Zigbee® 和 Bluetooth® 无线协议被广泛用于物联网 (IoT) 应用中的本地通信，在为您的应用选择合适的协议时，需要进行一些权衡。每种协议都有其独特的优势，可指导您在设计新网络时采用哪种解决方案。
在某些情况下，一种协议比另一种协议更适合，但有时正确的解决方案是同时实施两种协议，以发挥它们的综合优势，正如我们将在本文中讨论的那样。
为了更好地了解这些IoT 协议选项，我们先来看看 Zigbee 的优势和局限性，然后再看看三种不同 "口味 "的蓝牙：经典、BLE 和 BT Mesh。这将有助于解释其中的利弊得失，并展示每种协议的一些使用案例，以便您为自己的IoT 应用（无论是智慧城市、工业IoT 、数字标牌还是其他互联技术使用案例）选择最佳协议。
IoT 应用中的 Zigbee 技术
Zigbee 是由Zigbee 联盟中的多家公司联合开发的一种经济高效的低功耗、低带宽无线网状网络全球开放标准。Zigbee 协议允许通过中间节点组成的网状网络远距离传输数据。信息在到达目的地的途中会 "跳 "过中间无线电节点。Zigbee 的 2.4 GHz 频率范围可在全球范围内使用，无需许可证。目前已部署了约 3 亿个 Zigbee 节点。
Zigbee 协议的优势
利用 Zigbee 可以创建庞大的网状网络，其覆盖范围远远超过任何一个无线电设备的覆盖范围。Zigbee 网状网络可自动配置（自组网），如果节点被禁用或移除（自修复），它还会动态地重新配置以自我修复。作为一种可互操作的标准，许多不同制造商生产的设备都能进行无缝通信，这有助于 Zigbee 在家庭自动化和工业IoT 领域获得广泛认可。Zigbee 的成本适中，在公开市场上有许多 OEM 设备可供选择。
文档种类繁多，涵盖许多不同的使用案例。路由表、地址解析、安全性、重试和确认都直接内置在协议中，节省了大量的工程设计时间。Zigbee 支持多种网络拓扑结构，如点对点、点对多点、星形和网状网络，每个网络可容纳 65,000 多个节点，理想的室外视距可达 2 英里（3.2 千米）。
Zigbee 协议的局限性
与大多数网状网络一样，路由或 "跳转 "信息的 Zigbee 节点必须始终保持通电状态。可以休眠以延长电池寿命的终端设备可以参与网状网络，但不能延长其寿命。
注：对于需要整个网状网络休眠的应用，请参见DigiMesh®，Digi 的专有网状网络技术。DigiMesh 提供了 Zigbee 网状网络的替代方案，其某些功能可支持全网休眠等应用要求。Digi 同时提供 Zigbee 和 DigiMesh 解决方案，以支持各种网格应用需求。
Zigbee 不使用 IP 寻址。因此，必须安装网关才能与互联网和云服务通信。由于大多数手机、平板电脑和计算机不包含 Zigbee，因此也需要安装网关才能与它们通信。必须有意识地进行配置，以确保节点加入正确的网络并与适当的网关通信。与简单的点对点协议相比，网状网络的延迟更大，但必须考虑到网状网络的有效范围和可靠性要大得多。
智能城市、农业等领域的 Zigbee 应用案例
家庭自动化是 Zigbee 的发源地，但商业和工业用例也同样突出，包括智能能源、照明、医疗设备系统、工厂自动化、市政街道照明和零售监控系统。
智能城市道路照明是网状网络发展趋势的一个很好的例子，Zigbee 非常适合这一趋势，因为它可以实现对大型设备网络进行远程管理等关键功能。请参阅 Digi.com 上的CIMCON 客户故事，了解这一使用案例。
农业应用也在利用网状网络技术，例如管理连接智能浇灌系统的设备。
下载：Digi XBee 安全最佳实践技术简介
采用多管齐下的设备安全方法，避免出现单点故障，同时应对设备受到的物理威胁和远程访问。
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IoT 应用中的蓝牙技术
蓝牙是一种个人区域无线网络协议，设计用于短距离通信。它最初是用来取代连接电脑和手机等设备与耳机、键盘和鼠标等外围设备所需的线路。与 Wi-Fi 和 Zigbee 一样，它的工作频率为 2.4GHz，在全球范围内无需许可证。
蓝牙标准由蓝牙特殊兴趣小组（SIG）开发和管理，该小组负责协调设备制造商之间的互操作性。蓝牙品牌涵盖多个相当不同的协议。虽然这些协议之间存在一定的互操作性，但最简单的方法是将它们分开考虑，因此我们将介绍蓝牙：经典蓝牙、低功耗蓝牙和网状蓝牙将在各自的章节中介绍。每年约有 40 亿台蓝牙设备发货。
蓝牙 "经典
蓝牙经典版设计用于在短距离内以高达 2.1 Mbps 的速度传输高吞吐量数据，在这种情况下，电池寿命并不是主要考虑因素。对于需要高带宽且可以每天充电的音频和视频设备来说，它是一种出色的解决方案。经典设备包括移动耳机、耳机、键盘、鼠标、打印机和其他通常连接到电脑、车载娱乐系统或手机的外围设备。蓝牙采用主/客户端架构。在一个小型个人区域网络中，一个主设备最多可与七个客户设备进行通信。
蓝牙经典版的优势
如果您的项目需要发送或接收大量数据，蓝牙 Classic 的高吞吐量将很好地满足您的需求。有许多设备都能使用 Classic。对于音频和视频馈送，只需与手机、平板电脑或笔记本电脑配对即可开始接收信息，而且还支持串行数据流。Classic 是一种非常成熟的协议，相关文档可在书籍、网络和官方标准文档中找到。
蓝牙经典版的局限性
蓝牙经典版的实现可能比较复杂，需要配对以及管理配对过程的用户界面。它的高带宽也意味着相对耗电。该协议专为便于每天或每周充电的设备而设计，因此不适合许多IoT 应用。由于该协议是为短距离外围电缆更换而设计的，而不是为容纳数百个设备的可扩展传感器网络而设计的，因此网络的规模非常有限。
蓝牙经典应用案例
经典版蓝牙在音频耳机、智能手机-汽车配对和家庭娱乐中大受欢迎。它的高带宽和行业标准认可度将在未来一段时间内继续推动其在此类应用中的使用。对于大多数IoT 应用而言，接下来的两个蓝牙版本可能会更适合。
低功耗蓝牙 (BLE)
低功耗蓝牙支持短距离低带宽连接，并具有出色的电源管理功能。它适用于个人区域网络不需要处理大量数据流的情况，以及电池需要持续数月甚至数年的情况。BLE 设备包括定位信标、电子秤、温度监控器、照明控制器、智能手表、炊具和成千上万其他低带宽电池操作用例。
BLE 采用客户端/服务器架构，允许硬件只实现所需的通信功能，从而节省了成本、电池和带宽。虽然带宽、物理空间以及最重要的范围限制了单个 BLE 个人区域网络的规模，使其只能包含数百个节点，但理论上 BLE 网络可以包含大量设备。
BLE 的优势
低功耗蓝牙的名字就说明了这一点：低功耗蓝牙不耗电。设备可以使用纽扣电池长时间运行，这使其成为数据瘦身设备的首选蓝牙协议，这些设备需要在无人看管的情况下运行数月之久。更简单的协议还有其他优势。较少的复杂硬件意味着 BLE 芯片和设备的成本很低。
客户端-服务器模式使通信更易于实施，从而降低了工程和开发时间。这也意味着设备无需配对即可通信，而是可以在需要时以异步方式即时读取和发送数据。该协议已被广泛接受，并在全球数十亿台设备上实施，有大量文件、OEM 设备和训练有素的开发人员随时待命。
BLE 的局限性
BLE 是一种点对点协议。因此，无线电通信无法超出各自的范围。这就将网络的物理尺寸限制在 BLE 典型的 10 米范围内，这对于家庭办公室来说没问题，但对于农业监控应用或市政街道照明控制来说就不那么合适了。由于没有实现 IP 寻址，因此必须使用网关将信息传递到互联网和云解决方案。
许多 BLE 应用设计使用智能手机作为网关，但这只有在有智能手机的情况下才会起作用。对于智能手表或健身手环等可穿戴设备来说，这没有问题，但商业和工业应用中使用的传感器通常是无人值守的，因此智能手机网关是不切实际或无法实现的。BLE 的带宽比蓝牙经典低得多，不能有效地用于媒体流。
蓝牙低功耗应用案例
个人区域网络是 BLE 的主要用例，包括家用电器、健身监控器和车载网络。BLE 中的信标功能旨在支持室内定位系统，从而确定您在零售店或工厂内的位置。
家庭自动化是一个重要市场，但任何小型商业系统都可以利用蓝牙低功耗技术在家庭大小的空间内进行通信。因此，虽然蓝牙低功耗技术可能不适合大规模农业，但它却非常适合监控小型商业温室。它还可以为正在配置IoT 设备的安装人员提供本地通信，这些设备通常通过 Zigbee 网状网络或蜂窝移动数据等长距离协议进行通信。
蓝牙网格
蓝牙网格（BT Mesh）是一个非常新的协议。它使用额外的路由和网络形成标准扩展了简单的点对点 BLE，创建了网状网络，其中节点可以作为中继站，将网络扩展到任何一台设备的范围之外。BT Mesh 在整体功能和架构上与 Zigbee 大致相似，但有几个非常重要的区别。理论上，一个 BT Mesh 网络可支持超过 32000 个节点，但与其他协议一样，带宽和物理空间的实际限制通常会将单个网络的设备数量限制在数百个以内。
蓝牙网格的优势
以网状方式形成的网络不受任何单个无线电节点覆盖范围的限制。相反，每个节点都可以将信息转发和路由到远远超出其标称范围的目的地，从而形成非常大的物理网络。由于蓝牙网状网络基于 BLE，因此继承了该协议的许多优点，包括低能耗、良好的安全性、信标支持和无处不在的底层文档。BT Mesh 网络具有自组建和自修复功能，在类似 Zigbee 的父/子存储转发关系中支持终端设备休眠。
蓝牙网格的局限性
蓝牙网格仍是一项新协议，目前仍在不断改进和修订。它还没有得到广泛支持，这意味着 OEM 设备、网关和手持设备还不可能完全兼容。随着协议的普及，这种情况可能会有所改善，但对于目前正在设计的应用来说，这无疑是一个令人担忧的问题。
受管泛洪 "协议简化了网络设计，但与 Zigbee 等完全路由的网状协议相比，在效率和功耗方面需要做出权衡。因为与 Zigbee 节点一样，BT 网状路由器不允许休眠，所以任何路由设备都必须由电源供电，而不是靠电池运行。它们不使用 IP 寻址，因此与互联网和云服务器的交互必须通过固定网关或边界路由器，在 BLE 和互联网常规协议之间进行转换。网状网络的延迟总是较高，因为信息在到达目的地的途中需要 "跳 "过多个节点，因此应用程序必须能够承受较慢的响应时间，以换取更大的网状网络规模。
蓝牙网格使用案例
蓝牙 Mesh 最初是针对照明市场而设计的。由于路由器节点需要持续供电，因此照明是一个很好的应用领域，因为大多数设备都有充足的全时市电。蓝牙 Mesh 还专门为照明领域的跨厂商互操作性实施了一个应用层，因此一个厂商的开关可以控制其他厂商生产的照明设备。BT Mesh 可以轻松支持传感器网络，不过由于网状网络中的路由节点不能由电池供电，因此传感器本身最好在有市电供电网络的情况下实施，例如已经安装了 BT Mesh 照明设备的建筑物。
Zigbee BLE 组合
Digi XBee 3 Zigbee 射频模块还支持蓝牙低功耗（BLE）作为单一硬件解决方案。BLE 可与 Zigbee 一起使用，通过Digi XBee 移动应用程序支持基于智能手机的简易模块配置。可使用Digi XBee Mobile SDK（软件开发工具包）开发信标应用。
SDK 包括一套库、代码示例和文档，旨在简化创建 iOS 和 Android 移动应用程序的过程，以便与Digi XBee 3 模块进行交互。SDK 可支持信标应用，在未来结合蓝牙和 Zigbee 设备形成大型、完全可互操作的多供应商网络的应用中，SDK 还可用于与本地 BLE 传感器通信。
Zigbee 和蓝牙各自适用于不同类型的IoT 解决方案。最重要的是，它们可以协同工作，创造出非常灵活的应用，将每种成熟且可互操作的协议的优势结合在一起。了解每种协议的优缺点，包括蓝牙的多种版本，应有助于开发人员创建最高效的通信系统--一种能平衡功耗、带宽和设备成本的系统，以创建强大的无线IoT 网络。
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