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。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(BB—PDU)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、ZigBee和Z-Wave的區別與未來

ZigBee和Z-Wave短距離無線技術都用于遠程監控和控制，但兩種技術的規格和應用卻不同。在美國應用越來越廣泛的家庭局域網(home-area network, HAN)中，兩種技術都是理想選擇。本文將對比這兩種廣泛使用的無線技術(見表格)。

Z-Wave

Zensys在2008年被Sigma Designs收購之前開發了Z-Wave私有無線標準。Sigma Designs的產品是IC和電力線通信(PLC)和無線相關設備。Z-Wave標準不像很多無線標準那樣開放，但Zensys、Sigma Design的客戶都可以使用。最近，國際電信聯盟(ITU)把Z-Wave PHY和MAC層作為其新標準G.9959的選擇，該標準為1GHz一下的窄帶無線設備提供了一套指南。

Z-Wave無線網狀網絡技術讓任何節點都能直接或間接地和通信范圍內的其它臨近節點通信。如果兩個不在通信范圍內的節點想要通信，則可以通過連接另外一個節點獲取或交換信息。Z-Wave網絡最多支持232個節點，還支持設置多個控制器，以區分開所需的各種功能。

Z-Wave使用Part 15免費ISM頻帶，運行在美國和加拿大的908.42MHz頻率上，在其他國家則根據各國規定使用其他不同頻率。調制方式是高斯移頻鍵控(FSK)。數據速率包括9600 bits/s和40kbits/s.輸出功率為1mW和0 dBm.和其他無線技術類似，傳輸范圍取決于環境。在開闊空間中，最大范圍可達30米。穿墻的話范圍會有一定減小。

Sigma Designs的ZM3102模塊專為和其它產品集成而設計，用于監控和控制。除了無線收發器外，還包括板載一塊CPU,以及內置的23kbytes閃存和2kbytes的SRAM,另外還支持有四個模擬輸入的12位ADC.接口包括GPIO、SPI、UART和脈沖寬帶調制(PWM)，也提供Triac控制器。模塊電壓范圍為2.1V到3.6V直流，功耗非常低。典型的轉發周期僅為0.1%,也就是說大多數時候設備處于休眠模式。

ZigBee和Z-Wave的目標應用一致。其中ZigBee的通用性遠超Z-Wave,幾乎可以配置并實現任何短距離無線功能，應用規范也可以大大縮短普通應用的開發時間。另一方面，ZigBee的協議更復雜，開發時間也更長。Z-Wave采用更簡單的協議，開發更快也更簡單。

Z-Wave芯片只能通過Sigma Designs這一唯一來源獲取。Sigma Designs只賣給OEM、ODM和其它主要客戶。在Home Depot和Lowes這樣的商店里，可以買到500多種家庭控制產品，但很多并沒有說明使用了Z-Wave.

ZigBee芯片廠商包括Ember、飛思卡爾、Microchip和德州儀器。完善且立即可用的ZigBee模塊也可以通過多個來源獲得，包括Atmel、CEL、Digi、Jennic、Lemos和RFM.

在0 dBm的特定功率下，Z-Wave的范圍比ZigBee更大，這是因為Z-Wave運行在更低的頻率下(根據Friis公式)。這也意味著Z-Wave在某些應用中連接也更穩定。

ZigBee使用應用廣泛的2.4GHz ISM頻段，因此必須與Wi-Fi、藍牙和其它無線標準共享頻段，會產生干擾。大多數ZigBee設備都有有助于緩解干擾的共存功能，但潛在的2.4GHz干擾比Z-Wave所處的908.42MHz通道更大。

四、ZigBee的技術應用-智能家居篇

基于ZigBee技術的智能家居系統的設計方案

本文介紹一種基于ZigBee 技術的網絡化智能家居系統的設計和實現方案。系統硬件上以S3C2440A 為控制核心，利用CC2430 組建家庭內部網絡來采集家庭設備的數字信號， 用USB camera 采集家庭內部的視頻信號。軟件上利用嵌入式Web服務器和CGI 技術實現家庭內網和Internet 相連，達到遠程監控的目的。通過實際測試證明系統功能強大，運行穩定，滿足了家庭信息網絡化的要求。本系統選用S3C2440A 作為核心控制器， 它是Samsung 公司推出的一款基于ARM920T 核的處理器， 采用了16/32 位RISC 處理器， 具有外部存儲器控制器，LCD 控制器，4 通道DMA控制器，三通道UART，兩通道SPI，兩路全速USB 主設備芯片，帶有MMU 虛擬存儲器單元，這一特性可以移植linux 系統和建立Web 服務器，主頻400MHz，有130 個I/O 端口和24 路外部中斷源，有多種通信接口，體積小，功耗和成本低，可靠性高，特別適合作為嵌入式微處理器。

ZigBee 協調器和設備節點程序

ZigBee 家庭無線網絡主要負責對現場各種信息的監控以及數據的采集， 并將內部處理過的數據經家庭網關傳送到外部網絡。本系統中ZigBee 協調器主要用于建立無線網絡，分配地址，向終端節點發送控制命令和接收終端節點的工作狀態，并將接收到的狀態數據全部上傳至Web 服務器， 最后通過Internet傳送到遠端的用戶端。終端設備節點主要有加入網絡，接收控制命令，以及發送狀態信息給協調器等。協調器主程序流程如圖2所示。

基于ZigBee技術的無線智能照明系統

基于ZigBee的智能照明系統的實現

ZigBee是一種在無線個人網絡領域中新興的無線網絡技術。電子與電氣工程師協會IEEE于2000年底成立了802.15.4工作組，規定了ZigBee的物理層和媒體接入控制層。2001年8月成立了 ZigBee聯盟，負責ZigBee規范的制定和應用推廣工作，2004年12月推出ZigBee規范的正式版本ZigBee SpecificationV1.0。目前，ZigBee標準在ZigBee聯盟的推動下正日趨增強和完善，其實際工程應用正日益普及。世界各大半導體巨頭TI，FreeScale和Ember等各自推出了符合ZigBee標準的芯片及協議棧。其中，TI公司的CC2430加Z-Stack協議棧是業內公認的最佳解決方案。本文的無線智能照明系統就是在這個平臺上實現的。

硬件設計

無線智能照明系統的網絡節點分為協調器、路由器和終端節點三種。其中，協調器的硬件結構框圖如圖1所示。