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作者：摩爾斯微電子 隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的不斷創(chuàng )新，聯(lián)網(wǎng)設備正在處理越來(lái)越多的智能任務(wù)。對于物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，部署遠距離、低功耗的可靠網(wǎng)絡(luò )來(lái)監控不斷增加的物聯(lián)網(wǎng)設備套件變得越來(lái)越重要。 什么是 Zigbee？ Zigbee 誕生于 1998 年（2006 年修訂），旨在解決無(wú)線(xiàn)機器對機器 (M2M) 和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的問(wèn)題。Zigbee利用 IEEE 802.15.4 規范中的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層（MAC）和物理層（PHY），在 2.4 GHz 和 sub-1 GHz 頻段的免許可和類(lèi)許可的無(wú)線(xiàn)電頻譜中運行。 Zigbee 的原始數據吞吐率在 2.4 GHz（16 個(gè)信道）時(shí)為 250 Kbps，在 915 Mhz（10 個(gè)信道）時(shí)為 40 Kbps，在 868 Mhz（1 個(gè)信道）時(shí)為 20 Kbps。根據不同的功率輸出和環(huán)境特性，2.4 GHz 頻段的傳輸距離從 10 米到 100 米不等，根據監管限制，sub-1 GHz 頻段的傳輸距離可達 1 公里。 Zigbee與 Wi-Fi HaLow 比較 Wi-Fi HaLow 是經(jīng) Wi-Fi 聯(lián)盟認證的基于 IEEE 802.11 MAC/PHY（介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制/物理層）的最新協(xié)議。Wi-Fi HaLow 結合了 IEEE 802.11ah，可實(shí)現各種應用所需的低功耗連接，包括攝像頭、傳感器網(wǎng)絡(luò )和可穿戴設備。 Wi-Fi HaLow 可提供當今消費者對Wi-Fi 的所有期望，包括多廠(chǎng)商互操作性、無(wú)需中斷現有 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò )的簡(jiǎn)易設置以及 WPA3TM最新 Wi-Fi 安全性。Wi-Fi HaLow 可增強其他 Wi-Fi 技術(shù)，提供遠距離、低功耗、高性能和安全的 Wi-Fi，為各種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境提供不斷擴展的產(chǎn)品組合。 技術(shù)對比 Wi-Fi HaLow旨在滿(mǎn)足室內外物聯(lián)網(wǎng)連接的需求，這就是為什么許多開(kāi)發(fā)人員想知道Wi-Fi HaLow與 Zigbee 等“類(lèi)似”協(xié)議相比有何優(yōu)勢。 我們來(lái)比較一下Wi-Fi HaLow和Zigbee的主要功能。此次比較的是 2.4 GHz 頻率的 Zigbee，因為絕大多數 Zigbee 設備都在此頻率下運行。 
連接范圍 Wi-Fi HaLow 使用 1 GHz 以下頻段（850 MHz - 950 MHz 之間）和窄信道（1 MHz 及以上），這使得 Wi-Fi HaLow 設備能夠進(jìn)行遠距離通信。此外，與 2.4 GHz 信號相比，1 GHz 頻段以下的信號能更有效地穿透墻壁、天花板等障礙物。 Zigbee 運行在 IEEE 802.15.4 MAC 層和 PHY 層之上，是一種主要為2.4 GHz頻帶的室內應用而設計的網(wǎng)狀協(xié)議。雖然 Zigbee 各個(gè)設備之間的傳輸距離較短（10 - 100 米），但供電充足的 Zigbee 設備可作為中繼器創(chuàng )建網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，將傳輸距離擴展到 100 米以外。然而，作為中繼器運行的 Zigbee 設備功率并不低，因此在實(shí)際應用中，這些設備需要由主電源供電。此外，隨著(zhù)網(wǎng)狀網(wǎng)路跳數的增加，數據包延遲也會(huì )增加，從而降低支持實(shí)時(shí)應用的可能性1。Zigbee 適用于低功耗、低數據速率和短距離設備，在照明控制等短距離智能家居應用中很受歡迎。 容量 單個(gè) Wi-Fi HaLow 接入點(diǎn)（AP）可處理數千個(gè)不同類(lèi)型的設備。這使得Wi-Fi HaLow可以輕松擴展到需要大量設備的應用中，例如工業(yè)控制和樓宇自動(dòng)化。例如，在智能家居環(huán)境中，由寬帶服務(wù)提供商安裝的單個(gè) Wi-Fi HaLow 接入點(diǎn)可輕松滿(mǎn)足任何家居設備的需求。在企業(yè)中，可將多個(gè) Wi-Fi HaLow 接入點(diǎn)添加到網(wǎng)絡(luò )中，使設備容量遠遠超過(guò) 8,191 臺設備。 Zigbee 的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )功能支持每個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的大量設備，單個(gè)網(wǎng)絡(luò )中最多可達 65,000 個(gè)節點(diǎn)。這是一個(gè)理論極限，需要特定的設備充當中繼器來(lái)擴展網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，但并非所有 Zigbee 設備都能做到這一點(diǎn)。例如，飛利浦 Hue 網(wǎng)橋（一系列智能燈泡）使用 Zigbee。不過(guò)，這將設備數量限制在 50 臺左右。如上所述，額外的網(wǎng)狀網(wǎng)路跳數，會(huì )對數據包延遲產(chǎn)生不利影響。 安全性 Wi-Fi HaLow 采用 IEEE 802.11ah，這意味著(zhù)Wi-Fi HaLow遵循全球公認的 802.11 安全認證和通信標準。WPA3-Personal 和 WPA3-Enterprise 安全性支持 AES-128 和 AES-256 兩種不同計數器模式的加密。Wi-Fi HaLow的安全性是強制的，該安全性對Wi-Fi HaLow 的吞吐量和延遲影響很小。網(wǎng)絡(luò )安全威脅在不斷演變，Wi-Fi HaLow 可以輕松適應新的更高安全級別。 根據 IEEE 802.15.4 的規定，Zigbee 支持計數器模式下的 AES-128 位加密，網(wǎng)絡(luò )中的所有設備都使用單個(gè)對稱(chēng)網(wǎng)絡(luò )密鑰。網(wǎng)絡(luò )密鑰在提供給新設備時(shí)由鏈路密鑰加密，但鏈接密鑰可能使用已知的默認值，這可能會(huì )導致網(wǎng)絡(luò )密鑰的泄露。對于 Zigbee 來(lái)說(shuō)，安全性是一個(gè)可選項，使用時(shí)應注意確保安全性，并妥善保管網(wǎng)絡(luò )密鑰。Zigbee 數據包大小為 127 字節（無(wú)安全性）和 68 字節（有安全性）。這意味著(zhù)為了換來(lái)安全性的付出，會(huì )嚴重影響 Zigbee 網(wǎng)絡(luò )的功耗、吞吐量和延遲性。Zigbee 數據包的大小很難適應未來(lái)新的安全威脅。 能源效率 Wi-Fi HaLow 的設計目的是為遠距離、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)應用提供高能效的 Wi-Fi 版本2。Wi-Fi HaLow 芯片或模塊所需的功率僅為傳統 Wi-Fi 的一小部分。 Zigbee 同樣是為低能耗設備而設計的，比傳統的 Wi-Fi 協(xié)議功耗更低，非常適合傳感器等數據量相對較小的應用。雖然Zigbee對于只需要較小數據包的物聯(lián)網(wǎng)應用來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的低功耗選擇，但Wi-Fi HaLow在更遠范圍內為各種物聯(lián)網(wǎng)應用提供了更優(yōu)的能效，例如在較遠距離使用的攝像機和傳感器。此外，Wi-Fi HaLow能夠更好地支持固件和安全性的遠程升級。 應用的多功能性 Wi-Fi HaLow 在 850 MHz 至 950 MHz 的免許可或類(lèi)許可 sub-1 GHz 無(wú)線(xiàn)電頻譜內運行。只要各廠(chǎng)商的Wi-Fi HaLow 產(chǎn)品獲得 Wi-Fi 認證，消費者就可以放心地使用來(lái)自不同廠(chǎng)商的 Wi-Fi HaLow 產(chǎn)品。Wi-Fi HaLow與Wi-Fi 4、Wi-Fi 5和Wi-Fi 6在不同的頻譜中運行，因此所有這些技術(shù)都可以共存并相互補充，而不會(huì )影響RF性能。 Zigbee 為用戶(hù)提供從不同廠(chǎng)商選擇設備的靈活性，并獲得了連接標準聯(lián)盟（Connectivity Standards Alliance）的行業(yè)互操作性認證。作為一種利用 IEEE 802.15.4 規范的互操作協(xié)議，Zigbee 已廣泛應用于眾多智能家居、商業(yè)和工業(yè)應用中。不過(guò)，Zigbee 可能無(wú)法與 2.4 GHz 頻段的高速 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 6 設備很好地共存。 作為一種 IEEE 802.11 標準，Wi-Fi HaLow 與 Zigbee 相比還有一個(gè)顯著(zhù)優(yōu)勢：對互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）版本4和版本6的本地支持。所有類(lèi)型的 Wi-Fi 本身都支持 IPv4 和 IPv6，這意味著(zhù)基于 Wi-Fi 的物聯(lián)網(wǎng)設備可以直接連接到互聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)，而無(wú)需通過(guò)專(zhuān)用網(wǎng)關(guān)。Zigbee 的數據包非常小，支持壓縮版 IPv6，即 6LowWPAN3。要讓 Zigbee 設備與互聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)通信，必須使用特殊的網(wǎng)關(guān)。 可變數據速率與固定數據速率 Wi-Fi HaLow 提供多種調制與編碼方案（MCS）速率，可支持同一網(wǎng)絡(luò )中的不同物聯(lián)網(wǎng)應用。例如，較高的速率（如 8 MHz 信道中高達 43.3 Mbps 的單流傳輸速率）可支持視頻應用，而較低的速率（如 1 MHz 信道中低至 150 Kbps 的速率）可支持遠距離傳感器。由于功耗通常由無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器或接收器的開(kāi)啟時(shí)間決定，因此較高的速率可使無(wú)線(xiàn)電更快關(guān)閉，從而有助于節省功耗。 結論 總之，Wi-Fi HaLow 和 Zigbee 都是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，但用途不同，功能各異。Wi-Fi HaLow 在許多關(guān)鍵領(lǐng)域都優(yōu)于 Zigbee，包括覆蓋范圍、穿透力、功耗、安全性和吞吐量，而 Zigbee 則更適合專(zhuān)用傳感器網(wǎng)絡(luò )。這兩種技術(shù)各有優(yōu)勢和局限。但是，當Wi-Fi HaLow 和 Zigbee結合使用時(shí)，可以互為補充，為物聯(lián)網(wǎng)世界提供全面的解決方案。請繼續關(guān)注，了解這些技術(shù)如何挑戰現狀，并在 2023 年為互聯(lián)互通帶來(lái)兩全其美的解決方案。 注： 1 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9105712/ 2 https://www.wi-fi.org/downloads- ... studies%20show%20Wi,ensuring%20longer%20device%20battery%20lifetimes 3 https://www.wi-fi.org/downloads- ... studies%20show%20Wi,ensuring%20longer%20device%20battery%20lifetimes |
