近场通信技术

一、三种近场通信技术

1.WiFi

（1）WiFi的概念
WiFi是一种基于IEEE802.11系列协议标准实现的无线通信技术，该通信协议于1996年由澳洲的研究机构CSIRO提出，WiFi 凭借其独特的技术优势，被公认为是目前最为主流的WLAN技术标准。随着WiFi无线通信技术的不断优化和发展，当前主要有4种通信协议标准，即802.11g、802.11b、802.11n和802.11a，根据不同的协议标准主要有两个工作频段，分别为2.4GHz和5.0GHz。

（2）WiFi的组成结构
一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线网卡。AP为Access Point简称，一般翻译为“无线访问接入点”，或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用，无线保真更显优势，有线宽带网络(ADSL、小区LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以共享的方式上网。

（3）WiFi具有的特点
1）WiFi覆盖范围广
无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右?约合15米，而WiFi的半径则可达300英尺左右，约合95米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。最近，由Vivato公司推出的一款新型交换机。据悉，该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络300英尺，接近100米的通信距离扩大到4英里，约6.5公里。
2）WiFi传输速度快
虽然由WiFi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到54mbps，(已经提升到300Mbps)符合个人和社会信息化的需求。
3）厂商进入该领域的门槛比较低
厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。
4）WiFi无须布线
WiFi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。
5）WiFi健康安全
IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60~70毫瓦，这是一个什么样的概念呢?手机的发射功率约200毫瓦至1瓦间，手持式对讲机高达5瓦，而且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体，是绝对安全的。

（4）Wifi的主要协议
Wifi的802.11协议包含许多子部分。其中按照时间顺序发展，主要有：
1）802.11a，1999年9月制定，工作在5gHZ的频率范围（频段宽度325MHZ），支持最高54Mbps的传输速率；与802.11b/g标准不兼容；无线传输距离相对较近；直线范围内使用。
2）802.11b，1999年9月制定，时间比802.11a稍晚，工作在2.4g的频率范围（频段宽度83.5MHZ），支持最高11Mbps的传输速率，信号传输稳定不易受阻挡，覆盖范围较广，数据安全性较高，支持无负载平衡。
3）802.11g，2003年6月制定，工作在2.4gHZ频率范围（频段宽度83.5MHZ），支持最高54Mbps的传输速率，与802.11b标准完全兼容，与802.11a相比，无线传输距离相对较远，覆盖范围是802.11a的两倍。
4）802.11n，2009年才被IEEE批准，在2.4gHZ和5gHZ均可工作，支持最高108Mbps的传输速率，且理论值达到600Mbps；覆盖范围大幅提升；与802.11a、802.11b、802.11g标准完全兼容。

（5）WiFi的应用
智能家居、无人机控制等。

2.BlueTooth

（1）蓝牙概念
蓝牙（Bluetooth），一种无线通讯技术标准，用来让固定与移动设备，在短距离间交换数据，以形成个人局域网（PAN）。其使用短波特高頻（UHF）无线电波，经由2.4至2.485 GHz的ISM频段来进行通信。

（2）蓝牙的不同发布版本
1）蓝牙2.1
使用最广，之前的很多产品都是这个版本，俗称经典蓝牙。
2）蓝牙3.0
又名为高速蓝牙，在2.1的基础上大大提升了传输速度(24Mbps)。
3）蓝牙4.0
最重要的特性是支持省电，即引入了低功耗蓝牙。
4）蓝牙4.1
其目的是为了让 Bluetooth Smart 技术最终成为物联网(Internet of Things)发展的核心动力。
5）蓝牙5.0
在2016年6月发布。在有效传输距离上将是4.2LE版本的4倍（理论上可达300米），传输速度将是4.2LE版本的2倍（速度上限为24Mbps）。蓝牙5.0还支持室内定位导航功能（结合WiFi可以实现精度小于1米的室内定位），允许无需配对接受信标的数据（比如广告、Beacon、位置信息等，传输率提高了8倍），针对物联网进行了很多底层优化。

（3）蓝牙BLE与传统蓝牙的比较
BLE，全称为Bluetooth Low Energy，即蓝牙低功耗，较传统蓝牙最大的特点就是低功耗，多应用于对实时性要求较高，但对数据传输速率要求比较低的场景，比如血压计、键鼠等设备，而语音、音乐等对数据量传输比较大的场景依然需要使用传统蓝牙。

（4）蓝牙技术特点
1） 蓝牙模块体积很小、便于集成
由于个人移动设备的体积较小，嵌入其内部的蓝牙芯片体积就应该更小。
2） 低功耗
蓝牙设备在通信连接状态下，有四种工作模式——激活模式、呼吸模式、保持模式和休眠模式Active模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。
3）全球范围适用
蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4~2.4835GHz，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。
4） 同时可传输语音和数据
蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。每个语音信道数据速率为64kbit/s,语音信号编码采用脉冲编码调制(PCM）或连续可变斜率增量调制(CVSD)方法。当采用非对称信道传输数据时，速率最高为721kbit/s，反向为57.6kbit/s;当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。蓝牙有两种链路类型:异步无连接链路和同步面向连接链路
5） 具有很好的抗干扰能力
工作在ISM频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、无线局域网和HomeRF等产品，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了跳频方式来扩展频谱，将2.402~2.48GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625us。
6）可以建立临时性的对等连接
根据蓝牙设备在网络中的角色.可分为主设备与从设备。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个微微网时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。微微网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的微微网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。通过时分复用技术，一个蓝牙设备便可以同时与几个不向的微微网保持同步，具体来说，就是该设备按照一定的时间顺序参与不同的微微网，即某一时刻参与某一微微网，而下一时刻参与另一个微微网。
7）成本低
随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降。
8）开放的接口标准
SIG为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的在何单位和个人都可以进行蓝牙产品的并发，只要最终通过SIG的蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。

（5）蓝牙的应用
1）无线设备
BlueTooth可应用于包括耳机、音响、键盘、鼠标、家庭网络、高速无线内部网络、电子名片等各种设备。
2）无线数据传输
无论手机、计算机、PDA、打印机或是数码相机、MP3播放器、D播放器…统统都可以用BlueTooth互传语音、文字、图像、文件…蜘蛛网式的会议室将不复存在，白板纪录仪、投影机等都可以利用BlueTooth来简化操作。
3）车载设备通信
将蓝牙技术应用到车载免提系统中，是最典型的汽车蓝牙应用技术。利用手机作为网关，打开手机蓝牙功能与车载免提系统，只要手机在距离车载免提系统的10米之内，都可以自动连接，控制车内的麦克风与音响系统，从而实现全双工免提通话。

3.NFC

（1）NFC的概念
NFC（Near Field Communication），近距离无线通讯技术，也称：近场通信。是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于10厘米距离内。其传输速度有106 Kbit/秒、212Kbit/秒或者424 Kbit/秒三种。

（2）NFC 的三种模式
卡模拟模式（Card Emulation）：这种模式相当于将NFC设备变成了一张采用 RFID 技术的 IC卡，可以替代大量的IC卡（包括信用卡）场合商场刷卡、公交卡、门禁管制，车票，门票等等。此种方式下，有一个极大的优点，那就是卡片通过非接触读卡器的 RF 域来供电，即便是寄主设备（如手机）没电也可以工作。
读卡器模式（Reader/Writer）：这个模式相当于将将 NFC 设备终端变成了一个读卡器，主动发出自己的射频场去 读/写 卡。
点对点模式（P2P）：这种模式下，双方都发出射频场来建立点对点的通信，用于数据交换，传输距离短，传输创建速度较快，传输速度慢（只能用于小数据的传输，比如名片，微博互粉，添加通讯录），功耗低。

（3）NFC的物理组成
读写器（Reader/Interrogator)、标签（Tag/Transponder）、天线（Antenna）
1）读写器将要发送的信息，编码并加载到高频载波信号上再经天线向外发送。
2）进入读写器工作区域的电子标签接收到信号，其卡内芯片的有关电路就会进行倍压整流、调制、解密，然后对命令请求、密码、权限进行判断。

（4）NFC的特点
1）安全性高
相比蓝牙或Wi-Fi这些远距离通信连接协议，NFC 是一种短距离通信技术，设备必须靠得很近，从而提供了固有的安全性。
2）连接快，功耗低
比蓝牙连接速度更快，功耗更低，支持无电读取。NFC 设备之间采取自动连接，无需执行手动配置。只需晃动一下，就能迅速与可信设备建立连接。
3）私密性强
在可信的身份验证框架内，NFC 技术为设备之间的信息交换、数据共享提供安全。
4）运行可分主动与被动模式
主动模式需要使用电池，还需要独立发射模组；被动模式不需要使用电池，但是无法独立发射讯号。

（5）NFC的应用
手机支付、门禁卡、交通一卡通、信用卡、支付卡等

二、对未来近场通信技术应用场景的分析与预测

1.WiFi

WiFi作为物联网最重要的连接方式之一，将优先受益于物联网的发展。WiFi从家电应用向非家电应用加速渗透，包括灯、插座、窗帘、门锁、智能穿戴产品等。随着中国居民人均可支配收入日渐提高，消费者对智能家居产品的消费能力亦不断提高，推动中国智能家居市场逐步扩张。智能家居作为WiFi的重要应用终端，其市场规模的扩大将推动WiFi的迅速发展。
相比WiFi 4、WiFi 5等历代WiFi技术标准，WiFi 6在带宽、网络速率、网络时延、功耗等方面实现提升，从而进一步拓展WiFi技术应用场景。从WiFi技术的应用发展情况分析，第一阶段以手机、平板电脑、笔记本电脑等消费级电子终端为驱动，第二阶段以智能家居、智慧城市等物联网应用为驱动，第三阶段以虚拟现实、超高清视频应用等新一代高速率应用为驱动，而在WiFi 6技术标准发展推动下，WiFi技术向第三阶段迈进的步伐日益加快。

2.BlueTooth

（1）蓝牙技术将在智能家居市场大放异彩
据悉，源于网格（mesh）技术的推动，从2013-2018年蓝牙技术在智能家居的年复合增长率高达232%。mesh技术改变了传统蓝牙的组网方式，以广播形式组成网格，弥补了传统蓝牙不能组成大规模网络的短板，并增强了穿墙能力，有效拓展了蓝牙的应用前景。
（2）带有处理能力的蓝牙芯片与传感器结合
为了更好的实现智能化，未来蓝牙芯片将和传感器进行深度融合，最有可能的是厂商会提供SIP封装形式的蓝牙芯片组。卓文泰表示，未来蓝牙与传感器结合可以把采集的数据直接送到云端进行处理，这样每个装有蓝牙模块的设备都成为智能设备，这样的应用在家庭、办公场所可以有很大发挥的潜力。
（3）基于Beacon技术的室内定位
基于蓝牙的Beacon定位技术精度高，成本低，将颠覆未来的零售模式。例如，当你走入一家零售商店时，Beacons定位技术可以对你精准定位当你走到外套橱窗时，手机会弹出相关的促销信息，甚至会根据你以往的采购大数据来推荐衣服。

3.NFC

（1）NFC支付
NFC支付是指消费者在购买商品或服务时，采用NFC技术通过手机NFC射频通道实现与POS收款机或自动售货机等设备的本地通讯设备完成支付，是一种非接触式近场支付，也是银联与互联网支付公司在线下移动支付中的竞争利器。相比互联网支付方式，NFC支付在安全性、支付流程和支付的信息保护措施更加优化。在便捷性上，NFC支付步骤少，移动设备无需联网便可完成支付交易。NFC支付与传统卡支付相比，NFC支付提供了更加安全、快捷的线下移动支付体验，有望彻底颠覆银行卡消费形式。伴随着移动支付的兴起，使用NFC支付时，无须亮屏或解锁，拿着手机靠近具有“银联云闪付”标识的POS机，验证指纹，即可轻松完成支付。这似乎让我们见证到了NFC功能的便捷性，尤其ApplePay、小米Pay、华为Pay等移动支付的逐渐渗入，这将会渐渐形成全新的支付潮流。
（2）NFC门禁
NFC门禁是指手机模拟门禁卡功能，目前不少小区的大门都加入了门禁功能，一般来说都需要刷卡才能进入，这就导致住户身上必须多带一张卡片。手机模拟门禁卡功能。
NFC手机实现门禁的这种方案除了满足现有办公场所、校园需求以外， 特别适合户外场所 （如电信无人值守基站、电力环网柜等） 的门禁需求， 这类场所由于分布较广， 人员流动性較大， 门禁权限需要经常变化， 不仅可以提高门禁管理效率， 还可以极大方便使用者。随着门禁系统迈向虚拟化及移动性的方向发展， 同时NFC又是一项适用于门禁系统的技术， 相信使用NFC手机实现门禁将会越来越普遍。
（3）公共出行
公共出行是基于NFC功能的智能手机，它可以模拟公交卡ID，在获得公交公司授权后可以模拟出一张公交卡，当你拿着手机靠近地铁闸机，刷卡时将手机头部背面接近感应区域内，无需完全贴合即可感应，刷卡成功后闸机打开，此时会在屏幕显示卡内余额。现在越来越多的智能手机都开始标配NFC功能，如小米6、小米5、努比亚Z17、一加5等机型，在NFC功能应用方面，小米做的是最好的，功能比较全面，应用比较广泛。截至到2017年底，小米公交已经支持北京，上海、深圳、广东、武汉、苏州、杭州等地，加上最新上线的交通联合卡，这个标准在全国支持将近72个城市！并且支持70个城市手机刷卡乘坐公交、地铁！

总的来说，NFC技术有其独有的安全优势，随着NFC手机的增多正在逐渐地向其它电子设备延伸，配合移动设备的使用能快速的建立人与物的联系，方便人们的生活。随着小米钱包、Apple Pay的到来，给NFC移动支付领域打了一剂强心针，将有效地促进NFC技术在移动支付领域的发展。虽然如今NFC技术的应用范围较小，人们的认知率和使用率都很低，普通人群很少有人了解这个技术，真正普及起来还尚需时日，但是，随着科技的发展，人们对智能生活方便化的向往，具有NFC产能的各行各业共同努力来推动NFC的发展，未来的生活会使更多的人去了解和使用NFC技术，让预测真正变成现实。