在物聯(lián)網(wǎng)世界中，無線通信技術(shù)使越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠相互交互，形成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)。如今，有許多種協(xié)議正在爭奪市場主導(dǎo)地位。其中，Zigbee 和低功耗藍(lán)牙 (BLE) 是為低功耗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用打造的兩個標(biāo)準(zhǔn)，因為它們成本低廉且開發(fā)簡單。

然而，它們之間也有一些區(qū)別。在特定情況下，一種協(xié)議可能比另一種更適合。而在一些情況下，將兩者結(jié)合起來可能是利用其互補(bǔ)優(yōu)勢的最佳行動方案。接下來，我們將比較和討論物聯(lián)網(wǎng)中常見的BLE 和 ZigBee，以及它們的優(yōu)勢、用例和局限性。

Zigbee和低功耗藍(lán)牙（BLE）之間的差異

BLE是一種基于藍(lán)牙的協(xié)議，可實現(xiàn)設(shè)備之間的短距離通信，并且可以提供比 Zigbee 更快的數(shù)據(jù)速率。因此，對于需要傳輸相對大量數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，BLE 可能是更好的選擇。

Zigbee則是基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，更關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。Zigbee支持更多節(jié)點，可以構(gòu)建更大的網(wǎng)絡(luò)，這對于需要連接大量設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用至關(guān)重要，尤其是對穩(wěn)定性有更高要求的項目。

BLE 和 Zigbee 的生態(tài)系統(tǒng)也不同。由于藍(lán)牙在智能手機(jī)、平板電腦等消費電子產(chǎn)品中的廣泛使用，因此消費電子設(shè)備對BLE的支持也更加成熟。另一方面，Zigbee 在家庭自動化中應(yīng)用更為廣泛，它可以與更多的傳感器和執(zhí)行器配合使用。

物聯(lián)網(wǎng)中的 Zigbee

Zigbee 是基于 IEEE 802.15.4 規(guī)范的低功耗無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。在世界上大多數(shù)國家，Zigbee 使用工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療 (ISM) 無線電信道，包括 2.4 GHz。Zigbee 適用于中距離無線控制和監(jiān)控應(yīng)用中的電池供電設(shè)備。

• 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)： Zigbee在網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)上運行。消息通過中間節(jié)點到達(dá)遠(yuǎn)處的節(jié)點，這意味著來自單個傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)會跨一組模式傳輸，直到傳輸?shù)竭_(dá)通用Zigbee網(wǎng)關(guān)。這樣做的優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍更大（理論上單個網(wǎng)絡(luò)最多可容納 65000 個節(jié)點）和距離遠(yuǎn)，但也有多個節(jié)點嘗試通過單個節(jié)點到達(dá)網(wǎng)關(guān)時由于瓶頸而導(dǎo)致延遲較高的缺點。
• LAN 局域網(wǎng)： Zigbee 設(shè)計用于在中短距離內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。它能夠使用網(wǎng)狀架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在多個設(shè)備之間同時共享信息。
• 低帶寬： Zigbee 無線電對功率和帶寬有非常嚴(yán)格的限制，適合以小數(shù)據(jù)包傳輸數(shù)據(jù)。
• 成本效益： Zigbee是Zigbee聯(lián)盟制定的免許可、開放的全球標(biāo)準(zhǔn)，無需任何許可即可實施。因此，Zigbee的成本并不高。
• 合適的應(yīng)用： 對于節(jié)點密度較高的小型項目來說，Zigbee 是一個不錯的選擇。它非常適合物聯(lián)網(wǎng)智能照明系統(tǒng)和家庭自動化。不過，Zigbee并未在大型項目中廣泛采用，因為大量節(jié)點可能同時采用相同的路徑并產(chǎn)生瓶頸。因此，Zigbee 在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（例如高度儀表化的安裝）中仍然相當(dāng)有限。

Zigbee的優(yōu)點

• 可靠性： Zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的一大優(yōu)勢是其“自形成”和“自愈”的特性。如果添加任何節(jié)點，Zigbee 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以自動形成和配置，并修復(fù)或替換網(wǎng)絡(luò)中任何損壞或禁用的節(jié)點。
• 互操作性：來自不同制造商的 Zigbee設(shè)備可以無縫通信，有助于Zigbee在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的廣泛接受并降低成本。
• 易于開發(fā)：  Zigbee聯(lián)盟于2004年底發(fā)布了官方IEEE 802.15.4-2003 Zigbee規(guī)范，并且該規(guī)范已經(jīng)經(jīng)歷了多次修訂。因此，用于開發(fā) Zigbee 的文檔廣泛可用，并且涵蓋了許多不同的用例。路由表、地址解析、安全性、重試和確認(rèn)均內(nèi)置于協(xié)議中，從而節(jié)省了大量的工程時間。

Zigbee 的局限性

• 非 IP： Zigbee 不使用 IP 尋址。因此，必須安裝Zigbee 網(wǎng)關(guān)來幫助與互聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)進(jìn)行通信。
• 始終通電：大多數(shù)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)都有這樣的限制，即所有連接的節(jié)點路由或跳躍消息必須始終保持通電，這可能會有點耗電。
• 延遲： 由于采用網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的延遲可能比簡單的點對點通信更高。

物聯(lián)網(wǎng)用例中的 Zigbee

對于低成本、低功耗的基于物聯(lián)網(wǎng)的家庭自動化網(wǎng)絡(luò)，Zigbee 因其互操作性而毫無疑問是最佳選擇。畢竟，Zigbee 的起源是家庭自動化。此外，它還適用于商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用，包括家庭能源監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)照明、老年家庭監(jiān)控系統(tǒng)等。

智能城市街道照明很好地說明了Zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，因為它允許借助室外工業(yè)Zigbee傳感器到云網(wǎng)關(guān)來遠(yuǎn)程控制相當(dāng)大的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)中的低功耗藍(lán)牙

低功耗藍(lán)牙（BLE）是當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)各個領(lǐng)域中使用最廣泛的通信技術(shù)之一。BLE 由藍(lán)牙特別興趣小組 (Bluetooth SIG) 創(chuàng)建并推廣。  

• 短距離通信：  BLE 主要用于在個域網(wǎng) (PAN) 上的兩個不同設(shè)備之間建立點對點連接。
• 高速傳輸： 藍(lán)牙的整體覆蓋范圍小于Zigbee，但BLE的數(shù)據(jù)速率要高得多。藍(lán)牙 5 可以發(fā)送和接收高達(dá) 2 Mbps 的數(shù)據(jù)，傳輸速率是上一代標(biāo)準(zhǔn)的三倍。
• 互操作性：藍(lán)牙 SIG 通過為成員公司留出相當(dāng)大一部分 UUID 價值空間來協(xié)調(diào)設(shè)備制造商之間的互操作性，以創(chuàng)建獨特的藍(lán)牙應(yīng)用服務(wù)并將分配的 UUID 號碼公開以避免通信沖突，
• 低功耗：  BLE代表藍(lán)牙低功耗，具有出色的電源管理能力。BLE設(shè)備支持低帶寬連接并處理小數(shù)據(jù)流，從而使電池可持續(xù)使用數(shù)月甚至數(shù)年。典型的BLE設(shè)備包括電池供電的藍(lán)牙信標(biāo)、數(shù)字秤、物聯(lián)網(wǎng)溫濕度傳感器、照明控制器、智能手表等。
• 合適的應(yīng)用： BLE非常適合在需要在短距離內(nèi)以較高速率進(jìn)行持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)解決方案中實施。但BLE網(wǎng)絡(luò)受到帶寬和物理覆蓋范圍的限制，因此，BLE并不是高密度節(jié)點應(yīng)用的最佳選擇。 

使用BLE的優(yōu)點

• 硬件不太復(fù)雜：低功耗藍(lán)牙實現(xiàn)了客戶端-服務(wù)器架構(gòu)，通?？梢宰远x硬件以僅實現(xiàn)所需的通信功能。
• 開發(fā)成本低： BLE是一種簡單的協(xié)議，在全球數(shù)十億設(shè)備中被廣泛接受和實施，其更大的生態(tài)系統(tǒng)導(dǎo)致BLE SoC的大規(guī)模生產(chǎn)，并且與Zigbee相比進(jìn)一步降低了IC成本。同時，它支持許多流行的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，包括Android、Windows、iOS等，使得開發(fā)BLE嵌入式應(yīng)用程序和驗證其功能變得更加容易，這將大大降低工程成本和開發(fā)時間。  
• 出色的電源管理： 顧名思義，低功耗藍(lán)牙是一種經(jīng)過充分優(yōu)化的協(xié)議，不會消耗大量電量。它可以在數(shù)據(jù)匱乏的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中實現(xiàn)，這些設(shè)備可以使用紐扣電池長時間運行，一次幾個月都不需要有人值守。

使用BLE的限制

• 點對點通信：  BLE是一種點對點協(xié)議。一個BLE設(shè)備作為主設(shè)備，另一個作為從設(shè)備，這可能會導(dǎo)致可擴(kuò)展性有限和部署成本較高。在典型的BLE連接中，中央設(shè)備（例如BLE 網(wǎng)關(guān)）和一個或多個外圍設(shè)備（例如傳感器或執(zhí)行器）之間通常存在通信。
• 缺乏IP尋址：低功耗藍(lán)牙 (BLE) 是與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 不同的協(xié)議，并且 BLE 設(shè)備沒有 IP 地址。要將數(shù)據(jù)從僅支持 BLE 的設(shè)備傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)，需要另一個具有 IP 連接的 BLE 設(shè)備來接收此數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)發(fā)到另一個 IP 設(shè)備（或互聯(lián)網(wǎng)）和云解決方案。
• 范圍有限：網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍相當(dāng)有限，這是BLE的核心缺點之一。通常，BLE 無線電無法在最大范圍之外進(jìn)行通信。對于家庭和辦公室使用場景來說還可以，但對于工業(yè)和農(nóng)業(yè)監(jiān)控應(yīng)用來說就不太好了。因此，藍(lán)牙遠(yuǎn)距離(Bluetooth Long Range, BLR)  的發(fā)明是為了以信號傳輸速率的代價顯著增加信號傳輸距離。

物聯(lián)網(wǎng)用例中的BLE

家庭自動化已被證明是低功耗藍(lán)牙在特定區(qū)域中鏈接對象集合的最佳用例之一。使用BLE功能的流行智能產(chǎn)品包括可穿戴家庭健康監(jiān)測設(shè)備、老年家庭監(jiān)測設(shè)備和家庭娛樂設(shè)備。

BLE 還可以完美地用于室內(nèi)定位和導(dǎo)航，因為BLE信標(biāo)可用于確定人員在工廠或停車場內(nèi)的位置。

另一個重要市場是樓宇自動化或小型商業(yè)環(huán)境中基于 BLE 的照明控制，BLE 非常適合自動化小型基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)，但可能不是大型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最佳選擇。改變溫室中的環(huán)境溫度或照明強(qiáng)度有助于促進(jìn)植物生長。

物聯(lián)網(wǎng)中的藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Bluetooth Mesh）

Zigbee 是當(dāng)今最流行的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，藍(lán)牙 SIG 于 2017 年發(fā)布了類似的藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，旨在鞏固其在無線技術(shù)中的主導(dǎo)地位。 

BLE Mesh超越了常規(guī) BLE 協(xié)議的限制，可以在大量設(shè)備之間建立穩(wěn)定且靈活的網(wǎng)絡(luò)。它允許多對多設(shè)備通過多跳連接，實現(xiàn)更廣覆蓋范圍的通信。盡管 BT Mesh 可以容納超過32000個節(jié)點，但由于實際帶寬和物理空間的限制，單個網(wǎng)絡(luò)通常僅限于幾百個設(shè)備。

BLE Mesh的優(yōu)點

藍(lán)牙Mesh用于智能家居中控制照明、窗簾和其他智能設(shè)備，也可用于物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和傳感器網(wǎng)絡(luò)，甚至可用于智能樓宇自動化的大型工業(yè)自動化系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)照明。

• 大型物理網(wǎng)絡(luò)： 由于藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以通過多跳相互連接，因此信息可以通過中間節(jié)點傳遞，從而使網(wǎng)絡(luò)變得更強(qiáng)大、更廣泛，并且不受任何一個無線電節(jié)點的范圍的限制。
• 信標(biāo)廣播通信：藍(lán)牙Mesh以BLE為基礎(chǔ)，承載了協(xié)議的能力，例如支持信標(biāo)，可以廣播信標(biāo)信息，但只有目標(biāo)設(shè)備處理信息，增強(qiáng)隱私性和安全性。
• 低能耗：基于BLE協(xié)議的藍(lán)牙Mesh設(shè)備通常能耗較低，適合電池供電的設(shè)備。此外，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的傳輸范圍較短，從而減少了功耗。
• 可靠性：設(shè)備可以自動加入網(wǎng)絡(luò)、建立連接和傳輸數(shù)據(jù)，而無需中央控制器，因為藍(lán)牙 LE Mesh 網(wǎng)絡(luò)具有自我形成和自我修復(fù)的能力。

使用BLE Mesh的限制

• 延遲： MTU 大小（鏈路層最大傳輸單元）是評估性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。BLE 具有較小的 MTU 大小，如果較高層協(xié)議或應(yīng)用打算使用較大的數(shù)據(jù)包，這將增加更多延遲并導(dǎo)致性能下降。
• 高度擁塞和大型網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)狀路由限制：  BLE使用托管泛洪方法來路由網(wǎng)狀數(shù)據(jù)包，只有主電源上的節(jié)點才會中繼數(shù)據(jù)包。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)較小且節(jié)點移動時，這種路由器機(jī)制非常有效。但由于我們之前提到的 MTU 大小限制，它可能會面臨更高延遲的一些挑戰(zhàn)。在這種情況下，Zigbee 由于其成熟的路由方法而往往表現(xiàn)更好。
• IP尋址缺失： 為了實現(xiàn)成熟的物聯(lián)網(wǎng)連接和對互聯(lián)網(wǎng)（或云）的控制，需要一個BLE 網(wǎng)狀網(wǎng)關(guān)來將 BLE 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為 IP 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，反之亦然。

物聯(lián)網(wǎng)用例中的BLE網(wǎng)格

值得一提的是，藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目前正處于發(fā)展的早期階段，可能會得到增強(qiáng)和修訂。由于大多數(shù)照明設(shè)備都可以輕松獲得連續(xù)的主電源，并且路由器節(jié)點需要電源，因此藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)非常適合控制建筑物中的照明。當(dāng)由市電供電的藍(lán)牙網(wǎng)狀照明控制網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可用時，建立基于 BLE 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳感器網(wǎng)絡(luò)就很簡單。

在物聯(lián)網(wǎng)中結(jié)合BLE和Zigbee

Zigbee 和 BLE 都是創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應(yīng)用的絕佳選擇，盡管它們的相似之處多于差異。了解各自的優(yōu)缺點至關(guān)重要，但如果 Zigbee 和 BLE 能夠合并以創(chuàng)建更先進(jìn)、更強(qiáng)大的無線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，才是我們追求的目標(biāo)。

因此，選擇藍(lán)牙或Zigbee取決于具體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求。如果需要高數(shù)據(jù)速率和改進(jìn)的用戶體驗，BLE可能是更好的選擇。如果需要更大的網(wǎng)絡(luò)和更高的可靠性，Zigbee 顯然是一個更好的選擇。在某些情況下，這兩種協(xié)議也可以結(jié)合使用以獲得更好的性能和功能。

關(guān)于Zigbee 與 BLE 的常見問題

1、可以使用智能手機(jī)作為藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)嗎？

可以，許多 BLE 應(yīng)用都是為了使用手機(jī)作為網(wǎng)關(guān)而構(gòu)建的。然而，這僅在智能手機(jī)在附近時才起作用，并且僅適用于智能手表或健身手環(huán)等可穿戴設(shè)備。由于商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中使用的傳感器經(jīng)常無人值守，因此智能手機(jī)作為網(wǎng)關(guān)的實施既困難又昂貴。

2、為什么在物聯(lián)網(wǎng)部署中使用網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)？

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和用例正在所有部門和企業(yè)中快速擴(kuò)展。隨著這一切的發(fā)生，有必要創(chuàng)建分散的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)來解決傳統(tǒng)點對點、星形或集線器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋷淼囊恍﹩栴}，其中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須通過 Wi-Fi 路由器進(jìn)行交互盡管物理距離很近。

在網(wǎng)狀拓?fù)渲?，每個節(jié)點或其中的幾個節(jié)點都轉(zhuǎn)變?yōu)槁酚善鳎讼臄?shù)據(jù)之外，還負(fù)責(zé)與鄰居共享數(shù)據(jù)。這創(chuàng)建了一個由路由器和終端節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的去中心化性、可擴(kuò)展性和可靠性。

只要沒有一個節(jié)點距離另一個節(jié)點太遠(yuǎn)，每個節(jié)點都會收到指向它的數(shù)據(jù)包，并且從網(wǎng)絡(luò)中添加或刪除節(jié)點很簡單。同時，網(wǎng)絡(luò)中不存在單點故障。單個Mesh網(wǎng)關(guān)可以將多個節(jié)點的數(shù)據(jù)匯聚到互聯(lián)網(wǎng)上，提高節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸效率，降低成本。

3、藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)與 Zigbee 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)硬件有什么區(qū)別？

由于藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)非常新，因此可能會存在需要一些時間才能解決的問題。另一方面，技術(shù)文檔變得更加全面以及兼容設(shè)備進(jìn)入市場還需要一些時間。隨著技術(shù)的成熟，Zigbee的硬件兼容性也得到了提高。Zigbee 專用微控制器和 SoC 已廣泛使用。