在物聯網世界中，無線通信技術使越來越多的物聯網設備能夠相互交互，形成一個龐大的網絡。如今，有許多種協議正在爭奪市場主導地位。其中，Zigbee 和低功耗藍牙 (BLE) 是為低功耗物聯網應用打造的兩個標準，因為它們成本低廉且開發簡單。

然而，它們之間也有一些區別。在特定情況下，一種協議可能比另一種更適合。而在一些情況下，將兩者結合起來可能是利用其互補優勢的最佳行動方案。接下來，我們將比較和討論物聯網中常見的BLE 和 ZigBee，以及它們的優勢、用例和局限性。

Zigbee和低功耗藍牙（BLE）之間的差異

BLE是一種基于藍牙的協議，可實現設備之間的短距離通信，并且可以提供比 Zigbee 更快的數據速率。因此，對于需要傳輸相對大量數據的物聯網應用來說，BLE 可能是更好的選擇。

Zigbee則是基于IEEE 802.15.4標準的協議，更關注網絡的穩定性和可靠性。Zigbee支持更多節點，可以構建更大的網絡，這對于需要連接大量設備的物聯網應用至關重要，尤其是對穩定性有更高要求的項目。

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

物聯網中的 Zigbee

Zigbee 是基于 IEEE 802.15.4 規范的低功耗無線網狀網絡標準。在世界上大多數國家，Zigbee 使用工業、科學和醫療 (ISM) 無線電信道，包括 2.4 GHz。Zigbee 適用于中距離無線控制和監控應用中的電池供電設備。

• 網狀網絡： Zigbee在網狀拓撲網絡上運行。消息通過中間節點到達遠處的節點，這意味著來自單個傳感器節點的數據會跨一組模式傳輸，直到傳輸到達通用Zigbee網關。這樣做的優點是網絡覆蓋范圍更大（理論上單個網絡最多可容納 65000 個節點）和距離遠，但也有多個節點嘗試通過單個節點到達網關時由于瓶頸而導致延遲較高的缺點。
• LAN 局域網： Zigbee 設計用于在中短距離內傳輸數據。它能夠使用網狀架構網絡在多個設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格的限制，適合以小數據包傳輸數據。
• 成本效益： Zigbee是Zigbee聯盟制定的免許可、開放的全球標準，無需任何許可即可實施。因此，Zigbee的成本并不高。
• 合適的應用： 對于節點密度較高的小型項目來說，Zigbee 是一個不錯的選擇。它非常適合物聯網智能照明系統和家庭自動化。不過，Zigbee并未在大型項目中廣泛采用，因為大量節點可能同時采用相同的路徑并產生瓶頸。因此，Zigbee 在工業物聯網應用（例如高度儀表化的安裝）中仍然相當有限。

Zigbee的優點

• 可靠性： Zigbee網狀網絡的一大優勢是其“自形成”和“自愈”的特性。如果添加任何節點，Zigbee 網狀網絡可以自動形成和配置，并修復或替換網絡中任何損壞或禁用的節點。
• 互操作性：來自不同制造商的 Zigbee設備可以無縫通信，有助于Zigbee在物聯網領域的廣泛接受并降低成本。
• 易于開發：  Zigbee聯盟于2004年底發布了官方IEEE 802.15.4-2003 Zigbee規范，并且該規范已經經歷了多次修訂。因此，用于開發 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、重試和確認均內置于協議中，從而節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 網關來幫助與互聯網和云服務進行通信。
• 始終通電：大多數網狀網絡都有這樣的限制，即所有連接的節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： 由于采用網狀拓撲網絡，Zigbee 網絡的延遲可能比簡單的點對點通信更高。

物聯網用例中的 Zigbee

對于低成本、低功耗的基于物聯網的家庭自動化網絡，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，它還適用于商業和工業應用，包括家庭能源監控、物聯網照明、老年家庭監控系統等。

智能城市街道照明很好地說明了Zigbee網狀網絡的發展趨勢，因為它允許借助室外工業Zigbee傳感器到云網關來遠程控制相當大的設備網絡。

物聯網中的低功耗藍牙

低功耗藍牙（BLE）是當今物聯網各個領域中使用最廣泛的通信技術之一。BLE 由藍牙特別興趣小組 (Bluetooth SIG) 創建并推廣。  

• 短距離通信：  BLE 主要用于在個域網 (PAN) 上的兩個不同設備之間建立點對點連接。
• 高速傳輸： 藍牙的整體覆蓋范圍小于Zigbee，但BLE的數據速率要高得多。藍牙 5 可以發送和接收高達 2 Mbps 的數據，傳輸速率是上一代標準的三倍。
• 互操作性：藍牙 SIG 通過為成員公司留出相當大一部分 UUID 價值空間來協調設備制造商之間的互操作性，以創建獨特的藍牙應用服務并將分配的 UUID 號碼公開以避免通信沖突，
• 低功耗：  BLE代表藍牙低功耗，具有出色的電源管理能力。BLE設備支持低帶寬連接并處理小數據流，從而使電池可持續使用數月甚至數年。典型的BLE設備包括電池供電的藍牙信標、數字秤、物聯網溫濕度傳感器、照明控制器、智能手表等。
• 合適的應用： BLE非常適合在需要在短距離內以較高速率進行持續數據傳輸的物聯網解決方案中實施。但BLE網絡受到帶寬和物理覆蓋范圍的限制，因此，BLE并不是高密度節點應用的最佳選擇。 

使用BLE的優點

• 硬件不太復雜：低功耗藍牙實現了客戶端-服務器架構，通常可以自定義硬件以僅實現所需的通信功能。
• 開發成本低： BLE是一種簡單的協議，在全球數十億設備中被廣泛接受和實施，其更大的生態系統導致BLE SoC的大規模生產，并且與Zigbee相比進一步降低了IC成本。同時，它支持許多流行的物聯網操作系統，包括Android、Windows、iOS等，使得開發BLE嵌入式應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時間。  
• 出色的電源管理： 顧名思義，低功耗藍牙是一種經過充分優化的協議，不會消耗大量電量。它可以在數據匱乏的物聯網設備中實現，這些設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是一種點對點協議。一個BLE設備作為主設備，另一個作為從設備，這可能會導致可擴展性有限和部署成本較高。在典型的BLE連接中，中央設備（例如BLE 網關）和一個或多個外圍設備（例如傳感器或執行器）之間通常存在通信。
• 缺乏IP尋址：低功耗藍牙 (BLE) 是與互聯網協議 (IP) 不同的協議，并且 BLE 設備沒有 IP 地址。要將數據從僅支持 BLE 的設備傳輸到互聯網，需要另一個具有 IP 連接的 BLE 設備來接收此數據，然后將其轉發到另一個 IP 設備（或互聯網）和云解決方案。
• 范圍有限：網絡覆蓋范圍相當有限，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，但對于工業和農業監控應用來說就不太好了。因此，藍牙遠距離(Bluetooth Long Range, BLR)  的發明是為了以信號傳輸速率的代價顯著增加信號傳輸距離。

物聯網用例中的BLE

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

BLE 還可以完美地用于室內定位和導航，因為BLE信標可用于確定人員在工廠或停車場內的位置。

另一個重要市場是樓宇自動化或小型商業環境中基于 BLE 的照明控制，BLE 非常適合自動化小型基于物聯網的溫室監控系統，但可能不是大型物聯網系統的最佳選擇。改變溫室中的環境溫度或照明強度有助于促進植物生長。

物聯網中的藍牙網狀網絡（Bluetooth Mesh）

Zigbee 是當今最流行的網狀網絡協議，藍牙 SIG 于 2017 年發布了類似的藍牙網狀網絡標準，旨在鞏固其在無線技術中的主導地位。 

BLE Mesh超越了常規 BLE 協議的限制，可以在大量設備之間建立穩定且靈活的網絡。它允許多對多設備通過多跳連接，實現更廣覆蓋范圍的通信。盡管 BT Mesh 可以容納超過32000個節點，但由于實際帶寬和物理空間的限制，單個網絡通常僅限于幾百個設備。

BLE Mesh的優點

藍牙Mesh用于智能家居中控制照明、窗簾和其他智能設備，也可用于物聯網遠程監控和傳感器網絡，甚至可用于智能樓宇自動化的大型工業自動化系統和物聯網照明。

• 大型物理網絡： 由于藍牙網狀網絡設備可以通過多跳相互連接，因此信息可以通過中間節點傳遞，從而使網絡變得更強大、更廣泛，并且不受任何一個無線電節點的范圍的限制。
• 信標廣播通信：藍牙Mesh以BLE為基礎，承載了協議的能力，例如支持信標，可以廣播信標信息，但只有目標設備處理信息，增強隱私性和安全性。
• 低能耗：基于BLE協議的藍牙Mesh設備通常能耗較低，適合電池供電的設備。此外，網狀網絡節點的傳輸范圍較短，從而減少了功耗。
• 可靠性：設備可以自動加入網絡、建立連接和傳輸數據，而無需中央控制器，因為藍牙 LE Mesh 網絡具有自我形成和自我修復的能力。

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準。BLE 具有較小的 MTU 大小，如果較高層協議或應用打算使用較大的數據包，這將增加更多延遲并導致性能下降。
• 高度擁塞和大型網絡的網狀路由限制：  BLE使用托管泛洪方法來路由網狀數據包，只有主電源上的節點才會中繼數據包。當網絡較小且節點移動時，這種路由器機制非常有效。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。在這種情況下，Zigbee 由于其成熟的路由方法而往往表現更好。
• IP尋址缺失： 為了實現成熟的物聯網連接和對互聯網（或云）的控制，需要一個BLE 網狀網關來將 BLE 數據包轉換為 IP 網絡數據包，反之亦然。

物聯網用例中的BLE網格

值得一提的是，藍牙網狀網絡技術目前正處于發展的早期階段，可能會得到增強和修訂。由于大多數照明設備都可以輕松獲得連續的主電源，并且路由器節點需要電源，因此藍牙網狀網絡非常適合控制建筑物中的照明。當由市電供電的藍牙網狀照明控制網絡已經可用時，建立基于 BLE 網狀網絡的傳感器網絡就很簡單。

在物聯網中結合BLE和Zigbee

Zigbee 和 BLE 都是創建物聯網設備和應用的絕佳選擇，盡管它們的相似之處多于差異。了解各自的優缺點至關重要，但如果 Zigbee 和 BLE 能夠合并以創建更先進、更強大的無線物聯網網絡，才是我們追求的目標。

因此，選擇藍牙或Zigbee取決于具體的物聯網應用要求。如果需要高數據速率和改進的用戶體驗，BLE可能是更好的選擇。如果需要更大的網絡和更高的可靠性，Zigbee 顯然是一個更好的選擇。在某些情況下，這兩種協議也可以結合使用以獲得更好的性能和功能。

關于Zigbee 與 BLE 的常見問題

1、可以使用智能手機作為藍牙網關嗎？

可以，許多 BLE 應用都是為了使用手機作為網關而構建的。然而，這僅在智能手機在附近時才起作用，并且僅適用于智能手表或健身手環等可穿戴設備。由于商業和工業應用中使用的傳感器經常無人值守，因此智能手機作為網關的實施既困難又昂貴。

2、為什么在物聯網部署中使用網狀拓撲網絡？

物聯網設備和用例正在所有部門和企業中快速擴展。隨著這一切的發生，有必要創建分散的節點網絡來解決傳統點對點、星形或集線器網絡拓撲帶來的一些問題，其中物聯網設備必須通過 Wi-Fi 路由器進行交互盡管物理距離很近。

在網狀拓撲中，每個節點或其中的幾個節點都轉變為路由器，除了消耗數據之外，還負責與鄰居共享數據。這創建了一個由路由器和終端節點組成的網絡，從而提高了網絡的去中心化性、可擴展性和可靠性。

只要沒有一個節點距離另一個節點太遠，每個節點都會收到指向它的數據包，并且從網絡中添加或刪除節點很簡單。同時，網絡中不存在單點故障。單個Mesh網關可以將多個節點的數據匯聚到互聯網上，提高節點之間的數據傳輸效率，降低成本。

3、藍牙網狀網絡與 Zigbee 網狀網絡硬件有什么區別？

由于藍牙網狀網絡非常新，因此可能會存在需要一些時間才能解決的問題。另一方面，技術文檔變得更加全面以及兼容設備進入市場還需要一些時間。隨著技術的成熟，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。