ZigBee是一種近距離、低複雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合於自動控製、傳感、監控和遠程控製等領域，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複雜度、成本和功耗的低速率無線連接技術。ZigBee聯盟在製定ZigBee標準時，采用了IEEE802.15.4作為其物理層和媒體接入層規範。在其基礎之上，ZigBee聯盟製定了數據鏈路層（DLL）、網絡層（NWK）和應用編程接口（API）規範，並負責高層應用、測試和市場推廣等方麵的工作。
藍牙也是一種短距離無線通信技術，自藍牙規範發布以來，它在越來越多的領域得到了應用。比如工業自動控製、家庭自動化、電信級的音頻傳輸、PDA、手機和PC機外設等。
在ZigBee和藍牙的關係上，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這兩個方麵來分析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麵麵臨極低功耗、低成本ZigBee技術的競爭。最後， 對ZigBee和藍牙的應用和發展提出了建議。
2 係統複雜性
ZigBee的係統複雜性要遠小於藍牙的係統複雜性。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，需要的係統資源也較少，據估計運行ZigBee需要係統資源約28Kb；藍牙協議棧相對複雜，它需要係統資源約為250Kb。ZigBee定義了兩種類型的設備：全功能設備FFD（Full 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。一個網絡隻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，其占用係統資源僅約為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 安全性
ZigBee采用了分級的安全性策略：無安全性、接入控製表、32比特AES和128比特AES。如果係統是用於安全性要求不高的場景，可以選擇級別較低的安全措施，從而換取係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、係統處理能力、成本和應用環境等方麵因素而采取適當的安全級別。
ZigBee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隻用MAC層提供的安全機製；當在多跳的情況下，ZigBee就要依賴高層來保證安全。下麵分述MAC層和NWK層的安全性。
MAC層安全套件（Security Suites）基於以下三種操作模式：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，叫做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。每一個密鑰隻與一個安全套件相關聯。為了保證數據完整性，MAC層計算頭部和淨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，用於防止幀丟失和幀重傳。密鑰的建立、安全操作模式的選擇和對處理過程的控製則由高層來負責。
NWK層也使用AES，它的安全套件是基於CCM﹡操作模式。CCM﹡包括所有CCM的功能，同時提供隻加密和隻保證完整性的功能。使用CCM﹡允許單個密鑰用於不同的安全套件。因此一個密鑰並不隻屬於單個安全套件，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，但對處理過程的控製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(lan)牙(ya)協(xie)議(yi)在(zai)基(ji)帶(dai)部(bu)分(fen)定(ding)義(yi)了(le)設(she)備(bei)鑒(jian)權(quan)和(he)鏈(lian)路(lu)數(shu)據(ju)流(liu)加(jia)密(mi)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)安(an)全(quan)算(suan)法(fa)和(he)處(chu)理(li)過(guo)程(cheng)。設(she)備(bei)的(de)鑒(jian)權(quan)是(shi)強(qiang)製(zhi)性(xing)的(de)，所(suo)有(you)的(de)藍(lan)牙(ya)設(she)備(bei)均(jun)支(zhi)持(chi)鑒(jian)權(quan)過(guo)程(cheng)，而(er)鏈(lian)路(lu)的(de)加(jia)密(mi)則(ze)是(shi)可(ke)選(xuan)擇(ze)的(de)。藍(lan)牙(ya)設(she)備(bei)的(de)鑒(jian)權(quan)過(guo)程(cheng)是(shi)基(ji)於(yu)問(wen)詢(xun)－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（BB_PDU）傳(chuan)輸(shu)而(er)改(gai)變(bian)。加(jia)密(mi)密(mi)鑰(yao)可(ke)以(yi)從(cong)對(dui)設(she)備(bei)鑒(jian)權(quan)中(zhong)得(de)到(dao)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)，在(zai)使(shi)用(yong)鏈(lian)路(lu)加(jia)密(mi)之(zhi)前(qian)，兩(liang)個(ge)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)至(zhi)少(shao)已(yi)經(jing)進(jin)行(xing)了(le)一(yi)次(ci)鑒(jian)權(quan)。密(mi)鑰(yao)的(de)最(zui)大(da)長(chang)度(du)為(wei)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，這更有利於控製係統成本。
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、多徑和幹擾等問題。ZigBee、藍牙和WLAN(IEEE802.11b)都是工作於2.4GHzISM頻段，相互間的幹擾是不可避免的，因此保證可靠性尤為重要。下麵分別討論ZigBee和藍牙為保證可靠性所采取的措施。
ZigBee有三個工作頻段：2.402～2.480GHz、868～868.6MHz、902～928MHz，共27個信道。信道接入方式采用CSMA-CA，能有效地減少了幀的衝突。
為抗幹擾和多徑，ZigBee在物理層采用直接序列擴頻DSSS和頻率捷變FA技術 。ZigBee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IEEE802.11b的DSSS所采用的每符號11個碼片有更強的抗幹擾和多徑的能力。
為了保證幀的正確傳輸，ZigBee在MAC層采用了兩個措施：ARQ和he幀zhen緩huan存cun。當dang一yi幀zhen傳chuan給gei一yi個ge設she備bei時shi，如ru果guo接jie受shou設she備bei處chu於yu忙mang或huo者zhe休xiu眠mian狀zhuang態tai而er不bu能neng接jie收shou該gai幀zhen，那na麼me網wang絡luo協xie調tiao設she備bei就jiu暫zan時shi緩huan存cun該gai幀zhen，直zhi到dao收shou端duan能neng接jie收shou該gai幀zhen。
在網絡層，ZigBee支持網狀網，存在冗餘路由，保證了網絡的健壯性。
藍牙的工作在2.402～2.480GHz頻段，它采用了跳頻擴頻FHSS,在79個信道上每秒鍾1600次跳頻，查尋狀態時，跳變速率為每秒3200跳，有效地降低了幹擾。
在差錯控製方麵，基帶控製器采用三種檢糾錯方式：1/3前向糾錯編碼（FEC）、2/3前向糾錯編碼和自動請求重傳（ARQ）。分組報頭含有重要的連接信息和糾錯信息，始終采用1/3FEC方式保護性傳輸。
5 功耗
低功耗是ZigBee的一個重要特征。在一個典型的ZigBee傳感網絡中，一塊普通堿性電池可以供ZigBee設備工作六個月到兩年！下麵討論ZigBee獲得低功耗的方法。
ZigBee的MAC信道接入機製有兩種：無信標（Beacon）模式和有信標模式。
無信標模式就是標準的ALOHACSMA-CA的信道接入機製，終端節點隻在有數據要收發的時候才和網絡會話，其餘時間都處於休眠模式，這樣低平均功耗非常低。
有信標模式下，終端設備可以隻在信標被廣播時醒來，並偵聽地址，如果沒有偵聽到自己的地址，則又轉入休眠狀態。信標對簇形網絡（Clustertree network）和網狀網（mesh network）的節點同步尤為重要，節點不用長時間偵聽信道而消耗能量。
網wang絡luo拓tuo撲pu結jie構gou對dui功gong率lv節jie省sheng也ye有you很hen重zhong要yao的de關guan係xi。星xing形xing和he簇cu形xing網wang絡luo結jie構gou比bi網wang狀zhuang網wang結jie構gou更geng有you利li於yu功gong率lv節jie省sheng。因yin為wei前qian者zhe的de終zhong端duan節jie點dian不bu充chong當dang路lu由you器qi的de功gong能neng，隻zhi收shou發fa自zi己ji的de數shu據ju，這zhe樣yang可ke以yi更geng節jie省sheng更geng多duo功gong率lv。
藍牙主要采用兩種方式來控製功率：自適應發射功率和調整基帶鏈接模式。
在自適應發射功率控製方式中，當從屬設備檢測到接收信號強度指示值（RSSI，Receive Signal Strength Indicator）小於最低閾值時，從屬設備可以請求主控設備增大的發射功率，反之，當RSSI大於某個規定的閾值時，從屬設備也可以請求主控設備降低發射功率。
藍牙基帶有四種鏈接模式：活躍（Active）、呼吸（Sniff）、保持（Hold）和休眠（Park）。通過調節基帶鏈接模式，也可以實現節約功率的目的。活躍、呼吸、保持、休眠這四個狀態消耗的平均功率依次減小，但設備響應時間也依次增加。
6 主要技術及性能參數比較
為更直觀比較ZigBee和藍牙，下麵將兩種技術的主要技術及性能參數列表如下：
數據傳輸速率
(62.5simbols/s×4bit/symbol)
915MHz：40Kbit/s
868MHz：20Kbit/s
非對稱鏈接723.2Kbit/s 57.6Kbit/s
對稱鏈接433.9Kbit/s
同步信道速率64Kbit/s
7 應用及市場分析比較
由於ZigBee具有功耗極低、係統簡單、成本低、低等待時間（Latency Time）和低數據速率的性質，它非常適合有大量終端設備的網絡。可以應用到以下領域：樓宇自動化、工業監視及控製、計算機外設、互動玩具、醫療設備、消費性電子產品、家庭自動化以及其它一些傳感網絡。圖2是西部技術研究方案公司（WTRS）對ZigBee的市場預測。
藍牙自1999年規範1.0版本發布以來，已有很多應用。2003年全球藍牙芯片產值已達1億美圓，據估計，到2006年，全球藍牙芯片市場產值將達到5億美元。應用方麵，還是以移動電話為主，占65％。藍牙產品2003年出貨5500萬台，預計2004年將出貨8800萬台。藍牙主要應用是移動電話、頭戴式耳機、汽車、計算機外設、家庭自動化、工業監視控製等。預計音頻應用將有較大發展。
8 結束語
通過從技術和應用兩方麵的分析與比較，可以看出：ZigBee非常適合於低功耗、低數據速率的監視、傳感網絡。藍牙則適合於較高數據數率的應用，如語音和數據傳輸。兩者之間同時又存在著競爭，比如，在計算機外設、互動玩具、家庭自動化和工業自動化等應用領域及在未來的穿戴網絡(Wearable Network)中藍牙麵臨著ZigBee技術的競爭。但是任何一種技術的成功，並不隻由其技術本身的因素決定，客觀市場對技術成敗也有很大作用。ZigBee技術要想獲得成功，ZigBee聯盟應盡早公開發布規範，盡早開發出ZigBee芯片。在藍牙方
圖 2. ZigBee市場預測
麵，SIG除致力於製定更多的應用模式和完善規範之外，還應促進不同廠商生產的設備的互通性；針對目前市場特點，藍牙應優先發展音頻應用，因為在低速數據傳輸領域，藍牙麵臨ZigBee的競爭，而在高速數據傳輸（如多媒體）領域，藍牙又麵臨UWB的競爭。
