MTTFWG3近距离无线通信技术研究

近距离无线通信技术研究MTTFWG3技术研究报告MTTFWG3技术研究报告提交日期：版本编号：V1。0

目录TOC\o"1-3”\h\z\u1 短距离无线通信技术应用 41.1 电子标签和支付应用 4HYPERLINK\l”_Toc147046888”1。1。1 产业链状况 4_Toc147046890"1。1.3 电子票证在手机终端上的应用 6HYPERLINK\l”_Toc147046891”1。2 无线传感器网络应用 7HYPERLINK\l”_Toc147046892"1.2.1 产业链状况 7HYPERLINK\l”_Toc147046893”1.2。2 传感器网络应用场景、业务驱动、业务模式研究 8_Toc147046895”1。3。1 产业链状况 9_Toc147046897"1。3.3 数字多媒体在手机终端上的应用 12_Toc147046899”2.1 RFID和NFC 13HYPERLINK\l”_Toc147046900”2。1.1 技术标准、技术成熟性、发展现状及走势 13_Toc147046903"2。1.4 组网 15HYPERLINK\l”_Toc147046904”2。1。5 频谱规划 16HYPERLINK\l”_Toc147046905"2。1.6 RFID/NFC应用系统安全性的研究 17HYPERLINK\l”_Toc147046906”2.1。7 RFID/NFC在手机终端上与其它无线技术共存技术的研究 17HYPERLINK\l”_Toc147046907"2.2 ZigBee 18HYPERLINK\l”_Toc147046908”2.2。1 技术标准、技术成熟性、发展现状及走势 182.2。2 技术特征 202。2.4 物理层/MAC层协议研究 212.2.5 网络层技术 23_Toc147046914"2。2.7 安全性研究 25HYPERLINK\l”_Toc147046915”2。2.8 低功耗技术研究 25HYPERLINK\l”_Toc147046916”2.2.9 传感器网络与IPV6的结合 252。3。1 技术标准、技术成熟性、发展现状及走势 25HYPERLINK\l”_Toc147046919”2。3.2 技术特征 27HYPERLINK\l”_Toc147046920”2。3。3 UWB物理层/MAC层协议 292.3.5 组网 35_Toc147046924”2。3。7 BluetoothoverUWB和USBoverUWB（WUSB)研究 38_Toc147046926”2。4 Bluetooth 422.4.1 技术标准、技术成熟性、发展现状及走势 42HYPERLINK\l”_Toc147046928"2。4.2 技术特征 432.4。4 组网 44HYPERLINK\l”_Toc147046931”2。4。5 安全性研究 45HYPERLINK\l”_Toc147046932"2.4.6 Bluetooth用于手持设备和3G/WiFi等的共存问题，低功耗技术,DAA技术研究 45HYPERLINK\l”_Toc147046933”3 短距离通信技术与中移动业务的结合 47HYPERLINK\l”_Toc147046934”3.1 RFID/NFC与中移网络及业务的结合 47HYPERLINK\l”_Toc147046935"3。2 ZigBee与中移网络及业务的结合 493.4 Bluetooth与中移网络及业务的结合 525 编制历史 52

短距离无线通信技术应用电子标签和支付应用产业链状况自从2003年沃尔玛和美国国防部大力推进RFID应用以来，全球RFID行业取得了很快的发展.由于RFID技术可以给人们带来极大的方便，随着价格的下降，技术本身的完善,RFID正在向日常生活和工作的各个方面快速渗透。美国军方早在20世纪后半叶就开始研究RFID技术,目前这项技术已经广泛使用在武器和后勤管理系统上。沃尔玛要求从2005年1月开始，该公司最大的100个供应商采用RFID技术取代目前广泛使用的条形码。截至到2005年6月，在美国的沃尔玛104家超市、36家山姆会员店和36个配送中心已经使用了RFID技术，在使用RFID标签的沃尔玛商场里面的货品脱销现象减少16%，RFID技术在货品补充上要比传统条形码技术快3倍。但总体而言,目前绝大部分RFID项目尚处于试验阶段。标准、成本仍是制约RFID发展的关键因素.目前，RFID正处于国际化标准形成的关键阶段，RFID技术领先的各个国家和地区出于自身安全和利益的考虑，都在积极制定自己的标准,主要的RFID相关规范有欧美的EPC规范、日本的UID（UbiquitousID)规范和ISO18000系列标准。从全球范围来看，美国已经在RFID标准建立、软硬件技术开发、应用等方面走在世界前列。欧洲RFID标准追随美国主导的EPCglobal标准，在封闭系统应用方面与美国基本处于同一阶段.日本提出了UID标准，但支持者主要是本国厂商。在我国，科技部、信息产业部正联合14个部委制订《中国RFID发展策略白皮书》.但使用频率没有完全开放、产业整体发展水平滞后和实际应用匮乏，仍在很大程度上制约着我国RFID标准的制订与实施。从产业链的角度来看，RFID产业链包括:芯片、标签、天线、读写器、中间件、系统集成以及实施咨询等环节。其中RFID芯片全球范围内仍然由飞利浦、西门子、ST、德仪等传统半导体厂商所垄断.飞利浦电子是该领域的龙头老大,其RFID标签累计出货量已经超过了10亿只。国内的复旦微电子、大唐微电子等半导体厂商虽然也已进军这一领域，但目前仅局限于第二代身份证、智能卡等业务.标签、天线、读写器等环节，总体而言也是Alien、Intermec、Symbol等国外厂商的天下，国内只有为数不多的几家厂商在进行相关研究.中间件、系统集成方面，IBM、HP、微软、SAP、Sybase、Sun等国际巨头已经抢占了有利位置，国内像用友之类的ERP企业也开始涉足这一领域，但研发进程和投资力度显然与上述几家国外厂商无法同日而语。总之，中国RFID目前还没有形成完善的产业链。市场规模方面，截至到2005年底，全世界已经安装了约5000个RFID系统，实际年销售额约9。64亿美元。在零售巨头沃尔玛、麦德龙的推动下,RFID在零售业也取得了一定进展，但整体规模仍十分有限。随着Gen2标准的完善和实施成本的逐渐下降，预计到2007年，全球RFID将全面启动，进入快速增长阶段,增长率超过50%。这一过程将至少持续到2009年,之后会保持平稳增长态势。在我国,2005年RFID市场规模达到了16亿元人民币，与2004年同比增长25%。电子票证的应用场景、业务驱动、业务模式的研究RFID主要应用于物流、医疗、货物和危险品追踪管理监控、民航行李和包裹管理、强制性检验产品、证件防伪、不停车收费、电子门票等领域。1防伪

＊商品防伪*证件防伪2供应链管理在产品生产或库存过程时，将标签贴在物品上,这些标签都将一直留在于整个供应链上。当物品从生产线前端到各加工流程到成品入库直至被摆上货架时，通过扫瞄,详尽的物流记录就生成了。3图书管理、租赁产品管理图书馆等提供租借服务的机构日常要进出和整理大量的物品，同时还可能面对数量巨大的库存。在图书中贴入电子标签，可方便的接收图书信息,整理图书时不用移动图书。提高工作效率,避免工作误差。4其他物流如集装箱识别。改善码头操作流程。提高集装箱进出闸口效率.邮政包裹。5汽车防盗RFID系统可方便地应用于汽车防盗中。当钥匙插入到点火器中时，汽车上的读写器能够辨别钥匙的身份。如果读写器接收不到电子标签发送来的特定信号，CPU将关闭汽车引擎。另一种防盗系统，读写器装在座椅底部，当读到有效ID时,引擎才能启动。若车门和引擎都没有关闭，读写器就要读另一ID，如果读不到，引擎会关闭并触发警报系统。还有一种防盗系统在巴西圣.保罗有应用.即在城市主要街道埋设RFID天线，或者在警车上装天线。只要车辆带有射频卡，就可以被监控行踪。6物品防盗即上述贵重物品管理中防盗技术的单独应用，其芯片存储量更小。还可应用于博物馆、名画展的防盗。7航空包裹管理

航空公司和机场要增强包裹处理容量，同时要保证每件包裹的安全，防止出错。电子标签系统是目前能满足这一需求的最佳产品。8门禁系统以钥匙扣形式封装的门禁卡更小巧，更易携带。

9畜牧业畜牧管理。对牲畜的编号识别,从饲养到最终上市过程中的都可以应用。可以对牲畜喂养和生长情况进行准确的记录，还可用于对肉类品质等信息的准确标识。10电子票证除了地铁单程票和飞机票，电子标签还可以多种形式运用于主题公园、旅游景点、运动会、展览会的门票。11其他

在其他对识别准确性要求特别高的领域，电子标签都很适用。例如:血液管理、婴儿防错、马拉松比赛、汽车比赛、药品和医疗器械、气体产品管理、工业洗衣店管理、容器跟踪(如啤酒桶、液化气瓶)、垃圾管理。HYPERLINK”http：//RFID。/news/html/labeling_wiremark/337。html”RFID的驱动力量是市场,这一点和其他的IT技术有所不同.据SanfordC.Bernstein公司的零售业分析师估计，通过采用RFID，沃尔玛每年可以节省83。5亿美元,其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。同时RFID有助于解决零售业两个最大的难题：商品断货和损耗（因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品),而现在单是盗窃一项,沃尔玛一年的损失就差不多有20亿美元,RFID技术能够帮助把失窃和存货水平降低25%。由于http：//RFID./news/html/labeling_wiremark/337.html”RFID彻底抛弃了这种限制，现在所有的产品都可以享受独一无二的ID。这对ERP和SCM系统来说是一种革命性的突破，过去的物料编号无法实现对单一部件的跟踪，而今天，物料的精确化管理却将触角伸到了每一个环节的每一个部件,无论是质量控制、自动化管理、产品的生命周期管理都将面对过去无法想象的便利。电子票证在手机终端上的应用RFID在移动通信领域的主要应用是移动支付和手机识别.手机支付也叫手机钱包业务，主要是在手机中内置RFID芯片，支持各种零售、电子票务、娱乐、消费等非接触式支付，手机可以充当电子货币，代替信用卡或者公交一卡通等。目前，欧美和日韩的一些运营商已经开展了基于RFID技术的商用尝试。而中国移动也已经开始着手摸索适合自身定位的RFID业务模式。移动支付这个产业链正在形成,现在无论是移动终端制造商、支付软件提供商、支付系统的集成商、运营商和支付受理方,都在积极地向芯片厂商要求在市场上发展移动支付的技术。这个产业链正在迅速形成,在将来不仅是一个完整的产业，而且会有一个完整的系统在市场上出现.NTTDoCoMo于2004年中期开始在日本推出Felica业务，支持Felica业务的手机（含2代手机和3代FOMA手机）采用内置RFID芯片，将手机变成了移动钱包。除支付功能外，商家还能通过使用可读取存储卡和手机上FeliCa芯片上的信息以及根据需要更换信息的读写器，向Felica用户提供电子货币和顾客积分点发行等FeliCa特别服务。2004年10月,诺基亚宣布正在开发一款使用RFID芯片的手机。诺基亚表示,向使用RFID芯片的手机传输产品信息能够扩展该技术的使用范围。使之进入供应链、客户服务、营销、品牌管理之外的其它领域。韩国政府将组建一个移动RFID论坛,负责制定相关的技术标准和生产配置RFID阅读器的设备。韩国将在2006年正式推出这些服务.韩国的主要手机厂商三星电子和LG电子也将参加这种产品的开发。韩国信息通信部预测，2010年全球与RFID相关的市场规模将从2003年的16亿美元增长到770亿美元.无线传感器网络应用产业链状况传感器信息获取技术从单一化到集成化、微型化，进而智能化、网络化，成为信息获取的新手段，从而出现无线传感器网络技术和相应的应用。早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，这是第一代传感器网络.随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，采用串/并接口(如RS—232、RS—485）与传感控制器相联，这是第二代传感器网络。第三代传感器网络出现在20世纪90年代后期和本世纪初，用具有智能获取多种信息信号的传感器，采用现场总线连接传感控制器，构成局域网络，成为智能化传感器网络;第四代传感器网络正在研究开发，用大量的具有多功能多信息信号获取能力的传感器，采用自组织无线接入网络，与传感器网络控制器连接，构成无线传感器网络。无线传感器网络是新一代的传感器网络,最早的代表性论述出现在1999年，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学（BostonUnversity）创办了传感器网络协会（SensorNetworkConsortium)，以促进传感器联网技术开发。该协会还包括BP、霍尼韦尔（Honeywell)、InetcoSystems、Invensys、L-3Communications、MillennialNet、Radianse、SensicastSystems及TextronSystems。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术,《商业周刊》预测的未来四大新技术中,无线传感器网络也列入其中。美国《今日防务》杂志更认为无线传感器网络的应用和发展,将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。可以预见，将来无线传感器网络将无处不在,将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等.无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。虽然无线传感器网络的大规模商业应用,由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年,随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。比较有名的有：英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网,以读出缅因州”大鸭岛"上的气候，用来评价一种海燕巢的条件。罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间,使用微尘来测量居住者的重要征兆（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况.英特尔公司也推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器,帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元,帮助大学进行”智能尘埃"传感器技术的研发。英特尔正在对工厂中的一个无线网络进行测试，该网络由40台机器上的210个传感器组成，这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。它可以大幅降低检查设备的成本，同时由于可以提前发现问题，因此将能够缩短停机时间，提高效率，并延长设备的使用时间.但是,我们还应该清楚的认识到,无线传感器网络才刚刚开始发展，它的技术、应用都还还远谈不上成熟,无线传感器终端要马上达到希望的要求还会有很长一段发展历程，可以由易到难，利用现有通信技术和系统(如无线市话)，逐步演进升级.无线传感器网络业务和网络应用也需要不断开发，形成新兴应用领域。国内企业应该抓住商机，加大投入力度，推动整个行业的发展。传感器网络应用场景、业务驱动、业务模式研究无线传感器网络在军事和民用领域有着广阔的应用前景，如军事侦察、环境监测、医疗监护、空间探索、城市交通管理、仓储管理等,成为信息技术的一个新的应用领域。

典型应用场景:（1)军事应用

信息化战争要求作战系统“看得明、反应快、打得准”，谁在信息的获取、传输、处理上占据优势（取得制信息权），谁就能掌握战争的主动权。传感器网络以其独特的优势，能在多种场合满足军事信息获取的实时性、准确性、全面性等需求。典型设想是用飞行器将大量微传感器结点散布在战场的广阔地域,这些结点自组成网，将战场信息边收集、边传输、边融合，为各参战单位提供“各取所需”的情报服务.

无线传感器网络还可为火控和制导系统提供准确的目标定位信息.网络嵌入式系统技术（NEST)战场应用实验是美国国防高级研究计划局（DARPA)主导的一个项目，它应用了大量的微型传感器、先进的传感器融合算法、自定位技术等方面的成果。2003年，该项目成功地验证了能够准确定位敌方狙击手的传感器网络技术，它采用多个廉价音频传感器协同定位敌方射手，并标识在所有参战人员的个人计算机中,三维空间的定位精度可达到1。5米，定位延迟达到2秒，甚至能显示出敌方射手采用跪姿和站姿射击的差异。

无线传感器网络还可在对付化学武器方面发挥重要作用。美国Cyrano

Sciences公司已将化学剂检测和数据解释组合到一种专有的芯片技术中，称为Cyrano

NoseChip。基于这一技术可创建一个低成本的化学传感器系统，捕获和解释数据,并提供实时告警，以应付恐怖分子使用化学武器进行的攻击。（2)环境科学随着人们对于环境的日益关注,环境科学所涉及的范围越来越广泛.通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作。传感器网络为野外随机性的研究数据获取提供了方便，比如,跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响,监测海洋、大气和土壤的成分等。可以用来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测爆发山洪的可能性。类似地,传感器网络对森林火灾准确、及时地预报也应该是有帮助的。此外,传感器网络也可以应用在精细农业中，以监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等.（3）医疗健康在住院病人身上安装传感器节点,如心率和血压监测设备，利用传感器网络,医生就可以随时了解被监护病人的病情，进行及时处理。还可以利用传感器网络长时间地收集人的生理数据，这些数据在研制新药品的过程中是非常有用的。此外，在药物管理等诸多方面,它也有新颖而独特的应用。（4）空间探索探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想,借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测，应该是一种经济可行的方案.NASA的JPL（JetPropulsionLaboratory）实验室研制的SensorWebs就是为将来的火星探测进行技术准备的，已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行测试和完善。（5)其他工业应用自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点，这些特点决定了传感器网络在工业监控领域应该也会有不少的机会.比如，嵌入家具和家电中的传感器与执行机构组成的无线网络与Internet连接在一起将会为我们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境;应用了传感器网络进行城市车辆监测和跟踪。此外，在灾难拯救、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂自动化生产线等众多领域,无线传感器网络都将会孕育出全新的设计和应用模式。无线传感器网络的应用前景十分诱人，将来无线传感器网络将无处不在.对无线传感器网络的研究与开发是目前信息领域的一个热点,学术界和产业界对它的学术价值和应用前景非常看好。国际上许多著名的大学和公司纷纷从不同的层次、不同的角度对传感器网络进行了研究和开发.近年来,我国的一些著名高校也展开了这一领域的研究工作，国内已经有基于Zigbee技术的传感器网络产品应用于工业监控场合.

数字多媒体应用产业链状况多媒体技术就是把声、图、文、视频等媒体集成在一起的技术。即通过把文本、图形、图像、声音、动画和视频等多种媒体综合起来，使之建立起逻辑连接，并对它们进行采样量化、编码压缩、编辑修改、存储传输和重建显示等处理。市场对多媒体技术及产品的需求正在持续快速增长,市场需求牵引着技术不断进步。从产业发展的潮流看,通信、信息、娱乐等技术迅速成熟并开始融合，3C融合的趋势已经显现，“家庭多媒体网络"这个话题越来越热。根据In—Stat/MDR最新报告指出，家庭多媒体网络市场将呈现爆炸性成长趋势，预计2006~2010年全球家庭多媒体网络市场年复合成长率将高达50％。2007年市场规模可望超过55亿美元规模。英特尔在2003下半年所发起成立数字家庭工作论坛（DigitalHomeWorkingGroup；DHWG），DHWG有130多个成员，华为、中兴、联想作为中国企业也成为了其成员，该组织旨在建立一个基于开放的工业标准的互操作平台，并将确立技术设计规则，供企业开发数字家庭有关的产品。在国内也成立了类似的标准化组织—-闪联，闪联全称是“信息设备资源共享协同服务"（IntelligentGroupingandResourceSharing,IGRS），标准工作组于2003年7月由联想、TCL、康佳、海信、长城五家企业发起成立的，其目标是在“多种信息设备、家用电器、通讯设备之间的设备自动发现、动态组网、资源共享和协同服务”方面进行标准化工作。目前闪联工作组共拥有55家成员企业，包括学术机构、网络运营商、软件中间件、芯片、终端制造商等，基本涵盖了产业链的各个环节。其中还包括一些台湾地区和日本、韩国、美国的一些国际知名公司。闪联旨在通过开发IGRS协议（信息设备资源共享协同服务协议），在有限范围网络域(有线、无线）内，支持各种信息设备、家用电器、通讯设备之间自动发现、动态组网、资源共享和协同服务，从而提高这些设备间的互操作性和易用性，并创造出新的应用模式和丰富的应用。2005年6月28日，《信息设备资源共享协同服务》标准1.0版(标准文号:SJ/T11310-2005、SJ/T11311-2005）正式获批成为国家推荐性行业标准，成为中国第一个3C协同产业国家标准。从总体上看，DHWG的范围是仅限于在家庭内部，其目的是实现家电、计算机、通信设备的智能连接。闪联(IGRS)与DLNA的主要区别在于：闪联不仅实现设备间的智能互联，更重要的是实现设备的资源共享和协同服务，更加注重应用,而从工作范围上来讲，闪联标准的范围不仅限于家庭，而且包括企业中的应用以及社会上相关资源的协同应用。两个标准存在着很强的互补性。当今，手机的应用早已突破单纯语音通话的阶段,随着网络宽带和传输技术的不断完善，多媒体功能正在不断地被嵌入到方寸之间的手机中；特别是3G移动通信的发展，更会推动手机的智能化和多功能的应用，从而将其由通话工具演变成3C融合的重要载体.消费者需要的是各种各样多媒体功能，比如录播视频、发送视频短信、流媒体下载与播放、视频通话、3D游戏、3D立体声播放等等。现在在美国和欧洲市场，售出70%的手机都是照相手机,韩国和日本销售出去的手机几乎100%都是照相手机.国内广大消费者对移动多媒体娱乐的需求也在以前所未有的速度极具膨胀。国产手机中率先推出了能听音乐、能播放视频文件、具备大容量存储空间的饱含娱乐因素的“多媒体手机”。据了解，最近国内手机市场上热销的大多都是多媒体手机，均支持高像素拍照/摄像功能、MP3播放、动态影音(MPEG4)播放和大容量MINISD卡等高端娱乐功能.手机中数字化多媒体功能越来越多，同样在家电方面也有同样的趋势。2005年6月21日举行的2005飞思卡尔技术论坛上，HYPERLINK”/Html/l2004122701。htm”海尔向众多前来参观人员展示了业界首款商业化带UWB无线传输功能的_blank"液晶高清电视，并现场演示了高清电视画面接收效果。其UWB天线设于电视机内部,用户在使用时只需接上电源线即可，不用再考虑其它信号连接线。据介绍,该设备采用飞思卡尔UWB解决方案，通过媒体服务器可在20米范围内实现高清图像的无线传输.目前夏普、HYPERLINK”http：///html/zt/sony/index.htm”索尼、HYPERLINK”http：///Html/zt20050405.htm"\t”_blank"LG以及康佳等厂商均推出了15寸液晶无线电视,其中部分产品已经上市。

手机和家电等设备中多媒体功能越来越多，手机之间以及手机与家电之间的多媒体内容的传输及共享要求也越来越高。比较业界已有的无线解决方案，UWB是最有优势的一种技术。据In-Stat报告，制造商将在2006年开始交付超宽带（UWB）芯片组，预期在2010年出货量将达到2.89亿套。PC将是UWB无线芯片组的初始和最大消费HYPERLINK”/market/"市场，2010年PC厂商将交付1。25亿台支持UWB功能的桌面电脑和_blank"笔记本电脑。数字多媒体的应用场景、业务驱动和业务模式研究随着家庭中数字设备的不断增加，数字设备之间无线互联的要求也在不断升温.机顶盒、数字电视、便携式数码摄像机和数码照相机、PDA、手机和MP3播放器，电脑，所有这些设备都需要高速无线连接，以实现数字多媒体内容的传输和互操作。现有的技术包括蓝牙（Bluetooth）、红外线都不能满足现有的要求。UWB以其对信道衰落特性不敏感、发射信号功率普密度低、不易被截获、复杂度不高,传输速度高等众多优点就正好可以满足数字设备之间无线互联，构建无线个人域网(WPAN）的需要.UWB是一种无线射频技术，支持家电、电脑外设和移动设备之间在短距离内进行的高速数据传输，而功耗非常低。该技术是无线传输高品质多媒体内容的理想选择,例如：将数字录像机上的家庭录像无线地传输到位于客厅的高保真电视机上；无线连接笔记本电脑和会议室的投影机，以进行演示。数字多媒体无线互联的应用主要如下:(1）电脑外设的无线连接在电脑外设的无线连接方面，UWB技术能将现有USB的性能和易用性提高到一个新的层次。目前,USB在个人电脑平台的连接应用中占有非常重要地位，但现有的USB连接必须依靠线缆进行。蓝牙技术解决了线缆连接的问题，但由于在性能和互操作性方面上的局限,蓝牙并没有得到广泛的应用，而基于UWB技术的无线USB解决方案则提供给用户有线USB所能够提供的性能。在10米的距离内，无线USB的数据传输速度将达到480Mbps，这相当于目前USB2。0的数据传输指标。通过无线USB,用户将能够把各种移动应用设备(如便携媒体播放机）和电脑、笔记本电脑或外置硬盘等连接起来，以无线的方式进行高速文件传输.无线USB将取代电脑与各种外设之间的USB连接线缆。(2）音/视频家电设备的无线节目传输除了电脑设备间的无线连接,UWB技术还可应用于音频和视频家电设备间的连接。家用设备包括了DVD播放机、高清晰电视、数码摄像机、数码照相机以及家中的其他设备,在家电设备上使用UWB技术的好处同样是各种设备间更易用的无线连接和良好的数据传输速度。UWB可以将挂在墙上的等离子电视和卫星电视接收盒或DVD播放机连接起来，由于这种连接是无线的,因此没有了目前线缆给人们带来的烦恼和以及对居室美观的影响。UWB同样可以让一个设备很方便地将节目同时传输给其他多个设备，这让我们有可能在家中的不同房间利用不同的设备来欣赏同一个节目。UWB可应用于家电与电脑及电脑设备的连接，如将数码摄像机上的节目无线传输到电脑进行视频编辑,或将数码摄像机上的节目无线传输到LCD显示器进行播放等。此外，在UWB无线个域网中，当设备处于网络的覆盖范围时，各个设备能够彼此发现和识别,当用户按下DVD机的播放按钮后，节目信号就会自动传输到相关的视频显示设备上。（3)便携设备的无线连接当多个不同的便携设备需要进行数据交换时，使用线缆会给用户带来诸多的不便。在应用了UWB技术后，便携设备只要相互靠近就可以以无线的方式进行数据交换了。数字多媒体在手机终端上的应用手机的应用早已突破单纯语音通话的阶段，随着网络宽带和传输技术的不断完善,多媒体功能正在不断地被嵌入到方寸之间的手机中；特别是3G移动通信的发展,更会推动手机的智能化和多功能的应用，从而将其由通话工具演变成3C融合的重要载体。手机功能日益强大，手机的多媒体应用也更加丰富，能为消费者提供语音之外的很多额外功能，比如录播视频、发送视频短信、流媒体下载与播放、视频通话、3D游戏、3D立体声播放等等。现在在美国和欧洲市场,售出70%的手机都是照相手机,韩国和日本销售出去的手机几乎100%都是照相手机。国内广大消费者对移动多媒体娱乐的需求正在以前所未有的速度极具膨胀。国产手机中率先推出了能听音乐、能播放视频文件、具备大容量存储空间的饱含娱乐因素的“多媒体手机”。据了解,今年内CECT已经发布了14款多媒体手机，均支持200万像素拍照/摄像功能、MP3播放、动态影音（MPEG4）播放和大容量MINISD卡等高端娱乐功能。由于手机中的多媒体功能越来越多，产生的多媒体信息也越来越多,迫切需要解决手机与其它智能设备（如计算机、智能家电）的数据交换，如将手机中的照片传输到计算机中保存或者传输到数码打印机中进行打印。传统的数据传输方式是通过串口或USB进行有线的数据传输.但是有线方式因为需要电缆，实际使用总是不太方便.手机中常用的短距无线技术如蓝牙(Bluetooth)、通用红外线传输数据速率比较低，不能满足多媒体信息传输的要求。而UWB以其传输速度高等突出的优点就正好可以满足大数据量的手机多媒体信息的传输要求，所以现在在多媒体手机中采用UWB技术正成为一种热潮。短距离无线通信技术研究NFC技术标准、技术成熟性、发展现状及走势NFC技术标准主要分成两大部分:物理层协议部分和应用层协议部分。物理层协议部分主要定义了射频接口，调制解调，放冲突，通讯速率等物理参数.物理层协议已经被纳入ISO标准体系：ISO18092,又称NFC-IP1ISO21481，又称NFC—IP2NFC物理层协议与原来的一系列基于13.56Mhz的RFID国际标准由密切的关系.比如：NFC-IP1中定义的物理参数部分与ISO14443—A完全相同，只是加入了所谓Active通信模式。而这个新的通信模式实质上可以看成是两个不同方向的ISO14443-A通信的交替进行。而NFC-IP2更是直接引用了全部的ISO18092,全部的ISO14443—A和全部ISO15693，只是定义了NFC设备如何选用这三种模式。NFC物理层的国际标准ISO21481实际上是一个融合所有现有13.56Mh射频技术的标准，它和各个13。56Mhz标准的关系如下:ISO21481NFC设备选择下列模式之一运行NFC模式=ISO18092PCD模式=ISO14443VCD模式=ISO15693Active模式Passive模式TypeATypeBTypeA交替TypeA通信距离0-10厘米(手机天线一般0—5厘米通信距离1-1.5米13。56Mhz可以看出NFC物理层协议是对原有成熟标准的扩展,这使得NFC技术有一个牢固的基础。目前符合ISO18092(NFC—IP1)的NFC芯片已经可以量产,其售价比单一RFID芯片更有竞争力。符合ISO21481（NFC-IP2）的NFC芯片将预计在2007—2008年面市。这两款芯片在技术上是可以互通的。应用层协议应用层协议主要定义具体某种应用的数据结构，通信协议以及NFC设备间的互通性。目前已经发布的应用层规范有下面4个：NFCDataExchangeFormat(NDEF)TechnicalSpecification，NFC数据交换格式规范NFCRecordTypeDefinition（RTD)TechnicalSpecification，NFC记录类型定义规范NFCTextRTDTechnicalSpecification,NFC文本记录类型定义规范NFCURIRTDTechnicalSpecification,NFCURI记录类型定义规范这4个规范都是围绕标签来定义的。其中NDEF规范定义了最底层的通用数据结构，这个数据结构既用来存储数据也用来在NFC设备之间传递数据。RTD规范是基于NDEF规范的更细节定义记录类型的规范。TextRTD和URIRTD都可以看作时RTD规范的特例，分别规定了文本和URI的记录格式。这4个规范的关系如下：TextRTDURIRTD其他NDEF子类型RTD其他NDEF类型NDEF可以看出目前NFC应用层协议的制定主要集中在开放的数据和服务领域。而对于物流,支付等原有领域，NFC论坛不太会重新制定标准，更有可能的方式是以现有某个标准为基础，将它扩展并纳入NFC论坛标准体系。但是这会牵涉到原标准制定者的知识产权。对于这个问题，NFC论坛委托一个专门的知识产权机构VIA来进行协调。技术特征短距离通信使用13.56Mhz射频，该频段为非管制频段有效距离10厘米，手机因天线的设计通常有效距离在3到5厘米单双工通信启动时间小于100毫秒支持主动（交替通信)和被动通信（载波）模式数据传输速率：106，212,424kbit/s兼容性兼容ISO14443A和B兼容Mifare兼容FelicaNFC与手机结合的架构NFC与手机结合理想架构图如下其中：黄色部分的NFC芯片和RF天线,这两个模块必须植入手机机身。由于天线的尺寸、形状受手机外观的影响较大,NFC芯片和RF天线必须紧密配合，以达到最好的感应效果绿色部分是支持非接触接口的SIM卡,它和NFC芯片相连。蓝色部分是手机应用软件该架构下各模块之间的接口如下：接口模块硬件接口软件接口1．NFC和AntenaaNFC芯片支持的各终端厂商自有接口各终端厂商自有接口2．NFC和SIM由于SIM是可移除设备，该接口必须标准化由于SIM是可移除设备.该接口的底层协议必须标准化3．NFC和MIDletNFC芯片支持的各终端厂商自有接口JSR177,JSR257NFC芯片和SIM之间的接口及其标准化是影响NFC手机推广的重要因素。目前主要有如下一些技术问题需要解决：目前高速SIM接口的标准已经决定使用USB。USB接口需要使用2个SIM卡上的触点，SIM卡上只剩下一个触点供NFC使用。虽然已经有SingleWireProtocol，但是该技术的成熟度还需要进一步检验目前SIM卡芯片的安全级别较低，如果SIM卡需要装载银行类应用的话,需要SIM卡本身的安全性进行评估。如果SIM卡上要装载非运营商应用，这些应用的个人化和管理流程都不是现有系统可以处理的。上述理想的架构需要比较长的时间才能形成,目前乐观的估计要到2009年，技术标准才能成型并为大多数终端厂商接受。在这之前，运营商可以采用自定规范的方法尽早展开NFC业务的开发。组网NFC技术不适合用于组网类型的应用。频谱规划NFC使用非管制的13.56Mhz频率,并与现有的13。56Mhz应用兼容。应用系统安全性的研究NFC技术本身是一个近距离通信技术，应用系统的安全性需要根据具体的应用设计和决定。例如：对于使用NFC来进行信息共享的应用,可以不使用加密，或使用简单的算法。对于使用NFC读取标签信息的应用，可以对写入操作使用简单的密码保护。对于使用NFC来进行支付的应用，可以使用现有银行级别的安全算法。RFID（中兴）技术标准、技术成熟性、发展现状及走势目前,RFID技术还未形成完整的最终统一的全球化标准。RFID系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成.目前已经发布或者是正在制定中的标准主要是与数据采集相关的，其中包括电子标签与读写器之间的空中接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、RFID标签与读写器的性能和一致性测试规范、以及RFID标签的数据内容编码标准等.后台数据库网络应用系统目前并没有形成正式的国际标准，只有少数产业联盟制定了一些规范，现阶段还在不断演变中。目前占主导地位的RFID空中接口标准是北美非盈利组织EPCGlobal制定的RFID相关标准和ISO/IEC制定的系列标准。EPCClass1Gen2标准规定了860-960MHz频段的RFID技术空中接口标准，包括物理层协议和MAC层协议两部分。EPCClass1Gen2标准已经被ISO/IEC采纳，并被作为ISO18000—6的TapeC部分。ISO/IEC制定的RFID标准有:ISO/IEC18000标准（涉及125KHz，13.56MHz,433MHz，860－960MHz，2.45GHz等频段)，ISO11785(低频），ISO/IEC14443标准(13.56MHz)，ISO/IEC15693标准（13。56MHz）,ISO/IEC10536等。其中,ISO/IEC14443在非接触智能卡方面的应用最为广泛，根据信号调制及解调方式的不同，又可以分为ISO/IEC14443A和ISO/IEC14443B。以Philips为首的Philips、Siemens、Hitachi联盟致力于A型技术的研发,而OTI、ST、Motorola、NEC、SAMSUNG、Infineon等公司则致力于B型技术的研发.Sony公司发行的Felica非接触式卡在日本的发卡量已经超过5百万张，该卡是基于由RFID衍生出的NFC技术，并由ISO/IEC18092标准支持.ISO/IEC制定的ISO18000系列标准包括七个部分，分别制定了135KHz、13。56MHz、2。45GHz、860—960MHz、433MHz频率下的空中接口的参数，具体情况如下:

标准频段Active/Passive兼容性EPCClass1Gen2860-960MHzPassiveISO18000—2135KHzPassiveISO18000-313.56MHzPassive兼容ISO15693ISO18000—42。45GHzPassive/Semi—Passive

ISO18000-6860—960MHzPassive兼容EPCGen2ISO18000—7433MHzActiveNFC与13.56MHzRFID技术的融合在非接触式识别（RFID）和互连技术基础上发展起来的,由飞利浦、诺基亚和索尼主推的无线近距离通信技术标准NFC（NearFieldCommunication），填补了连接领域的空白。NFC近距离通信是基于频率为13.6MHz的射频技术，典型操作距离只有几厘米，数据交换率目前为424Kb,将来可提高至1Mb左右。NFC物理层的国际标准ISO21481实际上是一个融合所有现有13.56MHzRFID技术的标准，它融合了ISO/IEC18092、ISO/IEC14443A和ISO/IEC15693标准.NFC用于快速建立各种设备之间其他类型的无线通信,NFC技术可以满足任何两个无线设备间的信息交换、内容访问、服务交换。而与其他RFID技术相比，NFC技术的不同之处是可以实现对等的一对一的通信.技术特征RFID技术的主要特征包括：近距离通信半双工支持主动或被动通信模式支持RTF或TTF方式FrequencyHopping体系架构研究RFID系统通常由数据采集和后台应用系统两大部分组成。RFID数据采集系统包括标签、读写器以及中间件.标签携带有备标示物品的识别信息，读写器通过天线向标签发射电磁信号，标签将识别信息回复给阅读器。中间件负责过滤阅读器的信息,然后传递给后台网络应用系统。RFID系统架构如图:读写器读写器标签中间件应用系统图：RFID系统架构电子标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签和无源电子标签；读写器具备读取和写入标签信息功能的设备，可设计为手持式或固定式。阅读器包含有射频模块（发送器和接收器）、控制单元以及阅读器天线。此外,许多阅读器还有附加的接口（RS232、RS485、以太网接口等)，以便将所获得的数据传向应用系统或从应用系统接收命令。组网EPCgloble提出在全球建立EPCnetwork，构建了一个在互联网之上全球物品信息动态传递网络.物联网展示了一个在全球范围内对每个单件产品跟踪的全新理念，将从根本上改变对产品生产、运输、仓储、销售各环节物品流动监控的管理水平。RFID网络主要包括：标签、阅读器、中间件、ONS服务器、IS服务器以及应用系统等。图:EPCnetwork网络架构RFID阅读器通过射频识别技术获取标签中存储的物体对象的EPCnumber。然后阅读器通过RFID中间件将收集到的信息传送给后台网络应用系统。RFID中间件独立并介于RFID读写器前端系统与后端应用程序之间,并且能够与多个RFID读写器以及多个后端应用程序连接.RFID中间件扮演RFID硬件和应用程序之间的中介角色，从应用程序端使用中间件所提供的一组通用应用程序接口(API）,即能实现到RFID读写器的连接。这样一来,即使存储RFID标签数据的数据库软件或后端应用程序增加或改由其它软件取代，或者读写RFID读写器种类增加等情况发生时,应用端不需修改也能处理，解决了多对多连接的维护复杂性问题。中间件(Savant)实现RFID读写器和后端应用系统之间的信息交互，捕获实时的信息和事件，或上行给后端系统，或下行给读写器.EPC中间件采用标准的协议和接口，是连接读写器和信息系统的纽带，目前有应用级别事件ALE（ApplicationLevelEvent)标准在制定。ONS对象名服务器的功能是确定提供RFID应用所需信息的服务器的地址.ONS利用EPCnumber从数据库中提取出服务器的地址信息。IS信息服务器使得用户能够通过RFIDNetwork与贸易伙伴交换与EPC相关的数据信息。EPCIS为用户提供RFID应用服务，如数据库管理等。频谱规划欧洲的超高频RFID使用频段为865.0～868.0MHz，其中用于供应链的波段为865。6~867.6MHz,并划分为10个信道,每个信道带宽为200kHz。北美的超高频RFID使用频段为902～928MHz，划分为52个信道,每个信道带宽为500kHz,规定使用跳频方式.该频段功率输出美国规定为4WEIRP，欧洲规定为3。2WEIRP.目前我国已经开放的RFID的频段有50kHz-190kHz，高频波段是13.56MHz加减7kHz，还有是432MHz—434。79MHz。对于UHF频段，国家正在制定这一频段的RFID频率规划.根据我国的实际情况，目前在860～960MHz频段的频率使用情况如下：CDMA下行频段GSM上行频段无中心对讲机调频立体声*航空导航业务（次要）航空导航业务GSM下行频段870～880MHz885～915MHz915～917MHz917～925MHz925～930MHz930～960MHz*国无管[1990］11号“关于调整900MHz频段的函”由频率划分表可以看出,目前在860～960MHz频段内只有在917～925MHz有可能作为RFID系统的使用频段。虽然目前在这一频段，存在立体声广播点对点传输业务，但近年来随着光纤通信的发展,大多数点对点立体声传输广播业务已经采用光纤传输替代，其用途已经大大减少。RFID/NFC应用系统安全性的研究RFID系统的安全性也是值得关注的问题之一.当前已经制定的RFID相关标准中对安全性的考虑不够完善，通信过程中没有鉴权过程,无法保护用户的隐私以及信息的安全。随着RFID技术的发展，RFID系统的安全性将会逐渐的提高。在标签、网络或者数据层面都有可能出现安全隐患。其安全问题不容我们忽视。如果一个RFID芯片设计不良或没有受到保护，有很多手段可以获取此芯片的结构和其中的数据，所造成的损失将会不堪设想。RFID标签信息很容易被窃取或修改,存贮在RFID标签中的数据很容易遭到破坏。另外，由于标签与读写器之间传输数据的加密措施简单,使得通信过程也容易受到非法读写器的监听。RFID网络中存在的安全威胁主要有两方面，一是从读写器传到后台之间的网络漏洞给系统和后台信息造成潜在威胁，二是RFID系统后台网络潜在的安全威胁。由于RFID后台网络是借助于标准的互联网基础设施,因此RFID后台网络的安全问题和互联网是一样的。读写器与后台网络系统之间的数据通讯必须加密。然而，到目前为止在EPCglobal网络上使用哪个标准来保障数据安全还没有确定.RFID/NFC在手机终端上与其它无线技术共存技术的研究将RFID芯片嵌入智能手机，一方面能够利用手机服务商提供的GPRS或CD2MAX1，TDSCDMA,WCDMA组成的无线网络将手机用作无线网络终端,方便地将采集到的数据传输出去；另一方面能够利用数据加密装置和身份识别装置组成安全性能很高的手机银行和用作安全可靠的专用无线终端设备。查验身份证的人员可以通过视读的方式简单识别身份证持有人的真伪，也可以通过无线手持式设备读出身份证信息并在该设备上显示,同时还可以通过该移动设备把身份证信息传送到控制中心作进一步的身份验证，最后返回验证结果.预计到2008年左右,应用市场将会实现集成式发展，身份识别、金融支付以及移动通信多方面应用将会整合在一起，在一个手机终端设备上通过多种方式实现不同应用；而技术上的发展则包括SIM卡控制器、RFID、移动支付、加密等多种形式实现整合，以高速接口、高密度取胜。然而,由于RFID系统抗干扰性较差，如果手机中集成RFID设备,处理不当则会造成相互间的干扰。一些RFID标签芯片采用被动工作模式，当手机发射信号时，必定会对微弱的标签信号造成干扰，因此必须采用必要的措施来避免这种情况的发生.另外，手机终端上如果集成RFID设备，系统的功耗将会加大，而普通手机的电池设计仅考虑系统本身的功耗，没有将附加设备的功耗考虑在内,附加RFID功能的手机对低功耗的电路设计提出更高的要求。ZigBee（华为)技术标准、技术成熟性、发展现状及走势ZigBee联盟（ZigBeeAlliance）于2002年8月由Honeywell、Mitsubishi、Motorola、Philips及Invensys共同成立,致力于发展一种可靠的、低成本、低功耗、面向自动化和监控应用的无线传感器网络标准。ZigBee技术的物理层和MAC是基于IEEE802.15。4-2003规范。IEEE在2000年12月成立了802.15.4小组，负责制订媒体访问控制层（MAC）与物理层(PHY）规范，在2003年5月通过了802.15.4标准；ZigBee联盟负责制订网络层、安全管理、应用层规范以及互通性测试,在2004年12月正式推出第一个协议栈规范(ZigBeeV1.0)。并将于2006年9月发布新的增强协议栈（ZigBeeSpecifications），面向家庭控制领域，在2007年1月发布面向商用环境监控的协议栈（ZigBeeProSpecifications）。ZigBee联盟目前已吸收了190多家成员，成员增长情况和地区分布可参见下图(统计截至2006年5月）：目前ZigBee联盟的“促进者(Promoter)”成员包括BMGroup,Ember,Freescale，Honeywell,Huawei,Mitsubishi，Motorola，Philips,Samsung，SchneiderElectric，SIEMENS,STMicroelectronic以及TexasInstruments十三家公司。ZigBee联盟的应用方向定位于（参见下图）:家庭自动化（HomeAutomation）楼宇自动化（CommercialBuildingAutomation）工业监控（IndustrialPlantMonitor)无线传感器应用（WirelessSensorApplications）电信结合应用(TelecomApplications）其它监控领域（医疗、消费电子、计算机外设等)图x。ZigBee应用方向目前ZigBee联盟主要包含以下工作组(WorkingGroup）：系统架构组（Architecture）应用框架组（ApplicationFramework）网络组（Network）安全组(Security)认证组（Interoperability&Qualification）市场组（Marketing)网关组(Gateway）目前ZigBee联盟定义了5个ApplicationProfile：HA（HomeAutomation，家庭自动化）CBA(CommercialBuildingAutomation,商业楼宇自动化)IPM（IndustrialPlantMonitoring，工业监控）WSN（WirelessSensorNetwork，无线传感器网络）TA（TelecomApplications，电信应用)ZigBee联盟最初确定了ZigBee技术三个启动市场:家庭控制、楼宇自动化和工业自动化.这是ZigBee技术的主要目标市场，随着技术的不断发展，各种融合应用纷纷开始被ZigBee技术所重视,面向物流运输和环境感知等领域的应用成为ZigBee的新市场方向,即无线传感器应用；结合电信网络特别是移动通信技术的应用,如移动支付、信息服务、数字城市等也在ZigBee联盟开始发展，也吸引了电信运营商和设备制造商的极大关注.技术特征ZigBee技术的主要特征包括:低功耗：ZigBee提供最高250Kbps的传输速率，采用简单高效的直接扩频调制技术，发射功率极低不超过10mw；ZigBee设备在非工作状态可处于睡眠模式，达到节电的效果，其电池寿命最长可持续到几年.低成本：基于IEEE802。15.4的RF芯片，结合最小容量为8K的微控制器（MCU）即可工作，目前其SoC单芯片的批量购买价格最低已低于每块3美元，远期可以降至1美元以内。全球通用：工作在2.4GHz全球免执照频段,很大程度上保证了设备的兼容性,特别对于移动性较强的设备。高可靠性：通过MESH组网提供冗余路径，自动修复受损路由;报文自动重传和确认机制;通过提供多信道切换和频率捷变性，具有很强的抗干扰能力支持大规模组网:IEEE802。15.4使用64-bit的IEEE物理地址，也可以使用16-bit的网络短地址,这样整个网络规模可达到65，000个以上的节点，并且通过网关/网桥设备支持跨区域的操作；另外ZigBee网络采用多种网络拓扑形式，在网络的组建和维护上都具有相当大的灵活度.安全性：使用AES128位加密，提供链路层、网络层和应用层的安全机制，并且可以根据不同的应用进行定制体系架构研究ZigBee具有星型网(star）、网状网（mesh）和树型网（clustertree)三种网络结构(如下图）。ZigBee设备在IEEE802。15.4中分为全功能设备（FullFunctionDevice，FFD)和精简功能设备(ReducedFunctionDevice,RFD)两种，RFD相对FFD协议栈简单并且内存更小，只能和某个FFD进行交互,RFD只能作为网络拓扑中的末端节点(EndDevice）；FFD具有完备的IEEE802。15。4协议功能,可以充当协调者（Coordinator）或者路由器（Router）。PANcoordinatorPANcoordinatorRouterEndDeviceMeshClusterTreeStarMESH图x。ZigBee三种网络结构从ZigBee协议栈来看,主要分为网络层（NWK)、应用层（APL）、安全层（SSP）,其中应用层按照功能细分为应用支持层(APS）、应用框架（AF）和应用对象（ApplicationObject）。如下图示.ZigBee联盟定义网络层、安全层、应用支持层和应用框架的协议规范,IEEE定义物理层和MAC层规范（IEEE802.15。4）,最终用户和OEM定义应用对象。图x。ZigBee协议结构物理层/MAC层协议研究IEEE802.15.4作为ZigBee的物理层和MAC层技术标准。物理层的主要功能包括：收发信机状态控制，即激活（Activation）或者去激活（Deactivation)；能量检测（ED：EnergyDetection），指对当前信道接收信号功率的检测，其结果为高层的信道选择提供依据；链路质量指标(LinkQualityIndication，LQI)，指接收数据包质量的指标，通过测量接收机ED或估计SNR或两者的结合获得,该指标可以作为量化无线信道性能的一个尺度;空闲信道评估（ClearChannelAssessment,CCA），用于在采用CSMA—CA接入信道过程中提供空闲信道信息；信道频率选择；数据发送及接收IEEE802。15.4定义了两个频段的物理层标准:2.4GHz物理层和868/915MHz物理层；2.4GHz为全球通用的ISM频段，868MHz为欧洲频段,915MHz为北美的ISM频段。两个标准都基于直接序列扩频(DSSS）方式，并且采用相同的数据包格式；区别除了工作频率以外还有传输速率、调制方式和扩频码片长度。两种物理层标准可参见下表.表x.IEEE802。15。4频段划分及数据速率2.4GHz频段下的传输速率为250kbps，采用偏移正交项移键控（O—QPSK）调制方式，扩频码采用长度为32的伪随机（PN）码。915MHz和868MHz的传输速率分别为40kbps和20kbps,调制均采用二进制项移键控（BPSK)方式,扩频码采用长度为15的伪随机（PN)码.调制和扩频过程可参考图3和图4.图3.2.4GHz调制与扩频过程图4.868/915MHz调制与扩频过程IEEE802。15.4MAC层的主要功能为：帧结构、信标（beacon）的生成及同步关联（Association）与去关联（Disassociation）机制支持设备安全加密CSMA—CA信道接入机制保证时隙（GuaranteedTimeSlot，GTS）机制建立可靠链接IEEE802。15。4定义了一种可选的MAC层超帧结构（见下图），由PANCoordinator决定是否采用超帧结构.这种超帧是和beacon绑定的，用于与其相关联的设备取得同步以及识别某个PAN。超帧包括活跃(active）和非活跃（inactive）两部分，在非活跃部分Coordinator可以进入低功耗模式（休眠状态），此时Coordinator与PAN没有交互活动；在活跃部分又分为竞争期（ContentionAccessPeriod，CAP)和非竞争期(ContentionFreePeriod，CFP),竞争期提供给以CSMA-CA方式接入的设备使用，非竞争期由若干保证时隙（GuaranteedTimeSlot，GTS)组成，提供给某些需要保留一定数据带宽的设备。这种超帧结构体现了IEEE802。15.4低功耗的一大特点，非活跃期的引入限制了Coordinator与设备之间收发信机的开通时间，在无数据传输时使它们处于休眠状态,从而大大节省了功率开支。图6。超帧结构MAC层包括四种帧类型(参考图7~图10）：数据帧（DataFrame）确认帧（AcknowledgmentFrame）MAC层命令帧（MACCommandFrame）信标帧（BeaconFrame)网络层技术ZigBee网络层主要具有以下功能:网络形成地址分配路由的发现和维护数据传输ZigBee网络层包括两个功能实体：网络层数据实体（NLDE，NetworkLayerDataEntity）和网络层管理实体(NLME，NetworkLayerManagementEntity）。从网络层的角度看ZigBee设备分为三种（如下图）:ZigBee协调者(ZC，ZigBeeCoordinator)、ZigBee路由节点（ZR,ZigBeeRouter）、ZigBee末端节点（ZED，ZigBeeEndDevice）。ZC对应着802.15.4中的“PAN协调者”（必须是FFD），是整个网络的创建者和管理者，在网络初始化时设定各项参数（如信道、PANID、StackProfile等）。ZR对应着802。15。4中的“协调者"（也必须是FFD)，是ZigBee网络中的可选设备；ZR的主要作用是建立多跳路由（树路由或mesh路由)，广播及路由各种消息到ZED，以及参与管理网络的地址分配.ZED对应着802。15.4中的“设备”（可以是RFD或FFD）,也是ZigBee网络中的可选设备,它可以发现ZC或ZR并与之关联，并在极低的功率下工作,在非工作时可以进入睡眠状态。图xZigBee网络形成过程ZigBee网络地址是基于树型的结构分配的，长度为16比特.网络协调者ZC的网络地址为0x0000，其它设备的地址由其父设备（parent）分配，具体由其父设备所能拥有的最大子设备（child）数Cm、网络最大深度Lm以及一个父设备可拥有的最大路由节点（亦子设备）数Rm来决定。对于深度为d、第n个加入（其父设备）的子设备，它的网络地址是：其中Cskip(）是一个偏移量，表示相继加入的两个子设备的地址差值,其计算方法如下:ZigBee网络的路由采用混合路由机制，对于树型拓扑结构采用分级路由（hierarchicalrouting）—又称树路由（treerouting）,对于网状拓扑结构则采用一种简化的AODV路由机制。对于树型拓扑结构,ZigBee的网络地址就是为分级路由服务的，设备只需根据自身和目的节点的网络地址就可以判断路由的方向（向上routeup或是向下routedown）。组网ZigBee的网络结构如2。2。3提到的三种典型拓扑：星型网、网状网和树型网，每个网络中都有一个FFD充当协调者，其他节点加入该协调者发起的ZigBee网络。另外,ZigBee联盟正在开发所谓的网关节点，用来连接到外部IP网络.如下图示：安全性研究ZigBee网络提供了一定程度上的安全保证，但由于ZigBee节点大部分是基于微控制器，存储空间小，因此只能采用一些简单的加密原语和短的密钥。同时还会利用802.15。4规定的基本安全机制。ZigBee安全机制如下图所示：密钥包括网络密钥(NetworkKey)、主密钥（MasterKey）和链路密钥（LinkKey）。网络密钥用于网络级安全，所有网络设备共享这个密钥，从而保护不受外部攻击。链路密钥是由主密钥根据算法生成，用于保护两个设备间的链路安全。密钥管理都由信任中心（TrustCenter）完成。信任中心主要功能包括鉴权请求网络的设备，维护和分发网络密钥，辅助建立端到端连接的链路密钥.信任中心实体可以位于协调者或者专用的配置工具中。低功耗技术研究ZigBee基于IEEE802.15。4的物理层和MAC层实现极低功耗.具体过程包括：电池供电的终端设备具有duty-cycling能力，在大部分工作时间处于sleep模式,周期性的监测信道看是否有数据将要发送给自己。如果有数据发送，则立刻从sleep模式转入工作模式，完成数据收发后又进入sleep模式.传感器网络与IPV6的结合无线传感器网络与IPV6结合的研究工作主要在IETF的6LOWPAN工作组。该工作组主要目的是开发“TransmissionofIPv6PacketsoverIEEE802.15。4WPANNetworks”文档,定义相关包格式和IP以下的适配层的帧格式、头压缩、地址产生等.而且还会考虑在IEEE802。15。4支持MESH网络。ZigBee与WLAN/Bluetooth等其他技术的干扰共存分析由于同为工作在2。4GHz公共频段上的无线技术，ZigBee与WLAN、Bluetooth等技术的干扰共存问题一直以来就受到广为研究。根据STZ的研究报告有如下一些结论：在802。11与802。15.4的信道完全重叠时，大概90%的802.15。4的包会丢失，因此需要信道使用上避免这种情况发生。802。15。4和Bluetooth可以同时工作，但偶尔有部分包丢失；802。15。4和微波炉可以同时工作，但偶尔有部分包丢失。因此主要的干扰问题就是发射功率较高的WLAN，如何避免信道重叠是ZigBee必须考虑的问题。目前ZigBee联盟正在讨论频率捷变的方案，目的就是在ZigBee网络检测到干扰时整体切换到干净的信道。UWB技术标准、技术成熟性、发展现状及走势UWB技术本身可以追溯到上世纪60年代。最初是军方用于雷达等方面。由于它发射极短的时间脉冲,在频域上因此占用很高的带宽。由此,1989年美国国防部首次使用了“超宽带”的名称.其后，从技术上,UWB被定义成一种这样的无线技术，即系统占用带宽超过500MHz或者相对带宽大于0.2。相对带宽相对带宽定义为2（fH-fL)/（fH+fL），其中fH和fL分别为—10dB时的上界频率和下界频率。因此，UWB本身来说是一个纯物理层的概念。美国FCC(FederalCommunicationsCommission)于2002年开放了3。1GH-10.6GHz共7。5GHz宽的频谱用于UWB无线技术，但是规定其发射功率的SpectrumMask必须在此范围内小于-41.3dBm/MHz。在IEEE的WPAN标准组内，随着蓝牙标准的确定（802。15。1工作组），成立了802。15.3的高速WPAN工作组。由于UWB技术的兴起和其巨大的市场潜力和技术优势，802。15.3随即成立了802.15.3aTaskGroup(TG)专门研究将UWB用于高速WPAN的物理链路的标准化方案，要求物理层速率在1-3米内达到480Mbps。根据IEEE标准组的流程，在随后的CallforProposal过程中，逐步形成了以Intel/TI为首的MultibandOFDMAlliance（MBOA)阵营和以Motorola/Freescale为首的Direct-Sequence（DS—UWB）阵营。两大阵营为了争夺标准的领导权，展开了激烈的竞争。但由于IEEE的802。15。3a任务组要求75％的通过率，导致两个提案无一能够最终胜出。经过近3年的争论，仍然没有定论。基于这种情况,802.15。3aTG的主席Heile于2005年6月辞职。半年之后IEEE802.15.3aTG在实际工作已经停顿的情况下,于2006年1月宣布解散。任务组解散之后,谁能成为标准，就要看市场的选择了.由Intel/TI等领导的MBOA阵营于2005年3月和WiMedia组织宣布合并。原先MBOA是以定义底层如UWB的物理层和MAC标准为主,而WiMedia则是以定义上层的接口和应用等为主。合并后的WiMedia将是涵盖从物理层到应用层各种Profile等的非常全面的一个UWB工业标准化组织.它的成员基本包含了业界所有大的芯片/设备/应用等厂商，包括Wintel等，这是一种巨大的产业优势.WiMedia的整体UWB平台设计和标准的制定规划如下图所示。因此主要包含以下几个方面：PHY：MultiBandOFDMPhysical(PHY）Layerv1。0MAC:DistributedMediumAccessControl(MAC)forWirelessNetworksv1。0WiMediaConvergenceArchitecture（WiMCA)v1.0WiMediaNetworkProtocolAdaptation(WiNET）Layerv1。0IP-basedapplicationprofilesWiMedia的PHY和MAC层规范已经于2005年发布v1.0版本。另外，从该图还可以看出，其主要的应用之一是WirelessUSB（WUSB）。WUSB的标准v1.0已经于去年底正式发布。另一个重要应用是无线1394和BluetoothoverUWB。PAL:ProtocolAdaptation