第二章 文獻探討
第二節 近距離無線科技
生活之中有許多的電器及 3C(Computer、Communication、Consumer electronics) 用品，這些裝置除了需要電源線外，有的還需要接網路、控制線等，不論家裡、辦 公室、公共場所，到處都有擾人的電線，當有很多的電器裝置放在一齊時，電線就 會讓環境變的雜亂，而且會造成許多的意外。人們為了不要有這麼多的束縛，無線 科技也就逐漸發達起來，在我們周遭除了電信網路外，還有許多的近距離無線科技 的存在，不同的無線通訊技術，就代表著不同的用途，比如藍牙(Bluetooth)、無線 區域網 802.11(Wi-Fi)、紅外數據傳輸(IrDA) 、ZigBee、超寬頻 (Ultra WideBand)、
短距通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT、無線 1394 和專用無線系統等，這麼多的無 線系統，涵蓋率的範圍各有不同(圖 6)。
Power
Distance
NFC WPAN WLAN WMAN
IEEE-802.16 RFID UHF (Active) UWB
Bluetooth Zigbee RFID UHF(Passive)
RFID HF (Passive) NFC
(參考 http://www.gs1tw.org/twct/gs1w/download/nfc_971015.pdf)
圖 6 近距離無線通訊比較
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初期提供 1Mbps 的傳輸速率和 10 米的傳輸距離。
隨著 3C(Computer、Communication、Consumer electronics)產品的發展，
藍牙技術挾帶著低廉的價格，多數產品都已經將該技術視為標準功能，如智慧 手機、平板、筆記型電腦等等，在開放性的全球規範下，協助這些產品在沒有 電線情況下，互相之間進行通信或操作。
藍牙技術最初是 Ericsson 在 1994 年的技術方案，主要是研究在行動電話與 其他配件間低功耗、低成本的無線通訊方法。發明者希望為裝置檢的通訊建立 一個標準的全球統一規則。該技術除了獲得 Ericsson 支持外，還陸續獲得 PC 行業業界巨頭的支持。1998 年，藍牙技術協議由 Ericsson、IBM、 Intel、NOKIA、
Toshiba 等 5 家公司達成共識。
藍牙 1.0 規格推出後，並沒有受到太多的青睞，除了使用藍牙功能的電子裝 置少以外，藍牙裝置價格也十分的昂貴。2001 年的 1.1 版本正式列入 IEEE 標準，
也就是 IEEE 802.15.1，同年 SIG 組織成員超過 2000 家，幾年後，採用藍牙技 術的產品如雨後春筍般的增加，售價也大幅降低。在使用的裝置越來越多以後，
對於應用的層面及傳輸速度、距離等需求也就不斷的增加，發展到現在已經從 2.0、3.0 到 4.0，講求省電需求，並加入了 EDR（Enhanced Data Rate，配合 2.0 的技術標準，將最大傳輸速度提高到 3Mbps）、A2DP（Advanced Audio Distribution Profile，一個控音軌分配技術，主要應用於立體聲耳機）、AVRCP
（A/V Remote Control Profile）等共同協定。
藍牙技術經過實務裝置的應用、市場的歷練，並得到許多裝置的使用，在 SIG 組織的努力下，價格、距離、電力使用等都得到了較好的詮釋，在應用上也因 此被用在許多領域，尤其智慧手機市場幾乎都會內建藍牙，延伸了智慧手機的 使用範圍。傳統的汽車市場也導入藍牙技術，讓汽車與手機或其他的多媒體裝 置進行結合，這樣的結合未來一定是無所不在的。
2. Wi-Fi 技術
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Wi-Fi(Wireless Fidelity)是一種無線的通信協議，從 1997 年開始定義在 IEEE 802.11，頻率 2.4G，傳輸速度 2Mbit/s，到 2014 年之間有 IEEE 802.11b，
運作在 2.4GHz，11Mbit/s 的傳輸速度、IEEE 802.11g/a，運作在 2.4GHz 及 5GHz，
可達 54Mbit/s、IEEE 802.11n，運作在 2.4GHz 及 5GHz，可達 72 Mbit/s 及 150 Mbit/s 及近期的 802.11ac，500Mbit/s 的傳輸速度，WiFi 的發展由 2Mbit/s 到 500Mbit/s，甚至到 1Gbit/s 發展相當的快速。
Wi-Fi 是乙太網路的一種無線延伸，讓一定區域範圍的人們可以藉由無線 AP(Access Point)連上乙太網路，早期筆記型電腦算是可以移動性的電腦裝置，
透過無線網路的連結，筆記型電腦的移動性就更棒了，無線 AP(Access Point) 在筆記型電腦的時代也跟著起飛，現在的發展在移動式裝置的盛行之下，許多 輕、薄、小的新一代電子裝置也都會配備 WiFi，如智慧手機、平板電腦等。
WiFi 主要提供了三個模式 AP(Access Point)、Client、AD-Hoc，AP(Access Point)模式及 Client 模式，是一個上下結構性(infrastructure)的架構(圖 7)，
這樣的結構存在著主從關係，透過無線 AP，可以接到內部網路，讓資料傳輸更 為穩定，另一個是 AD-Hoc，主要就是用來做 1 對 1 的連接，這種需求通常是在 需要較高傳輸速度或是安全上問題時會被考量的，比如 WiFi Direct 就是基於 這樣的需求被創造出來的，他主要提供人們智慧手機的畫面透過 WiFi 直 接傳 輸到螢幕，影像需要比較大的頻寬，用這種方式頻寬不用跟他人分享，安全上 也只需要考慮兩者之間的關係即可。
圖 7 無線網路存取點
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WiFi 也被用來做為公用網路的布局，由於 WiFi 的普及，幾乎每個家庭、辦 公室都會有裝設無線 AP，個人手持裝置也都配備無線網卡，透過無線網路(WLAN) 的存取，價格上也比實際 3G/4G 等通信網路便宜且速度較為穩定，政府及許多 公司就設置了所謂的 HotSpot，讓人們可以享受較便宜穩定的網路，當然這些 HotSpot 的角色在城市裡，還有其他的用途，比如提供區域無線攝影機隨時回傳 資訊，提供政府單位進行監控等作業等。
3. 紅外線 IrDA 技術
紅外線傳輸的標準是 IrDA（Infrared Data Association）組織於 1993 年制 定的。起初，IrDA 標準的無線設備只能在 1 公尺範圍內以 115.2 kb/s 速率傳輸 數據，很快地發展到 4Mb/s 以及 16Mb/s 的速率。IrDA 是一種紅外線點對點的通 信技術，是第一個實現無線個人區域網（PAN）的技術。目前它的軟硬技術都很 成熟，在小型移動設備上，如 PDA、手機上廣泛使用。
早期的電腦、手機、遙控器、無線滑鼠、鍵盤等，IrDA 是標準配備，但近年 無線網路發展快過紅外線技術許多，目前大部分的應用還是以遙控器為主，而 它主要優點是不需要申請頻率的使用權，因此紅外通信成本低廉。並且在使用 上所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點。但由於紅外線發射角 度較小，傳輸速率較慢，近年已漸漸被藍芽及 2.4G 的產品取代。
4. NFC 技術
NFC（Near Field Communication，近場通訊）是一種短距離的高頻無線通訊 技術，允許電子設備之間點對點的進行非接觸雙向資料傳輸，距離大約在 10 公 分左右，這個技術主要由非接觸式射頻識別(RFID)所演化而來的，由飛利浦半 導體(Philips)、諾基亞(Nokia)和索尼(Sony)共同研製開發，傳輸速度有 106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者 424 Kbit/秒三種。
NFC 技術的特點主要是距離短、只支援一對一傳輸模式並且耗電量低也因為 這樣的特性，相對有較高的安全性及保密性，因此可以簡化認證識別的過程，
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使電子設備間互相的互通更為直接、更安全。NFC 被設計在單一設備上組合所有 的身份識別應用和服務，幫助解決記憶多個密碼的麻煩，同時也確保數據的安 全。有了 NFC，多個設備如數碼相機、PDA、機頂盒、電腦、手機等之間的無線 互連，彼此交換數據或服務都將有可能實現。
實際應用上，NFC 在許多國家被用作為小額支付，像台灣的悠遊卡就是很成 功的案例，結合了捷運、台鐵、便利商店、U-Bike 等等的服務，讓大家外出時 不用攜帶太多的零錢，只要帶著卡片就可以趴趴走。此外 NFC 也被用來加速其 它類型無線通訊(如 Wi-Fi 和藍牙)，實現快速的使用數據傳輸，像現在的智慧 手機，只要將兩個手機靠近就可以互相交流資訊、傳送檔案、照片，比要去設 定 Wi-Fi 連結容易得多。
5. ZigBee 技術
Zigbee 是一種低速短距離的無線網路傳輸協定，底層採用 IEEE 802.15.4 標 準規範，主要特色是低成本、低耗電並且支援大量網路節點、支援多種網路拓 樸、低複雜度、快速、安全。主要應用在短距離範圍之內並且數據傳輸速率不 高的各種電子設備之間的資料傳輸。名字來源自蜂群使用的賴以生存和發展的 通信方式，蜜蜂通過跳 ZigZag 形狀的舞蹈來分享新發現的食物源的位置、距離 和方向等信息。
ZigBee 協定是由 ZigBee 聯盟制定的協定標準，該聯盟成立於 2001 年 8 月。
2002 年下半年，英國 Invensys 公司、日本三菱(Mitsubishi)電力公司、美國摩 托羅拉(Motorola)公司以及荷蘭飛利浦(Philips)半導體公司共同宣布加入 ZigBee 聯盟，研發名為「ZigBee」的下一代無線通訊標準。ZigBee 聯盟現有的 理事公司包括 BM Group，Ember 公司，飛思卡爾半導體，Honeywell，三菱電機，
摩托羅拉，飛利浦，三星電子，西門子，及德州儀器。ZigBee 聯盟的目的是為 了在全球統一標準上，實作簡單可靠、價格低廉、功耗低、無線連線的監測和 控制產品進行合作，並於 2004 年 12 月發行了第一個正式標準。
ZigBee 協定層從下到上分別為實體層(PHY)、媒體存取層(MAC)、網路層(NWK)、
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應用層(APL)等。網路裝置的角色可分為 ZigBee Coordinator、ZigBee Router、
ZigBee End Device 等三種。支援網路拓撲有星型、樹型、網型等三種。實體層 (PHY)及媒體存取層(MAC)主要是屬於硬體的實現介面。網路層(NWK)主要聯結其 他網路、傳送封包及搜尋、連結其他結點。應用層(APL)，主要實作與各廠商之 間的應用程式、資料庫以及函式庫。
根據 ZigBee 聯盟目前的設想，ZigBee 的目標市場主要有個人電腦及周邊產 品（鼠標、鍵盤、遊戲操控杆）、消費類電子設備（TV、VCR、CD、VCD、 DVD 等設備上的遙控裝置）、居家智能控制及大樓自動化（照明、門禁、煤氣計量控 製及報警等）、電信服務（行動商務、資訊服務及物件互動）、個人保健醫療（監 視器和傳感器）、工業控制（監視器、傳感器和自動控製設備）等非常廣闊的領 域。