智能家居：选ZigBee还是蓝牙Mesh？

ZigBee和蓝牙Mesh作为两种流行的无线通信技术，它们都适用于构建大规模的物联网网络。尽管它们有一些相似之处，但在性能、网络管理及生态系统等方面存在明显差异。那么，智能家居更适合选ZigBee还是蓝牙Mesh呢？

 

ZigBee

ZigBee联盟于2004年底发布了官方IEEE 802.15.4-2003 ZigBee规范，此后该规范经过多次修订，其被广泛视为Wi-Fi和蓝牙设备的替代品。ZigBee非常适合需要小规模带宽的低功耗设备。ZigBee网络在单个网络上最多支持65000个节点。作为一项开放的全球标准，ZigBee还可在2.4 GHz、900 MHz和868 MHz的未授权频段上运行。目前最新的是ZigBee 3.0协议。

ZigBee网络

主要特点
 

• 协议栈：ZigBee基于IEEE 802.15.4标准，使用ZigBee联盟定义的高层协议。

• 网络拓扑：支持星型、树型和网状（Mesh）网络拓扑。

• 数据传输：使用2.4GHz频段（也有915MHz和868MHz频段的版本），传输速率最高可达250kbps。

• 网络管理：ZigBee网络中有一个协调器（Coordinator），负责网络的初始化和管理。

• 设备角色：包括协调器、路由器和终端设备。

• 安全性：支持AES-128加密，确保数据传输的安全性。

 

蓝牙Mesh

蓝牙Mesh相对较新，但凭借蓝牙技术的广泛普及和强大的生态系统，正迅速获得市场认可。蓝牙技术联盟（SIG）于2017年发布了该标准，为用户提供了无需网关即可使用本地智能手机连接的便利，采用洪泛消息中继方法，基于对等。节点之间直接传输信号。由于没有集中式节点，因此消除了单点故障。目前最新的是Mesh 1.1。

BLE网络类型

主要特点
 

• 协议栈：基于Bluetooth Low Energy（BLE）标准，使用蓝牙SIG定义的Mesh Profile。

• 网络拓扑：仅支持网状（Mesh）网络拓扑。

• 数据传输：使用2.4GHz频段，传输速率最高可达1Mbps。

• 网络管理：没有中心化的协调器，网络中的每个节点都可以参与网络管理和数据转发。

• 设备角色：包括节点（Node）、中继器（Relay）、代理（Proxy）和朋友（Friend）。

• 安全性：支持AES-CCM加密，确保数据传输的安全性。

 

技术成熟度

技术的成熟度之所以重要，有三个原因。首先，所有新技术都有缺陷和问题，需要时间来解决。其次，随着时间的推移，文档会变得更加全面。最后一个原因是兼容硬件需要时间才能上市。

 

ZigBee的成熟度与蓝牙Mesh相当，但硬件兼容性则是另一回事。目前有许多专用的ZigBee微控制器和SoC（片上系统），但蓝牙Mesh采用的是如今已经广泛使用的BLE硬件，这引出了蓝牙Mesh的第一个亮点。ZigBee和蓝牙Mesh均可在全球2.4GHz频谱中免许可工作，但各种设备都具有BLE功能，因此也具有蓝牙Mesh功能。而ZigBee并非如此，这意味着ZigBee网状网络需要网关才能与大多数其他设备（如智能手机）进行通信。

 

覆盖范围

ZigBee和蓝牙Mesh网络的节点间范围限制相似——根据条件不同，范围从10米到100米不等。但ZigBee可以在网格中支持更多节点，蓝牙Mesh的理论限制为32000个节点，而ZigBee的理论限制为65000个节点。这意味着ZigBee网状网络在理论上可以覆盖两倍的区域。但在实践中，在接近达到任一协议支持的最大节点数之前，其他实际问题很可能会限制网络规模。

ZigBee组网结构

蓝牙Mesh组网结构

 

设备功耗

功耗是工程师必须考虑的一个实际问题，特别是当节点由电池供电时。所有充当路由器的ZigBee和蓝牙Mesh节点都必须处于活动状态才能在网格中传输数据。但是，如果两种协议中的终端设备不需要参与网格，它们可以处于休眠状态。处于活动状态时，蓝牙Mesh节点所需的电量低于ZigBee节点。更重要的限制是每个网络的数据速率。在这方面，蓝牙Mesh再次获胜——至少乍一看是这样。它的空中数据速率为1Mbps。ZigBee的空中数据速率为250Kbps。但单凭空中数据速率会产生误导，因为数据在多个节点之间跳跃。数据通过网状网络所遵循的路径决定了数据传输效率。

 

即使使用单一协议，网状网络架构也会有所不同。节点的物理位置和网络的逻辑结构都决定了架构。ZigBee是可配置的。例如，如果终端设备需要休眠，ZigBee网状网络可以利用靠近终端设备节点集群的多个路由器节点。如果不考虑功耗，则需要的路由器节点要少得多。

 

应用场景

ZigBee最适合短距离连接，例如智能家居环境。它安装简单，并且通过其固有的低功耗使用来延长电池寿命。但是，ZigBee的安全协议不如蓝牙网状网络强大的多层安全措施先进。ZigBee网络可以融入涉及家庭和楼宇自动化、无线传感器网络、数据收集、工业控制系统、嵌入式传感等的应用。

 

蓝牙网状网络主要用于照明和家庭自动化应用。作为洪泛消息网络，蓝牙网状网络是可靠的，但速度/效率可能会受到影响，因为传输必须导航整个网状网络才能成功传递信号。

 

产品推荐

亿佰特ZigBee无线通信模块及网关有E18、E180、E72、E75等系列，支持ZigBee3.0通信协议，低功耗、高可靠性。部分型号产品集成快捷易用的自组网功能，组网结构灵活、覆盖范围远，化繁为简，大幅简化无线产品复杂的开发过程。

 

蓝牙模块主要有BLE 4.x/5.x、BLE Mesh、双模蓝牙、音频蓝牙、星闪模块系列，全面覆盖常用应用场合。蓝牙Mesh自组网模块支持SIG Mesh V1.0标准，单网络理论最大可容纳上万节点设备。设备入网后自动记忆网络信息，手机APP可任意节点代理入网，实现Mesh网络远程控制。