浅谈物联网中无线传输协议

庞慧娟

61786部队 北京 100094

0 前言

纵观历史发展的进程，每一次全球性的危机都带来了新一轮的技术革命。在国际金融危机之后，许多国家从应对气候变化、保障能源安全，促进经济增长的需要出发，加快了清洁能源、智能电网、物联网的发展进程。物联网在 1999年美国麻省理工学院首次提出，狭义的物联网指的是“物-物相连的互联网”，这里相连的主体既包括物品到物品，也包括物品到识别管理设备；广义的物联网指的是信息空间和物理空间的融合，也就是虚拟与现实的融合，把所有的物体和事件数字化、网络化、在人与人、人与物、物与物之间实现信息交互，实现物品的自动识别，监控地位和远程管理。以现有的互联网以及各种专有的网为基础，传输通过感知层采集汇总的各类数据，实现数据的实时传输并保证数据安全，目前的有线和无线互联网2G和3G网络等，都可以做起传输层的组成部分。在未来的智能小区，智能家居等物联网终端，为了保证无线传输数据安全，无线传输协议显得尤为重要。

1 无线传输协议分类

国际上，无线网络传输协议是与红外、蓝牙、GPRS、CDMA1X等协议一样是无线传输协议的一种。目前，WAPI标准是由我国相关部门研发并申请国际审查认可的无线标准，从理论上讲他与 802.11b类似，只不过有别于 802.11b采用“有线加强等效保密(WEP)”等安全协议，WAPI(WLAN Authentication and Privacy Infrastructure)是无线局域网的一种传输协议，与802.11b传输协议比较相似。

在物联网中使用的无线传输协议，包括下面几种类型。

1.1 Wi-Fi

WiFi是wireless Fidelity(无线保真)，又称IEEE802.11b标准，最大的优点是传输速率高，可以达到11mbps。有效距离比较长，同时与802.11的设备兼容，WiFi无线保真技术与蓝牙技术一样，属于办公室与家庭使用的短距离无线技术，使用频段是 2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段，可以使用的标准有两个即 802.11ay与802.11b，802.11g是802.11b的继承。

1.2 GPRS

通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service，GPRS)，使用带移动性管理的分组交换模式以及无线接入技术。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至 56甚至114Kbps。

GPRS技术不太适合智能家具使用，主要在电信网络使用。

1.3 红外技术

红外技术也是一种无线通信技术，可以进行无线数据的传输。特点是：红外传输是点对点的传输方式，无线，不能离得太远，要对准方向。不能穿墙与障碍物，几乎无法控制信息传输的进度。802.11物理层标准中，除了使用 2.4GHz频率的射频外。还包括了红外的有关标准。IrDA(The Infrared Data Association)红外数据协会，IrDA1.0支持最高115.2kbps的通信速率。IrDA1.1支持到 4Mbps。该技术基本上淘汰，被蓝牙和更新的技术代替。

1.4 ZigBee技术

ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低速率的近距离的无线网络技术。ZigBee 的基础是 IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域工作组的一项标准。但IEEE 802.15.4仅处理低级MAC层和物理层协议，所以ZigBee联盟对其网络层和API进行了标准化，同时联盟还负责其安全协议、应用文档和市场推广等。ZigBee联盟成立于2001年8月，由英国Invensys、日本三菱电气、美国摩托罗拉、荷兰飞利浦半导体等公司共同组成。ZigBee与Bluetooth (蓝牙)、WiFi(无线局域网)同属于2.4GHz频段的IEEE标准网络协议，由于性能定位不同各自的应用也就不同。ZigBee的显著特点有：超低功耗，网络容量大，数据传输可靠，时延短，安全性好，实现成本低。

在ZigBee技术中，采用对称密钥的安全机制，密钥由网络层和应用层根据实际应用需要生成，并对其进行管理、存储、传送和更新等。因此，在未来的物联网中，ZigBee技术显得尤为重要，并在美国的智能家居等物联网中得到广泛应用。

1.5 蓝牙技术

作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，蓝牙以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接，完成数据信息的短程无线传输。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口(Radio Air Interface)及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能够在近距离范围内具有互用、互操作的性能(Interoperability)。

蓝牙以无线LANs的IEEE802.11标准技术为基础。应用了“Plonkandplay”的概念(有点类似“即插即用”)，即任意一个蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就可以建立联系，而无需用户进行任何设置，因此可以解释成“即连即用”。蓝牙技术有：成本低，功耗低、体积小，近距离通信，安全性好的特点。

蓝牙在未来的物联网发展中得到一定的应用，有在办公场所，家庭智能家居等环境。

1.6 RFID技术

射频识别即RFID(Radio Frequency IDentification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

RFID技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

RFID在国内外的很多领域得到广泛的应用，例如身份识别，监控管理，超市，卖场，商场等各种场景得到一定的应用。

2 国内外发展前景

从物联网技术的不断成熟与推广，它必将在人们生活、工作和学习的各个方面发挥显著作用，未来的世界一定是物联网的世界。而不管在现在还是将来，人们重视的数据是否安全，而无线传输中安全尤为重要，无线传输协议为了保证数据安全。

在国外，由于WEP的安全性较低，IEEE 802.11组织开始制定新的安全标准，也就是 802.11i协议。但由于新标准从制定到发布需要较长的周期，而且用户不会仅为了网络的安全性就放弃原来的无线设备，所以无线产业联盟在新标准推出之前，又在 802.11i草案的基础上制定了 WPA(Wi-Fi Procted Access)无线加密协议。

在国内，WAPI标准是由我国相关部门研发并申请国际审查认可的无线标准，从理论上讲他与802.11b类似，只不过有别于 802.11b采用“有线加强等效保密(WEP)”等安全协议，WAPI使用的是一种名为“无线局域网鉴别与保密基础架构(WAPI)”的安全协议。出于安全性考虑我们要保证国家的机密是最高的机密，它如果被泄露出去会直接损害整个国家和民族的利益，后果将不堪设想。另外出于利益方面的考虑。我国是个经济蓬勃发展的发展中国家，许多产品都拥有巨大的发展空间，尤其是高科技产品，无线方面如果可以将WAPI广泛推广的话所产生的相关利益也是巨大的。

对于个人而言，WAPI的出现最大的受益就是让用户的更加安全，因为 WLAN在进行数据传输时是完全暴露在半空中的，而且信号覆盖范围广，如果安全性不好，合法用户的数据就很容易被非法用户截获和破解。同时，非法用户还可以伪装成合法用户，和合法用户共同使用网络资源，使合法用户的利益蒙受损失。

3 结语

随着物联网技术和应用的不断发展，无线传输协议将迎来前所未有的发展，其在未来智能化系统中的应用也将会呈现爆发性的增长。了解与掌握 ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、RFID等核心技术，研制相应的借接口以及无线通信产品模块化，无线传输协议是物联网发展的一个关键技术，也将是未来物联网发展中的重中之重。

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