智能家居 Zigbee 与 BLE Mesh 技术对比

鸣涧

智能家居 Zigbee 与 BLE Mesh 技术对比

智能家居 Zigbee 与蓝牙 Mesh 在市场上共存许久。两者技术都在不断进步，共同推进无线智能家居发展；但两者性能及结构相似度非常高，对彼此都存在一定的替代性。

那到底谁更能够满足智能家居互联互通的发展需要呢？接下来我们从技术性能及芯片原厂生态来作个对比。

1. 技术性能

蓝牙 Mesh 和 Zigbee 是两种最流行的 PAN（个人局域网）技术，都支持 Mesh 网络（即网状拓扑）。Zigbee 基于 IEEE 802.15.4 标准，而蓝牙 Mesh 则是 SIG 开发和发布的基于 BLE 之上网络技术，二者都属于短距离无线传输组网技术。

1..1 Mesh 路由机制的差异

                                                                     图 1. BLE MESH 拓扑图


                                    
                                                                         图 2. Zigbee Mesh 拓扑图

对于较小节点数量的网络，两者的性能相似。

蓝牙 Mesh 使用泛洪方法来路由网状数据包。这称为受控这种广播模式也称为网络泛洪。当网络中节点数量较小时，此机制非常有效。蓝牙 Mesh 假定在大多数典型使用情况下，所有端节点在任何情况下都将需要相同的命令，例如”开灯”。考虑到照明是物联网最突出的场景之一，这种方法可以提供很好的性能。当节点处于移动状态时，Zigbee 的路由机制可能会受影响，因为 ZigBee 的动态路由维护，将交换大量路由协议消息以更新路由表，这可能会导致网络拥塞。

由于 Zigbee 节点对较大数据包的延迟较小，因此它可以封装较高层的帧头和命令，同时提供良好的性能。它可以与单播和广播结合使用以提高可靠性。当在链路上发送大于 12 个数据包的大小时，由于在网络层执行分包和重组，蓝牙 Mesh 的延迟会更高一些。
因此，与 Zigbee 相比，在传输大量需要分包和重组的消息命令当中，蓝牙 Mesh 的时延会更高一些，而 Zigbee 表现会更好一些。

1.2.数据速率

                                                                                                                                                     图 3. Zigbee 与蓝牙参数对比

BLE 4.2 标准速率为1Mbps，而 BLE 5.0 提高了 2 倍，通讯速度最高为 2Mbps。Zigbee基于 802.15.4，该协议将数据速率限制为最高 250Kbps。因此，与 Zigbee 相比，蓝牙 Mesh 具有更快的数据速率。

1.3.传输距离

节点到节点范围的计算取决于多个因素，例如发射功率，工作频率，接收器灵敏度，天线等。
Zigbee（在2.4GHz）通常比 BLE 4.0 传输距离更远，两者都不加功率放大器的情况下，Zigbee 基本能做到 100 米。
而最新发布的蓝牙 5 标准的覆盖范围是蓝牙 4.2 的 4 倍。也就是300米，所以理论而言基于 BLE 5.0 的蓝牙 Mesh 网络将拥有更远的传输距离。

1.4.功耗

Zigbee 和 BLE的 功耗相当。此外，Zigbe e中采用的路由机制使其电源效率略高。
但是随着蓝牙 5 的速率提升，发送相同大小的数据包蓝牙 Mesh 将会更快，发射机和接收机的工作时间也将进一步缩短。

1.5.安全性

两者本质上都是安全的。两者都提供身份验证和数据加密的选项。

1.6.成本

蓝牙 Mesh 基于 BLE，有更大的生态系统，几乎所有的智能设备（主要手机）都集成有蓝牙，普遍性相较于 Zigbee 更有优势，入门门槛更低。同时与 Zigbee 相比，BLE 芯片组的大规模生产降低了 IC 的成本。
此外 Zigbee 对网关的需求进一步增加了整个系统的成本。基于 BLE 的系统也可以提供除了 Internet 连接以外的所有功能），而无需网关参与。因此，单从硬件考量，基于 BLE 的蓝牙 Mesh 在成本上更具有优势。

另外不得不提，Zigbee 的授权许可相较于 BLE Mesh 而言，也需要更高的费用，流程也更加复杂。

1.7.开放性

Zigbee 3.0 统一了 Zigbee 各应用层的协议，建立起不同设备之间的通信连接网络，使所有智能家居产品能都统一到同一个网络中，让家居体验更加智能便捷。

蓝牙 Mesh 技术对所有芯片制造商、软件开发人员和照明设备制造商都是开放的。蓝牙不属于任何一方的产品，也不归任何一方所有，而是一个已经由蓝牙技术联盟成功管理二十年的全球知名品牌。每个人都可以加入并贡献自己的力量，且所有规范都是公开的。

蓝牙 Mesh 是一个软件堆栈，因此可以轻松在现有智能手机上实现完整的蓝牙 Mesh 协议，直接控制基于 BLE 的蓝牙 Mesh 设备，而无需使用任何网关进行临时连接。与蓝牙 Mesh 相比，Zigbee 网络中的每个设备，几乎无法直接触达消费终端设备，而需要使用额外的网关进行数据的转发。

但是，对于完整的物联网连接和云端控制，在蓝牙 Mesh 和基于 Zigbee 的系统中都需要一个网关。

2. 国内外芯片生态产业链

Zigbee：TI、NXP、SiliconLab 等
NXP 作为 WPI 代理产品线，在 Zigbee 领域已深耕多年。NXP JN5169、JN5189 在市场上已导入多家品牌厂商，应用成熟。具体参数如下：

                                                                                       图 4. NXP Zigbee 主推产品主要参数

蓝牙 mesh：Nordic、SiliconLab、泰凌微、国民技术等
而国民技术最新推出的支持 BLE Mesh 产品：N32WB031，原厂软件设计包含 BLE Mesh 灯控 Demo 程序，有利于简化 BLE Mesh 产品开发！
国民技术 N32W031 其相关的具体参数如下：

内核 & 存储

• 64MHz ARM Cortex-M0 内核
• 48KB SRAM、256K/512KB Flash
  

功耗

• 接收电流：3.80mA @3.3V
• 发射电流：4.23mA @0dBm/3.3V
• Sleep模式 ( 48KB RAM 保持 ) ：1.41μA
• PD模式：0.13μA
  

射频规格

• BLE 1Mbps 接收灵敏度：-94dBm
• BLE 2Mbps 接收灵敏度：-91dBm
• 可编程的发射功率，最大 +6dBm
• 单端天线口
• 支持 BLE MESH
  

其他：

• 工作电压范围：2.32V ~ 3.6V
• 工作电压范围：-40°C ~ 85 °C
• 封装：QFN32（4mm x 4mm）
  

从上面的描述中我们可以客观地看到蓝牙 Mesh 和 Zigbee 是不相上下的, 未来智能家居留到最后的是 Zigbee 还是蓝牙 Mesh，亦或是新兴的基于 Thread 的 Matter ，谁也不能保证。

但或许还有另一种方式就是共存，支持多种通讯协议融合或许是智能家居实现万物互联的最佳途径，我们也真诚希望后续能达成这个愿景！

作为消费者来说，并不太关心用的哪些技术，要的是能满足个性化需求场景、体验好、够安全、性价比高，易用性强的产品，那么自然能够被市场接受！

3. 参考资料

NXP Zigbee JN5189：https://www.nxp.com/products/wir ... -option:JN5189_88_T
NXP Zigbee JN5169：https://www.nxp.com/products/wir ... sh-32-kb-ram:JN5169