智能家居 Zigbee 與 BLE Mesh 技術(shù)對(duì)比

作者：小編更新時(shí)間：2024-07-08 點(diǎn)擊數(shù)：

概述

智能家居 Zigbee 與藍(lán)牙 Mesh 在市場(chǎng)上共存許久。兩者技術(shù)都在不斷進(jìn)步，共同推進(jìn)無(wú)線智能家居發(fā)展；但兩者性能及結(jié)構(gòu)相似度非常高，對(duì)彼此都存在一定的替代性。

那到底誰(shuí)更能夠滿足智能家居互聯(lián)互通的發(fā)展需要呢？接下來(lái)我們從技術(shù)性能及芯片原廠生態(tài)來(lái)作個(gè)對(duì)比。

1. 技術(shù)性能

藍(lán)牙 Mesh 和 Zigbee 是兩種最流行的 PAN（個(gè)人局域網(wǎng)）技術(shù)，都支持 Mesh 網(wǎng)絡(luò)（即網(wǎng)狀拓?fù)洌?。Zigbee 基于 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)，而藍(lán)牙 Mesh 則是 SIG 開發(fā)和發(fā)布的基于 BLE 之上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，二者都屬于短距離無(wú)線傳輸組網(wǎng)技術(shù)。

1.1 Mesh 路由機(jī)制的差異

智能家居 Zigbee 與 BLE Mesh 技術(shù)對(duì)比(圖1)

圖 1. BLE MESH 拓?fù)鋱D

智能家居 Zigbee 與 BLE Mesh 技術(shù)對(duì)比(圖2)

圖 2. Zigbee Mesh 拓?fù)鋱D
對(duì)于較小節(jié)點(diǎn)數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)，兩者的性能相似。藍(lán)牙 Mesh 使用泛洪方法來(lái)路由網(wǎng)狀數(shù)據(jù)包。這稱為受控這種廣播模式也稱為網(wǎng)絡(luò)泛洪。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量較小時(shí)，此機(jī)制非常有效。藍(lán)牙 Mesh 假定在大多數(shù)典型使用情況下，所有端節(jié)點(diǎn)在任何情況下都將需要相同的命令，例如”開燈”?？紤]到照明是物聯(lián)網(wǎng)最突出的場(chǎng)景之一，這種方法可以提供很好的性能。當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí)，Zigbee 的路由機(jī)制可能會(huì)受影響，因?yàn)?ZigBee 的動(dòng)態(tài)路由維護(hù)，將交換大量路由協(xié)議消息以更新路由表，這可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。由于 Zigbee 節(jié)點(diǎn)對(duì)較大數(shù)據(jù)包的延遲較小，因此它可以封裝較高層的幀頭和命令，同時(shí)提供良好的性能。它可以與單播和廣播結(jié)合使用以提高可靠性。當(dāng)在鏈路上發(fā)送大于 12 個(gè)數(shù)據(jù)包的大小時(shí)，由于在網(wǎng)絡(luò)層執(zhí)行分包和重組，藍(lán)牙 Mesh 的延遲會(huì)更高一些。
因此，與 Zigbee 相比，在傳輸大量需要分包和重組的消息命令當(dāng)中，藍(lán)牙 Mesh 的時(shí)延會(huì)更高一些，而 Zigbee 表現(xiàn)會(huì)更好一些。

1.2.數(shù)據(jù)速率

智能家居 Zigbee 與 BLE Mesh 技術(shù)對(duì)比(圖3)

圖 3. Zigbee 與藍(lán)牙參數(shù)對(duì)比

BLE 4.2 標(biāo)準(zhǔn)速率為1Mbps，而 BLE 5.0 提高了 2 倍，通訊速度最高為 2Mbps。Zigbee基于 802.15.4，該協(xié)議將數(shù)據(jù)速率限制為最高 250Kbps。因此，與 Zigbee 相比，藍(lán)牙 Mesh 具有更快的數(shù)據(jù)速率。

1.3.傳輸距離

節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)范圍的計(jì)算取決于多個(gè)因素，例如發(fā)射功率，工作頻率，接收器靈敏度，天線等。
Zigbee（在2.4GHz）通常比 BLE 4.0 傳輸距離更遠(yuǎn)，兩者都不加功率放大器的情況下，Zigbee 基本能做到 100 米。
而最新發(fā)布的藍(lán)牙 5 標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋范圍是藍(lán)牙 4.2 的 4 倍。也就是300米，所以理論而言基于 BLE 5.0 的藍(lán)牙 Mesh 網(wǎng)絡(luò)將擁有更遠(yuǎn)的傳輸距離。

1.4.功耗

Zigbee 和 BLE的功耗相當(dāng)。此外，Zigbe e中采用的路由機(jī)制使其電源效率略高。
但是隨著藍(lán)牙 5 的速率提升，發(fā)送相同大小的數(shù)據(jù)包藍(lán)牙 Mesh 將會(huì)更快，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的工作時(shí)間也將進(jìn)一步縮短。

1.5.安全性

兩者本質(zhì)上都是安全的。兩者都提供身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)加密的選項(xiàng)。

1.6.成本

藍(lán)牙 Mesh 基于 BLE，有更大的生態(tài)系統(tǒng)，幾乎所有的智能設(shè)備（主要手機(jī)）都集成有藍(lán)牙，普遍性相較于 Zigbee 更有優(yōu)勢(shì)，入門門檻更低。同時(shí)與 Zigbee 相比，BLE 芯片組的大規(guī)模生產(chǎn)降低了 IC 的成本。
此外 Zigbee 對(duì)網(wǎng)關(guān)的需求進(jìn)一步增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本?；?BLE 的系統(tǒng)也可以提供除了 Internet 連接以外的所有功能），而無(wú)需網(wǎng)關(guān)參與。因此，單從硬件考量，基于 BLE 的藍(lán)牙 Mesh 在成本上更具有優(yōu)勢(shì)。

另外不得不提，Zigbee 的授權(quán)許可相較于 BLE Mesh 而言，也需要更高的費(fèi)用，流程也更加復(fù)雜。

1.7.開放性

Zigbee 3.0 統(tǒng)一了 Zigbee 各應(yīng)用層的協(xié)議，建立起不同設(shè)備之間的通信連接網(wǎng)絡(luò)，使所有智能家居產(chǎn)品能都統(tǒng)一到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，讓家居體驗(yàn)更加智能便捷。

藍(lán)牙 Mesh 技術(shù)對(duì)所有芯片制造商、軟件開發(fā)人員和照明設(shè)備制造商都是開放的。藍(lán)牙不屬于任何一方的產(chǎn)品，也不歸任何一方所有，而是一個(gè)已經(jīng)由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟成功管理二十年的全球知名品牌。每個(gè)人都可以加入并貢獻(xiàn)自己的力量，且所有規(guī)范都是公開的。藍(lán)牙 Mesh 是一個(gè)軟件堆棧，因此可以輕松在現(xiàn)有智能手機(jī)上實(shí)現(xiàn)完整的藍(lán)牙 Mesh 協(xié)議，直接控制基于 BLE 的藍(lán)牙 Mesh 設(shè)備，而無(wú)需使用任何網(wǎng)關(guān)進(jìn)行臨時(shí)連接。與藍(lán)牙 Mesh 相比，Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備，幾乎無(wú)法直接觸達(dá)消費(fèi)終端設(shè)備，而需要使用額外的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

但是，對(duì)于完整的物聯(lián)網(wǎng)連接和云端控制，在藍(lán)牙 Mesh 和基于 Zigbee 的系統(tǒng)中都需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)。

2. 國(guó)內(nèi)外芯片生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈

Zigbee：TI、NXP、SiliconLab 等
NXP 作為 WPI 代理產(chǎn)品線，在 Zigbee 領(lǐng)域已深耕多年。NXP JN5169、JN5189 在市場(chǎng)上已導(dǎo)入多家品牌廠商，應(yīng)用成熟。具體參數(shù)如下：

智能家居 Zigbee 與 BLE Mesh 技術(shù)對(duì)比(圖4)

圖 4. NXP Zigbee 主推產(chǎn)品主要參數(shù)

藍(lán)牙 mesh：Nordic、SiliconLab、泰凌微、國(guó)民技術(shù)等
而國(guó)民技術(shù)最新推出的支持 BLE Mesh 產(chǎn)品：N32WB031，原廠軟件設(shè)計(jì)包含 BLE Mesh 燈控 Demo 程序，有利于簡(jiǎn)化 BLE Mesh 產(chǎn)品開發(fā)！
國(guó)民技術(shù) N32W031 其相關(guān)的具體參數(shù)如下：內(nèi)核 & 存儲(chǔ)

64MHz ARM Cortex-M0 內(nèi)核
48KB SRAM、256K/512KB Flash

功耗

接收電流：3.80mA @3.3V
發(fā)射電流：4.23mA @0dBm/3.3V
Sleep模式 ( 48KB RAM 保持 ) ：1.41μA
PD模式：0.13μA

射頻規(guī)格

BLE 1Mbps 接收靈敏度：-94dBm
BLE 2Mbps 接收靈敏度：-91dBm
可編程的發(fā)射功率，最大 +6dBm
單端天線口
支持 BLE MESH

其他：

工作電壓范圍：2.32V ~ 3.6V
工作電壓范圍：-40°C ~ 85 °C
封裝：QFN32（4mm x 4mm）

從上面的描述中我們可以客觀地看到藍(lán)牙 Mesh 和 Zigbee 是不相上下的, 未來(lái)智能家居留到最后的是 Zigbee 還是藍(lán)牙 Mesh，亦或是新興的基于 Thread 的 Matter ，誰(shuí)也不能保證。

但或許還有另一種方式就是共存，支持多種通訊協(xié)議融合或許是智能家居實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的最佳途徑，我們也真誠(chéng)希望后續(xù)能達(dá)成這個(gè)愿景！

作為消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，并不太關(guān)心用的哪些技術(shù)，要的是能滿足個(gè)性化需求場(chǎng)景、體驗(yàn)好、夠安全、性價(jià)比高，易用性強(qiáng)的產(chǎn)品，那么自然能夠被市場(chǎng)接受！