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[操作系统]近距通信技术比较


近距通信技术比较


  和传统的近距通讯相比,近场通讯(NFC)就有天然的安全性,以及连接建立的快速性,具体对比如下表: 

 

表2.1 通讯参数对比表

 

NFC

蓝牙

红外

网络类型

点对点

单点对多点

点对点

使用距离

≤0.1

≤10

≤1

速度

106kbps

212kbps

424kbps

建立时间

<0.1s

<6s

<0.5s

安全性

具备,硬件实现

具备,软件实现

不具备,IRFM时除外

通信模式

主动-主动/被动

主动-主动

主动-主动

成本


 

 RFID:

    RFID (radio frequency identification)是利用无线电波进行通信的一种自动识别技术。基本原理是通过读头和黏附在物体上的标签 之间的电磁耦合或电感耦合进行数据通信,以达到对标签物品的自动识别。自动识别是指应用一定的识别装置,通过被识别物品和识别装置之间的接 近活动,自动获取被识别物品的相关信息,并提供给后台计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。

 

  RFID的主要频段有:125kHz,134.2kHz,13.56MHz,860-960 MHz,2.45GHz和5.8GHz。不同工作频率的RFID系统工作距离各有不同,应用领域也有差异。低频段(LF,125kHz,134.2kHz)的RFID系统主要用于动物识别,工厂数据采 集等;高频(HF,13.56MHz)的RFID系统技术已经比较成熟,广泛应用于门禁,智能交通等方面,LF和HF频段应用电感耦合方式工作,一般工作 距离较小;超高频段(UHF,860-960 MHz)的RFID系统电子标签有效工作距离可以达到3-6米,适用于物流,供应链等领域。微波频段 (2.45GHz和5.8GHz)则应用于集装箱管理和公路收费,UHF和微波频段应用电磁耦合方式工作,工作距离较远。

 

 NFC

   与RFID一样,NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递,但NFC使用一种近场磁场耦合(通常采用磁性薄膜贴合FPC方式)天线,使用13.56Mhz波长,且读写距离很短。首先,其传输范围比RFID小,RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米,但由于NFC采取了独特的信号衰减技术,相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点[12]

NFC与RFID技术兼容,RFID更多的被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上,而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用[13]。 

和传统的近距通讯蓝牙、红外相比,近场通讯(NFC)就有天然的安全性,以及连接建立的快速性,具体对比如(表2.1):

 

 

蓝牙4.0

蓝牙4.0不同于之前必须有收发信机的蓝牙版本,可以选择三种:仅发射机模式,仅接收机模式,收发信机共模式。

       射频方面,发射功率被控制-20 dBm ≤ PAVG ≤ +10 dBm EIRP(天线增益假设为0dBi)范围内,没有之前蓝牙功率级别的概念,也比之前的经典蓝牙的最高发射功率20 dBm的定义减少了10dB,接收机灵敏度≤-70dBm在误码率为0.1%情况下。工作范围可大于10米,只使用GFSK一种调制方式,调制指数在0.45-0.55之间,跳频工作,1 Mbps传输速率。有40个信道带宽为2M的信道,比经典蓝牙1M的带宽增加了一倍,根据香农定律,在一定的传输速率下,可以增加信道带宽从而来降低对信噪比的要求,所以这也是蓝牙4.0低功耗的原因之一。若以BR/EDR的发射功率为单位 1 来对比的话,则15.4+ZigBee的发射功率为0.6,蓝牙4.0的发射功率为0.1。此外使用专门的3个广播信道,快速连接,深度睡眠,增加调制指数等,来降低蓝牙功耗增强抗干扰性,故蓝牙4.0也被叫做低耗蓝牙。

   信道结构方面,使用2种信道,广播信道和数据信道。广播信道使用了射频信道号为0,12,39的信道,频率为2402,2426,2480,作为一种固定的广播信道,用于对未连接设备之间发送广播数据,连接建立,发现远程设备,并且可以在发送广播数据时可以根据周围干扰情况减少广播信道数,在三个广播信道进行跳频,所有的设备共同分享这三个广播信道进行广播数据。数据信道使用37个信道作为动态的跳频信道发送应用数据,用于登记,数据,应答,链路结束等作用。对于蓝牙4.0的设备,在工作的时候使用一样的物理信道,为了达到这个目的,收发信机需要在同样的时间跳到同样的物理信道。

 

无线433MHZ

 无线433MHZ频段的传输特点是:433MHZ是我们国家的免申请段发射接收频率,可直接使用不需要管理,433频段抗干扰强,并支持各种点对点,一点对多点的无线数据通讯方式,具有收发一体、安全隔离、安装隔离、使用简单、性价比高、稳定可靠等特点,只要发射功率足够大,长距离传输时没有问题的

  315MHZ和433MHZ是我们国家的免申请的发射接收频率,433兆是数据传输领域的老产品,它的致命弱点是系统安全保密性差,很容易被攻击,被破译;通信技术落后,通信不可靠,系统不稳定;频道非常拥挤,环境干扰特别大,对讲机,车载通信设备,业余通信设备等,都集中在这里,因而环境干扰非常大;短期使用可能看不出,长期使用必然显现;另外功耗大,发射机和天线体积庞大,有厂商将其引入智能家居系统,但由于其抗干扰能力弱,组网不便,可靠性一般,在智能家居中的应用效果差强人意。

 

ZigBee

 

ZigBee是一种短距离、架构简单、低消耗功率与低传输速率之无线通讯技术,其传输距离约为数十公尺,使用频段为免费的2.4GHz与900MHz频段,传输速率为20K至250Kbps,网络架构具备Master/Slave属性,并可达到双向通信功用

ZigBee具有下列之特性

(1)省电:ZigBee传输速率低,使其传输资料量亦少,所以讯号的收发时间短,其次在非工作模式时,ZigBee处于睡眠模式,而在工作与睡眠模式之间的转换时间,一般睡眠激活时间只有15ms,而设备搜索时间为30ms。透过上述方式,使得ZigBee十分省电,透过电池则可支持ZigBee长达6个月到2年左右的使用时间。

(2)可靠度高:ZigBee之MAC层采用talk-when-ready之碰撞避免机制,此机制为当有资料传送需求时则立即传送,每个发送的资料封包都由接收方确认收到,并进行确认讯息回复,若没有得到确认讯息的回复就表示发生了碰撞,将再传一次,以此方式大幅提高系统信息传输之可靠度。

(3)高度扩充性:一个ZigBee的网络最多包括有255个ZigBee网络节点,其中一个是Master设备,其余则是Slave设备。若是透过Network Coordinator则整体网络最多可达到6500个ZigBee网络节点,再加上各个Network Coordinator可互相连接,整体ZigBee网络节点数目将十分可观。