1、ZigBee與藍牙的比較研究組員學號陳秋陽3212010032尹傳豪3212010014張建3212010036摘 要 ZigBee是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無線網絡技術。主要用于近距離無線連接。它依據802.15.4標準,在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器只需要很少的能量,以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器,所以它們的通信效率非常高。在樓宇自動化、工業監控領域具有廣闊的市場空間。而在ZigBee出現之前，藍牙技術毫無疑問是無線通信領域的領導者。本文將先對兩種技術進行介紹。然后在條件允許的情況下，設計一些簡單的實驗，更直

2、觀地對兩種技術進行比較。最后再通過對ZigBee和藍牙的主要技術特征和市場前景進行分析和比較。從而證明ZigBee和藍牙的關系是既互為補充有互相競爭。藍牙將不得不面臨極低功耗，極低成本的ZigBee的競爭。關鍵字： ZigBee；藍牙；短距離無線通信引言ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制、傳感、監控和遠程控制等領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。IEEE802.15.4工作組定義了一種廉價的供固定、便攜或移動設備使用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線連接技術。ZigBee聯盟在制定ZigBee標準時，采用了IEEE

3、802.15.4作為其物理層和媒體接入層規范。在其基礎之上，ZigBee聯盟制定了數據鏈路層（DLL）、網絡層（NWK）和應用編程接口（API）規范，并負責高層應用、測試和市場推廣等方面的工作。藍牙也是一種短距離無線通信技術，自藍牙規范發布以采，它在越來越多的領域得到了應用。比如工業自動控制、家庭自動化、電信級的音頻傳輸、PDA、手機和PC機外設等。在ZigBee和藍牙的關系上，ZigBee聯盟認為ZigBee和藍牙是互為補充，而不是互相競爭。本文將圍繞技術和市場兩個方面來分析ZigBee和藍牙這兩種短距離無線通信技術，證明藍牙將在某些應用方面面臨ZigBee技術的競爭。最后，對ZigBee和

4、藍牙的應用和發展提出了建議。1. ZigBee1.1 ZigBee技術概述1.1.1 ZigBee技術介紹Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術就是ZigBee技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。ZigBee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，在整個網絡范圍內，每一個ZigBee網絡數傳模塊之間可以相互通信，每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。 與移

5、動通信的CDMA網或GSM網不同的是，ZigBee網絡主要是為工業現場自動化控制數據傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。而移動通信網主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個ZigBee網絡節點不僅本身可以作為監控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數據采集和監控，還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料。除此之外，每一個ZigBee網絡節點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內，和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。1.1.2 ZigBee技術的主要優點(1) 低功

6、耗: 由于ZigBee的傳輸速率低,發射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee設備非常省電。據估算，ZigBee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設備望塵莫及的。 (2) 成本低： ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.52.5美元, 并且ZigBee協議是免專利費的。低成本對于ZigBee也是一個關鍵的因素。 (3) 時延短: 通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如

7、工業控制場合等)應用。 (4) 網絡容量大： 一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備， 一個區域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡, 而且網絡組成靈活。 (5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避開了發送數據的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式， 每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。 (6) 安全： ZigBee提供了基于循環冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能,支持鑒權和認證， 采用了AES-128的加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。1.1.3

8、ZigBee技術的主要應用家庭和樓宇網絡：空調系統的溫度控制、照明的自動控制、窗簾的自動控制、煤氣計量控制、家用電器的遠程控制等 工業控制：各種監控器、傳感器的自動化控制 商業：智慧型標簽等 公共場所：煙霧探測器等 農業控制：收集各種土壤信息和氣候信息 醫療：老人與行動不便者的緊急呼叫器和醫療傳感器等。1.2 ZigBee技術分析1.2.1物理層 物理層提供的服務是由硬件和軟件共同實現的，定義了物理無線信道(對于2.4GHz頻段，有16個信道，編號為11-26)和MAC子層之間的接口，提供物理層數據服務(PLDE)和物理層管理服務(PLME)。通過該接口可以喚醒層管理服務功能，同時也負責維護與

9、物理層相關的一些管理對象的數據庫(PIB)。物理層通過物理層數據服務接入點(PD-SAP)和物理層管理實服務接入點(PLME-SAP)與MAC層通信，PD-SAP支持在對等的MAC層實體間進行MAC協議數據單元傳送，PLME-SAP則在MAC層管理實體之間提供管理命令的傳送。物理層主要完成如下任務：1無線收發機的激活與關閉：2當前信道的能量檢澳1(Energy Detect，ED)；3接受數據包的鏈路質量標識(LQI)；4為載波偵聽多路訪問沖突防止(CSMS-CA)提供空閑信道評估(CCA)：5工作信道選擇；6數據發送和接收。信道能量檢測為網絡層提供信道選擇依據，其值取值范圍是0x00-0xF

10、F。它主要測量目標信道中接受信號的功率強度，鏈路質量標識為網絡層或應用層提供接受數據幀無線信號的強度和質量信息。1.2.2MAC層與物理層類似，MAC層也包括管理實體(MLME)和數據實體(MLDE)。MAC層管理實體提供可以喚醒MAC層管理服務的服務接口，同時也維護一個與MAC層相關的管理對象數據庫(MIB)。MAC層與物理層之間通過PLME-SAP和PD-SAP進行通信，通過MAC數據實體服務點(MLDE-SAP)和MAC層管理實體服務接入點(MLME-SAP)向業務相關子層提供MAC層數據和管理服務。另外，MAC層能支持多種LLC標準，通過業務相關會聚子層(SSCS)協議承載8022類型

11、的LLC標準。MAC層功能如下：1當節點為網絡協調器時，產生信標(beacon)幀；2在信標幀之間進行同步；3支持個人區域網(PAN)的關聯與解關聯；4支持節點安全機制；5對信道接入使用CSMA-CA機制；6處理和維護有保證的時隙(GTS)機制；7在兩個對等的MAC實體問提供可靠的鏈接。Zigbee中的MAC和物理層協議是網狀網絡的應用基礎，高容錯和低功耗的特點能保證網狀網絡所必須考慮基于拓撲控制和功率控制的網絡白組特性。而且對于經典的隱藏終端和暴露終端問題、協議的接入公平性問題、服務質量問題等都有良好的解決。在網狀網絡中，MAC層的傳輸調度策略會影響數據包延遲、帶寬等性能，影響網絡層路由性能

12、，所以網絡層必須感知MAC層性能的變化，才可以自適應的方式改變路由，改善網絡性能。1.2.3網絡層網絡層對于Zigbee協議棧非常重要，每一個Zigbee節點都包含網絡層，Zigbee網絡層主要實現組建網絡，為新加入網絡訪分配地址、路由發現、路由維護等。另外網絡層還提供一些必要的函數，確保ZigBee的MAC層正常工作，并且為應用層提供合適的服務接口，這種結構使得網狀網絡的應用基本能夠實現。為了向應用層提供其接口，網絡層提供了兩個必須的功能服務實體，它們分別為網絡數據服務實體(NLDE)和管理服務實體(NLME)。NLDE通過網絡層數據服務實體服務接入點(NLME-SAP)提供數據傳輸服務，網

13、絡層管理實體(NLME)通過網絡層管理實體服務接入點(NLME-SAP)提供網絡管理服務。網絡層管理實體利用網絡層數據實體完成一些網絡的管理工作，并且，網絡層管理實體完成對網絡信息庠(NIB)的維護和管理。1.2.4應用層ZigBee應用層由三個部分組成：應用子層(APS)、ZDO(包含ZDO管理平臺)和制造商定義的應用對象(App Obj)。APS通過網絡層和安全服務提供層與端口相接，并為數據傳送、安全和綁定提供服務，可以適配不同但兼容的節點，并且提供了這樣的接口：在NWK層和APL層之間，從ZDO到供應商的應用對象的通用服務集。ZigBee中的應用框架(APL Framework)是為駐扎

14、在ZigBee節點中的應用對象提供活動的環境。最多可以定義240個相對獨立的應用程序對象(ZDO)，任何個對象的端點編號從l到240，端點號0固定用于ZDO數據接口，應用程序可以通過這個端點與ZigBee協議棧的其它層通信：另外個端點255固定用于所有應用對象廣播數據的數據接口功能。端點241-254保留(給為了擴展使用)，用戶不能使用。1.2.5 zigbee網絡拓撲結構Zigbee網絡只支持2種物理設備；全功能設備(FFDFull Function Device)和精簡功能設備(RFD，Reduced FunctionDevice)，其中FFD設備可提供全部的MAC服務，可充當任何Zigb

15、ee節點，不僅可阻發送和接收數據，還具備路由功能，因此可以接收子節點；而RFD設備只提供部分的MAC服務，只能充當終端節點，不能充當協調器和路由節點，它只負責將采集的數據信息發送給協調器和路由節點，并不具備路由功能，因此不能接收子節點，并且RFD之間的通信必須通過FFD才能完成。另外，RFD僅需要使用較小的存儲空間，這樣就可以非常容易的組建一個低成本和低功耗的無線通信網絡。Zigbee標準在此基礎上定義了三種節點：Zigbee協調點(Coordinator)、路由節點(Router)和終端節點(EndDevice)。Zigbee協議標準中定義了三種網絡拓撲形式，分別為星形拓撲、樹形拓撲和網狀拓

16、撲。星形網絡是三種拓撲結構中最簡單的，因為星形網絡沒用到Zigbee協議棧，只要用802.15.4的層就可以實現。網絡由一個協調器和一系列的FFDRFD構成，節點之間的數據傳輸都要通過協調器轉發。節點之間的數據路由只有唯一的一個路徑，沒有可選擇的路徑，假如發生鏈路中斷時，那么發生鏈路中斷的節點之間的數據通信也將中斷，此外協調器很可能成為整個網絡的瓶頸。在樹形網絡中，FFD節點都可以包含自己的子節點，而RFD則不行，只能作為FFD的子節點，在樹形拓撲結構中，每一個節點都只能和他的父節點和子節點之間通信，也就是說，當從一個節點向另一個節點發送數據時，信息將沿著樹的路徑向上傳遞到最近的協調器節點然后

17、再向下傳遞到目標節點。這種拓撲方式的缺點就是信息只有唯一的路由通道，信息的路由過程完成是由網絡層處理，對于應用層是完全透明的。網狀網絡除了允許父節點和子節點之間的通信，也允許通信范圍之內具有路由能力的非父子關系的鄰居節點之問進行通信，它是樹形網絡基礎上實現的，與樹形網絡不同的是，網狀網絡是一種特殊的、按接力方式傳輸的點對點的網絡結構，其路由可自動建立和維護，并且具有強大的自組織、自愈功能，網絡可以通過“多級跳”的方式來通信，可以組成極為復雜的網絡，具有很大的路由深度和網絡節點規模。該拓撲結構的優點是減少了消息延時，增強了可靠性，缺點是需要更多的存儲空間的開銷。2. 藍牙（Bluetooth）技

18、術2.1藍牙技術概述2.1.1藍牙技術介紹藍牙，是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網Internet之間的通信，從而數據傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍牙采用分散式網絡結構以及快跳頻和短包技術，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業、科學、醫學）頻段。其數據速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸。藍牙技術是一種無線數據與語音通信的開放性全球規范，

19、它以低成本的近距離無線連接為基礎，為固定與移動設備通信環境建立一個特別連接。藍牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業、科學、醫學）頻段。藍牙的數據速率為1Mb/s。時分雙工傳輸方案被用來實現全雙工傳輸。 使用IEEE802.15協議。2.1.2藍牙技術的優點（1）全球可用Bluetooth 無線技術規格供我們全球的成員公司免費使用。許多行業的制造商都積極地在其產品中實施此技術，以減少使用零亂的電線，實現無縫連接、流傳輸立體聲，傳輸數據或進行語音通信。Bluetooth 技術在 2.4 GHz 波段運行，該波段是一種無需申請許可證的工業、科技、醫學 (ISM) 無線電波段。正因如此，使用

20、 Bluetooth 技術不需要支付任何費用。但您必須向手機提供商注冊使用 GSM 或 CDMA，除了設備費用外，您不需要為使用 Bluetooth 技術再支付任何費用。 (2)設備范圍Bluetooth 技術得到了空前廣泛的應用，集成該技術的產品從手機、汽車到醫療設備，使用該技術的用戶從消費者、工業市場到企業等等，不一而足。低功耗，小體積以及低成本的芯片解決方案使得 Bluetooth 技術甚至可以應用于極微小的設備中。請在 Bluetooth 產品目錄和組件產品列表中查看我們的成員提供的各類產品大全。 (3)易于使用Bluetooth 技術是一項即時技術，它不要求固定的基礎設施，且易于安裝

21、和設置。您不需要電纜即可實現連接。新用戶使用亦不費力 您只需擁有 Bluetooth 品牌產品，檢查可用的配置文件，將其連接至使用同一配置文件的另一 Bluetooth 設備即可。后續的 PIN 碼流程就如同您在 ATM 機器上操作一樣簡單。外出時，您可以隨身帶上您的個人局域網(PAN)，甚至可以與其它網絡連接。 (4)全球通用的規格Bluetooth 無線技術是當今市場上支持范圍最廣泛，功能最豐富且安全的無線標準。全球范圍內的資格認證程序可以測試成員的產品是否符合標準。自 1999 年發布 Bluetooth 規格以來，總共有超過 4000 家公司成為 Bluetooth 特別興趣小組 (S

22、IG) 的成員。同時，市場上 Bluetooth 產品的數量也成倍的迅速增長。產品數量已連續四年成倍增長，安裝的基站數量在 2005 年底也可能達到 5 億個。2.1.3藍牙技術的應用(1)居家通過使用 Bluetooth 技術產品，人們可以免除居家辦公電纜纏繞的苦惱。鼠標、鍵盤、打印機、膝上型計算機、耳機和揚聲器等均可以在 PC 環境中無線使用，這不但增加了辦公區域的美感，還為室內裝飾提供了更多創意和自由。 (2)工作通過 Bluetooth 無線技術，辦公室里再也看不到凌亂的電線，整個辦公室也像一臺機器一樣有條不紊地高效運作。PDA 可與計算機同步以共享日歷和聯系人列表，外圍設備可直接與計

23、算機通信，員工可通過 Bluetooth 耳機在整個辦公室內行走時接聽電話，所有這些都無需電線連接。(3)娛樂玩游戲、聽音樂、結交新朋、與朋友共享照片 越來越多的消費者希望能夠方便即時地享受各種娛樂活動，而又不想再忍受電線的束縛。Bluetooth 無線技術是唯一一種能夠真正實現無線娛樂的技術。內置了 Bluetooth 技術的游戲設備，讓您能夠在任何地方與朋友展開游戲競技 在地下通道、在飛機場或在起居室中。由于不需任何電線，玩家能夠輕松地發現對方 甚至可以匿名查找 然后開始令人愉快的游戲。2.2藍牙技術分析2.2.1藍牙系統的構成藍牙硬件結構有：無線層（頻率合成、bit到符號的轉換和過濾，以

24、及符號的收發操作;）、基帶層（編碼/解碼、加密/解密、分組處理和跳頻頻率的生成和選擇）、鏈路管理器層（鏈接的建立和鏈路的管理）、SOC模塊（藍牙基帶核心模塊、微處理器模塊、 HCI模塊、語音處理模塊和一些可選的測試模塊）、RF模塊（鎖相環(PLL)、發送模塊和接收模塊組成。發送和接收部分可以共享PLL，數據發送和接收在不同的時隙進行。根據給定的時間，PLL可在不同的載波頻率上跳變）。藍牙系統的功能單元一般由天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍牙軟件（協議棧）單元四個功能單元組成。（1）天線單元藍牙的天線部分體積十分小巧、重量輕，屬于微帶天線。藍牙空中接口建立在0dbm(1m

25、W)地基礎上，最大可達20dbm（100mW），遵循FCC(美國聯邦通信委員會)有關電平為0dbm 地ISM頻段地標準。（2）鏈路控制（硬件）單元目前藍牙產品的鏈路控制硬件單元包括3個集成芯片：連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸/接收器，此外還使用了35 個單獨調諧元件。基帶鏈路控制器負責處理基帶協議和其它一些低層常規協議。藍牙基帶協議是電路交換與分組交換地結合。采用時分雙工實現全雙工傳輸。（3）鏈路管理（軟件）單元鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數據設置、鑒權、鏈路硬件配置和其它一些協議。LM能夠發現其他遠端LM并通過LMP（鏈路管理協議）與之通信。（4）軟件（協議棧）單元 藍牙規范接口

26、可以直接集成到筆記本電腦或者通過PC卡或USB接口連接，或者直接集成到蜂窩電話中或通過附加設備連接。藍牙的軟件（協議棧）是一個獨立的操作系統，不與任何操作系統捆綁，它符合已經制定好的藍牙規范。適用于集中不同商用操作系統（Windows,unix,Pocket Pc等）地藍牙規范正在完善中。2.2.2藍牙技術原理藍牙技術是一種短距離無線電通信技術標準 ,它工作在 214GHz頻段、數據速為 1Mbit ,使用擴頻和跳頻技術 ,即使在噪聲環境中也可以正常地工作 ,其通信范圍約 10米。藍牙技術使用了一個極小的模塊 ,它內含無線電收發裝置 ,將其分別裝在信息處理設備、家用電器，移動電話中 ,就能自動

27、通過智能模式互通 ,自動同步交換高速數據信息。4它應該首先將自家的各種電器組成一個網絡 ,便于主人使用 ;當然也會進入電話網、互聯網,與外界溝通。藍牙主要采用以下核心技術 : （1）跳頻技術藍牙工作在全球通用的2.4GHzISM（即工業、科學、醫學）頻段。藍牙的數據速率為1Mbs。 ISM頻帶是對所有無線電系統都開放的頻帶，因此使用其中的某個頻段都會遇到不可預測的干擾源。例如某些家電、無繩電話、汽車房開門器、微波爐等等，都可能是干擾。為此，藍牙特別設計了快速確認和跳頻方案以確保鍵路穩定。跳頻技術是把頻帶分成若干個跳頻信道（hop channel），在一次連接中，無線電收發器按一定的碼序列（即一

28、定的規律，技術上叫做“偽隨機碼”，就是“假”的隨機碼）不斷地從一個信道“跳”到另一個信道，只有收發雙方是按這個規律進行通信的，而其它的干擾不可能按同樣的規律進行干擾；跳額的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴展頻譜技術使這個窄帶成百倍地擴展成寬頻帶，使干擾可能造成的影響變得很小。與其它工作在相同頻段的系統相比，藍牙跳頻更快，數據包更短，這使藍牙比其它系統都更穩定。(2)微微網和分散網 當兩個藍牙設備成功建立鏈路后，一個微微網便形成了，兩者之間的通信通過無線電波在79個信道中隨機跳轉而完成。微微網信道由一主單元標識（提供跳頻序列）和系統時鐘（提供跳頻相位）來定義，其它為從單元。每一藍牙無線系統有一本地時鐘

29、，沒有通常的定時參考。當一微微網建立后，從單元進行時鐘補償，使之與主單元同步，微微網釋放后，補償亦取消，但可存儲起來以便再用。一條普通的微微網信道的單元數量為8（1主7從），可保證單元間有效尋址和大容量通信。實際上，一個微微網中互聯設備的數量是沒有限制的，只不過在同一時刻只能激活8個，其中1個為主，7個為從。藍牙系統建立在對等通信基礎上，主從任務僅在微微網生存期內有效，當微微網取消后，主從任務隨即取消。每一單元皆可為主/從單元，可定義建立微微網的單元為主單元。除定義微微網外，主單元還控制微微網的信息流量，并管理接入。藍牙給每個微微網提供特定的跳轉模式，因此它允許大量的微微網同時存在，同一區域內

30、多個微微網的互聯形成了分散網。不同的微微網信道有不同的主單元，因而存在不同的跳轉模式。藍牙系統可優化到在同一區域中有數十個微微網運行，而沒有明顯的性能下降。藍牙時隙連接采用基于包的通信，使不同微微網可互聯。欲連接單元可加入到不同微微網中，但因無線信號只能調制到單一跳頻載波上，任一時刻單元只能在一微微網中通信。通過調整微微網信道參數（即主單元標志和主單元時鐘），單元可從一微微網跳到另一微微網中，并可改變任務。例如某一時刻在微微網中的主單元，另一時刻在另一微微網中為從單元。由于主單元參數標示了微微網信道的跳轉模式，因此一單元不可能在不同的微微網中都為主單元。跳頻選擇機制應設計成允許微微網間可相互通

31、信，通過改變標志和時鐘輸入到選擇機制，新微微網可立即選擇新的跳頻。為了使不同微微網間的跳頻可行，數據流體系中沒有保護時間，以防止不同微微網的時隙差異。在藍牙系統中，引入了保留（HOLD）模式，允許一單元暫時離開一微微網而訪問另一微微網。(3)時分多址（TDMA）的調制技術在1.0版本的技術標準中，藍牙的基帶比特速率為1Mb/s，采用TDD方案來實現全雙工傳輸，因此藍牙的一個基帶幀包括兩個分組，首先是發送分組，然后是接收分組。藍牙系統既支持電路交換也支持分組交換，支持實時的同步定向聯接（SCO）和非實時的異步不定向聯接（ACL）。SCO鏈路是微微網中單一主單元和單一從單元之間的一種點對點對稱的鏈

32、路。主單元采用按照規定間隔預留時隙（電路交換類型）的方式可以維護SCO鏈路。主單元可以支持多達三條并發SCO鏈路，而從單元則可以支持兩條或者三條SCO鏈路，SCO鏈路上的數據包不會重新傳送。SCO鏈路主要用于64 kB/s的語音傳輸。ACL鏈路是微微網內主單元和全部從單元之間點對多點鏈路。在沒有為SCO鏈路預留時隙的情況下，主單元可以對任意從單元在某一時隙的基礎上建立ACL鏈路，其中也包括了從單元已經使用某條SCO鏈路的情況（分組交換類型）。對大多數ACL數據包來說都可以應用數據包重傳。ACL鏈路主要以數據為主，可在任意時隙傳輸。(4)編址技術藍牙有4種基本類型的設備地址：BD_ADDER:B

33、D_ADDER是一個48位長地址，該地址符合IEEE802標識符，可劃分為LAP（24位地址低端部分），UAP（8位地址高端部分）和NAP（16位無意義地址部分）三部分。AM_ADDER:AM_ADDER是三位長的活動成員地址，所有的0信息AM _ADDER都用于廣播信息。AR_ADDER:AR_ADDER是訪問請求地址，被暫停狀態的從單元用地址來確定訪問窗口內從單元主單元半時隙，通過它發送訪問信息。 PM_ADDER:PM_ADDER是8位長的成員地址分配給處于暫停狀態的從單元使用。任一藍牙設備，都可以根據IEEE802標準得到一個唯一的48bit的BD_ADDER。它是一個公開的地址碼，可

34、以通過人工或自動進行查詢，在BD_ADDER的基礎上，使用一些性能良好的算法獲得各種保密和安全碼，從而保證了設備識別碼在全球的惟一性，以及通信過程中設備的鑒權和通信的安全保密。(5)安全性 藍牙技術的無線傳輸特性使它非常容易受到攻擊，因此安全機制在藍牙技術中顯得尤為重要。雖然藍牙系統所采用的跳頻技術已經提供了一定的安全保 障，但是藍牙系統仍然需要鏈路層和應用層的安全管理。在鏈路層中，藍牙系統使用認證、加密和密鑰管理等功能進行安全控制。在應用層中，用戶可以使用個人標 識碼（PIN）來進行單雙向認證。(6)糾錯技術 藍牙系統的糾錯機制分為FEC和包重發。FEC支持1/3率和2/3率FEC碼。1/3

35、率僅用3位重復編碼，大部分在接收端判決，既可用于數據 包，也可用于SCO連接的包負載。2/3率碼使用一種縮短的漢明碼，誤碼捕捉用于解碼，它既可用于SCO連接的同步包負載，也可用于ACL連接的異步包 負載。在ACL連接中，可用ARQ結構。在這種結構中，若接收方沒有響應，則發端將包重發。每一負載包含有一CRC，用來檢測誤碼。 為了減少復雜性，使開銷和無效重發為最小，藍牙執行快ARQ結構：發送端在TX時隙重發包，在RX時隙提示包接收情況。若加入2/3率FEC 碼，將得到I類混合ARQ結構的結果。由于處理時間短，當包接收時，解碼選擇在空閑時間進行，并要簡化FEC編碼結構，以加快處理速度。快速ARQ結構

36、與停止等待ARQ結構相似，但時延最小，實際上沒有由ARQ 結構引起的附加時延。該結構比向后N個ARQ更有效，并與重復選擇ARQ效率相同，但由于只有失效的包被重發，可減少開銷。在快速ARQ結構中，僅有1位序列號就夠了。3.ZigBee與Bluetooth 比較3.1 ZigBee與Bluetooth 主要特性對比3.2系統復雜性 ZigBee的系統復雜性要遠小于藍牙的系統復雜性。這可以從它們的協議棧的參考模型（圖1）中看出。ZigBee協議棧簡單，實現相對容易，需要的系統資源也較少，據估計運行ZigBee需要系統資源約28Kb；藍牙協議棧相對復雜，它需要系統資源約為250Kb。ZigBee定義了

37、兩種類型的設備：全功能設備FFD（Ful Functional Device）和簡化功能設備RFD（Reduced Function Device）。網絡為主從結構，一個網絡有一個網絡協調者（Coordinator）和最多可達65535個從屬設備。網絡協調者必須是FFD，它負責管理和維護網絡，包括路由、安全性、節點的附著與離開等。一個網絡只需要一個網絡協調者，其他終端設備可以是RFD，也可以是FFD。RFD的價格要比FFD便宜得多，其占用系統資源僅約為4Kb，因此網絡的整體成本比較低。從這一點來說，ZigBee非常適合有大量終端設備的網絡，如傳感網絡、樓宇自動化等。3.3安全性ZigBee采用

38、了分級的安全性策略：無安全性、接入控制表、32比特AES和128比特AES。如果系統是用于安全性要求不高的場景，可以選擇級別較低的安全措施，從而換取系統成本和功耗的降低；反之，在安全性要求較高的應用場景（如軍事），可以選擇較高的安全級別。這樣廠商可以綜合考慮功耗、系統處理能力、成本和應用環境等方面因素而采取適當的安全級別。ZlgBee分別在MAC層和NWK層采取了安全策略。在數據經過一跳就到達目的地時，ZigBee只用MAC層提供的安全機制；當在多跳的情況下，ZigBee就要依賴高層來保證安全。下面分述MAC層和NWK層的安全性。 MAC層安全套件（Security Suites）基于以下三種

39、操作模式：計數器（CTR，Counter）模式的AES加密、密碼塊鏈接模式（CBC-MAC，CiPher Block Chaining）的數據完整性、CTR和CBC-MAC相結合的加密和完整性（OW做CCM模式）。MAC層的AES加密算法可以保護MAC命令、信標、信息幀和應答幀的秘密性、完整性和真實性。MAC幀的頭部有一個比特用來指示MAC幀是否加密。每一個密鑰只與一個安全套件相關聯。為了保證數據完整性，MAC層計算頭部和凈荷數據得到一個消息完整碼（MIC，Message Integrity Code），其長度為4、8或16字節。同時，在每個MAC幀頭也都有一個幀編號，用于防止幀丟失和幀重傳。

40、密鑰的建立、安全操作模式的選擇和對處理過程的控制則由高層來負責。NWK層也使用AES，它的安全套件是基于CCM*操作模式。CCM*包括所有CCM的功能，同時提供只加密和只保證完整性的功能。使用CCM*允許單個密鑰用于不同的安全套件。因此一個密鑰并不只屬于單個安全套件，一個高層應用可以靈活地指定NWK所用的安全套件。NWK層負責安全處理，但對處理過程的控制則由高層通過建立密鑰和決定使用哪一種CCM*安全套件來實現。此外，幀序號和MIC也可以加在NWK幀中。藍牙協議在基帶部分定義了設備鑒權和鏈路數據流加密所需要的安全算法和處理過程。設備的鑒權是強制性的，所有的藍牙設備均支持鑒權過程，而鏈路的加密則

41、是可選擇的。藍牙設備的鑒權過程是基于問詢一響應模式和共享的加密方式。為了使藍牙鏈路的數據流具有隱蔽性，可以使用1比特的流密碼對鏈路進行加密。密鑰大小隨著每個基帶分組數據單元（BBPDU）傳輸而改變。加密密鑰可以從對設備鑒權中得到。這意味著，在使用鏈路加密之前，兩個設備之間至少已經進行了一次鑒權。密鑰的最大長度為128比特。從以上分析可以看出，ZigBee和藍牙在一定程度上都能夠保證安全性。但ZigBee比藍牙更為靈活，這更有利于控制系統成本。3.4可靠性信號在無線環境中傳輸，必然存在大尺度衰落、陰影衰落、多徑和干擾等問題。ZigBee、藍牙和WLAN（IEEE 802.11b）都是工作于2.4

42、GHz ISM頻段，相互間的干擾是不可避免的，因此保證可靠性尤為重要。下面分別討論ZigBee和藍牙為保證可靠性所采取的措施。ZigBee有三個工作頻段：2.4022.480GHz、868868.6MHz、902928MHz，共27個信道。信道接入方式采用CSMA-CA，能有效地減少幀的沖突。為抗干擾和多徑，ZigBee在物理層采用直接序列擴頻DSSS和頻率捷變FA技術。ZlgBee的DSSS在900MHz頻段采用了每符號15個碼片，在2.4GHz頻段采用了每符號32個碼片，這比IEEE 802.11b的DSSS所采用的每符號11個碼片有更強的抗干擾和多徑的能力。為了保證幀的正確傳輸，ZigBee在MAC層采用了兩個措施：自動請求重傳ARQ和幀緩存。當一幀傳給一個設備日寸，如果接受設備處于忙或者休眠狀態而不能接收該幀，那么網絡協調設備就暫時緩存該幀，直到收端能接收該幀。在網絡層，ZigBee支持網狀網，存在冗余路由，保證了網絡的健壯性。藍牙的工作在2.4022.480GHZ頻段，它采用了跳頻擴頻FHSS，在79個