智能家居：選ZigBee還是藍(lán)牙Mesh？

ZigBee和藍(lán)牙Mesh作為兩種流行的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，它們都適用于構(gòu)建大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。盡管它們有一些相似之處，但在性能、網(wǎng)絡(luò)管理及生態(tài)系統(tǒng)等方面存在明顯差異。那么，智能家居更適合選ZigBee還是藍(lán)牙Mesh呢？

ZigBee

ZigBee聯(lián)盟于2004年底發(fā)布了官方IEEE 802.15.4-2003 ZigBee規(guī)范，此后該規(guī)范經(jīng)過(guò)多次修訂，其被廣泛視為Wi-Fi和藍(lán)牙設(shè)備的替代品。ZigBee非常適合需要小規(guī)模帶寬的低功耗設(shè)備。ZigBee網(wǎng)絡(luò)在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)上最多支持65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。作為一項(xiàng)開(kāi)放的全球標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee還可在2.4 GHz、900 MHz和868 MHz的未授權(quán)頻段上運(yùn)行。目前最新的是ZigBee 3.0協(xié)議。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)

主要特點(diǎn)

? 協(xié)議棧：ZigBee基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，使用ZigBee聯(lián)盟定義的高層協(xié)議。

? 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌褐С中切?、?shù)型和網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

? 數(shù)據(jù)傳輸：使用2.4GHz頻段（也有915MHz和868MHz頻段的版本），傳輸速率最高可達(dá)250kbps。

? 網(wǎng)絡(luò)管理：ZigBee網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)協(xié)調(diào)器（Coordinator），負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的初始化和管理。

? 設(shè)備角色：包括協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。

? 安全性：支持AES-128加密，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

藍(lán)牙Mesh

藍(lán)牙Mesh相對(duì)較新，但憑借藍(lán)牙技術(shù)的廣泛普及和強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)，正迅速獲得市場(chǎng)認(rèn)可。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）于2017年發(fā)布了該標(biāo)準(zhǔn)，為用戶(hù)提供了無(wú)需網(wǎng)關(guān)即可使用本地智能手機(jī)連接的便利，采用洪泛消息中繼方法，基于對(duì)等。節(jié)點(diǎn)之間直接傳輸信號(hào)。由于沒(méi)有集中式節(jié)點(diǎn)，因此消除了單點(diǎn)故障。目前最新的是Mesh 1.1。

BLE網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型

主要特點(diǎn)

? 協(xié)議棧：基于Bluetooth Low Energy（BLE）標(biāo)準(zhǔn)，使用藍(lán)牙SIG定義的Mesh Profile。

? 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌簝H支持網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

? 數(shù)據(jù)傳輸：使用2.4GHz頻段，傳輸速率最高可達(dá)1Mbps。

? 網(wǎng)絡(luò)管理：沒(méi)有中心化的協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以參與網(wǎng)絡(luò)管理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

? 設(shè)備角色：包括節(jié)點(diǎn)（Node）、中繼器（Relay）、代理（Proxy）和朋友（Friend）。

? 安全性：支持AES-CCM加密，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

技術(shù)成熟度

技術(shù)的成熟度之所以重要，有三個(gè)原因。首先，所有新技術(shù)都有缺陷和問(wèn)題，需要時(shí)間來(lái)解決。其次，隨著時(shí)間的推移，文檔會(huì)變得更加全面。最后一個(gè)原因是兼容硬件需要時(shí)間才能上市。

ZigBee的成熟度與藍(lán)牙Mesh相當(dāng)，但硬件兼容性則是另一回事。目前有許多專(zhuān)用的ZigBee微控制器和SoC（片上系統(tǒng)），但藍(lán)牙Mesh采用的是如今已經(jīng)廣泛使用的BLE硬件，這引出了藍(lán)牙Mesh的第一個(gè)亮點(diǎn)。ZigBee和藍(lán)牙Mesh均可在全球2.4GHz頻譜中免許可工作，但各種設(shè)備都具有BLE功能，因此也具有藍(lán)牙Mesh功能。而ZigBee并非如此，這意味著ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)需要網(wǎng)關(guān)才能與大多數(shù)其他設(shè)備（如智能手機(jī)）進(jìn)行通信。

覆蓋范圍

ZigBee和藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間范圍限制相似——根據(jù)條件不同，范圍從10米到100米不等。但ZigBee可以在網(wǎng)格中支持更多節(jié)點(diǎn)，藍(lán)牙Mesh的理論限制為32000個(gè)節(jié)點(diǎn)，而ZigBee的理論限制為65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。這意味著ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)在理論上可以覆蓋兩倍的區(qū)域。但在實(shí)踐中，在接近達(dá)到任一協(xié)議支持的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)之前，其他實(shí)際問(wèn)題很可能會(huì)限制網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。

ZigBee組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

藍(lán)牙Mesh組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

設(shè)備功耗

功耗是工程師必須考慮的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，特別是當(dāng)節(jié)點(diǎn)由電池供電時(shí)。所有充當(dāng)路由器的ZigBee和藍(lán)牙Mesh節(jié)點(diǎn)都必須處于活動(dòng)狀態(tài)才能在網(wǎng)格中傳輸數(shù)據(jù)。但是，如果兩種協(xié)議中的終端設(shè)備不需要參與網(wǎng)格，它們可以處于休眠狀態(tài)。處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，藍(lán)牙Mesh節(jié)點(diǎn)所需的電量低于ZigBee節(jié)點(diǎn)。更重要的限制是每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)速率。在這方面，藍(lán)牙Mesh再次獲勝——至少乍一看是這樣。它的空中數(shù)據(jù)速率為1Mbps。ZigBee的空中數(shù)據(jù)速率為250Kbps。但單憑空中數(shù)據(jù)速率會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，因?yàn)閿?shù)據(jù)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間跳躍。數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)所遵循的路徑?jīng)Q定了數(shù)據(jù)傳輸效率。

即使使用單一協(xié)議，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也會(huì)有所不同。節(jié)點(diǎn)的物理位置和網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)都決定了架構(gòu)。ZigBee是可配置的。例如，如果終端設(shè)備需要休眠，ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以利用靠近終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)集群的多個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)。如果不考慮功耗，則需要的路由器節(jié)點(diǎn)要少得多。

應(yīng)用場(chǎng)景

ZigBee最適合短距離連接，例如智能家居環(huán)境。它安裝簡(jiǎn)單，并且通過(guò)其固有的低功耗使用來(lái)延長(zhǎng)電池壽命。但是，ZigBee的安全協(xié)議不如藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的多層安全措施先進(jìn)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以融入涉及家庭和樓宇自動(dòng)化、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)收集、工業(yè)控制系統(tǒng)、嵌入式傳感等的應(yīng)用。

藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)主要用于照明和家庭自動(dòng)化應(yīng)用。作為洪泛消息網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是可靠的，但速度/效率可能會(huì)受到影響，因?yàn)閭鬏敱仨殞?dǎo)航整個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)才能成功傳遞信號(hào)。

產(chǎn)品推薦

億佰特ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊及網(wǎng)關(guān)有E18、E180、E72、E75等系列，支持ZigBee3.0通信協(xié)議，低功耗、高可靠性。部分型號(hào)產(chǎn)品集成快捷易用的自組網(wǎng)功能，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活、覆蓋范圍遠(yuǎn)，化繁為簡(jiǎn)，大幅簡(jiǎn)化無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品復(fù)雜的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

藍(lán)牙模塊主要有BLE 4.x/5.x、BLE Mesh、雙模藍(lán)牙、音頻藍(lán)牙、星閃模塊系列，全面覆蓋常用應(yīng)用場(chǎng)合。藍(lán)牙Mesh自組網(wǎng)模塊支持SIG Mesh V1.0標(biāo)準(zhǔn)，單網(wǎng)絡(luò)理論最大可容納上萬(wàn)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。設(shè)備入網(wǎng)后自動(dòng)記憶網(wǎng)絡(luò)信息，手機(jī)APP可任意節(jié)點(diǎn)代理入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制。