近距离无线通信产业发展研究

汤淏

摘 要：近年来，近距离无线数据业务呈现巨大的发展潜力，特别是随着无线个域网的升温，近距离数据业务迅速膨胀。文章介绍了蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、NFC等近距离无线通信技术和市场的发展现状，并总结了近距离无线通信产业的发展趋势。

关键词：近距离；无线通信；蓝牙；ZigBee；Wi-Fi；NFC

1 引言

近距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上来讲，只要通信双方通过无线电波相互传输信息，并且传输距离限制在较短的范围（通常是几十米）内，就可以称为近距离无线通信。近年来，近距离无线数据业务呈现巨大的发展潜力，特别是随着无线个域网（Wireless Personal Area Networks，WPAN）的升温，近距离数据业务迅速膨胀。各种近距离无线通信技术的出现，在不断刷新人们对近距离无线通信认识的同时，也带来许多新的技术挑战。为满足高速率大容量、低速率高可靠性以及低功耗、低成本等方面的需求，近距离无线通信应用对无线通信服务质量提出了更高的要求。

2 发展现状

目前，实现近距离无线通信的主要技术有蓝牙（Bluetooth）、ZigBee、Wi-Fi（Wireless Fidelity）、近距离无线通信（Near Field Communication，NFC）等，都具有低成本、低功耗和对等通信的特点，上述技术主要技术参数见表1。

2.1 蓝牙技术

蓝牙（Bluetooth）以低成本的近距离无线连接为基础，采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps[1]。

在蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）的大力推动下，蓝牙近几年普及速度较快。据统计，蓝牙设备全球累计出货量至今已超过90亿件，而每年均有近20亿蓝牙设备进入市场，以蓝牙为核心技术的应用设备现已逐渐形成全球互连的智能网络。

应用扩大和低功耗的蓝牙技术首先在音频领域得到广泛应用，并拓展到了保健、医疗、体育锻炼等新市场，产品有手表、计步器等，用以检测脉搏、行走距离等指标。2012年发布的最新蓝牙版本-蓝牙4.0具有低功耗 （仅为传统规格的1/10）、成本低、3ms低延迟、超长连接距离等优势，因而受到用户的特别青睐。除了上述应用之外，蓝牙技术下一个应用方向将是物联网。蓝牙是支持点对点、点对多点的，其最基本的网络组成是微微网。该网络在设备进入临近射频时自动生成，单个设备可同时与同网内最多7个设备通讯，每个设备又能同时进入若干个微微网，完全符合物联网的通信要求。

国际上，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）正大力发展数字家庭中和医疗市场的无线应用市场，与各成员密切合作，确保其蓝牙产品达到高速蓝牙技术发展蓝图的核心规范要求，新产品的数据传输速率有望从目前的3Mb/s（2.0+EDR版）提升到100Mb/s以上。此外，蓝牙与红外的互补竞争关系将会在市场上长期共存下去，而彼此间的互通是一个亟待解决的问题。

2.2 Wi-Fi技术

Wi-Fi技术的目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。IEEE 802.11第一个版本发表于1997年，其中定义了介质访问接入控制层和物理层[2]。1999年加上了两个补充版本：802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，因此802.11b得到了最為广泛的应用[3]。

Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance，简称WFA）成立于1999年，主要负责Wi-Fi认证与商标授权的工作，在全球范围内推行Wi-Fi产品的兼容认证，发展IEEE802.11标准的无线局域网技术。目前，该联盟成员单位超过200家，其中42%的成员单位来自亚太地区。

随着MiFi和WiBro（便携式Wi-Fi路由器）的出现可以很容易地创建Wi-Fi热点，通过电信网络连接到网络。除私人家庭和办公室使用外，Wi-Fi无线网络还可以提供公众访问的热点免费使用或各种商业服务。室内定位是Wi-Fi又一大重要用途。由于用户进入室内后，就无法使用GPS定位服务。相比其他技术，Wi-Fi因为部署广泛而且成本较低，成为目前业界普遍看好的室内定位技术。一定区域内的Wi-Fi热点数越多，Wi-Fi室内定位的精确度就越高。

作为当今全球广为普及的宽带无线接入技术，凭借WiFi良好的用户基础和巨大的产业规模，低能耗WiFi将广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等诸多电子产品领域。大力发展和部署新型低能耗WiFi热点，实现移动蜂窝网络分流，将成为未来几年全球运营商应对数据洪流最主要的手段。

2.3 ZigBee技术

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用[4]。

ZigBee联盟于2011年8月正式成立，是国际重要的物联网（无线传感网）产业标准化组织，2003年，ZigBee联盟率先提出了物联网概念，致力推动全球物联网产业的发展。截至目前，联盟成员已超过420家。ZigBee联盟制定的ZigBee标准是世界公认的物联网无线传感器网络技术中的权威标准，在此标准上形成了一整套系列的物联网关键性技术，针对智能电网、智能建筑、消费电子、医疗和无线通信等行业领域也逐渐产生了大量的应用规范和专利技术。其中，很多标准已被广泛应用。

在数字家庭的应用方面，ZigBee将从现有的家电遥控、灯光控制、门禁领域进一步拓展到灯光控制、便携设备领域等。在工业领域，ZigBee技术有助于改进公共设施和能源管理、物流和库存追踪、安全性和访问控制，它也能够跟踪其他系统以实现预防性维护和性能监控；在家庭和楼宇自动化领域，易于进入、简单明了和廉价的安装成本已成为驱动居家和建筑商开发和应用无线技术的动因，未来的家庭将会有50～150个支持ZigBee的模块被安装在电视、灯泡、遥控器、儿童玩具、游戏机、门禁系统、空调系统、烟火检测器、抄表系统、无线报警、安保系统、暖通系统、厨房器械和其他家电产品中，通过ZigBee收集各种信息，传送到中央控制装置，或通过遥控达到远程控制之目的，提供家居生活更朝向自动化、网络化与智能化，以有效增加人们居住环境之方便性与舒适度。

2.4 NFC技术

NFC（Near Field Communication）技术是非接触式射频识别（RFID）及和互联技术相结合演变而来的，在单一芯片上结合了感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，使用了13.56MHz频带的近距离无线通信标准，在约为15cm距离内运作，传输速度为106kbit/s～424kbit/s[5]。

NFC技术为个人机密数据提供一个安全的储存机制，使得电子设备之间的互联变得简单明了，让人们有机会与周围的电子产品尽情地交互。根据2012年市场研究公司Research and Markets的调查报告，北美和欧洲的NFC芯片占总市场的60%以上，而亚太地区增长最快，特别是日本、中国和韩国。NFC应用程序正随着市场的成长，将吸引越来越多人的参与。该报告还表示，NFC应用带来的市场收入预计将从2011年的76.86亿美元增长到2016年的34515亿美元，年复合增长率为35%，其中，主要收入来自电子支付，其次是包括票务和门禁业务。它的用途主要体现在电子票务、移动娱乐、商务旅游等方面。

NFC近距离移动付款机制通过更安全、简便的转账方式，让人们通过刷NFC手机完成公交、地铁刷卡和超市餐饮的小额消费等功能。但是，NFC在数据交换过程中的用户信息是否会遭黑客入侵或是被商家滥用，则是消费者普遍担心的问题。通过NFC可将各种无线娱乐与服务准确地传送到接收点，让消费者成为广大社群中的一份子。对服务供应商而言，内置NFC功能的移动娱乐可促进各种内容与服务的快速传播与大量推广，有助于提高客户的满意度与忠诚度。

2011年，三家NFC移动营销公司Blue Bite、Proxama和Tapit宣布组成一个“NFC全球联盟”（NFC World Alliance），以促进NFC技术在移动营销上的应用。他们分别代表美国地区；欧洲、中东、非洲三地区和亚太地区。三家公司认为，在推动NFC在消费者中的普及方面，起主导作用的是广告客户，而非手机厂商和移动支付公司。

3 发展趋势

3.1 向着高效率、低能耗和高安全性方向发展迅速

随着全球互联网的发展，特别是移动通信技术的发展和智能手机的普及，无线通信的需求也在不断增长中，短距离无线通信的核心技术，如调制与解调、天线、检测、同步、伪随机序列生成、脉冲合成等也会逐渐得到改进。各类技术发展虽各有侧重，总体而言都向着高传输效率、低能耗和高安全性的方向发展。

如2012年发布的最新版本-蓝牙4.0，其最大的特点就是低功耗（仅为传统规格的1/10），此外，还具有成本低、3ms低延迟、超长连接距离等优势。ZigBee联盟于近日宣布新版 ZigBee Home Automation 1.2（家庭自动化）已获得批准，将安全传感器的电池寿命延长至7年以上、实现设备配对标准化，并简化了消费者和定制安装人员的安装和维护作业。在2013年CES消費电子展上，Wi-Fi则通过实现更大范围产品之间的连接，以支持各种多元化应用，包括家庭影院、智能能源、汽车和其他应用等，广受业界好评。而资料的加密性则是广泛用于移动支付的NFC技术最大的挑战。

3.2 适用应用领域不同，技术融合趋势凸显

近年来，随着各种无线传输技术的兴起，许多人将其定义为竞争关系。但实际上，这些技术各有所长，也各有所短，这取决于他们所应用的领域。

比如在医疗领域，Wi-Fi由于功耗和功率都很强，需要经常充电，也会对一些医疗器材的一些干扰，所以一般而言它不太适用于医疗领域。而在蓝牙4.0低功耗的支持下，即使由一个纽扣电池供电，使用时间也可以长达一年，甚至更长。在无线个域网应用中，Wi-Fi一般覆盖范围较大的，随着天线加强或者增设热点，覆盖面积将会更广。与NFC、蓝牙技术的两移动设备互联互通在点对点（peer to peer）结构上有着巨大的区别。然而由于 Wi-Fi设备在通信中没有使用跳频等技术，虽然使用了加密协议但是还是存在被破解的隐患。ZigBee是对等（ad-hoc）、多跳的无线网格网络标准，扩展性很好，可以在网络不中断的情况下增减节点。它的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的低功耗低速率的市场，如可以用于控制家用电器的启动和关闭。一般来说，Wi-Fi、ZigBee用于较长距离的网络通信业务和电信业务，蓝牙用于中短距离的通信，而NFC技术适用传输距离更短的场合。

无线行业的未来在于无线网络融合和终端的功能融合，市场对于融合的需求正在推动着众多领先无线行业厂商积极地开展技术创新

在短距离无线通信技术领域中的对于存在着明显的互补关系的技术之间，与其单一的提高单一技术特性，不如考虑与其他技术的结合。

如，NFC与蓝牙传输技术相比，由于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私密数据；另一方面，蓝牙技术能够弥补 NFC技术通信距离不足的缺点，可以应用于较长距离的数据通信。因此，NFC技术和蓝牙技术可以相互补充、共同存在。事实上，快捷轻型的NFC协议可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程，促进蓝牙的使用。

3.3 产业联盟推动作用显著，发展需要产业链共同参与

新兴的NFC技术被业界视为发展前景良好的近距离无线通信技术，然而，一种技术的应用推广，除了技术本身完善且有明确的市场定位外，国际产业联盟、产业链上下游厂商的推动作用是非常巨大的。

在Wi-Fi联盟的强力推动下，IEEE 802.11无线局域网得到了空前的推广。Wi-Fi行业的活力与增长体现在Wi-Fi联盟领先于业界的Wi-Fi CERTIFIED认证计划。2011年至2012年期间，Wi-Fi经认证产品总量的增长幅度超过25%，在这段时间内，消费电子类产品认证数量的上涨达64%。手机类产品的认证数量则较去年同期剧增34%。正是有了Wi-Fi成功的先例，现在还处于技术标准化时期的近距离无线通信技术，就纷纷建立各自的产业联盟，一方面推动高层协议的规范化，进而开展设备认证和互通测试，另一方面积极进行市场宣传和普及，为今后的产品商用做准备。如ZigBee联盟于2011年8月正式成立，是国际重要的物联网（无线传感网）产业标准化组织，2003年，ZigBee联盟率先提出了物联网概念，致力推动全球物联网产业的发展。

移动支付在智能终端和移动互联网快速发展的背景下已成为新的支付形式，新兴的NFC技术被寄予希望，但目前移动支付市场才刚刚起步，未来还有很长的路要走。NFC移动支付属于跨行业的支付产业，需要跨行业的参与者共同支持。目前存在的问题主要为：一是支持“NFC手机一卡通”业务的手机机型有限，拥有广泛市场基础的苹果iPhone手机并不在支持范围之内。二是统一技术标准姗姗来迟使得产业链上下游的生产商家持观望态度。三是相应基础设施的大规模投入和推广成本如何分担还是问题。离开任何一方，移动支付产业都只能跛足前行。回顾NFC市场历程，银联、运营商一直试图单枪匹马挑起产业，最终无一例外鲜有成功案例可循。

3.4 市场面临重新整合，公司间并购频繁

随着各种各样无线通信标准的推出，大批初创公司也如雨后春笋般涌现出来，他们针对这些5年或10年之前闻所未闻的标准提出各自的方案，一时间无线通信市场成为最热的领域之一。由于现在的无线技术面对的挑战已不仅限于本身，而是跨越了不同领域的技术，并不是每个进入者都有足够的技术与资本解决这些问题，市场逐步会优胜劣汰，重新整合。

如，蓝牙的市场前景取决于蓝牙价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模，当蓝牙模块价格足够低的时候，才是蓝牙大规模占有市场的时候。据了解，蓝牙芯片的成本目前已低至0.6-1.5美元之间，低价格大大降低了蓝牙设备的成本，目前，高通、博通、德州仪器等主流芯片厂商均积极参与蓝牙芯片的研制。

但这个市场的特殊性在于其很大一部分买家是运营商，其更关注的是如何使利润最大化，或者说综合性成本，包括系统方案、可靠性等等，所以他们除了对产品价格在意之外，更愿意支付高性能高可靠性产品，所以方案供应商如果只靠一两款低成本芯片将很难在市场上立足。而這一领域的初创公司的核心竞争力通常只在于推出一两项在成本方面比过去方案节约创新性产品。这就导致这些初创公司往往没有较持续的竞争优势。

4 结语

近距离无线通信具有成本低、功耗低、网络组建灵活等特点，在无线个人接入网中发挥着重要的作用。每一种无线通信技术的产品都有各自的一些特点，不论是在距离，还是在成本、速率等方面，因此，必然有多种无线通信技术的产品在市场上共存的现象，存在交叉应用的竞争场面也不足为奇；但从细分的市场上分析，各种技术的定位有所区分的，但更多的是互补的关系。

新兴技术的崛起带给近距离无线通信领域更多的竞争和发展，但往往被业界看好的技术未必能发展普及为市场活跃者，除了自身技术和应用的局限之外，与国际产业联盟的推广、产业链上下游的参与和政府的主导有着密切的关系。

随着低速近距离无线通信技术受到越来越多的关注，多种近距离通信技术广泛的深入到医疗卫生、家庭自动化、工农业自动化及远程控制等多个领域，并不断改变着我们的生产和生活方式。

[参考文献]

[1]李劼.姚远.宋俊德.近距离无线通信技术的发展现状与展望[J].移动通信.2008，6：5-9.

[2]徐林.短距离无线通信技术的研究与实现[D].南京理工大学，2003.

[3]短距离无线通信技术对比[J].电子技术应用.2011，3：16-17.

[4]凌志浩，周怡頲，郑丽国.ZigBee无线通信技术及其应用研究[J].华东理工大学学报（自然科学版）.2006，7：801-805.

[5]杨辉.短距离无线通信技术的应用研究[D].中北大学.2010.