短距離無線通信技術(shù)在校園的應(yīng)用

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【摘要】自從無線通信技術(shù)出現(xiàn)以來，人們的通信效率大大提高。短距離無線通信技術(shù)是無線通信技術(shù)的重要分支，其在最近幾十年取得了突破性發(fā)展。本文首先對它的發(fā)展進(jìn)行了闡述，然后對其中最常見到的Wi-Fi技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和ZigBee技術(shù)進(jìn)行分析對比，最后探討了短距離無線通信技術(shù)在校園里的各種應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】短距離無線通信技術(shù)；Wi-Fi技術(shù)；藍(lán)牙技術(shù)；ZigBee技術(shù)

引言

第三次科技革命出現(xiàn)以來，通信技術(shù)取得長足的進(jìn)步，其中短距離無線通信技術(shù)不斷突破，涌現(xiàn)了許多新技術(shù)。隨著不斷推廣普及，短距離無線通信技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣，影響的領(lǐng)域越來越多。如何將短距離無線通信技術(shù)更好應(yīng)用于校園當(dāng)中，更好促進(jìn)教育事業(yè)的發(fā)展，成為一個(gè)值得探討的重要話題。

1短距離無線通信技術(shù)的發(fā)展

1899年秋，馬可尼最早將電磁波運(yùn)用在實(shí)際通信之中，用無線電設(shè)備傳輸了4000多字的新聞報(bào)道。20世紀(jì)初，隨著二極管、三極管等元件被相繼發(fā)明和不斷改進(jìn)，無線電發(fā)射和接收的難題得到解決，無線通信技術(shù)開始飛速發(fā)展。第三次科技革命以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的逐漸普及，信息傳輸交互的需求日益增大。傳統(tǒng)的有線通信方式，因?yàn)椴季€麻煩、占用空間、不靈活、不夠美觀等缺點(diǎn)，難以滿足多樣化的通信需求。相比之下，無線通信具有受地理環(huán)境影響小、擴(kuò)展性好、使用便捷、維護(hù)方便等明顯優(yōu)點(diǎn)，因而廣受消費(fèi)者喜歡。短距離無線通信技術(shù)是指應(yīng)用于100m范圍內(nèi)的無線通信技術(shù)。目前，無線通信技術(shù)正朝著多元化和多樣化方向不斷發(fā)展[1]。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來將使得通信需求再次爆炸性增長。要實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，僅憑有線通信遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?？梢灶A(yù)見，未來短距離無線通信技術(shù)將得到更多重視、更大發(fā)展和更廣闊的應(yīng)用[2]。

2典型短距離無線通信技術(shù)的分析與比較

2.1三種典型的短距離無線通信技術(shù)

隨著技術(shù)發(fā)展，可供選擇的短距離無線通信技術(shù)越來越多。但是目前，得到最廣泛應(yīng)用的主要是Wi-Fi技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和ZigBee技術(shù)。

2.1.1Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi技術(shù)是日常生活中使用最多的短距離無線通信技術(shù)，通常使用2.4GUHF或5GSHFISM射頻頻段。使用WiFi技術(shù)需要路由裝置和WiFi設(shè)備。路由裝置將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)為Wi-Fi信號(hào)發(fā)射出去。Wi-Fi的傳輸速度非常快，可達(dá)到54Mbps，能滿足日常學(xué)習(xí)、工作、生活需要。雖然Wi-Fi通信技術(shù)的傳輸質(zhì)量和數(shù)據(jù)安全性不是很好，但由于傳輸速率快、技術(shù)兼容性好、發(fā)射功率低、連接方便等諸多優(yōu)點(diǎn)[3]，成為應(yīng)用最為廣泛的短距離無線通信技術(shù)。

2.1.2藍(lán)牙技術(shù)

1994年，愛立信公司JaapHaartsen博士創(chuàng)制了藍(lán)牙技術(shù)，最初是為了替代RS-232。后來，藍(lán)牙技術(shù)得到重視，發(fā)展迅速并獲得廣泛應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)使用2.4到2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波。微微網(wǎng)和分散網(wǎng)是藍(lán)牙技術(shù)的兩種組網(wǎng)方式。微微網(wǎng)中只有一個(gè)主設(shè)備，這個(gè)主設(shè)備最多可與同一微微網(wǎng)中的七個(gè)從設(shè)備進(jìn)行通信。各個(gè)從設(shè)備之間則不能進(jìn)行通信。如果多個(gè)微微網(wǎng)有重疊區(qū)域，就構(gòu)成了分散網(wǎng)。在分散網(wǎng)中，某一微微網(wǎng)中的主設(shè)備可能是另一微微網(wǎng)的從設(shè)備，從而可以實(shí)現(xiàn)不同微微網(wǎng)之間的通信。藍(lán)牙技術(shù)的主要優(yōu)勢在于其具有良好的抗干擾能力。通過建立藍(lán)牙連接，不同設(shè)備之間能夠在短距離內(nèi)可靠傳輸高質(zhì)量音頻文件、視頻文件等等，且無需額外增加過多成本。藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用廣泛，例如用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、耳機(jī)等之間的互聯(lián)，或用于實(shí)現(xiàn)共享單車的開鎖等。藍(lán)牙技術(shù)的缺點(diǎn)在于數(shù)據(jù)傳輸距離非常短，而且安全保密性不高。

2.1.3ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)是一種新興的低功耗短距離無線通信技術(shù)，使用2.4GHz、868MHz、915MHz三個(gè)頻段，其最高傳輸速率分別為250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s。ZigBee通信技術(shù)由ZigBee設(shè)備和ZigBee網(wǎng)關(guān)組成。ZigBee設(shè)備負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)信息，ZigBee網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信息并與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互。與藍(lán)牙技術(shù)只允許主從設(shè)備互相通信不同，ZigBee中每個(gè)無線數(shù)傳模塊之間可以互相通信。此外，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的距離也可以在標(biāo)準(zhǔn)的75m基礎(chǔ)上無線擴(kuò)展。ZigBee技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是功耗低、時(shí)延短和安全可靠，能滿足以電池為電源的要求。因此，ZigBee技術(shù)廣泛應(yīng)用于移動(dòng)POS機(jī)終端、智能交通、工廠自動(dòng)化傳感設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)測與治療等領(lǐng)域。

2.2典型短距離無線通信技術(shù)的比較

Wi-Fi技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)都使用ISM2.4GHz公共頻段。但是在跳頻方式、傳輸范圍、應(yīng)用范圍等方面，Wi-Fi技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)并不一樣。Wi-Fi技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)分別使用DSSS（直序列擴(kuò)頻）和FHSS（跳頻擴(kuò)譜）方式。Wi-Fi的傳輸范圍可以達(dá)到100m甚至更遠(yuǎn)，而藍(lán)牙的傳播距離通常不超過50m。Wi-Fi技術(shù)屬于WLAN無線局域網(wǎng)，采用多個(gè)終端同時(shí)傳輸?shù)木W(wǎng)路模式，而藍(lán)牙技術(shù)屬于WPAN無線個(gè)域網(wǎng)，既點(diǎn)對點(diǎn)連接傳輸方式。Wi-Fi技術(shù)廣泛用于將各種移動(dòng)設(shè)備或計(jì)算機(jī)等連接上互聯(lián)網(wǎng)，而藍(lán)牙技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間點(diǎn)對點(diǎn)式的通信。WiFi技術(shù)和ZigBee技術(shù)都能實(shí)現(xiàn)將設(shè)備連接上互聯(lián)網(wǎng)。WiFi技術(shù)的優(yōu)勢主要在于：①能直接接入互聯(lián)網(wǎng)；②網(wǎng)絡(luò)帶寬比較大；③統(tǒng)一使用TCP/IP協(xié)議，組網(wǎng)方便；④普及面廣，路由器便宜，推廣使用成本低；⑤傳輸距離較遠(yuǎn)。WiFi技術(shù)的劣勢主要在于安全性差、穩(wěn)定性差、功耗較大，而且最多只能支持連接幾十臺(tái)設(shè)備。ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢主要在于：①安全性非常高；②支持同時(shí)連接設(shè)備數(shù)量大，可多達(dá)幾萬臺(tái)；③功耗低，能使用電池作為電源。ZigBee技術(shù)的劣勢主要是網(wǎng)關(guān)成本較高、通信速率較慢[3]、抗干擾能力弱、通信距離較短。

3短距離無線通信技術(shù)在校園里的應(yīng)用

目前，短距離無線通信技術(shù)已經(jīng)在諸多領(lǐng)域得到普及，大大提高了各領(lǐng)域的通信效率。教育是社會(huì)進(jìn)步的基石，研究短距離無線通信技術(shù)在校園里的應(yīng)用具有重要價(jià)值。

3.1智能教學(xué)系統(tǒng)

現(xiàn)代智能教學(xué)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了短距離無線通信技術(shù)，例如PPT遙控翻頁筆、WIFI簽到等。當(dāng)下，PPT授課已經(jīng)成為課堂授課的主流方式。PPT遙控翻頁筆可以讓老師擺脫電腦鼠標(biāo)的束縛，自由在課堂中與學(xué)生互動(dòng)。PPT遙控翻頁筆的一種實(shí)現(xiàn)方式是使用藍(lán)牙技術(shù)。翻頁筆中內(nèi)置低能耗藍(lán)牙模塊，通過連接電腦端的USB接收器，就可以實(shí)現(xiàn)可靠的短距離無線通信。

3.2監(jiān)控與廣播系統(tǒng)

布置在教室里的視頻監(jiān)控裝置能提高老師監(jiān)督管理的效率，更好維護(hù)課堂、考場的秩序。短距離無線通信技術(shù)在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。視頻監(jiān)控設(shè)備可以通過連接Wi-Fi將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)云端。老師在辦公室使用連接上互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)甚至手機(jī)就能實(shí)時(shí)觀看教室的視頻。

3.3緊急安防系統(tǒng)

學(xué)校作為一個(gè)較大的人群聚集地，必須要有完善的安防系統(tǒng)。短距離無線通信技術(shù)可以用于實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)安防系統(tǒng)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。例如，將入侵報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)備連接上Wi-Fi，一旦出現(xiàn)非法入侵校園的警報(bào)，可以第一時(shí)間將數(shù)據(jù)上傳到云端，被監(jiān)控室的人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)。在校園緊急救援領(lǐng)域，利用短距離無線通信技術(shù)建立科學(xué)完善的通信系統(tǒng)，可以大大提高救援隊(duì)伍的通信效率，從而確保救援工作順利有效開展。

4結(jié)語

隨著相關(guān)研究的深入，短距離無線通信的實(shí)現(xiàn)方式越來越多，技術(shù)越來越先進(jìn)，其在校園里也將得到越來越廣泛的應(yīng)用，必將為改進(jìn)教學(xué)方式、提高學(xué)習(xí)效率、提高校園現(xiàn)代化水平、保障校園安全等作出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[3]劉巖.短距離無線通信技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（17）：38.

作者：杜知益 單位：四川省廣安市武勝縣武勝中學(xué)校