蓝牙,ZIGBEE,低功耗蓝牙比较及其在无线体域网中的应用

研究生课程考核试卷科目：专业英语教师：姓名：学号：专业：生物医学工程类别：专业上课时间：2012年9月至2012年10月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师(签名)重庆大学研究生院制I目录蓝牙技术、ZigBee技术和低能耗蓝牙技术的对比及其在无线体域网中的应用..........................................................................................................................................1第1章体域网、蓝牙技术、ZigBee技术和低能耗蓝牙技术的介绍..............21.1体域网........................................................................................................21.2蓝牙（Bluetooth）....................................................................................21.3ZigBee.........................................................................................................31.4低能耗蓝牙技术（BluetoothLowEnergy）...........................................4第2章蓝牙、ZigBee以及低能耗蓝牙的比较....................................................42.1拓扑结构...................................................................................................42.2能耗和数据传输速率...............................................................................62.3错误校正...................................................................................................62.4数据加密和身份验证...............................................................................72.5调制方式....................................................................................................8第3章结论及展望............................................................................................10参考文献................................................................................................................121蓝牙技术、ZigBee技术和低能耗蓝牙技术的对比及其在无线体域网中的应用摘要：近年来，医疗保健行业发展迅速，医疗设备通信，健康监测以及移动医疗信息传递发展最为迅速。越来越多的医疗保健机构开始使用无线通信技术，它不但提高了医疗质量，而且有效地降低了医疗成本。鉴于无线通信技术中蓝牙(Bluetooth)技术，ZigBee技术和低能耗蓝牙(BluetoothLowEnergy)在人体传感器与医疗保健系统的无线互联中使用最为广泛以及它们对无线体域(WBAN:WirelessBodyAeraNetworks)发展的巨大推动作用，本文将对它们进行分析和比较。最后，本文将对它们的安全性进行详细说明。关键字：蓝牙(Bluetooth)，ZigBee,低功耗蓝牙(BluetoothLowEnergy),无线体域网。Abstact:Arapiddevelopmentofservicesandtechnologiesinthefieldofhealthcarehasbeenwitnessedinthelastfewyears.Theuseofwirelesstechnologiesformedicaldevicecommunication,healthmonitoring(athospitalsorhomes)andmobilehealthcareinformationdeliveryisoneofthemostrapidlygrowingareasinhealth-ITresearchtoday.Moreandmorehealthcareorganizationsareembracingwirelesstechnology,toreducecostandatthesametimeimprovecare.Inthispaperwepresentananalysisandanextensivecomparisonofradiocommunicationtechnologies,namelyZigbee,BluetoothandBluetoothLowEnergy,thathavebeenproposedaslikelycandidatestoprovidewirelessconnectivitybetweenbodysensorsandthehealthcaresystemandconsequent-lytoleadthedevelopmentandextendeddeploymentofWirelessBodyAreaNetworks.Afterthedescriptionoftheircharacteristics,weconcentrateonthesecuritythatthesetechnologiesoffersincesecurityisextremelyimportantforthesensitivehealthcareclinicalin-formationcommunicatedandtheprotectionofpatients’clinicalinformationprivacy.keywords：Bluetooth,ZigBee,BluetoothLowEnergy,WANS.2第1章体域网、蓝牙技术、ZigBee技术和低能耗蓝牙技术的介绍1.1体域网体域网（wirelessbodysensornetwork,WBSN）又可称为生物医疗传感器网络（biomedicalsensornetwork）和无线体域传感网（wirelessbodyareasensornetwork，WBASN或BAN）。作为无线传感器网络（wirelesssensornetworks，WSN）的一个分支，是人体上的生理参数收集传感器或移植到人体内的生物传感器共同形成的一个无线网络，这些传感器节点能够采集身体重要的生理信号（如温度、血糖、血压等）、人体活动或动作信号以及人体所在环境信息，处理这些信号并将它们传输到身体外部附近的本地基站。由于无线传感器网络集成了健康监测系统，远程医疗系统，因此它有着广泛的用途，包括程序诊断，慢性病防治，以及康复护理等。同时它能够早期发现异常情况，防止严重后果的产生。例如，WBAN可以通过测量的一个人的重要生理信号，在病人心脏病还没有发作时便提醒医院。蓝牙（Bluetooth）和ZigBee是WBANs使用最为广泛的无线通信技术。对于WBANs，低能耗蓝牙(BluetoothLowEnergy)则是一种新生的具有很大潜力的无线通信方式。这些技术的使用为传感器信息方便快捷的交换提供了可能，通过这些技术传感器可以将采集到的信号发送给监测装置，同样监测装置也可以将信号发送给传感器。尽管它们都是无线通信方式，但它们在相关参数，例如价格，通信距离，功耗，数据传输速率，带宽和安全性仍然有着显著地差异。1.2蓝牙（Bluetooth）“蓝牙”（Bluetooth）是一种开放的技术规范，IEEE802.15.1规范对蓝牙技术的规范进行了详细叙述，它可在世界上的任何地方实现短距离的无线语音和数据通信。在1994年，爱立信移动通信公司开始研究在移动电话及其附件之间实现低能耗、低成本无线接口的可行性。随着项目的进展，爱立信公司意识到短距无线通信（ShortDistanceWirelessCommunication）的应用前景无限广阔。爱立信将这项新的无线通信技术命名为蓝牙（Bluetooth）。蓝牙（Bluetooth）是一种支持设备短距离通信的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交3换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。随着时间的推移，蓝牙规范也逐渐完善。V1.1(1998年)为最早期版本，传输率约在748~810kb/s，因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。V1.2具有748~810kb/s的传输率，增加了抗干扰跳频功能。V2.1(2004年)改善了装置配对流程，短距离的配对方面，具备了在两个支持蓝牙的手机之间互相进行配对与通讯传输的NFC（NearFieldCoMMunication）机制。具备更佳的省电效果。V3.0(2009年)核心是“GenericAlternateMAC/PHY”(AMP)，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。传输速率更高，功耗更低。V4.0(2010年):包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低能耗技术。蓝牙4.0的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间、节能和设备种类上。有效传输距离也有所提升，为60M。图1蓝牙标准的发展历程1.3ZigBeeZigBee是一种近距离、低复杂度、低能耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、传感、监控和远程控制等领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。IEEE802.15.4工作组定义了一种廉价的供固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。IEEE802.15.4定义ZigBee为一个垂直集成的协议套件，它通过低能耗的链路层为设备提供了一个分布式的抽象概念。这个环节的广泛的实用的定义为各种各样的应用4提供了可能，包括家庭自动化，商业楼宇自动化和智能能源以及医疗监护。2006年12月，ZigBee2006规范发布。随后，在2007年10月，ZigBee2007/PRO规范发布。蓝牙（Bluetooth）和Zigbee已经被应用在医疗保健系统WBAN中，为病人和独自在家的老人提供监测服务。利用ZigBee的WBAN网络对身体活动的动态监测以及身体状态的检测已经得到了应用，利用蓝牙的WBAN精神卫生保健系统监测个人生理信号的提议也得到了认可。1.4低能耗蓝牙技术（BluetoothLowEnergy）针对蓝牙技术的功耗在新型的应用领域方面的不足，早在2001年，诺基亚就开始研究一种被称之为Wibree的短距无线技术，并在2006年10月正式推出了该项技术Wibree使用与蓝牙相同的频带和硬件，但是发送功率较低，进行无线通讯的设备也较小。Wibree技术作为一个