這個問題，保安們使用的對講機，不管在小區的哪個地方，通話質量都很好，因為對講機使用的頻段一般是400 MHz左右（400 MHz、433 MHz、470 MHz等），這個波段的無線信號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。
    因此，在非組網模式（點對點，點對多點），還可以使用433 MHz的無線數傳模塊，但是通信數據率會比較低，組網路由的能力也會差一些。
    (3)低功耗應用
    在嵌入式應用中，通常設備不能與市電相連，只能用電池供電，如傳感器、有源RFID和無線的水及燃氣表頭等，要求幾個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，應用WIFI技術顯然不能滿足功耗要求，而采用433 MHz無線數傳模塊和2.4 GHz的ZigBee模塊，因為硬件調制方式和運行的通信協議棧的原因，在功耗上可滿足以上的需求，這些模塊在發送接收時只有十幾毫安的電流，并且這些收發器啟動完畢進入工作狀態只需要毫秒級甚至微秒級的時間完成小數據量的發送，馬上進入休眠模式，電流維持在幾微安，小容量的電池就可以用上幾個月。
    另外一個低功耗因素還在于，運行WIFI協議的設備通常需要運行高端的操作系統，如WinCE或者Linux等，這些系統流暢的運行需要至少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，無線物聯網節點應用功能單一，只需要簡單的操作系統或者前后臺系統就可以實現，對處理器要求低，在復雜應用中，還可以考慮使用ARM系列的conrtex-M0處理器，如NXP公司的LPC1000等，功能非常強大，功耗和價格與以往的8位單片機不相上下。操作系統也可以運行類似TinyOS，μcos-II等，實時性非常好。
    (4)價格敏感應用
    目前優質的無線通信模塊價格較高，因為射頻原材料，如微波PCB板材、射頻芯片及高頻電容電感等，都還比較貴，而且在設計無線前端的走線和阻抗匹配時，需要一套完整的傳輸線理論基礎，并且還要有可實際操作的設計步驟和驗證設備，因此技術門檻還比較高。國內一些專注于無線通信領域的團隊，深入鉆研了無線射頻技術之后，也自己做了不少工作，例如周立功無線事業部使用2.4 GHz射頻芯片設計生產的ZigBee模塊ZM2410，已完成射頻前端及整機設計驗證、板材及加工工藝攻關、射頻一致性測試、高品質射頻器件采購存貨等前期準備工作，具備本土優勢和品質保障的模塊，價格上非常有優勢。
3 展望
    2011年，除2.4 GHz模塊ZM2410(標準功率)和ZICM-2410-P2（大功率）模塊之外，廣州周立功還將推出433 MHz無線數傳模塊，配合已有的網關類設備產品（ZigBee轉COM口、ZigBee轉USB、ZigBee轉以太網設備、ZigBee分析儀），以及GPRS/CDMA/3G遠距離無線通信，將逐漸完成無線通信領域的技術產品覆蓋，為客戶提供全面的無線應用解決方案。