本節(jié)將分析在頻偏為零的同信道條件下Zigbee 對Wi-Fi的干擾。假設(shè)一室內(nèi)環(huán)境下的Zigbee 和Wi-Fi 設(shè)備節(jié)點如圖4 分布。每個Zigbee 節(jié)點呈獨立一致性均勻分布，其處于活動狀態(tài)的概率為P[A ]，分布密度為D.假設(shè)有個Zigbee 節(jié)點會產(chǎn)生對STA 有效的干擾，則分組沖突概率P[C]為m2：

　　本文室內(nèi)路徑損耗選用對數(shù)距離模型：

　　其中：n- - 依賴于周圍環(huán)境，Xo- - 零均值的高斯分布隨機(jī)變量，d0- - 近地參考距離。

　　根據(jù)文獻(xiàn)[5]和[6]，對于一個半徑為R 的覆蓋區(qū)，假設(shè)STA的SIR 的閾值為γ (如果Zigbee 節(jié)點要對STA 產(chǎn)生有效的干擾，使其SIR 必須小于γ )，則有效干擾區(qū)域的百分比為U(γ )(即對于STA的SIR低于γ的區(qū)域百分比)，如果在半徑范圍內(nèi)導(dǎo)致SIR低于閾值的概率為P[SIR《γ] ，則：

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　　則對數(shù)正態(tài)分布變量SIR 的均值為：

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　　其方差為δ。

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　　針對上述模型做定性分析，由于Zigbee 底層協(xié)議IEEE802.15.4 中有著特殊的睡眠機(jī)制，節(jié)點處于活動狀態(tài)的概率一般小于1 %[4]，γ可取為10dBm[7]，AP 和Zigbee 的傳輸功率分別為14 dBm 和0 dBm。

　　根據(jù)文獻(xiàn)[6]，分組出錯率的期望E[PER]=P[C] ，分組沖突概率越大，相應(yīng)的分組出錯率也越大。從圖5 可以看出，隨AP和STA 的距離d以及δ的增大，系統(tǒng)的性能越差。

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　　2、ZigBee和藍(lán)牙分析與比較詳解

　　藍(lán)牙也是一種短距離無線通信技術(shù)，自藍(lán)牙規(guī)范發(fā)布以采，它在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。比如工業(yè)自動控制、家庭自動化、電信級的音頻傳輸、PDA、手機(jī)和PC機(jī)外設(shè)等。

　　在ZigBee和藍(lán)牙的關(guān)系上，ZigBee聯(lián)盟認(rèn)為ZigBee和藍(lán)牙是互為補充，而不是互相競爭。本文將圍繞技術(shù)和市場兩個方面來分析ZigBee和藍(lán)牙這兩種短距離無線通信技術(shù)，證明藍(lán)牙將在某些應(yīng)用方面面臨ZigBee技術(shù)的競爭。最后，對ZigBee和藍(lán)牙的應(yīng)用和發(fā)展提出了建議。

　　系統(tǒng)復(fù)雜性

　　ZigBee的系統(tǒng)復(fù)雜性要遠(yuǎn)小于藍(lán)牙的系統(tǒng)復(fù)雜性。這可以從它們的協(xié)議棧的參考模型(圖1)中看出。ZigBee協(xié)議棧簡單，實現(xiàn)相對容易，需要的系統(tǒng)資源也較少，據(jù)估計運行ZigBee需要系統(tǒng)資源約28Kb;藍(lán)牙協(xié)議棧相對復(fù)雜，它需要系統(tǒng)資源約為250Kb。ZigBee定義了兩種

　　類型的設(shè)備：全功能設(shè)備FFD(Ful Functional Device)和簡化功能設(shè)備RFD(Reduced Function Device)。網(wǎng)絡(luò)為主從結(jié)構(gòu)， 一個網(wǎng)絡(luò)有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者(Coordinator)和最多可達(dá)65535個從屬設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者必須是FFD，它負(fù)責(zé)管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，包括路由、安全性、節(jié)點的附著與離開等。一個網(wǎng)絡(luò)只需要一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，其他終端設(shè)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(tǒng)資源僅約為4Kb，因此網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，如傳感網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動化等。

　　安全性

　　ZigBee采用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(tǒng)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(tǒng)成本和功耗的降低;反之，在安全性要求較高的應(yīng)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(tǒng)處理能力、成本和應(yīng)用環(huán)境等方面因素而采取適當(dāng)?shù)陌踩墑e。ZlgBee分別在MAC層和NWK層采取了安全策略。在數(shù)據(jù)經(jīng)過一跳就到達(dá)目的地時，ZigBee只用MAC層提供的安全機(jī)制;當(dāng)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)基于以下三種操作模式：計數(shù)器(CTR，Counter)模式的AES加密、密碼塊鏈接模式(CBC-MAC，CiPher Block Chaining)的數(shù)據(jù)完整性、CTR和CBC-MAC相結(jié)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(hù)MAC命令、信標(biāo)、信息幀和應(yīng)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(guān)聯(lián)。為了保證數(shù)據(jù)完整性，MAC層計算頭部和凈荷數(shù)據(jù)得到一個消息完整碼(MIC，Message Integrity Code)，其長度為4、8或

　　16字節(jié)。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(fù)責(zé)。

　　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(yīng)用可以靈活地指定NWK所用的安全套件。NWK層負(fù)責(zé)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(xiàn)。此外，幀序號和MIC也可以加在NWK幀中。

　　藍(lán)牙協(xié)議在基帶部分定義了設(shè)備鑒權(quán)和鏈路數(shù)據(jù)流加密所需要的安全算法和處理過程。設(shè)備的鑒權(quán)是強制性的，所有的藍(lán)牙設(shè)備均支持鑒權(quán)過程，而鏈路的加密則是可選擇的。藍(lán)牙設(shè)備的鑒權(quán)過程是基于問詢一響應(yīng)模式和共享的加密方式。為了使藍(lán)牙鏈路的數(shù)據(jù)流具有隱蔽性，可以使用1比特的流密碼對鏈路進(jìn)行加密。密鑰大小隨著每個基帶分組數(shù)據(jù)單元(BB—PDU)傳輸而改變。加密密鑰可以從對設(shè)備鑒權(quán)中得到。這意味著，在使用鏈路加密之前，兩個設(shè)備之間至少已經(jīng)進(jìn)行了一次鑒權(quán)。密鑰的最大長度為128比特。

　　從以上分析可以看出，ZigBee和藍(lán)牙在一定程度上都能夠保證安全性。但ZigBee比藍(lán)牙更為靈活，這更有利于控制系統(tǒng)成本。