1. Wi-Fi
1.1 工作原理
Wi-Fi无线技术的工作原理是将有线网络信号抓换成无线电波，并通过无线路由器将信号发射到周围环境中。一旦设备进入Wi-Fi信号的覆盖范围内，就可以通过连接Wi-Fi信号来访问互联网。
1.2 Wi-Fi技术
Wi-Fi技术也称为802.11b标准通信协议，是属于IEEE 802标准的子系列标准之一。Wi-Fi协议目前有两种通信标准协议：IEEE 802.11a和IEEE 802.11b。
Wi-Fi技术是一个由接入点(AP)和无线卡组成的无线网络。通常被称为桥接器或接入点，作为传统有线和无线局域网的桥梁，安装了无线卡的PC可以通过AP共享有线局域网。即使是广域网的资源，其Wi-Fi技术工作原理也与集线器或内置无线发送机的路由等效，而无线卡是客户端终端设备，负责接收从AP发送来的信号。
1.3 优缺点
优点：
- 安装便捷：一般只需要安装一个或几个无线接入点设备，即可覆盖整个区域的局域网络。
- 使用便利：可以与手机等常用设备无缝通信，直接连接到网际网络，仅需连接，无需网线限制。
- 故障易定位：只需更换故障设备即可恢复网络。
缺点：
- 性能：无线局域网依靠无线电波进行传输。这些电波通过无线发射装置进行发射，而建筑物、车辆、树木和其他障碍物都可能阻碍电磁波的传输，影响网络的性能。相对有线网络吞吐量低。
1.4 传输速度
Wi-Fi的传输速度取决于路由器的性能和网络的情况。目前的Wi-Fi技术已经发展到第六代，支持的最高速度可以达到9.6 Gbps。传输速度的提高可以确保更快的数据传输和更好的网络体验。
1.5 Wi-Fi使用范围
Wi-Fi的使用范围非常广泛，几乎所有的笔记本电脑、平板电脑、智能手机都配备了Wi-Fi模块，可以方便地连接到互联网。此外，公共场所如酒店、机场、咖啡馆等也经常提供Wi-Fi服务，方便用户使用。
1.6 Wi-Fi传输距离
Wi-Fi的传输距离一般在几十米以内，但可以通过增加发射功率来扩大传输距离。另外，如果需要覆盖更大的范围，可以使用多个路由器或选择性能更强的路由器。
1.7 Wi-Fi安全性
Wi-Fi的安全性可以通过多种方式来保障，如使用强密码、定期更换密码、启用防火墙等。同时，为了防止未经授权的设备访问网络，还可以启用MAC地址过滤等功能。
1.8 Wi-Fi常用加密方式
- 开放：不加密。
- WEP(Wired Equiva Privacy)：有线等效保密协议，这是一种老式加密方式，采用IEEE 802.11技术，因此当使用WEP加密时会影响无线设备的传输速率。
- WPA/WPA2(Wi-Fi protected Access)：有线等效加密，是一种最安全的加密类型，需要安装Radius服务器进行身份认证并得到密钥。
- WPA-PSK/WPA2-PSK(WPA-Preshared)：WPA预共享密钥，现在经常设置的一种加密类型，是WPA/WPA2的简化版，基于共享的WPA模式，安全性很高，设置也比较简单。
1.9 常用术语
- LAN：即局域网，是路由和主机组成的内部局域网，一般为有线网络。
- WAN：即广域网，是外部一个更大的局域网，大多指有线网络中的局域网。
- WLAN(Wireless LAN)：即无线局域网，也就是我们平常所说的路由器组成的网络，也是大家平常讲到的连接到同一个Wi-Fi中。
- AP(Access point)：即访问点、接入点，是一个无线网络中的特殊节点，通过这个节点，无线网络中的其他类型节点可以和无线网络外部及内部进行通信。
- Station(工作站)：表示连接到无线网络中的设备，这些设备通过AP可以和内部其他设备或者无线网络外部通信。
- Assosiate：连接。如果一个Station想要加入到无线网络中，需要和这个无线网络中的AP关联(即Assosiate，连接)。
- SSID：用来标识一个无线网络，每个无线网络都有它自己的SSID。
- BSSID：用来标识一个BSS，其格式和MAC地址一样，是48位的地址格式。一般来说，它就是所处的无线接入点的MAC地址。某种程度来说，它的作用和SSID类似，但是SSID是网络的名字，是给人看的，BSSID是给机器看的，类似MAC地址。
- BSS(Basic Service Set)：由一组相互通信的工作站组成，是802.11无线网络的基本组件。主要有两种类型的IBSS和基础结构型网络。IBSS又叫ADHOC，组网是临时的，通信方式为
Station<->Station，这里不关注这种组网方式。我们关注的是基础结构形网络，其通信方式是Station<->AP<->Station，也就是所有无线网络中的设备要想通信，都得经过AP。在无线网络的基础形网络中，最重要的两类设备是AP和Station。 - Channel(信道)：信道是连接发送端和接收端的通信设备，功能是将信号从发送端传送接收端。无线信道是利用电磁波在空间中传播来实现信号的传输。
- Band(频段)：一般AP可以支持5g或2.4g两个频率范围段的无线信号。如果两者可以同时设置，而不是互斥，那么这个路由器还能够同时支持两种频段，这相当于这个AP可建立两个无线网络，它们采用不同的频段。
- MAC(Media Access Control)：又被称为MAC地址、硬件地址，用来定义网络设备的位置。
- QoS(Quality of Service)：字面直译就是服务质量，对于Wi-Fi路由器而言，就是流控功能，主要价值就是当带宽紧张时，优先保证重要应用的网络质量。在有限的带宽资源下，QoS为各种业务分配带宽，为业务提供端到端的服务质量保证。QoS的度量指标包括带宽、时延、抖动和丢包率等。
1.10 传输流程
APP-网络堆栈-wifi芯片驱动-wifi芯片-信号发射器
手机上的APP发出数字信号，经由网络堆栈到达Wi-Fi的芯片驱动，接着传递给芯片。在芯片中经由ADC将数字信号转换为信号波，然后经由信号发射器传输到网络中。从网络中回来的信号波在经由上述反向操作，传回手机上的APP。
1.12 芯片构成
Baseband：基带
Radio：射频
- ADC：数字转信号波
- DAC：信号波转数字
1.13 Wi-Fi种类
802.11ax：Wi-Fi 6E（6Ghz）
802.11ax：Wi-Fi 6（2.4/5Ghz）
802.11ac：Wi-Fi 5（5Ghz）
802.11n：Wi-Fi 4（2.4/5Ghz）
2. BLE
2.1 工作原理
BLE(Bluetooth Low Energy)是一种低功耗蓝牙技术，它从蓝牙4.0版本开始引入，旨在适应物联网时代对低功耗和短距离无线通信的需求。BLE的工作原理主要包括以下几个方面：
- 低功耗物理层(PHY)：BLE使用了新的低功耗物理层技术，这是在蓝牙4.0版本中引入的。这一层允许BLE在低功耗下进行通信，减少了功耗。
- 自适应跳频(AFH)：BLE通过自适应跳频技术来尽量避开干扰，尤其是在2.4G频段这种开放频段上，以减少干扰。具体做法是，在主设备请求连接时，需要告知后续与从机通信时的可用频道以及跳频的步伐。
- 简单配对和密钥分发协议：BLE支持简单的配对和密钥分发协议。配对过程是一个获取对方设备信任的过程，之后是链路的加密和密钥分发。从设备将密钥共享给主设备，以便建立连接。
- 广播频段和射频开启时间的减少：BLE通过减少广播时射频开启时间和使用广播频段来降低功耗。传统蓝牙规范中，若某一设备正在进行广播，则它不会响应当前正在进行的设备扫描。而BLE允许正在进行广播的设备连接正在扫描的设备，这有效避免了功耗的增加。
- 设备角色：BLE设备主要分为主机(Master或Central)和从机(Peripheral)两种角色。当主机和从机建立连接之后，才能相互收发数据。主机可以发起对从机的扫描连接。
2.2 BLE与传统蓝牙技术
优点：
- 低功耗
- 低成本
- 双模式（BLE和传统蓝牙协议同时运行）
缺点：
- 兼容性问题
- 技术更新速度
2.3 如何优化BLE功耗
- 调整连接参数：更新连接参数，减少发包间隔，以优化功耗。
- 优化广播和扫描模式：BLE设备的连接采用先进的Sniffer-Subrating模式，减速呼吸模式，以及优化保持设备连接信息的频率，这些都有助于达到优化功耗的目的。此外，BLE的无线传输仅在必要时唤醒以节省电量。
- 控制广播间隙、连接间隙和扫描窗口：合理设置广播间隙、连接间隙、从设备延迟、连接超时、扫描窗口和扫描间隙可以显著降低功耗。
- 使用低功耗蓝牙技术：启用BLE的设备，并利用其省电功能，如LE radio在发送或收听数据时快速执行必要的任务，然后断开连接，以减少功耗。
- 优化协议栈和缩短无线开启时间：通过优化协议栈来降低工作周期，同时，只需3个”广告”信道用于数据传输，其余用于广告，这样可以缩短无线开启时间，降低功耗。
- 配置模块参数：在低功耗控制领域应用中，对模块进行适配配置，包括启用广播功能、设置连接间隙、绑定MAC地址等步骤，这些配置有助于模块在断线后能快速与目标设备建立连接，并排除非法设备造成的干扰。
2.4 BLE设备安全性及风险
- 配对过程的安全问题：BLE设备在配对时，存在被动窃听、中间人攻击和身份追踪等安全问题。这些问题可能会导致用户隐私泄露或设备的非法控制。
- BLE欺骗攻击：BLE欺骗攻击，可以模拟BLE设备并将欺骗性数据提供给另一个先前配对的设备，这表明BLE协议中存在设计缺陷。
- 密钥安全性：如果密钥是人为选定的，就会大大增加被推测出来的风险。这意味着在设计BLE安全机制时，需要特别注意密钥的选择和管理。
- 无线传输中的数据安全：在无线传输中，保障数据安全需要运用各种密码技术。虽然具体的技术细节未在证据中提及，但这强调了在BLE环境下使用密码技术的重要性。
- 身份保护机制：物联网应用中，对未经授权的设备隐藏设备身份的机制对于保护用户免受破坏者跟踪其物理位置至关重要。
- 实时检测安全风险：蓝牙mesh网络等技术提供了实时检测安全风险的机制，这对于保障物联网设备的安全性至关重要。
- 新型蓝牙攻击防护：新型的BLE攻击可能导致物联网终端和医疗、金融等领域的设备”停摆”，因此需要通过检测和防护措施来应对这些攻击。
2.5 关键术语和概念
- 通用属性配置文件(GATT)：GATT配置文件是一个通用规范，用于在BLE链接上发送和接收称为”属性”的短信息。GATT支持目前所有的BLE应用配置文件。
- 通用访问配置文件(GAP)：GAP对BLE设备来说是强制性的，因为它定义了一个框架，用于实现设备发现、安全、连接和相关网络技术。这定义了连接可以实现的角色。
- 配置文件：配置文件可以是显示工具在特定应用中如何工作的规范。请注意，一个工具可以实现相当一个配置文件。例如，一个工具可以包含一个生命体特征检测器和电池水平检测器。
- 属性协议(ATT)：ATT是指通信协议，而GATT是在ATT基础之上制定的。ATT被优化以在BLE设备上运行，并尽可能地使用少量字节。每个属性都由一个通用唯一标识符(UUID)来唯一标识。这个UUID可以是标准化的128位字符串格式，用于唯一标识信息。ATT传输的属性被格式化为特征和服务。
- 特征：GATT交易中最低级别的概念是特性，它封装了一个数据。与服务类似，每个特性通过一个预先定义的16位或128位UUID来区分自己。
- 描述符：描述符是描述一个特性值的定义属性。
- 服务：服务习惯于将数据分解成逻辑实体，并包含称为特性的特定信息块。一个服务可以有一个或多个特征。每个服务都使用一个称为UUID的单一数字ID将自己与其他服务区分开来，UUID可以是16位或128位。
2.6 历史版本
| 版本 | 主要功能 |
|---|---|
| 1.1 | 传输率约在748~810kb/s，因为是早期设计，容易受到同频率之间的类似通信产品干扰，影响通讯质量；单工。 |
| 1.2 | 同样是只有748~810kb/s的传输速率，但增加了抗干扰跳频功能；单工。 |
| 2.0 | 2.0是1.2的改良提升版，传输率约在1.8M/s~2.1M/s，可以有(双工)的工作方式 |
| 2.1 | 为了改善蓝牙技术存在的问题，蓝牙SIG组织(Special InterestGroup)推出了Bluetooth 2.1+EDR版本的蓝牙技术。改善装置配对流程；以往在连接过程中，需要利用个人识别码来确保连接的安全性，而改进过后的连接方式则是会自动使用数字密码来进行配置与连接。 |
| 3.0+HS | 2009年4月21日，蓝牙高速版，传输速率可达24Mbps。 |
| 4，0 | 支持低功耗；AES-128加密，将传统蓝牙技术、高速蓝牙技术和低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy，简称BLE)技术集成为一体。 |
| 4.1 | IoT相关的特性增强。 |
| 4.2 | 2014年12月4日，支持IPv6；隐私保护；加密算法升级；DLE支持。 |
| 5.0 | 2016年6月16日在伦敦正式发布，为现阶段最高级的蓝牙协议标准；·4 X Range·2 X Speed·800% Broadcast Capacity |
3. RF(射频技术)
3.1 RF介绍
射频技术(RF)是Radio Frequency的缩写。较常见的应用有无线射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)，常称为感应式电子晶片或接近卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。其原理为由发射器发射一特定频率的无线电波能量给接收器，用以驱动接收器电路将内部的代码送出，此时扫描器便接收此代码。
接收器的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故不怕脏污，且晶片密码世界唯一无法复制，安全性高、长寿命。RFID的应用非常广泛，典型应用有动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理等。
RFID标签有两种：有源标签和无源标签。
3.2 信号捕捉与预处理
射频接收电路中，信号捕捉与预处理的具体技术包括但不限于以下几种：
- 低噪声放大：射频前端需要对天线单元接收到的小信号进行低噪声方法，以提高信号的信噪比(SNR)，这是信号捕捉过程中的一个重要步骤。
- 滤波：在信号被放大后，通常会通过滤波器来去除不需要的频率成分，只保留有用信号。这有助于减少干扰并提高信号的质量。
- 数字预失真(Digital Pre-Distortion，DPD)：DPD是一种用于补偿收发器中信号失真的技术。它通过数学模型来预测和校正信号在传输过程中可能发生的失真，从而提高通信系统的性能。
- 射频指纹识别：利用发射器的电路级可变性，使用它们发送的信号来识别它们。这种方法可以用于识别特定的发射器或设备，尽管它主要用于发射端，但在接收端也可以通过分析接收到的信号来进行一些形式的识别。
- 软件处理信号：在捕获信号后，可以通过软件对信号进行详细分析和处理。例如，可以搜索信号以寻找特定干扰类型，并应用软件处理信号，以仿真其他干扰场景。
- I/Q处理：I/Q(In-phase and Quadrature)处理是一种数字信号处理技术，用于处理复数信号。在射频接收电路中，I/Q处理可以帮助实现更复杂的信号处理算法，如调制解调、滤波等。
- 专用低噪声放大器(LAN)：对于许多RF天线情况，专用LAN是将接收信号电平提高到可用值的最佳或唯一方法。这种LAN通常针对特定频段进行定制，能够在最小影响SNR的情况下提高信号强度。
3.3 天线设计原理和类型
设计原理：
射频天线的主要作用是将电能以电磁波的形式传输到空气中。例如，在RFID技术中，天线通过感应读写器的射频场来获取电源，并通过射频前端电路检测带信息的感应电流。这说明天线设计的一个重要方面是如何有效地转换电能为电磁波，并确保信号的有效传输。
天线类型：
- 偶极天线：是最常见的射频天线类型之一，广泛用于无线电通信或其他射频天线设计中。偶极天线的工作原理及其应用被广泛讨论，它通过形成整个天线的辐射元件来实现信号的发射和接收。
- 单极天线、方向性天线(如Yagi天线)等也是常见的天线类型。这些天线类型各有特点，例如方向性天线适用于远距离通信，因为它们能够产生窄波束。
- 天线阵列：通过多个天线协同工作，可以提高无线信号的传输质量和距离。这种类型的天线通过优化各个天线之间的相互作用，实现更有效的信号覆盖和接收。
3.4 扩频技术
工作原理：扩频技术的工作原理主要是通过将信息信号的带宽展宽，然后对载频进行调制，最后通过射频功率放大后送至天线发射。这样做的目的是为了在接收端采用相关检测的方法来解扩，从而使得有用宽带信息信号恢复成窄带信号。具体到跳频扩频技术，它是通过载波频率按照一个编码序列产生的图形以离散增量变动，所有可能的载波频率的集合称为跳频集。数字信息与二进制伪码序列模2相加后，去离散地控制射频载波振荡器的频率，以此来实现扩频。
优势：发射功率密度低，不易对其他设备造成干扰；保密性高，被截获的可能性低；抗干扰能力强，对同频干扰及各种噪声具有极强的抑制能力；此外，扩频技术还具有成本低、频点问题容易处理等优点。
3.5 电磁波的产生
- 射频信号通过射频发射器产生。
- 发射电路将直流电能转换为高频电磁波信号。
3.6 射频频率范围
- 频率范围从3000KHz~300GHz之间。
3.7 射频电流
- 射频电流是一种高频交流变化电磁波。
3.8 射频接收与发射
- 接收时把基站发送来的电磁波转为微弱交流电流信号。
- 发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。
3.9 射频电路的工作原理
- 振荡电路实现射频信号的产生，如晶体振荡器、LC振荡器。
3.10 射频模块的工作原理
- 使用无线电频率工作，数字数据被表示为载波波幅度的变化。
4. NFC
4.1 NFC介绍
近场通信(Near-field communication，NFC)，又称近距离无线通信、近距离通信，是一套通信协议，让两个电子设备(其中一个通常是移动设备，例如智能手机)在相距几厘米内进行通信。
4.2 NFC应用
NFC技术的应用场景非常广泛，包括但不限于移动支付、门禁控制、交通卡使用、信息共享等。例如，用户可以通过NFC功能将手机变成交通卡，方便快捷地乘坐公共交通工具。此外，NFC还可以用于模拟银行卡或门禁卡，实现快速支付和进入建筑物等功能。NFC技术支持的数据传输不仅限于金融交易，还可以用于分享照片、音乐文件、联系信息等。
4.3 NFC工作模式
NFC(近场通信)技术由RFID(非接触式射频识别)演变而来，由飞利浦半导体(现恩智浦半导体)、诺基亚和索尼共同于2004年研制开发，其基础是RFID及互连技术。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20厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。目前近场通信已通过成为ISO/IEC IS 18092国际标准、EMCA-340标准与ETSI TS 102 190标准。NFC采用主动和被动两种读取模式。
每一个完整的NFC设备可以用三种模式工作：
- 卡模拟模式(Card emulation mode)：这个模式其实就是相当于一张采用RFID技术的IC卡。可以替代现在大量的IC卡(包括信用卡)场合商场刷卡、IPASS、门禁管制、车票、门票等等。此种方式下，有一个极大的有点，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。NFC设备若要进行卡片模拟(Card Emulation)相关应用，则必须内置安全组件(Security Element, SE)之NFC芯片或通过软件实现主机卡模拟(Host Card Emulation, HCE)。
- 读卡器模式(Reader/Writer mode)：作为非接触读卡器使用，比如从海报或者展览信息电子标签上读取信息。
- 点对点模式(P2P mode)：这个模式和红外线差不多，可用于数据交换，只是传输距离较短，传输建立速度较快，传输速度也快些，功耗低(蓝牙也类似)。将两个具备NFC功能的设备链接，能实现数据点对点传输，如下载音乐、交换图片或者同步设备地址簿。因此通过NFC，多个设备如数位机、PDA、计算机和手机之间都可以交换资料或者服务。
4.4 NFC与蓝牙
| NFC | 蓝牙 | 低功率蓝牙 | |
|---|---|---|---|
| RFID兼容 | ISO 18000-3 | active | active |
| 标准化机构 | ISO/IEC | Bluetooth SIG | Bluetooth SIG |
| 网络标准 | ISO 13157 etc. | IEEE 802.15.1 | IEEE 802.15.1 |
| 网络类型 | Point-to-point | WPAN | WPAN |
| 加密 | not with RFID | available | available |
| 范围 | < 0.2 m | ~10 m (class 2) | ~1 m (class 3) |
| 频率 | 13.56 MHz | 2.4-2.5 GHz | 2.4-2.5 GHz |
| Bit rate | 424 kbit/s | 2.1 Mbit/s | ~1.0 Mbit/s |
| 设置程序 | < 0.1 s | < 6 s | < 0.006 s |
| 功耗 | < 15mA (read) | varies with class | < 15 mA (xmit) |
NFC和蓝牙都是短距离通信技术，而且都集成到移动电话。但NFC不需要复杂的设置程序，NFC也可以简化蓝牙连接。
NFC略胜蓝牙的地方在于设置程序较短，但无法达到低功率蓝牙(Bluetooth Low Energy)的传输速率。在两台NFC设备相互连接的 设备识别过程中，使用NFC来替代人工设置会使建立连接的速度大大加快：少于十分之一秒。NFC的最大资料传输量424 kbit/s远小于Bluetooth V2.1(2.1 Mbit/s)。虽然NFC在传输速度与距离上比不上蓝牙(小于20 cm)，但相应可以减少不必要的干扰。这让NFC特别适用于设备密集而传输变得困难的时候。
相对于蓝牙，NFC兼容于现有的被动RFID(13.56 MHz ISO/IEC 18000-3)设施。NFC的能量需求更低，与蓝牙V4.0低功耗协议类似。当NFC在一台无供电设备(比如一台关机的手机、非接触式只能信用卡、或是智能海报)上工作时，NFC的能量消耗会要大于低功率蓝牙V4.0。
对于移动电话或是行动消费性电子产品来说，NFC的使用比较方便。NFC的短距离通信正是其优点，由于耗电量低，一次只和一台机器链接，拥有较高的保密性与安全性，NFC有利于信用卡交易时避免被盗用。NFC的目标并非是取代蓝牙等其他无线技术，而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。
4.5 安全性实现
- 实体鉴别(MEAU)：这是一种给空口安全技术，它从链路层解决了近场通信的安全通信问题。实体鉴别能够有效防止伪造、窃听和篡改等攻击，适用于非接卡、NFC设备等多种应用场景。
- 加密技术：NFC标签使用加密技术来保护数据，防止未经授权的访问。这包括确保加密算法和密钥管理的安全性。
- 安全元件(SE)：在硬件方面，NFC行动支付的安全机制主要依赖于安全元件(SE)架构。安全元件是一种专用的硬件组件，用于存储安全相关的数据和执行加密操作，从而增强系统的安全性。
- HCE(Host-based Card Emulation)：将Security Element置于智能USIM卡中，利用USIM卡STK/USAT应用或终端客户端的方式实现业务逻辑和用户交互功能，进一步增强了NFC技术的安全性。
- USIM卡中的Security Element：将Security Element置于智能USIM卡中，利用USIM卡STK/USAt应用或终端客户端的方式实现业务逻辑和用户交互功能，进一步增强了NFC技术的安全性。
4.6 NFC数据截获问题
解决NFC通信中的数据截获问题，可以采取以下几种方法：
- 硬件加密与软件加密组合：通过使用SE芯片进行硬件加密和软件加密的结合方式，可以在极短的时间内完成数据(如ID与密钥等)的传递。这种快速的数据交换方式大大降低了黑客截获并破译无线电信号的可能性。
- 双向认证安全方案：采用适用于NFC移动设备的双向认证安全方案，可以有效解决伪造、重放攻击、窃听、篡改、异步攻击等多种安全问题。这种方案通过增强通信双方的身份验证过程，提高了数据传输的安全性。
- 限制通信距离：NFC技术的有效通信距离通常在10cm以内，这有助于减少数据被其他接收器窃取或恶意读取的风险。通过限制通信距离，可以在物理层面上降低数据截获的可能性。
- 采用新一代安全认证解决方案：例如，恩智浦提供的全新单芯片NFC解决方案，不仅提供安全性，还包括双模式篡改状态检测和无电池感测功能。这些高级功能有助于提高NFC应用的安全性，从而减少数据截获的风险。
- 支持多种协议和标准：例如，汽车NFC安全门禁解决方案支持ISO/IEC 14443 A/B、FeliCa和ISO/IEC 15693等多种协议，以及符合ISO/IEC 18092标准的P2P无源启动器模式。这种多协议和多标准的支持有助于提高系统的兼容性和安全性，进一步降低数据截获的风险。
- 遵循国际安全标准：中国自主创新为NFC近场通信提供的接入鉴别和安全数据传输机制，已经成为欧洲标准。这表明，遵循国际安全标准和最佳实践是提高NFC技术安全性的重要途经。
4.7 优劣对比
NFC(近场通信)技术与其他无线通信技术(如Wi-Fi、蓝牙)相比，具有独特的优势和劣势。
优势：
- 安全性高：NFC的通讯距离较短，且速度不如蓝牙快，这使得其在移动支付等场景下更加安全可靠。另外，由于NFC只支持近距离数据传输，这保证了在移动支付通信时数据传输的高度保密性与安全性。
- 便捷性好：NFC技术简化了设备间的连接过程，不需要复杂的设置程序，可以提供类似简化版蓝牙的功能。这种便捷性使得用户在日常生活中使用NFC进行快速交易或标签识别变得更加方便。
劣势：
- 传输距离有限：NFC的工作范围大约只有一英寸或两英寸，这意味着它适用于短距离的通信。相比之下，蓝牙和Wi-Fi的传输距离更远，适用范围更广。
- 高耗电：NFC技术在运行时可能会消耗较多的电量，这对于电池续航能力有较高要求的应用场景来说可能是一个缺点。
- 数据容量有限：NFC的数据传输能力相对较弱，这限制了其在需要大量数据传输的应用场景中的使用。
- 受环境干扰：NFC技术可能会受到环境因素的影响，如金属物体的存在可能会干扰通信信号。
- 安全性挑战：尽管NFC在安全性方面有一定的优势，但是在某些情况下仍可能存在安全挑战，需要进一步加强保护措施。
5. ZigBee
5.1 ZigBee介绍
ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网络协议，底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网络节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、可靠、安全。
5.2 ZigBee网络
ZigBee网络由协调器、路由器和终端设备组成。协调器是网络的核心节点，负责网络的构建、维护和管理，而路由器节点则负责数据的传输。这种结构使得ZigBee网络具有自组织的特点，即在没有中央管理的情况下，设备可以自动形成网络并进行通信。
此外，ZigBee技术支持多种拓扑结构和网络节点类型，包括协调器节点、路由器节点和终端节点，其中协调器节点负责建立网络并配置接收和发送功能。这种技术的最大特点是低功耗，并具有网络功能，适合嵌入到各种电子设备中。ZigBee技术的设计初衷是为了满足工业自动化领域对低数据量、低成本、高可靠性的无线数据通信要求。
5.3 ZigBee网络自组织特性
ZigBee网络的自组织特性是通过其网状拓扑结构、自修复能力以及高效的路由协议共同实现的，这些特性使得ZigBee网络能够在无需中央控制器的情况下，支持大规模节点的连接和高效的数据传输。具体来说，ZigBee网络能够通过”多级跳”的方式来通信，这意味着数据可以从一个节点跳转到另一个节点，直到达到目的地，从而形成一个复杂的网络。此外，ZigBEe技术还具有自修复的能力，即当网络中出现故障或节点失效时，网络可以自动调整，重新建立连接，确保数据传输的连续性和可靠性。
ZigBee网络的自组织能力还体现在其路由协议上。网络层提供的路由探索功能使得网络能够找到信息传输的最优化路径，这有助于提高数据传输的效率和减少延迟。自组织网络的另一个特点是自发生产网络，即在没有外部控制的情况下，设备能够自动识别彼此并建立连接，有效解决了信号覆盖不到的问题。
5.4 长距离通信限制
解决ZigBee技术在长距离通信中的限制，可以采取以下几种方法：
- 增加发射功率：通过增加ZigBee模块的发射功率来提高通信距离。这是提高通信距离的一种直接方法。
- 优化天线设计：优化天线设计可以提高ZigBee模块的接收灵敏度，进而提高通信距离。良好的天线设计对于信号的接收和传播至关重要。
- 使用网状网拓扑结构：ZigBee技术中使用网状网拓扑结构，支持自动路由，这有助于在网络中创建多个路径以绕过障碍物，从而提高通信范围。
- 减少障碍物：在部署ZigBee网络时，应尽量减少障碍物的数量和大小，因为障碍物会阻拦信号的传播，影响通信距离。
- 使用中继器：通过在网络中添加中继器，可以扩展ZigBee网络的覆盖范围。中继器能够接收来自一个节点的信号，并重新发送这些信号，从而帮助信号绕过障碍物或覆盖更远的距离。
- 利用Mesh网络的自愈能力：ZigBee技术的Mesh网络具有可”自愈”的能力，即使某些节点出现故障，网络也能自动调整，确保数据的连续传输。这种网络结构有助于在长距离通信中保持高可靠性。
- 调整功率输入：ZigBee技术支持功率测量，允许设备根据需要调整功率输入水平，减少节点之间的干扰并限制无线电活动。通过增加发射功率、优化天线设计、使用网状网拓扑结构、减少障碍物、使用中继器、利用Mesh网络的自愈能力和调整功率输入等方法可以有效解决ZigBee技术在长距离通信中的限制。
5.5 无线通信技术比较
| 方式 | Wi-Fi | ZigBee | 电力载波 | 蓝牙 |
|---|---|---|---|---|
| 传输距离 | 10-30m | 50-300m | 500m | 1-10m |
| 传输速率 | 9.6Gbps | 250kbps | 1000Mbps | 2Mbps |
| 功耗 | 10-50mA | 5mA | ZigBee和Wi-Fi之间 | |
| 特点 | 应用最广 | 可自组网，网络节点数最大可达65000个。 | 可基于电力线传输，无需布线。 | 现时智能手机、智能手表、电脑必备设备，已成为无线键盘、无线鼠标、无线免提无线扬声器等之主流连接技术 |
5.6 ZigBee优势
- 更广的覆盖范围：虽然ZigBee在不加功率放大器的情况下基本能做到100米的传输距离，但其理论上最大可接入65000个设备，这显示了其在构建大规模网络方面的潜力。相比之下，蓝牙5标准的覆盖范围是蓝牙4.2的4倍，即300米，而Wi-Fi的覆盖范围通常更大，但也受限于设备支持和环境因素。
- 低功耗：ZigBee技术的一个显著特点是低功耗，这意味着它能够在电池供电的情况下运行更长时间，这对于需要长期部署的只能家居设备尤为重要。这一点与蓝牙相似，但Wi-Fi由于其较高的消耗，可能不如前两者适合电池供电的应用场景。
- 组网功能强大：ZigBee技术特别适合于构建复杂的网络结构，可以一跳一跳地向外衍生，每增加一个节点，就相当于增加了一个中继器，从而扩大通信范围。这种网络拓扑地优势使得ZigBee非常适合于需要大量设备协同工作的场景，如智能家居系统。
- 成本效益：ZigBee技术支持创建成本较低地低功率和小型数字无线电，这对于大规模部署来说是一个重要的考虑因素。尽管蓝牙也提供了低成本地解决方案，但ZigBee在某些情况下可能提供更高的性价比。
6. 参考资料
1 | WiFi无线技术的工作原理及应用简介 |
发布时间： 2024-02-27
最后更新： 2024-03-28
本文标题： 无线网络基础
本文链接： https://foxcookie.github.io/2024/02/27/无线网络基础/
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