浅谈无线通信测控技术的现状与发展

詹煜

摘 要：随着无线通信技术的成熟，越来越多的测控系统选择无线通信，不仅解决有线通信系统线路维护困难等问题，还拓宽测控系统的适用范围。简单介绍几种无线通信技术，其发展现状以及几种主流技术，最后提出展望。

关键词：测控 无线通信 现状 发展

中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-087-02

1 前言

传统测控系统的数据传输主要为有线方式，存在铺设线路复杂、维护困难、成本较高等缺点，不易大规模实现。在传统的测控技术的基础上，现代测控技术充分利用计算机资源，在人工最少参与的条件下尽量以软代硬，使得现代测控系统具有测控设备软件化、测控过程智能化、高度灵活性、实时性强、可视性好、测控管一体化、立体化等特点。无线计算机测控网络因其无需布线，成本较低，易于维护，得到了越来越广泛的应用，本文主要讨论了基于无线通信技术的计算机测控技术及其发展。

2 无线技术简介

2.1 蓝牙技术

蓝牙技术（Bluetooth）起源于1994年，是一种低成本、短距离无线通信技术。蓝牙是短距离无线语音和数据通信的开放标准，利用蓝牙技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与Internet之间的通信。蓝牙技术的有效距离达10m，传输速度达720Kbps，最高速度达到10Mbps。其工作频段选在2.4GHz的ISM频段。蓝牙技术遭遇了最大的障碍是过于昂贵，突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。

2.2 WiFi技术

WiFi（Wireless Fidelity），无线保真技术，其突出优势在于：（1）无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约15米，而Wi-Fi的半径则可达100米；（2）虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度可以达到11Mbps，符合个人和社会信息化的需求；（3）厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”。由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。

2.3 Zigbee技术

ZigBee技术的特点突出在低功耗、低成本上，主要有以下几个方面：（1）低功耗。在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可支持一个节点工作6～24个月。（2）低成本。通过大幅简化协议，降低了对通信控制器的要求，而且免协议专利费，大大降低了成本。（3）低速率。工作在20kb/s～250kb/s，专注于低数据传输应用。（4）近距离。有效覆盖范围10～75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定。（5）高容量。ZigBee可采用星状、树状和网状结构，每个主节点可管理254个子节点。ZigBee主要应用在距离短、功耗低且数据传输速率不高的各种电子设备之间，主要应用目标是工业控制（自动控制设备、无线传感器网络）、医护（监视和传感）、家庭智能控制（照明、水电气计量控制及报警）、消费类电子设备的遥控装置）、玩具（电子宠物）、PC外设的无线连接等领域。

2.4 NFC技术

NFC（Near Field Communication）近距离无线通信。NFC具有双向识别和连接的特点，工作于13.56MHz频率范围，作用距离10厘米左右。NFC的速度传输速度较低，仅为212Kbps。NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，具有距离近、带宽高、能耗低等特点，并且与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为越来越多主要厂商支持的正式标准。与无线世界中的其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。与蓝牙相比，NFC面向近距离交易，适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要数据；蓝牙能够弥补NFC通信距离不足的缺点，适用于较长距离数据通信。因此，NFC和蓝牙互为补充，共同存在。

3 无线传感器网络

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是新型的传感器网络，同时也是一个多学科交叉的领域，使用802.15.4 标准。WSN 是由具有感知、计算和通信能力的各类集成化的微型传感器以Ad hoc方式构成的无线网络，通过大量节点间的分工协作，实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的数据，并对这些数据进行处理，获得详尽而准确的信息，最终传送到需要这些信息的用户。WSN 可广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾乃至商业和家庭等诸多领域，正受到政府、军队、研究机构、商业界的广泛关注和高度重视。

4 无线测控技术的未来发展

尽管无线测控技术近年来得到了长足的发展，由于无线技术仍存在的一些不足，制约着无线测控技术的应用。主要不足表现在以下几个方面：

（1）无线网络的电源时长仍是无线测控技术需要考虑的一大问题。商品化的无线发送接收器电源远远不能满足测控网络的需要。电池无线充电技术是特别引人关注和可能发展的方向。

（2）无线通信协议仍需完善。现有的网络组织结构及协议主要考虑如何在满足数据收集任务质量要求的前提下节能以实现最大化生命周期。节点不能根据所需应用进行自配置，限制了网络的可扩展性。

（3）无线接收模块现阶段的造价还比较高，阻碍了其在现代工业中的广泛应用。

（4）无线传输的可靠性和安全性仍是阻碍其广泛应用的一个重要原因。安全是系统可用的前提，需要在保证通信安全的前提下，降低系统开销，研究节能的安全算法。现有的网络安全机制无法应用于本领域，需要开发专门的协议。

（5）无线远程测控技术的关键是要使射频模块的接收灵敏度和发射功率足够高，以扩大站点间的距离，同时还需要考虑无线电波波段的选择；无线通信调制解调器已经有许多比较成熟的产品，可以根据实际需要来选择。

另外，随着无线通信、微电子技术、传感器技术以及嵌入式计算等技术的不断进步，低成本、低功耗无线传感器网络将会获得越来越多的关注与发展。

5 小结

对于工作点多、通信距离远、环境恶劣且实时性和可靠性要求比较高的远程测控场合，可以利用无线电波来实现主控站与各个子站之间的数据通信。采用无线通信的远程测控方式不仅可以减少复杂连线，而且无需铺设电缆或光缆，大大降低了建设成本。基于无线通信的远程测控技术具有广泛的应用领域，如小区的智能保安系统、油井远程监测系统、航空航天技术中的无限跟踪轨迹、遥测和遥控系统，都是基于无线通信技术的典型现代测控技术的应用。相信随着无线通信技术的成熟，将有越来越多的测控系统选择无线方式进行数据通信。

参考文献：

[1] 韩九强，张新曼，刘瑞玲.现代测控技术与系统[M].北京：清华大学出版社，2007.

[2] 宋文.无线传感网络技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

[3] 张莉.近距离无线通信技术及应用前景[J].电信技术，2005（11）：9-11.

[4] 徐汉文.近距离无线技术的介绍和对比[J].数字社区&智能家居，2008（1）：33-36.

[5] 马文龙.基于无线网络的测控系统的研究[D].北京邮电大学，2009.