Mesh？無線協(xié)議的選擇
智能家居和智能建筑等產(chǎn)品的開發(fā)者可以使用大量的無線協(xié)議。 Zigbee，Z-Wave，以及專有的無線協(xié)議，在這些市場中占據(jù)了主導(dǎo)地位，新的進入者還包括Thread 和藍牙網(wǎng)格。 雖然傳統(tǒng)的BLE和 Wi-Fi 在這些市場上也很流行，但它們不支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。 無論底層協(xié)議如何，物聯(lián)網(wǎng)的部署網(wǎng)絡(luò)必須是健壯的，這種穩(wěn)健性可以通過測量吞吐量、延遲和可靠性來量化。 這些測量取決于部署規(guī)模的大小和其他系統(tǒng)級別的需求。
在Mesh協(xié)議方面,"沒有一種協(xié)議可以適合任意情況"。 每個無線協(xié)議都有獨特的特性和優(yōu)點，這取決于應(yīng)用場景和最終應(yīng)用。 理解Mesh技術(shù)的內(nèi)部機制要優(yōu)于具體技術(shù)的一系列關(guān)鍵特征。 更重要的是，開發(fā)人員需要了解這些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在功耗、吞吐量、延遲、可伸縮性、安全性以及互聯(lián)網(wǎng)連接等關(guān)鍵領(lǐng)域的表現(xiàn)。 Zigbee，Thread 和藍牙m(xù)esh的設(shè)計有著本質(zhì)的不同，每種Mesh的實現(xiàn)方式都會對系統(tǒng)性能和健壯性產(chǎn)生影響。
無線連接的Mesh技術(shù)
無線芯片上的SoC已經(jīng)具備了成本效益，足以被添加到物聯(lián)網(wǎng)中，為我們的日常生活提供了方便、安全和舒適的體驗。 當添加了無線連接時，一個個的物就變成了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。 許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以前都沒有無線互聯(lián)網(wǎng)連接。 不斷變化的規(guī)則和消費者的期望迫使產(chǎn)品制造商在無數(shù)產(chǎn)品和系統(tǒng)中添加無線連接，以保持競爭力或為新的收入流提供可能。 當開發(fā)者選擇構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時，必須考慮如何使用最終產(chǎn)品以及這些產(chǎn)品將在何種生態(tài)系統(tǒng)中運行。
無線網(wǎng)絡(luò)的種類
在眾多物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)中存在兩種基本拓撲: Mesh（網(wǎng)格） 和 Star （星形）(圖1)。 由于能夠擴展到無數(shù)的節(jié)點并且覆蓋很長的距離，因此它Mesh在家庭和智能建筑中通常比星型網(wǎng)絡(luò)更受歡迎。 星際網(wǎng)絡(luò)依賴于端節(jié)點和中央設(shè)備之間的點對點連接。 如果在安裝了網(wǎng)絡(luò)之后環(huán)境發(fā)生了變化，那么一個星型網(wǎng)絡(luò)可能就會發(fā)生故障。
圖1 兩種基本拓撲結(jié)構(gòu)
在點對點或星網(wǎng)中，信號范圍是輸出功率的函數(shù)。 為了確保設(shè)備可以在電池上運行足夠長的時間或提高能源效率，理想的方案是減少功率消耗和輸出功率。 然而，盡管功耗減少，設(shè)備仍然需要能夠與其他設(shè)備進行通信和互動。 Mesh網(wǎng)絡(luò)中的每個設(shè)備都傳輸較短的距離，以減少其功耗。 當通信在Mesh網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備之間傳輸時，系統(tǒng)的總通信范圍可以得到改進。
Mesh網(wǎng)絡(luò)也提供了額外的通信優(yōu)勢，例如它們具有動態(tài)自愈能力。 例如，如果一個網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點失敗，則可以通過重新路由以提高可靠性。 網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的另一個重要好處是設(shè)備可以直接相互通信。
哪個網(wǎng)絡(luò)最適合家庭和智能建筑？
Mesh網(wǎng)絡(luò)提供了一種理想的技術(shù)來實現(xiàn)和加強一些應(yīng)用，如上所述的建筑和家庭自動化，照明系統(tǒng)和零售beacon系統(tǒng)。 Mesh網(wǎng)絡(luò)允許系統(tǒng)減少電力消耗，提高電池壽命，擴大通信范圍，提高整個系統(tǒng)的可靠性。
每個網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)標準為不同的設(shè)備類型和應(yīng)用提供基于標準的支持。 有一個成熟的應(yīng)用層支持家庭自動化，照明和計量，而***個藍牙Mesh規(guī)范主要關(guān)注照明和一些家庭自動化支持。 Thread是三種Mesh技術(shù)中唯一基于 IPv6的網(wǎng)格技術(shù)。 這提供了一些獨特的好處，例如在同一個網(wǎng)絡(luò)或跨網(wǎng)絡(luò)上的端到端路由和地址，而不需要實現(xiàn)額外的翻譯層。
Zigbee 通常用于建筑和家用設(shè)備的自動化。 最近，針對這些應(yīng)用也在考慮Thread 和藍牙Mesh。 Z-wave 是另一種Mesh技術(shù)，在智能家居的安全應(yīng)用中也很流行。
表1 3種協(xié)議的對比
大多數(shù)連接設(shè)備受益于連接到云端的使用場景，例如數(shù)據(jù)聚合。 支持低耗電藍牙的藍牙網(wǎng)格設(shè)備可以通過智能手機或平板電腦為云提供連接。 當然，這是一個暫時的連接，因為如果手機或平板電腦不存在，這些設(shè)備將無法連接到云端來發(fā)送或接收信息。 需要一個云連接的網(wǎng)關(guān)，而基于 IP 連接的 Thread 并不需要在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)之間建立一個完整的網(wǎng)關(guān)。 通過Thread，路由器能夠以較輕的權(quán)重方式促進在 IP 上直接進行設(shè)備對云的通信。
智能家居和智能建筑包括能量采集設(shè)備、電池供電設(shè)備和有線設(shè)備的組合。 照明和恒溫器通常是有線的，因為它們是基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，但這并不意味著功耗可以被忽略。 因此，必須謹慎管理作為基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備組成以及交流電的設(shè)備。電池通常為遠程傳感器和控制元件提供動力。 這意味著Mesh必須從功率角度理解兩個根本不同的應(yīng)用場景。
應(yīng)用場景
在智能家居和智能建筑中有許多潛在的Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景。利用Mesh網(wǎng)絡(luò)，整個系統(tǒng)性能和終端用戶體驗可以得到顯著的改善。 通過建筑和家庭自動化，設(shè)備可以直接相互溝通。 在光開關(guān)上的一個動作可以立即發(fā)送到本地網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的燈光，而不需要通過通向云端的網(wǎng)關(guān)進行通信。這種類型的即時反應(yīng)可以提高消費者的體驗。 此外，對于一些使用情況，例如在火災(zāi)報警時關(guān)閉空調(diào)的 HVAC 系統(tǒng)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的局部通信可以確保系統(tǒng)正確運行而不依賴云連接。
舒適
對于照明系統(tǒng)，可以簡化部署和管理。 Mesh網(wǎng)絡(luò)提供的擴展連接范圍意味著可以在更遠的地方部署連接燈。 一個集線器或網(wǎng)關(guān)可以放置在一個位置，和連接的燈光共同部署。 隨著每一個節(jié)點的部署，通信的范圍增加，允許一個單一的網(wǎng)關(guān)有效地覆蓋更大的區(qū)域。
例如，考慮一下劇院或博物館的照明和環(huán)境控制。 這些裝置通常有成百上千個節(jié)點。 燈光、窗簾的馬達和百葉窗需要精確和精心設(shè)計的控制。 所有的燈光都要同時調(diào)暗，控制窗簾的馬達應(yīng)該一致工作。 細微的差異是顯而易見的，并且會減少觀眾的體驗。
家里也有類似的需求。 如果在一個有燈光和窗簾的場景，用戶期望一個無縫的且精心設(shè)計的體驗，可能是所有的燈光同時暗淡，所有的窗簾都會同時移動。
安全
像倉庫這樣的工業(yè)環(huán)境可能比劇院有不同的照明需求。 通常，一個區(qū)域的燈光是同時打開的。 然而，如果這些燈光一起亮起來，或者只需要幾秒鐘就能照亮所有的燈，這并不重要。 用戶體驗和期望是不同的。 另一方面，如果由于停電，某些燈需要快速打開，時間突然又變得重要起來。
方便
在部署過程中，如果每盞燈都一致亮著，這也許并不重要。 然而，如果開發(fā)者想要添加額外的服務(wù)，那么網(wǎng)絡(luò)的強大程度就有可能成為問題。
在部署Mesh的過程中越來越受歡迎的服務(wù)是資產(chǎn)跟蹤。 在這種情況下，設(shè)計者依賴于控制網(wǎng)絡(luò)來傳輸關(guān)于被安裝的設(shè)備，進而追蹤資產(chǎn)的數(shù)據(jù)。 在這個例子中，吞吐量和延遲問題取決于資產(chǎn)信息在網(wǎng)絡(luò)中傳播的速度。
圖2 網(wǎng)絡(luò)連接帶來的增值服務(wù)
另外，用于零售營銷或資產(chǎn)追蹤的Beacon可以不要求每一個都在手機的范圍內(nèi)來管理。 還可以將這些領(lǐng)域和設(shè)備類型的功能結(jié)合起來。 例如，燈不僅可以自動化，還可以充當Beacon。 這種方法可以通過增加位置服務(wù)和廣告等功能來增加燈的功能和價值。
應(yīng)用層的協(xié)議支持
協(xié)議的全部功能也取決于相應(yīng)的應(yīng)用層。 雖然Thread協(xié)議不包括應(yīng)用層，但可以使用任何基于 ip 的應(yīng)用層，如 dotdot 或 OCF。 藍牙包括一個名為 Mesh 模型的本地應(yīng)用層，這是一個全新的應(yīng)用層，支持不同的設(shè)備類型，但相比 Zigbee 或 Thread 更加有限。 藍牙Mesh對于照明和通用控制的支持都有很好的支持，比如 on / off，傳感器，滑塊，電源和電池狀態(tài)，但對許多家庭配件缺乏專門的模型，如門鎖，HVAC，或窗口覆蓋特定的功能定義的互操作性。
表2 協(xié)議對應(yīng)用層的原生支持
哪種Mesh協(xié)議***？
不能一概而論。 在 Zigbee，Thread 和藍牙Mesh之間存在著基本的架構(gòu)差異。 ZigBee和 Thread 可以在使用時可能會用到flooding，但通常使用路由網(wǎng)格來最小化網(wǎng)絡(luò)開銷，從而干擾信息傳遞。 藍牙Mesh則允許設(shè)備的配置作為路由器來減少flooding的影響。 藍牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)將此稱為"托管式洪峰處理"。
ZigBee和 Thread 網(wǎng)絡(luò)包括路由節(jié)點和終端節(jié)點。 路由節(jié)點通常是線路供電的，可以作為Mesh的骨干。 端節(jié)點通常由電池驅(qū)動，在網(wǎng)格的外圍運行，并使用路由器傳遞信息。 在創(chuàng)建網(wǎng)格時，將建立路由表。 路由表是一個分類目錄，它告訴每個設(shè)備如何與網(wǎng)格中的其他設(shè)備進行通信。 通過這種方式，一個節(jié)點可以通過網(wǎng)格以精確的路徑發(fā)送消息，有效地與另一個節(jié)點進行通信。 這對網(wǎng)格的吞吐量有積極的影響，并且可以隨著網(wǎng)格的增長而減少延遲。
在歷史上，路由網(wǎng)格更受歡迎，因為它提供了更高效的通信和可預(yù)測的性能。 另一方面，對于協(xié)議棧的開發(fā)人員來說，路由更難實現(xiàn)。
已經(jīng)部署的系統(tǒng)，一個產(chǎn)品必須可以交互操作是一個重要的因素考慮。 以住宅為例，其中一些設(shè)備可能使用 Zigbee 或 Thread 形成一個Mesh網(wǎng)絡(luò)。 一個網(wǎng)關(guān)或者一個集線器和網(wǎng)關(guān)的組合很可能已經(jīng)將這些設(shè)備連接到云端以獲得額外的服務(wù)。 手機可能也會與云溝通，然后再回到設(shè)備上。
為了支持電話到設(shè)備的直接通信，或者支持一個生態(tài)系統(tǒng)，如蘋果 HomeKit，藍牙連接是必需的。 如果所有的設(shè)備都支持該協(xié)議，藍牙就可以與另一個Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，或者單獨作為一個Mesh網(wǎng)絡(luò)使用。 在設(shè)備中增加對多個協(xié)議的支持也可以提供好處，比如使用手機在沒有Zigbee 或 Thread 網(wǎng)絡(luò)的情況下安裝或使用設(shè)備。
連接需求應(yīng)該考慮整個生態(tài)系統(tǒng)，從終端設(shè)備，到任何網(wǎng)關(guān)或中心，到應(yīng)用程序?qū)雍头?wù)提供者。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如 Zigbee 和藍牙網(wǎng)格，不能本地支持 IP 必須首先適應(yīng)網(wǎng)關(guān)的 IP。 這個過程涉及到將網(wǎng)絡(luò)級有效載荷映射到 IP 數(shù)據(jù)報上，并將網(wǎng)絡(luò)級有效載荷重新打包。 相比之下，本地網(wǎng)絡(luò)本身支持 IP，如 Thread，可以在不干預(yù)的情況下提前和路由應(yīng)用程序有效載荷。 在本地網(wǎng)絡(luò)中加密的數(shù)據(jù)包可以保持端到端的安全。
ZigBee 和 Thread 的包結(jié)構(gòu)
Zigbee 和 Thread 都使用 IEEE 802.15.4中127字節(jié)的數(shù)據(jù)包，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)速率為250 kbps。 雖然相同，但數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致有效負載的大小略有不同。 圖2顯示了 Zigbee 數(shù)據(jù)包格式，結(jié)果是一個68字節(jié)的有效負載。 對于68字節(jié)以上的有效載荷，Zigbee 將碎片分成多個數(shù)據(jù)包。 Thread數(shù)據(jù)包格式如圖3所示，結(jié)果是一個63字節(jié)的有效負載。 對于63字節(jié)以上的有效載荷，thread協(xié)議棧使用6LoWPAN。這些都是構(gòu)建應(yīng)用程序時需要關(guān)注的設(shè)計參數(shù)。
圖3 ZigBee 的數(shù)據(jù)包格式
圖4 Thread 的數(shù)據(jù)包格式
它們都會將較大的信息分解成更小的信息。 對于 Zigbee 來說，應(yīng)用層會發(fā)生分段處理，并且從源到目的地進行端到端的執(zhí)行。 對于線程來說，分割是在6LoWPAN 層完成的。
- 對于這些網(wǎng)絡(luò)中的單播轉(zhuǎn)發(fā)，一旦設(shè)備準備好發(fā)送，消息就會被轉(zhuǎn)發(fā)。 對于多播轉(zhuǎn)發(fā)，有一些網(wǎng)絡(luò)需求:
- 對于 Zigbee 設(shè)備來說，只在64毫秒抖動之后，設(shè)備才會發(fā)送多播消息。 然而，在重新傳輸初始消息之前，啟動裝置有500毫秒的間隔。
Thread設(shè)備使用 RFC7731 MPL 轉(zhuǎn)發(fā)多播消息。涓流計時器被設(shè)置為64毫秒，這樣設(shè)備在重新發(fā)送之前可以隨機返回。
BLE 的包結(jié)構(gòu)
BLE有如下的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，以減少無線傳輸時間和功耗。 藍牙Mesh進一步完善了這個數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，增加了網(wǎng)格和安全性能。
圖5 藍牙Mesh 的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)
這意味著藍牙Mesh只有12或16個字節(jié)可用于有效負載，除此之外，數(shù)據(jù)包被分割成單獨的數(shù)據(jù)包，然后在目的地重新組裝。 這個分段包攜帶一個header，標識應(yīng)用中有效負載的分段和12字節(jié)，但***一段除外，它們可以更短。 然而，藍牙網(wǎng)格規(guī)范空間中需要額外的處理這些分段包，從而增加了延遲并減少吞吐量。 由于所有的吞吐量和延遲分析都是基于應(yīng)用的有效負載，可以看到，藍牙網(wǎng)格將需要比 Zigbee 或 Thread 更多的數(shù)據(jù)包。
路由與flooding的對比
Zigbee，Thread 和藍牙網(wǎng)絡(luò)是為智能家居和智能建筑設(shè)計的。 Zigbee 支持幾種路由技術(shù)，包括用于路由發(fā)現(xiàn)的flooding或群組消息; 網(wǎng)格中控制消息的下一跳路由; 以及通向網(wǎng)關(guān)的多對一路由，然后使用到設(shè)備的源路由。 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)同時使用所有這些方法也是正常的。
Thread也支持下一跳路由和flooding。 然而，Thread網(wǎng)絡(luò)將下一跳路由維護到所有路由器，作為正常網(wǎng)絡(luò)維護的一部分，而不是一個執(zhí)行路由發(fā)現(xiàn)的設(shè)備。 Thread還將處理可伸縮性的活躍路由器數(shù)量降到***。 以前，這被視為嵌入式802.15.4網(wǎng)絡(luò)的限制，因為網(wǎng)絡(luò)在大量路由器的存在下flooding限制了組播通信的頻率和可靠性。 需要注意的是，Thread網(wǎng)絡(luò)管理了活躍路由器的數(shù)目和間隔，不需要用戶干預(yù)或管理。
藍牙網(wǎng)支持管理flooding。 這是Mesh上的一個微調(diào)，用戶可以指定哪些設(shè)備參與了flooding。 這將減少flooding的影響，但需要用戶確定其網(wǎng)絡(luò)中路由器的適當密度和拓撲結(jié)構(gòu)，這可能變得很困難。 隨著網(wǎng)絡(luò)條件的變化，哪些設(shè)備參與了flooding也可能需要改變，這也將需要用戶干預(yù)。
藍牙還有類似于 Zigbee 或 Thread 的終端設(shè)備，稱為"友鄰"設(shè)備。 一個友鄰裝置與一個相鄰的有線節(jié)點耦合在一起，而友鄰的數(shù)據(jù)包則由有線節(jié)點存儲。 友鄰設(shè)備會定期醒來詢問鄰居是否有任何數(shù)據(jù)包。 有線節(jié)點只在一定的時間段內(nèi)保存數(shù)據(jù)包，所以"友鄰"需要使用其配對的中繼節(jié)點進行簽入。
圖6 藍牙Mesh 示例
對網(wǎng)格拓撲的研究可以分析網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。 這些網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)得差異很大，在考慮10節(jié)點網(wǎng)絡(luò)或200節(jié)點網(wǎng)絡(luò)時，路由和管理技術(shù)往往需要改變。
通常情況下，在一個小網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備可以通過一兩跳和非常簡單的路由或flooding就可以適合。 隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，增加了復(fù)雜性，例如設(shè)備間的更多的跳躍; 設(shè)備的密度，這可能干擾彼此發(fā)送消息; 更多的關(guān)注延遲和可靠性。 如果使用flooding類型的信息來打開100盞燈，通常不能接受只打開了98或99個開關(guān)。 這種類型的問題在10節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中很少見，但在100節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中可能變得普遍。
硅實驗室的測試結(jié)論
為了最小化設(shè)備測試的可變性，測試可以在固定拓撲中進行，在這些拓撲結(jié)構(gòu)中，射頻路徑通過分路器和衰減器連接在一起，以確保該拓撲不會隨著時間和測試而改變。 硅實驗室采用了七跳測試，以確保網(wǎng)絡(luò)拓撲。 當然，MAC地址過濾也可以用來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲。
關(guān)注的度量指標
在以前應(yīng)用場景中，設(shè)計者希望為應(yīng)用建立一個健壯的網(wǎng)絡(luò)。 在評估網(wǎng)絡(luò)的健壯性時，需要關(guān)注的測量指標包括吞吐量、延遲和可靠性。 這三種測量方法可以準確地預(yù)測給定網(wǎng)絡(luò)的健壯性。
- 吞吐量： 定義了網(wǎng)絡(luò)的可伸縮性(有多少設(shè)備可以發(fā)送正常的流量) ，以及高級數(shù)據(jù)操作的行為，如向設(shè)備推送固件更新
- 時延： 描述了行動的發(fā)生需要多長時間。 它是涉及最終用戶交互的關(guān)鍵參數(shù)(而不是機器對機器的通信) ，因為很多人能夠體會到超過100毫秒的操作。 對于需要同時進行操作的過程，例如打開多盞燈，時間必須低于100毫秒，以便最終用戶不會抱怨燈光連續(xù)亮起時產(chǎn)生"爆米花"效應(yīng)。
- 可靠性： 但是當用戶與諸如燈光和開關(guān)等日常設(shè)備互動時，用戶期望100% 的可靠性。 實際上，硅谷實驗室測試的可靠性達到99.999% 。
無論使用什么樣的無線技術(shù)，這些都是Mesh網(wǎng)絡(luò)測量的關(guān)鍵因素，并且與設(shè)備和無線系統(tǒng)的設(shè)計目標密切相關(guān)。
基準測試
硅實驗室使用了無線 Gecko SoC 平臺進行了測試，該平臺可以運行藍牙網(wǎng)、線程、 Zigbee 和專有協(xié)議， 同時使用了硅實驗室的藍牙、線程和 Zigbee 軟件協(xié)議棧。 測試環(huán)境是一個商業(yè)辦公大樓，有活躍的 Wi-Fi 和 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)。 無線測試集群被部署在走廊、會議室、辦公室和空曠地區(qū)。
100字節(jié)有效負載的吞吐量
圖7 吞吐量與多跳的對比
典型的網(wǎng)絡(luò)包括兩到三跳，吞吐量根據(jù)跳數(shù)不同而變化，協(xié)議性能隨著跳數(shù)的增加而變得相似，藍牙Mesh的小數(shù)據(jù)包有效負載導(dǎo)致吞吐量減少。
四跳的時延
圖8 4跳網(wǎng)絡(luò)的時延
- 所有的協(xié)議都在較小的有效負載時提供了類似的延遲
- 當有效負載大小增加時，Thread(6LowPAN)實現(xiàn)了***的效率和延遲性能。
- Zigbee 有很好的效率，但是一些應(yīng)用層分段處理，
- 藍牙Mesh 的延遲隨著由于數(shù)據(jù)包大小和由此產(chǎn)生的分段蠢了，有效負載大小降低較多。
小載荷小型網(wǎng)絡(luò)
圖9 多播時延
- 三種協(xié)議的峰值都低于50毫秒，
- 它們網(wǎng)絡(luò)膨脹后均已擴大至90毫秒，遠低于200毫秒的市場目標。
- 另外，所有協(xié)議的多播都提供了非常高的可靠性。
具有中等載荷的小型網(wǎng)絡(luò)
圖10 中載荷小網(wǎng)絡(luò)的多播時延
- 在延遲高達100毫秒(ms)的情況下，Thread表現(xiàn)***。
- Zigbee 執(zhí)行的數(shù)據(jù)包大多數(shù)具有80ms 的延遲，逐漸擴展到130 ms。
- 藍牙網(wǎng)格延遲在60毫秒，擴展到250毫秒。
- 所有192個節(jié)點均為藍牙Nesh中繼節(jié)點，沒有進行中繼節(jié)點進行優(yōu)化。
帶有小載荷的大型網(wǎng)絡(luò)
圖11 小載荷大網(wǎng)絡(luò)的多播時延
- 在延遲擴展到100毫秒的情況下，線程表現(xiàn)***。
- Zigbee 執(zhí)行的數(shù)據(jù)包大多數(shù)具有80ms 的延遲，逐漸擴展到130 ms。
- 藍牙網(wǎng)格延遲在60毫秒，擴展到250毫秒
- 所有192個節(jié)點均為藍牙網(wǎng)格繼電器，沒有進行繼電器優(yōu)化
測試結(jié)果
- Thread、 Zigbee 和藍牙Mesh在小型網(wǎng)絡(luò)中的較小有效載荷下能進行類似的操作
- 當有效負載和吞吐量需求增加時，Thread 和 Zigbee 的性能比藍牙Mesh要好
- 隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長，這三種方式的延遲都會增加，但是藍牙Mesh的增長***
- 選擇物聯(lián)網(wǎng)無線連接解決方案應(yīng)該包括額外的標準，如預(yù)期的生態(tài)系統(tǒng)和功耗需求
- 對于大型藍牙Mesh，可以利用中繼節(jié)點優(yōu)化來優(yōu)化性能
- 當短消息(11B)特別用于多播消息時，藍牙Mesh效果***
結(jié)論
基于所使用解決方案的理論網(wǎng)絡(luò)大小不能準確反映網(wǎng)絡(luò)在實際實現(xiàn)中所需節(jié)點的數(shù)目。 實際的限制是基于一些因素，包括網(wǎng)絡(luò)拓撲、數(shù)據(jù)包大小以及吞吐量和延遲等性能要求。 例如，一個 Zigbee 的設(shè)備子網(wǎng)在100個設(shè)備中有一個實際的限制，盡管可以部署極大的商業(yè)系統(tǒng)，比如在拉斯維加斯的 Aria 酒店，擁有超過80000個有多個子網(wǎng)的 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 1.1協(xié)議針對每個網(wǎng)絡(luò)約250個節(jié)點進行了優(yōu)化，但是由于線程是基于 IP 的，邊界路由器使得網(wǎng)絡(luò)更容易擴展和分布。
Mesh網(wǎng)絡(luò)的選擇取決于終端應(yīng)用程序或生態(tài)系統(tǒng)。 有許多已經(jīng)建立了的生態(tài)系統(tǒng)，如飛利浦 Hue，亞馬遜 Echo Plus 和 Comcast Xfinity。 如果一個設(shè)備制造商想與這些生態(tài)系統(tǒng)進行交互操作，Zigbee 是***選擇。 如果沒有為應(yīng)用程序指定生態(tài)系統(tǒng)，那么還有許多其他的協(xié)議選擇。
Thread和藍牙Mesh都是可行的選擇，也是除了 Zigbee 之外最常見的選擇。 集成電路供應(yīng)商提供的開發(fā)工具在Mesh網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的速度上有很大的影響。 數(shù)據(jù)包跟蹤和多節(jié)點能量分析等工具可以確保所選擇的Mesh網(wǎng)絡(luò)得到有力的支撐。 最終，網(wǎng)絡(luò)的大小，所需的延遲，預(yù)期的吞吐量和整體的可靠性將驅(qū)動網(wǎng)格協(xié)議的選擇。
本文編譯自以下3篇文章：
http://www.embedded-computing.com/iot/how-zigbee-thread-and-bluetooth-mesh-stack-up-in-performance-benchmarking
https://www.silabs.com/products/wireless/learning-center/mesh-performance
https://www.silabs.com/whitepapers/selecting-the-appropriate-wireless-mesh-network-technology
【本文來自51CTO專欄作者“老曹”的原創(chuàng)文章，作者微信公眾號：喔家ArchiSelf,id:wrieless-com】
