短距离无线通信的方案与选择

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随着通信与物联网技术的不断发展，我们的设计中越来越多的开始出现无线通信的元素。通过无线通信，设备不再只是独立工作，而是可以通过网络协同工作，增强设备的灵活性与功能。短距离无线通信是无线通讯中最常见的一种情况，一般指通讯范围不超过100m的无线通信。本文整理了短距离无线通信的常用方案，并将不同的方案进行了比较，最后叙述了如何根据不同的项目需求进行选择。

一、常见的短距离无线通信方案

1.1  无线编解码芯片

无线编码芯片将数据编码后进行无线传输，而无线解码器则接收无线数据、并进行一些容错处理。无线编解码芯片相当于只实现了无线网络的物理层，利用无线构件了一个数据的通路，一般提供若干个”通道”供使用者使用。一般常用于汽车无线遥控开关、门禁遥控开关、玩具遥控器中，常见型号有PT2262/2272。

1.2  无线数传芯片

无线数传芯片允许使用者通过芯片提供的接口进行数据的传输，常见的接口有SPI及串口。无线数传一般工作在315 MHz/433 MHz/868 MHz/915 MHz/2.4 GHz这些频段，这些频段是公开频段，不需要进行使用申请。无线数传有两种不同的传输方式：透明传输和非透明传输。透明传输是指数据所发即所得，不需要进行协议转换；而非透明传输是指用户需要操作一些寄存器，或是需要进行协议的转化与解析。典型的数传芯片有Si4432、nRF24L01、CC1100，这三款芯片的比较如下(数据由毛鹏程整理)：

型号

电压

传输距离

传输速率

Si4432

1.9~3.6V

1500米以上

256Kbps

nRF24L01

1.9~3.6V

20-50米

2Mbps

CC1100

1.9~3.6V

200米以上

500Kbps

1.3  ZigBee(802.15.4)

随着物联网、车联网与智能家居概念的宣传，ZigBee开始进入我们设计人员的视线。ZigBee基于IEEE 802.15.4标准，由ZigBee联盟制定，具有自组网、低速率、低功耗的特点，尤其适合小型设备组网的需要。ZigBee的第一个版本制定于2004年，经历了ZigBee2004、ZigBee2006、ZigBee2007及ZigBee Pro等版本。各版本的比较如下：

版本

ZigBee2004

ZigBee2006

ZigBee2007

指令集

无

无

ZigBee

ZigBee PRO

无线射频标准

802.15.4

802.15.4

802.15.4

802.15.4

地址分配

CSKIP

CSKIP

随机

拓扑

星状

树状、网状

树状、网状

网状

大网络

不支持

不支持

不支持

支持

自动跳频

是，3个信道

否

否

是

PAN ID冲突解决

支持

否

可选

支持

数据分割

支持

否

可选

可选

多对一路由

否

否

否

支持

高安全

支持

支持，1密钥

支持，1密钥

支持，多密钥

应用领域

消费电子(少量节点)

住宅(300个节点)

住宅(300个节点)

商业(1000个节点以上)

1.4  Wifi(802.11)

Wifi相信大家都非常熟悉了，Wifi被广泛应用于笔记本电脑、手机、平板电脑中，用于支持设备通过无线的方式连接互联网。Wifi的通信吞吐率很高，且与现存的网络设备具有良好的兼容性。

1.5  蓝牙(802.15.1)

蓝牙技术的创始人是爱立信公司，用于手机与外围设备的连接，如蓝牙耳机、蓝牙GPS等。蓝牙使用时分双工的模式来实现全双工通讯，遵循IEEE802.15.1协议。蓝牙具有通讯速率快、连接简单、全球通用、功耗低等特点，广泛用于手机、计算机、娱乐外围设备之中。

1.6  IrDA

IrDA使用红外线进行通讯，是一种低成本的通讯方案。该标准制定了一个半双工的通讯系统，通讯范围1m左右，传输角度30到60度。因为使用红外线作为通讯媒介，IrDA的数据传输率最大可以达到4Mbps。IrDA较大的劣势就是其对传输路径的要求比较高，传输距离、收发角度都有限制，减小了它的应用领域。

二、短距离无线通信方案的比较

方案

通信速率

通信距离

网络拓扑

功耗

体积

硬件成本

编解码芯片较低10m – 100m点对点低较小较低数传芯片较高100m-1000m点对点，星型一般较小一般Zigbee较低(*)10m以上星型，网型较低较大较高Wifi最高100m星型最高最大最高蓝牙一般10m点对点较低较大较高IrDA较高2m点对点低最小最低

(*)Zigbee支持跳传机制，理论上通讯距离上不封顶。

三、短距离无线通信方案的选择

根据项目需求中对功能、成本、体积、功耗的种种要求，确立了以下一些选择的思路：

1、需要极低的成本

如果对成本十分敏感(比如用于消费类电子产品)，可以使用编解码芯片(对角度无要求)或IrDA(对角度有要求)。IrDA通讯的成本极低，只需要一对红外收发管，但通讯角度必须在60度以内。

2、需要较大的数据传输率

如果需要传送的数据是图片或者视频这样的“大家伙”，那么一般只能选择Wifi传输；

如果传送的是语音数据，蓝牙也可以较好的支持。

3、需要连接互联网

如果设备需要连接互联网，一种方式是使用节点+网关的形式，另一种方式就是使用Wifi。

4、设备需要组成星型网络

使用支持多通信通道的数传模块，或在点对点通讯时附加设备ID信息。

5、设备需要组成网状网络

可以使用数传模块，需要自己实现路由、转发机制；

也可以使用支持ZigBee协议的芯片，如CC2530、STM32W，但成本较高。