短距離無線通信技術在校園的應用

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【摘要】自從無線通信技術出現(xiàn)以來，人們的通信效率大大提高。短距離無線通信技術是無線通信技術的重要分支，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)展進行了闡述，然后對其中最常見到的Wi-Fi技術、藍牙技術和ZigBee技術進行分析對比，最后探討了短距離無線通信技術在校園里的各種應用。

【關鍵詞】短距離無線通信技術；Wi-Fi技術；藍牙技術；ZigBee技術

引言

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

1短距離無線通信技術的發(fā)展

1899年秋，馬可尼最早將電磁波運用在實際通信之中，用無線電設備傳輸了4000多字的新聞報道。20世紀初，隨著二極管、三極管等元件被相繼發(fā)明和不斷改進，無線電發(fā)射和接收的難題得到解決，無線通信技術開始飛速發(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，因為布線麻煩、占用空間、不靈活、不夠美觀等缺點，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、擴展性好、使用便捷、維護方便等明顯優(yōu)點，因而廣受消費者喜歡。短距離無線通信技術是指應用于100m范圍內(nèi)的無線通信技術。目前，無線通信技術正朝著多元化和多樣化方向不斷發(fā)展[1]。物聯(lián)網(wǎng)時代的到來將使得通信需求再次爆炸性增長。要實現(xiàn)萬物互聯(lián)，僅憑有線通信遠遠不夠?？梢灶A見，未來短距離無線通信技術將得到更多重視、更大發(fā)展和更廣闊的應用[2]。

2典型短距離無線通信技術的分析與比較

2.1三種典型的短距離無線通信技術

隨著技術發(fā)展，可供選擇的短距離無線通信技術越來越多。但是目前，得到最廣泛應用的主要是Wi-Fi技術、藍牙技術和ZigBee技術。

2.1.1Wi-Fi技術

Wi-Fi技術是日常生活中使用最多的短距離無線通信技術，通常使用2.4GUHF或5GSHFISM射頻頻段。使用WiFi技術需要路由裝置和WiFi設備。路由裝置將網(wǎng)絡信號轉為Wi-Fi信號發(fā)射出去。Wi-Fi的傳輸速度非?？?，可達到54Mbps，能滿足日常學習、工作、生活需要。雖然Wi-Fi通信技術的傳輸質量和數(shù)據(jù)安全性不是很好，但由于傳輸速率快、技術兼容性好、發(fā)射功率低、連接方便等諸多優(yōu)點[3]，成為應用最為廣泛的短距離無線通信技術。

2.1.2藍牙技術

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

2.1.3ZigBee技術

ZigBee技術是一種新興的低功耗短距離無線通信技術，使用2.4GHz、868MHz、915MHz三個頻段，其最高傳輸速率分別為250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s。ZigBee通信技術由ZigBee設備和ZigBee網(wǎng)關組成。ZigBee設備負責采集數(shù)據(jù)信息，ZigBee網(wǎng)關負責轉換數(shù)據(jù)信息并與互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互。與藍牙技術只允許主從設備互相通信不同，ZigBee中每個無線數(shù)傳模塊之間可以互相通信。此外，每個網(wǎng)絡節(jié)點的距離也可以在標準的75m基礎上無線擴展。ZigBee技術的突出優(yōu)點是功耗低、時延短和安全可靠，能滿足以電池為電源的要求。因此，ZigBee技術廣泛應用于移動POS機終端、智能交通、工廠自動化傳感設備、醫(yī)療監(jiān)測與治療等領域。

2.2典型短距離無線通信技術的比較

Wi-Fi技術與藍牙技術都使用ISM2.4GHz公共頻段。但是在跳頻方式、傳輸范圍、應用范圍等方面，Wi-Fi技術和藍牙技術并不一樣。Wi-Fi技術和藍牙技術分別使用DSSS（直序列擴頻）和FHSS（跳頻擴譜）方式。Wi-Fi的傳輸范圍可以達到100m甚至更遠，而藍牙的傳播距離通常不超過50m。Wi-Fi技術屬于WLAN無線局域網(wǎng)，采用多個終端同時傳輸?shù)木W(wǎng)路模式，而藍牙技術屬于WPAN無線個域網(wǎng)，既點對點連接傳輸方式。Wi-Fi技術廣泛用于將各種移動設備或計算機等連接上互聯(lián)網(wǎng)，而藍牙技術主要用于實現(xiàn)設備與設備之間點對點式的通信。WiFi技術和ZigBee技術都能實現(xiàn)將設備連接上互聯(lián)網(wǎng)。WiFi技術的優(yōu)勢主要在于：①能直接接入互聯(lián)網(wǎng)；②網(wǎng)絡帶寬比較大；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。WiFi技術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設備。ZigBee技術的優(yōu)勢主要在于：①安全性非常高；②支持同時連接設備數(shù)量大，可多達幾萬臺；③功耗低，能使用電池作為電源。ZigBee技術的劣勢主要是網(wǎng)關成本較高、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在校園里的應用

目前，短距離無線通信技術已經(jīng)在諸多領域得到普及，大大提高了各領域的通信效率。教育是社會進步的基石，研究短距離無線通信技術在校園里的應用具有重要價值。

3.1智能教學系統(tǒng)

現(xiàn)代智能教學系統(tǒng)中廣泛應用了短距離無線通信技術，例如PPT遙控翻頁筆、WIFI簽到等。當下，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的束縛，自由在課堂中與學生互動。PPT遙控翻頁筆的一種實現(xiàn)方式是使用藍牙技術。翻頁筆中內(nèi)置低能耗藍牙模塊，通過連接電腦端的USB接收器，就可以實現(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，更好維護課堂、考場的秩序。短距離無線通信技術在智能視頻監(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)的計算機甚至手機就能實時觀看教室的視頻。

3.3緊急安防系統(tǒng)

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

4結語

隨著相關研究的深入，短距離無線通信的實現(xiàn)方式越來越多，技術越來越先進，其在校園里也將得到越來越廣泛的應用，必將為改進教學方式、提高學習效率、提高校園現(xiàn)代化水平、保障校園安全等作出更大貢獻。

參考文獻

[1]馬瑞.分析短距離無線通信主要技術與應用[J].通訊世界，2015（11）：95~96.

[2]劉浩然，李明利，付馬同慶.物聯(lián)網(wǎng)建設中的短距離無線通信技術[J].信息通信，2018（07）：162~163.

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

作者：杜知益 單位：四川省廣安市武勝縣武勝中學校