短距离无线传输技术分析

无线网络应用广泛，而在需要低耗电、较少量资料传输的家电控制、物件辨识，大多会采用短距离无线技术，例如红外线、蓝牙、ZigBee、ANT等等。随著物联网的兴起，各技术都各有所长，也正互相较劲中，以下就来看看这些技术。

无线网络的分类

无线通讯的应用普及，摆脱传统有线通讯的枷锁，让各种行动装置都能够随时随地连接上网。不过在需要长时间运行、超低耗电、传输少量资料的应用场合，例如家电控制、物件辨识、医疗照护、建筑自动化等等，就不适合高耗电的Wi-Fi传输协定。

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以无线传感器网络(Wireless Sensor Networks；WSN)为例，其所构成的内部网络，很多还是采用一些工业标准的无线传输协定，例如ZigBee、6LowPAN、WirelessHART、WIA-PA、ISA100等等，穿戴式感测用品主要使用ANT与低耗电蓝牙(BLE)协定，而仓储、门禁系统、电子钱包与则使用RFID等，而传统遥控器则使用红外线来传输、手机传输逐渐采用NFC。这些短距离的无线通讯技术，在当今云端(Cloud)、物联网(IoT)流行之际，逐渐跃升为主角。

老朋友、新应用的红外线“光通讯”传输技术

红外线这个老牌的技术，早已普遍应用在摄影、感应、传输、侦测、控制、条形码扫描、鼠标等各种场合，其衍生出来的各式产品种类繁多，而一些超大屏幕的触控技术，也是采用红外线的感应技术来实现。

红外线通讯属于无线光通讯中应用最广、历史最悠久的短距通讯技术。当今的许多家电遥控器，仍采红外线遥控设计。而在数据传输部份，其专属协会IrDA于1993年成立，制定红外线传输工业标准，SIR (Serial Infrared)模式速度在9.6K~115.2K bps，而FIR (Fast Infrared)模式则达4M bps，传输距离在1米内，对传角度在30度以内。早期的笔记本电脑、PDA、行动装置，均内建IrDA红外线技术，来进行资料同步与传输。

由于红外线传输速度较慢，虽说新的VFIR、UFIR、甚至Giga-IR(可达1Gbps)等标准已经发表，但光通讯技术易受障碍物遮蔽而导致传输中断，再加上更多先进的短距射频通讯技术被开发之后，红外线通讯在主流ICT产品的应用上，已经逐渐式微。如今许多新款的智能型手机，已改用(NFC，Near Field Communication，近场通讯协定)，来做为资料传输、电子支付等应用。



争夺短距通信标准 ANT、蓝牙、ZigBee较劲 

无线电(Radio)射频(RF)技术，不像光那样会受到障碍物影响，是当今应用最广泛的无线传输技术。发射方透过天线射出电磁波，接收方透过适配器与解调动作，即可收讯，早期大量应用在广播、电视、通信等用途。

后来在数码通讯应用上，除了以IEEE 802.11为基础的Wi-Fi、WLAN传输标准外，在短距离通讯部份，则有IEEE 802.15.1的蓝牙、ANT、ZigBee技术，皆采2.4GHz的ISM band (工业/科学/医学专属频段)作为标准。

蓝牙技术最早由易立信(Ericsson)于1994年发起，主要针对手机和配件(如耳机)间进行低功耗、低成本的无线通讯联机。后来蓝牙协会成立，在各大ICT厂商的推广之下，如今蓝牙已成为短距传输的主流标准之一，广泛应用于手机、平板、游戏机、耳机、立体声音频串流、汽车、计算机，与穿戴式装置等产品。

蓝牙主攻个人区域网络(PAN)，“传统蓝牙”标准主要作为讯息传递、装置联机为目标，传输速度为1～3Mbps，距离10米或100米；另“高速蓝牙”(Bluetooth HS)主攻数据交换与传输，速度为传统蓝牙8倍；至于“低耗电蓝牙”(BLE，Bluetooth Low Energy，亦称作Bluetooth Smart)则是针对穿戴式装置(如手表、体育健身/医疗保健产品)或工业自动化之低耗电需求，于2010年所公布的分支标准，距离在30米以内，传输速度为1Mbps。

ANT Wireless无线传输技术，是由Dynastream Innovations公司所主导。ANT主打PAN应用，且基于无线感应网络之短距传输需求而制定的标准，传输速度为20Kbps，采自适应同步网络架构，确保各装置在传输时不受其它讯号干扰。

跟BLE一样，ANT具超低耗电特性，使用钮扣电池可维持1年以上，普遍应用在体育健身、医疗保健、穿戴式装置等产品上。而ANT+为ANT的延伸协定，可定义不同厂商产品的装置参数(包含心律器、单车速度、力量/重量范围等等)，以便互享传感器数据资料。由于市面上许多ICT装置并不支持ANT协定，加上BLE也以低耗电、兼容于ICT产品来抢市，使得许多厂商逐渐采用ANT+BLE双模芯片来设计上述产品，以提升产品互连兼容性。

于2005年开始崭露头角的ZigBee协定，同样也基于PAN应用，以IEEE 802.15.4标准规范之无线网状网络节点为架构，具备低成本、低功耗特性，传输速度在250Kbps，距离10~20公尺，广泛应用在远程监控/遥控(如家用灯控)，自动化(家庭、建筑、工厂等)以及无线感测网络(WSN)产品中。其网络拓扑可支持Star(星状)、Cluster Tree(簇树状)、Mesh(网状)型态，被业界视为智能建筑(Smart Building)、物联网(IoT)最广泛的协定之一。

ZigBee v1.2 (又称ZigBee PRO、ZigBee 2007)，涵盖了: 家庭自动化、智能能源、通信服务、医疗保健、Light Link(灯光控制)、建筑自动化、闸道器、以及Green Power(绿能)等协定，运用广泛。而ZigBee RF4CE (消费性电子之无线电)以取代遥控器、输入装置为主，与BLE抢市。

WSN专用的IoT网络协定

无线感测网络(WSN)之节点(Node)间传输，除采用ZigBee协定，另也有采用ISA100、WirelessHART、WIA-PA、6LowPAN等嵌入式产品专用的通讯协定。以IETF (Internet Engineering Task Force)制定的6LoWPAN开放标准，支持IPv6，让路由器可休眠，免闸道器设置，适合WSN低规、低耗的客制化环境，故也广被ZigBee IP、ETSI M2M、ISA 100.11a、BLE等无线网络技术所采纳。

新一代的无线传输技术

其它无线传输技术中，像Sony在2008年发表的TransferJet，就是以近场通讯(NFC)结合超宽频(UWB)的基础，采用电感磁场技术，两个装置只要在相距几公分内，资料传输率可高达375Mbps；若采用4.48GHz频带，传输速率更高达560Mbps，能应用在手机、游戏机、数码相机、摄摄像机、计算机、电视、与打印机等产品。

TransferJet于2013年开始崭露头角，并有一系列外围产品上市。TransferJet协会最近也与SDA协会合作，共同推广TransferJet的应用。东芝更推出microSDIO的TransferJet无线网卡、与USB/microUSB网络卡，以做为手机超高速传输之用。

另外值得一提、尚在研发阶段的无线传输技术，就是Li-Fi (灯光上网技术，Light Fidelity)，跟红外线类似的光通讯技术，但Li-Fi是利用可见光(如LED灯)来做沟通，速度号称比传统Wi-Fi快10倍以上。由于灯光也是一种电磁波，加上灯光的频率较一般Wi-Fi讯号高出10万倍，肉眼难以察觉，因此只要让LED灯泡快速地闪烁，搭配专属的Li-Fi适配器，即可做为资料传递的目的。

该技术最早是由德国物理学家Harald Haas博士，于2011年10月提出可见光通讯(VLC；V
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isible Light Communication)的概念，同时成立Li-Fi Consortium联盟推广其应用。只是后来该技术被上海复旦大学研究成功，于2013年10月发表成功案例，能在单一LED灯源下提供4台装置同时上网、互传资料，平均速度达150Mbps。

除了欧洲的Li-Fi，亚洲也组成VLC(可见光通讯)联盟，有Casio、NEC、Panasonic、三星、夏普、东芝、NTT Docomo等成员，致力推动光通讯的无线PAN计划草案，与RF和IrDA的标准互别苗头。在台湾，台北科技大学光电工程系吕海涵教授于2014年4月透过红光雷射光进行传输实验，结果高达10Gbps速度、与最长17.5米的距离，为全球首位成功案例。但光通讯有无法折射、怕阻挡物、接收角度受限等缺点，再度加上成本高、耗电大，因此尚无法完全取代Wi-Fi。



图说：各种无线传输技术标准比较图 (lificonsortium.org)