淺談物聯(lián)網(wǎng)中無線傳輸協(xié)議

龐慧娟

61786部隊 北京 100094

0 前言

縱觀歷史發(fā)展的進(jìn)程，每一次全球性的危機(jī)都帶來了新一輪的技術(shù)革命。在國際金融危機(jī)之后，許多國家從應(yīng)對氣候變化、保障能源安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的需要出發(fā)，加快了清潔能源、智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。物聯(lián)網(wǎng)在 1999年美國麻省理工學(xué)院首次提出，狹義的物聯(lián)網(wǎng)指的是“物-物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，這里相連的主體既包括物品到物品，也包括物品到識別管理設(shè)備；廣義的物聯(lián)網(wǎng)指的是信息空間和物理空間的融合，也就是虛擬與現(xiàn)實的融合，把所有的物體和事件數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、在人與人、人與物、物與物之間實現(xiàn)信息交互，實現(xiàn)物品的自動識別，監(jiān)控地位和遠(yuǎn)程管理。以現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)以及各種專有的網(wǎng)為基礎(chǔ)，傳輸通過感知層采集匯總的各類數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸并保證數(shù)據(jù)安全，目前的有線和無線互聯(lián)網(wǎng)2G和3G網(wǎng)絡(luò)等，都可以做起傳輸層的組成部分。在未來的智能小區(qū)，智能家居等物聯(lián)網(wǎng)終端，為了保證無線傳輸數(shù)據(jù)安全，無線傳輸協(xié)議顯得尤為重要。

1 無線傳輸協(xié)議分類

國際上，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議是與紅外、藍(lán)牙、GPRS、CDMA1X等協(xié)議一樣是無線傳輸協(xié)議的一種。目前，WAPI標(biāo)準(zhǔn)是由我國相關(guān)部門研發(fā)并申請國際審查認(rèn)可的無線標(biāo)準(zhǔn)，從理論上講他與 802.11b類似，只不過有別于 802.11b采用“有線加強(qiáng)等效保密(WEP)”等安全協(xié)議，WAPI(WLAN Authentication and Privacy Infrastructure)是無線局域網(wǎng)的一種傳輸協(xié)議，與802.11b傳輸協(xié)議比較相似。

在物聯(lián)網(wǎng)中使用的無線傳輸協(xié)議，包括下面幾種類型。

1.1 Wi-Fi

WiFi是wireless Fidelity(無線保真)，又稱IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)，最大的優(yōu)點是傳輸速率高，可以達(dá)到11mbps。有效距離比較長，同時與802.11的設(shè)備兼容，WiFi無線保真技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)一樣，屬于辦公室與家庭使用的短距離無線技術(shù)，使用頻段是 2.4GHz附近的頻段，該頻段目前尚屬沒用許可的無線頻段，可以使用的標(biāo)準(zhǔn)有兩個即 802.11ay與802.11b，802.11g是802.11b的繼承。

1.2 GPRS

通用分組無線服務(wù)技術(shù)(General Packet Radio Service，GPRS)，使用帶移動性管理的分組交換模式以及無線接入技術(shù)。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封?Packet)式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至 56甚至114Kbps。

GPRS技術(shù)不太適合智能家具使用，主要在電信網(wǎng)絡(luò)使用。

1.3 紅外技術(shù)

紅外技術(shù)也是一種無線通信技術(shù)，可以進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的傳輸。特點是：紅外傳輸是點對點的傳輸方式，無線，不能離得太遠(yuǎn)，要對準(zhǔn)方向。不能穿墻與障礙物，幾乎無法控制信息傳輸?shù)倪M(jìn)度。802.11物理層標(biāo)準(zhǔn)中，除了使用 2.4GHz頻率的射頻外。還包括了紅外的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。IrDA(The Infrared Data Association)紅外數(shù)據(jù)協(xié)會，IrDA1.0支持最高115.2kbps的通信速率。IrDA1.1支持到 4Mbps。該技術(shù)基本上淘汰，被藍(lán)牙和更新的技術(shù)代替。

1.4 ZigBee技術(shù)

ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低速率的近距離的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee 的基礎(chǔ)是 IEEE802.15.4，這是IEEE無線個人區(qū)域工作組的一項標(biāo)準(zhǔn)。但I(xiàn)EEE 802.15.4僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，所以ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡(luò)層和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，同時聯(lián)盟還負(fù)責(zé)其安全協(xié)議、應(yīng)用文檔和市場推廣等。ZigBee聯(lián)盟成立于2001年8月，由英國Invensys、日本三菱電氣、美國摩托羅拉、荷蘭飛利浦半導(dǎo)體等公司共同組成。ZigBee與Bluetooth (藍(lán)牙)、WiFi(無線局域網(wǎng))同屬于2.4GHz頻段的IEEE標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，由于性能定位不同各自的應(yīng)用也就不同。ZigBee的顯著特點有：超低功耗，網(wǎng)絡(luò)容量大，數(shù)據(jù)傳輸可靠，時延短，安全性好，實現(xiàn)成本低。

在ZigBee技術(shù)中，采用對稱密鑰的安全機(jī)制，密鑰由網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層根據(jù)實際應(yīng)用需要生成，并對其進(jìn)行管理、存儲、傳送和更新等。因此，在未來的物聯(lián)網(wǎng)中，ZigBee技術(shù)顯得尤為重要，并在美國的智能家居等物聯(lián)網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。

1.5 藍(lán)牙技術(shù)

作為一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，藍(lán)牙以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接，完成數(shù)據(jù)信息的短程無線傳輸。其實質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無線電空中接口(Radio Air Interface)及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能夠在近距離范圍內(nèi)具有互用、互操作的性能(Interoperability)。

藍(lán)牙以無線LANs的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)為基礎(chǔ)。應(yīng)用了“Plonkandplay”的概念(有點類似“即插即用”)，即任意一個藍(lán)牙設(shè)備一旦搜尋到另一個藍(lán)牙設(shè)備，馬上就可以建立聯(lián)系，而無需用戶進(jìn)行任何設(shè)置，因此可以解釋成“即連即用”。藍(lán)牙技術(shù)有：成本低，功耗低、體積小，近距離通信，安全性好的特點。

藍(lán)牙在未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中得到一定的應(yīng)用，有在辦公場所，家庭智能家居等環(huán)境。

1.6 RFID技術(shù)

射頻識別即RFID(Radio Frequency IDentification)技術(shù)，又稱電子標(biāo)簽、無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。

RFID技術(shù)的基本工作原理：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽)；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

RFID在國內(nèi)外的很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，例如身份識別，監(jiān)控管理，超市，賣場，商場等各種場景得到一定的應(yīng)用。

2 國內(nèi)外發(fā)展前景

從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟與推廣，它必將在人們生活、工作和學(xué)習(xí)的各個方面發(fā)揮顯著作用，未來的世界一定是物聯(lián)網(wǎng)的世界。而不管在現(xiàn)在還是將來，人們重視的數(shù)據(jù)是否安全，而無線傳輸中安全尤為重要，無線傳輸協(xié)議為了保證數(shù)據(jù)安全。

在國外，由于WEP的安全性較低，IEEE 802.11組織開始制定新的安全標(biāo)準(zhǔn)，也就是 802.11i協(xié)議。但由于新標(biāo)準(zhǔn)從制定到發(fā)布需要較長的周期，而且用戶不會僅為了網(wǎng)絡(luò)的安全性就放棄原來的無線設(shè)備，所以無線產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在新標(biāo)準(zhǔn)推出之前，又在 802.11i草案的基礎(chǔ)上制定了 WPA(Wi-Fi Procted Access)無線加密協(xié)議。

在國內(nèi)，WAPI標(biāo)準(zhǔn)是由我國相關(guān)部門研發(fā)并申請國際審查認(rèn)可的無線標(biāo)準(zhǔn)，從理論上講他與802.11b類似，只不過有別于 802.11b采用“有線加強(qiáng)等效保密(WEP)”等安全協(xié)議，WAPI使用的是一種名為“無線局域網(wǎng)鑒別與保密基礎(chǔ)架構(gòu)(WAPI)”的安全協(xié)議。出于安全性考慮我們要保證國家的機(jī)密是最高的機(jī)密，它如果被泄露出去會直接損害整個國家和民族的利益，后果將不堪設(shè)想。另外出于利益方面的考慮。我國是個經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的發(fā)展中國家，許多產(chǎn)品都擁有巨大的發(fā)展空間，尤其是高科技產(chǎn)品，無線方面如果可以將WAPI廣泛推廣的話所產(chǎn)生的相關(guān)利益也是巨大的。

對于個人而言，WAPI的出現(xiàn)最大的受益就是讓用戶的更加安全，因為 WLAN在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時是完全暴露在半空中的，而且信號覆蓋范圍廣，如果安全性不好，合法用戶的數(shù)據(jù)就很容易被非法用戶截獲和破解。同時，非法用戶還可以偽裝成合法用戶，和合法用戶共同使用網(wǎng)絡(luò)資源，使合法用戶的利益蒙受損失。

3 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的不斷發(fā)展，無線傳輸協(xié)議將迎來前所未有的發(fā)展，其在未來智能化系統(tǒng)中的應(yīng)用也將會呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長。了解與掌握 ZigBee、藍(lán)牙、Wi-Fi、RFID等核心技術(shù)，研制相應(yīng)的借接口以及無線通信產(chǎn)品模塊化，無線傳輸協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個關(guān)鍵技術(shù)，也將是未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的重中之重。

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