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20 12年10月考生成绩：阅卷评语：阅卷教师(签名)重庆大学研究生院制目录蓝牙技术、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 (2)1.2 蓝牙（Bluetooth） (2)1.3 ZigBee (3)1.4 低能耗蓝牙技术（Bluetooth Low Energy） (4)第2章蓝牙、ZigBee以及低能耗蓝牙的比较 (4)2.1 拓扑结构 (4)2.2 能耗和数据传输速率 (6)2.3 错误校正 (6)2.4 数据加密和身份验证 (7)2.5调制方式 (8)第3章结论及展望 (10)参考文献 (12)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(Bluetooth Low Energy) 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:Wireless Body Aera Networks)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(Bluetooth Low Energy),无线体域网。
Abstact: A rapid development of services and technologies in the field of health care has been witnessed in the last few years. The use of wireless technologies for medicaldevice communication, health monitoring (at hospitals or homes) and mobile healthcare information delivery is one of the most rapidly growing areas inhealth-IT research today. More and more healthcare organizations areembracing wireless technology, to reduce cost and at thesame time improve care. In this paper we present an analysis and anextensive comparison of radio communication technologies, namely Zigbee, Bluetooth and Bluetooth Low Energy, that have been proposed as likely candidates to provide wireless connectivity between body sensors and the health care system and consequent- ly to lead the development and extended deployment of Wireless Body Area Networks. After the description of their characteristics, we concentrate on the security that these technologies offer since security is extremely important for the sensitive health care clinical in-formation communicated and the protection of patients’ clinical information privacy.keywords：Bluetooth,ZigBee,Bluetooth Low Energy,WANS.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（wireless body sensor network , WBSN）又可称为生物医疗传感器网络（biomedical sensor network）和无线体域传感网（wireless body area sensor network，WBASN或BAN）。
作为无线传感器网络（wireless sensor networks，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(Bluetooth Low Energy)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，IEEE 802.15.1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（Short Distance Wireless Communication）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（Near Field CoMMunication）机制。
具备更佳的省电效果。
V3.0(2009年)核心是“Generic Alternate MAC/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1.3 ZigBeeZigBee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。
IEEE 802.15.4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，ZigBee 2007/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（Bluetooth Low Energy）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技术作为一个开放的行业标准，低能耗蓝牙技术由它发展而来。
2010年7月，蓝牙技术联盟宣布正式采用蓝牙核心规格4.0版蓝牙低能耗技术的特点。
低能耗蓝牙可以用于手表等小型设备的互连，例如运动传感器、家庭自动化和医疗设备。
第2章蓝牙、ZigBee以及低能耗蓝牙的比较2.1 拓扑结构蓝牙规范定义了一个统一的拓扑结构，大部分的设备都可以实现彼此的互联。
蓝牙最初使用点对点的微型网络，其中一个主机控制多个从机。
从机只有主机进行通信，它们之间不会进行任何通信。
从机可以参与一个或多个微型网络，但是最多只能参与8个。
图2显示了蓝牙的拓扑结构。
图2 蓝牙拓扑结构ZigBee网络为主从结构，一个网络有一个网络协调者和最多65532个终端设备，以及一个或多个路由器。
网络协调者必须是FFD(全功能设备)，它负责管理和维护网络，包括路由，安全性，节点的附着与离开等。