ZigBee和藍牙Mesh作為兩種流行的無線通信技術,它們都適用于構建大規模的物聯網網絡。盡管它們有一些相似之處,但在性能、網絡管理及生態系統等方面存在明顯差異。那么,智能家居更適合選ZigBee還是藍牙Mesh呢?
ZigBee
ZigBee聯盟于2004年底發布了官方IEEE 802.15.4-2003 ZigBee規范,此后該規范經過多次修訂,其被廣泛視為Wi-Fi和藍牙設備的替代品。ZigBee非常適合需要小規模帶寬的低功耗設備。ZigBee網絡在單個網絡上最多支持65000個節點。作為一項開放的全球標準,ZigBee還可在2.4 GHz、900 MHz和868 MHz的未授權頻段上運行。目前最新的是ZigBee 3.0協議。
ZigBee網絡
主要特點
? 協議棧:ZigBee基于IEEE 802.15.4標準,使用ZigBee聯盟定義的高層協議。
? 網絡拓撲:支持星型、樹型和網狀(Mesh)網絡拓撲。
? 數據傳輸:使用2.4GHz頻段(也有915MHz和868MHz頻段的版本),傳輸速率最高可達250kbps。
? 網絡管理:ZigBee網絡中有一個協調器(Coordinator),負責網絡的初始化和管理。
? 設備角色:包括協調器、路由器和終端設備。
? 安全性:支持AES-128加密,確保數據傳輸的安全性。
藍牙Mesh
藍牙Mesh相對較新,但憑借藍牙技術的廣泛普及和強大的生態系統,正迅速獲得市場認可。藍牙技術聯盟(SIG)于2017年發布了該標準,為用戶提供了無需網關即可使用本地智能手機連接的便利,采用洪泛消息中繼方法,基于對等。節點之間直接傳輸信號。由于沒有集中式節點,因此消除了單點故障。目前最新的是Mesh 1.1。
BLE網絡類型
主要特點
? 協議棧:基于Bluetooth Low Energy(BLE)標準,使用藍牙SIG定義的Mesh Profile。
? 網絡拓撲:僅支持網狀(Mesh)網絡拓撲。
? 數據傳輸:使用2.4GHz頻段,傳輸速率最高可達1Mbps。
? 網絡管理:沒有中心化的協調器,網絡中的每個節點都可以參與網絡管理和數據轉發。
? 設備角色:包括節點(Node)、中繼器(Relay)、代理(Proxy)和朋友(Friend)。
? 安全性:支持AES-CCM加密,確保數據傳輸的安全性。
技術成熟度
技術的成熟度之所以重要,有三個原因。首先,所有新技術都有缺陷和問題,需要時間來解決。其次,隨著時間的推移,文檔會變得更加全面。最后一個原因是兼容硬件需要時間才能上市。
ZigBee的成熟度與藍牙Mesh相當,但硬件兼容性則是另一回事。目前有許多專用的ZigBee微控制器和SoC(片上系統),但藍牙Mesh采用的是如今已經廣泛使用的BLE硬件,這引出了藍牙Mesh的第一個亮點。ZigBee和藍牙Mesh均可在全球2.4GHz頻譜中免許可工作,但各種設備都具有BLE功能,因此也具有藍牙Mesh功能。而ZigBee并非如此,這意味著ZigBee網狀網絡需要網關才能與大多數其他設備(如智能手機)進行通信。
覆蓋范圍
ZigBee和藍牙Mesh網絡的節點間范圍限制相似——根據條件不同,范圍從10米到100米不等。但ZigBee可以在網格中支持更多節點,藍牙Mesh的理論限制為32000個節點,而ZigBee的理論限制為65000個節點。這意味著ZigBee網狀網絡在理論上可以覆蓋兩倍的區域。但在實踐中,在接近達到任一協議支持的最大節點數之前,其他實際問題很可能會限制網絡規模。
ZigBee組網結構
藍牙Mesh組網結構
設備功耗
功耗是工程師必須考慮的一個實際問題,特別是當節點由電池供電時。所有充當路由器的ZigBee和藍牙Mesh節點都必須處于活動狀態才能在網格中傳輸數據。但是,如果兩種協議中的終端設備不需要參與網格,它們可以處于休眠狀態。處于活動狀態時,藍牙Mesh節點所需的電量低于ZigBee節點。更重要的限制是每個網絡的數據速率。在這方面,藍牙Mesh再次獲勝——至少乍一看是這樣。它的空中數據速率為1Mbps。ZigBee的空中數據速率為250Kbps。但單憑空中數據速率會產生誤導,因為數據在多個節點之間跳躍。數據通過網狀網絡所遵循的路徑決定了數據傳輸效率。
即使使用單一協議,網狀網絡架構也會有所不同。節點的物理位置和網絡的邏輯結構都決定了架構。ZigBee是可配置的。例如,如果終端設備需要休眠,ZigBee網狀網絡可以利用靠近終端設備節點集群的多個路由器節點。如果不考慮功耗,則需要的路由器節點要少得多。
應用場景
ZigBee最適合短距離連接,例如智能家居環境。它安裝簡單,并且通過其固有的低功耗使用來延長電池壽命。但是,ZigBee的安全協議不如藍牙網狀網絡強大的多層安全措施先進。ZigBee網絡可以融入涉及家庭和樓宇自動化、無線傳感器網絡、數據收集、工業控制系統、嵌入式傳感等的應用。
藍牙網狀網絡主要用于照明和家庭自動化應用。作為洪泛消息網絡,藍牙網狀網絡是可靠的,但速度/效率可能會受到影響,因為傳輸必須導航整個網狀網絡才能成功傳遞信號。
億佰特ZigBee無線通信模塊及網關有E18、E180、E72、E75等系列,支持ZigBee3.0通信協議,低功耗、高可靠性。部分型號產品集成快捷易用的自組網功能,組網結構靈活、覆蓋范圍遠,化繁為簡,大幅簡化無線產品復雜的開發過程。
藍牙模塊主要有BLE 4.x/5.x、BLE Mesh、雙模藍牙、音頻藍牙、星閃模塊系列,全面覆蓋常用應用場合。藍牙Mesh自組網模塊支持SIG Mesh V1.0標準,單網絡理論最大可容納上萬節點設備。設備入網后自動記憶網絡信息,手機APP可任意節點代理入網,實現Mesh網絡遠程控制。
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