[嵌入式]近场通信技术

学习内容

基于课堂学习以及课外资料查询理解分析三种近场通信技术的特点，并对未来近场通信技术的应用场景进行分析与预测

一、三种近场通信技术的特点

近场通信 又称近距离无线通信，是一种短距离的高频 无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输，交换数据。

1、NFC

NFC（近场通信技术）是基于RFID技术发展起来的一种近距离无线通信技术。与RFID一样，近场通信信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者之间还是存在很大的区别。近场通信的传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到0~1m，但由于近场通信采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说近场通信具有成本低、带宽高、能耗低等特点。

NFC技术的主要特点如下：

（1）用于近距离（10cm以内）安全通信的无线通信技术。

（2）射频频率：13.56MHz。

（3）射频兼容：ISO 14443，ISO 15693，Felica标准。

（4）数据传输速度：106kbit/s，212 kbit/s，424kbit/s。

（5）安全性：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；

（6）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；

（7）私密性：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。

应用场景：门禁，信用卡，手机支付等

2、BlueTooth

BlueTooth是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换，它是基于低成本的近距离无线连接，为固定和移动设备建立通信环境的一种特殊的近距离无线技术连接。蓝牙能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙使当前的一些便携移动设备和计算机设备能够不需要电缆就能连接到互联网，并且可以无线接入互联网。

BlueTooth技术的主要特点如下：

（1） 蓝牙技术的适用设备多，无需电缆，通过无线使电脑和电信连网进行通信。

（2） 蓝牙技术的安全性和抗干扰能力强，由于蓝牙技术具有跳频的功能，有效避免了ISM频带遇到干扰源。

（3）传输距离较短：现阶段，蓝牙技术的主要工作范围在10米左右，经过增加射频功率后的蓝牙技术可以在100米的范围进行工作，只有这样才能保证蓝牙在传播时的工作质量与效率，提高蓝牙的传播速度。另外，在蓝牙技术连接过程中还可以有效的降低该技术与其他电子产品之间的干扰，从而保证蓝牙技术可以正常运行。蓝牙技术不仅有较高的传播质量与效率，同时还具有较高的传播安全性特点。

（4）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。

（5）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。

（6）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。

应用场景：蓝牙耳机、蓝牙音响、无线键鼠、无线数据传输、车载设备通信等

3、WIFI

WiFi全称Wireless Fidelity，具有传输速度较高（可以达到UMbps）、有效距离长和接入设备多等优点。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。

WIFI技术的主要特点如下：

（1）无线电波覆盖范围广，WiFi半径则达100米，适宜单位楼层以及办公室内部运用。而蓝牙技术唯有覆盖15米以内。

（2）速度不仅快，而且可靠性高：802.11b的无线网络规范即是IEEE802.11网络规范变种。最高带宽是11Mbps，在信号有干扰或者比较弱的情况之下，带宽可以调整到1Mbps、5.5Mbps及2Mbps，带宽自动调整，有效保障网络的可靠性和稳定性。

（3）无需布线：WiFi的优势主要在不需要布线，可不受布线条件的限制。所以十分适宜移动办公用户需求，具备着广阔市场前景。现今wifi已从库存控制、传统的医疗保健和管理服务等等的特殊行业向更大广泛行业拓展，甚至开始进入教育机构以及家庭等领域。
应用场景：手机、电脑等

4.三种技术比较

名称 NFC BlueTooth WiFi
连接方式 点对点 单点对多点 单点对多点
传输速率 <500kbps <24MKbps <1.3Gbps
传输距离 1~20cm 10~100m 10~1000m
频段 13.56MHz 2.4Ghz 2.4Ghz
功耗 很低 低 中低
安全性 极高 高 低
成本 低 中 高

二、浅谈未来近场通信技术的应用场景

近场通信技术广泛应于我们的生活，未来近场通信技术也将更广泛的服务于我们的日常生活，提高人们的生活质量。

1、NFC

在家用电器上及简单电子设备
? 支持NFC技术的设备也越来越多，不仅手机，并且有很多其它电子设备也开始支持该技术。在CES发布会上松下公司在音箱、摄像头、电视、冰箱、名片等电子设备中嵌入了NFC芯片;索尼将NFC技术整合到几乎所有的产品中;LG公司也将NFC技术整合到其公司旗下的各种家用电器中。嵌入这些NFC芯片的设备可以实现更贴心、更方便、更快捷、更广阔的应用，比如用户只要将安装有NFC标签的设备与智能手机建立连接，即可实现远程操控，如在办公时打开洗衣机;NFC手机与安装有NFC标签的家用电器轻轻接触一下，就可以轻松的控制冰箱、洗衣机、烤箱或电饭煲;NFC手机与装有NFC标签的电视接触，就可以用手机来充当电视遥控器，而且一个手机可以充当任意产品电视的遥控器。
医疗方面
NFC技术在其它领域也渐渐突显优势，如一些国外的旅馆和赌场使用该技术，允许NFC设备触碰获得各种信息，包括饭店菜单和购票、查看各种时间等;在医疗行业瑞典芯片厂商Cypak与美国医疗用品厂商Meridian Health合资成立的Impak Health，开发出了一款名为Rhythm Trak的心脏监护器。它可以通过手机从NFC设备中下载与自己心脏相关的数据信息;惠普推出了SpectreOne一体机，这款计算机整合了NFC技术，被称为HP TouchZone，用户可以通过NFC智能手机或其它NFC设备登录此计算机并向其传输数据;另外NFC技术也将被应用于汽车行业，如远程摇控打开汽车车门或其它方面等。
出行工具
最重要的一点是即使当你的手机没电了，仍然能把它当作一个交通卡、饭卡、门禁卡、票据等使用，和我们手中的各种感应卡片完全一样。
移动支付
NFC手机中应用最有前景的一项功能是移动支付功能。其中最早推出移动支付业务的国家是美国、日本和韩国，在移动支付的同时实现了移动付款和银行转账的功能。移动支付为韩国手机制造商、电信运营商和内容服务商提供了巨大的商机。在意大利手机用户也可以支付高速公路费用、停车费用等。

2、BlueTooth

? 由于能够在一个网络上无缝连接数十、数百甚至数千台设备，蓝牙mesh网络正迅速成为炙手可热的设备网络基础设施解决方案。凭借400多种经过认证的蓝牙mesh产品以及丰富的实际应用，蓝牙mesh正在给智能建筑市场带来巨大的变化，而其中变化最明显的莫过于互联照明。正如智能手机集成了从时钟、地图到相机等多种设备功能，蓝牙照明装置也加入了许多传统的独立组件。蓝牙照明可以内置无线电、传感器、微处理器和控制器功能，使您能够在商业照明基础设施上创建一个无缝连接的完整的多功能设备网络。除了作为照明控制平台之外，蓝牙照明装置还支持资产跟踪、导航、地标信息和空间利用等多种附加服务。如今，蓝牙位置服务解决方案已成为全球各种设施提高效率的关键技术。制造商、医院、仓库等利用该技术来追踪关键的资产和人员，或为其安全访问控制系统提供支持;零售业利用蓝牙位置服务为客户提供室内导航和地标信息服务位置服务解决方案，以及通过蓝牙进行接近类营销。因此，根据分析预测，至2023年，预计将有17亿台手机添加蓝牙位置服务功能。蓝牙不仅是音频、汽车以及手机、平板和台式电脑等传统市场所不可或缺的技术，同时也在智能家居、智能楼宇、智能工业和智慧城市等全球新兴商业和工业市场发挥着关键的作用。根据对蓝牙新兴市场最新趋势的预测，蓝牙技术在全球商业和工业领域的采用率将持续保持增长。所有预测均表明，在可预见的未来，蓝牙将继续推动新兴市场的扩张。
根据蓝牙技术的发展轨迹及其发展趋势，无钥匙开锁系统、轮胎压力监测和状态警报等解决方案，成为近期在汽车领域的热门及创新应用，这些用例都在创造并提升了对无线传感器的需求。蓝牙位置服务可用于室内导航、寻物、地标信息等解决方案以及用于寻物、人员及宠物追踪的标签使用成为智能手机体验中不可或缺的一部分。

3、WIFI

在日常生活我们经常使用WIFI，WiFi的传输速度很快，最高可达54Mb／s，符合个人和社会信息化的需求。在网络覆盖范围内，允许用户在任何时间、任何地点访问网络，随时随地享受诸如网上证券、视频点播(VOD)、远程教育、远程医疗、视频会议、网络游戏等一系列宽带信息增值服务。并实现移动办公。
从WiFi技术的应用发展情况分析，
电子设备
我们现在大多使用wifi在个人计算机、游戏机、MP3播放器、智能手机、平板电脑、打印机、笔记本电脑以及其他可以无线上网的周边设备。
物联网方向
将来将向智能家居、智慧城市等物联网应用。 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 MCU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。相对于5G成本，Wifi可视为5G很好的互补品，可用于智能时代带来的极致速率的需求、自动驾驶对于超低延时的需求、海量连接的需求等等。