淺談無線通信測(cè)控技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

詹煜

摘 要：隨著無線通信技術(shù)的成熟，越來越多的測(cè)控系統(tǒng)選擇無線通信，不僅解決有線通信系統(tǒng)線路維護(hù)困難等問題，還拓寬測(cè)控系統(tǒng)的適用范圍。簡(jiǎn)單介紹幾種無線通信技術(shù)，其發(fā)展現(xiàn)狀以及幾種主流技術(shù)，最后提出展望。

關(guān)鍵詞：測(cè)控 無線通信 現(xiàn)狀 發(fā)展

中圖分類號(hào)：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）005-087-02

1 前言

傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸主要為有線方式，存在鋪設(shè)線路復(fù)雜、維護(hù)困難、成本較高等缺點(diǎn)，不易大規(guī)模實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)的測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)充分利用計(jì)算機(jī)資源，在人工最少參與的條件下盡量以軟代硬，使得現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)具有測(cè)控設(shè)備軟件化、測(cè)控過程智能化、高度靈活性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可視性好、測(cè)控管一體化、立體化等特點(diǎn)。無線計(jì)算機(jī)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)因其無需布線，成本較低，易于維護(hù)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，本文主要討論了基于無線通信技術(shù)的計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)及其發(fā)展。

2 無線技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）起源于1994年，是一種低成本、短距離無線通信技術(shù)。藍(lán)牙是短距離無線語音和數(shù)據(jù)通信的開放標(biāo)準(zhǔn)，利用藍(lán)牙技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化掌上電腦、筆記本電腦和移動(dòng)電話手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化以上這些設(shè)備與Internet之間的通信。藍(lán)牙技術(shù)的有效距離達(dá)10m，傳輸速度達(dá)720Kbps，最高速度達(dá)到10Mbps。其工作頻段選在2.4GHz的ISM頻段。藍(lán)牙技術(shù)遭遇了最大的障礙是過于昂貴，突出表現(xiàn)在芯片大小和價(jià)格難以下調(diào)、抗干擾能力不強(qiáng)、傳輸距離太短、信息安全問題等等。

2.2 WiFi技術(shù)

WiFi（Wireless Fidelity），無線保真技術(shù)，其突出優(yōu)勢(shì)在于：（1）無線電波的覆蓋范圍廣，基于藍(lán)牙技術(shù)的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約15米，而Wi-Fi的半徑則可達(dá)100米；（2）雖然由Wi-Fi技術(shù)傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù)安全性能比藍(lán)牙差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進(jìn)，但傳輸速度可以達(dá)到11Mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求；（3）廠商進(jìn)入該領(lǐng)域的門檻比較低。廠商只要在機(jī)場(chǎng)、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置“熱點(diǎn)”。由于“熱點(diǎn)”所發(fā)射出的電波可以達(dá)到距接入點(diǎn)半徑數(shù)十米至100米的地方，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)。

2.3 Zigbee技術(shù)

ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)突出在低功耗、低成本上，主要有以下幾個(gè)方面：（1）低功耗。在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)干電池可支持一個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24個(gè)月。（2）低成本。通過大幅簡(jiǎn)化協(xié)議，降低了對(duì)通信控制器的要求，而且免協(xié)議專利費(fèi)，大大降低了成本。（3）低速率。工作在20kb/s～250kb/s，專注于低數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。（4）近距離。有效覆蓋范圍10～75m之間，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定。（5）高容量。ZigBee可采用星狀、樹狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)。ZigBee主要應(yīng)用在距離短、功耗低且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間，主要應(yīng)用目標(biāo)是工業(yè)控制（自動(dòng)控制設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）、醫(yī)護(hù)（監(jiān)視和傳感）、家庭智能控制（照明、水電氣計(jì)量控制及報(bào)警）、消費(fèi)類電子設(shè)備的遙控裝置）、玩具（電子寵物）、PC外設(shè)的無線連接等領(lǐng)域。

2.4 NFC技術(shù)

NFC（Near Field Communication）近距離無線通信。NFC具有雙向識(shí)別和連接的特點(diǎn)，工作于13.56MHz頻率范圍，作用距離10厘米左右。NFC的速度傳輸速度較低，僅為212Kbps。NFC是一種提供輕松、安全、迅速的通信的無線連接技術(shù)，具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)，并且與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，目前已經(jīng)成為越來越多主要廠商支持的正式標(biāo)準(zhǔn)。與無線世界中的其他連接方式相比，NFC是一種近距離的私密通信方式。與藍(lán)牙相比，NFC面向近距離交易，適用于交換財(cái)務(wù)信息或敏感的個(gè)人信息等重要數(shù)據(jù)；藍(lán)牙能夠彌補(bǔ)NFC通信距離不足的缺點(diǎn)，適用于較長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信。因此，NFC和藍(lán)牙互為補(bǔ)充，共同存在。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）是新型的傳感器網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，使用802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)。WSN 是由具有感知、計(jì)算和通信能力的各類集成化的微型傳感器以Ad hoc方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，通過大量節(jié)點(diǎn)間的分工協(xié)作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，最終傳送到需要這些信息的用戶。WSN 可廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事、國(guó)家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災(zāi)乃至商業(yè)和家庭等諸多領(lǐng)域，正受到政府、軍隊(duì)、研究機(jī)構(gòu)、商業(yè)界的廣泛關(guān)注和高度重視。

4 無線測(cè)控技術(shù)的未來發(fā)展

盡管無線測(cè)控技術(shù)近年來得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，由于無線技術(shù)仍存在的一些不足，制約著無線測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用。主要不足表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）無線網(wǎng)絡(luò)的電源時(shí)長(zhǎng)仍是無線測(cè)控技術(shù)需要考慮的一大問題。商品化的無線發(fā)送接收器電源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的需要。電池?zé)o線充電技術(shù)是特別引人關(guān)注和可能發(fā)展的方向。

（2）無線通信協(xié)議仍需完善?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)及協(xié)議主要考慮如何在滿足數(shù)據(jù)收集任務(wù)質(zhì)量要求的前提下節(jié)能以實(shí)現(xiàn)最大化生命周期。節(jié)點(diǎn)不能根據(jù)所需應(yīng)用進(jìn)行自配置，限制了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。

（3）無線接收模塊現(xiàn)階段的造價(jià)還比較高，阻礙了其在現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

（4）無線傳輸?shù)目煽啃院桶踩匀允亲璧K其廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因。安全是系統(tǒng)可用的前提，需要在保證通信安全的前提下，降低系統(tǒng)開銷，研究節(jié)能的安全算法?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制無法應(yīng)用于本領(lǐng)域，需要開發(fā)專門的協(xié)議。

（5）無線遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)的關(guān)鍵是要使射頻模塊的接收靈敏度和發(fā)射功率足夠高，以擴(kuò)大站點(diǎn)間的距離，同時(shí)還需要考慮無線電波波段的選擇；無線通信調(diào)制解調(diào)器已經(jīng)有許多比較成熟的產(chǎn)品，可以根據(jù)實(shí)際需要來選擇。

另外，隨著無線通信、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及嵌入式計(jì)算等技術(shù)的不斷進(jìn)步，低成本、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將會(huì)獲得越來越多的關(guān)注與發(fā)展。

5 小結(jié)

對(duì)于工作點(diǎn)多、通信距離遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣且實(shí)時(shí)性和可靠性要求比較高的遠(yuǎn)程測(cè)控場(chǎng)合，可以利用無線電波來實(shí)現(xiàn)主控站與各個(gè)子站之間的數(shù)據(jù)通信。采用無線通信的遠(yuǎn)程測(cè)控方式不僅可以減少?gòu)?fù)雜連線，而且無需鋪設(shè)電纜或光纜，大大降低了建設(shè)成本?；跓o線通信的遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如小區(qū)的智能保安系統(tǒng)、油井遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、航空航天技術(shù)中的無限跟蹤軌跡、遙測(cè)和遙控系統(tǒng)，都是基于無線通信技術(shù)的典型現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用。相信隨著無線通信技術(shù)的成熟，將有越來越多的測(cè)控系統(tǒng)選擇無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

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