概述
Bluetooth mesh , Thread, and Zigbee are popular mesh networking standards used to add wireless connectivity to building and home automation products.Silicon Labs 开展了网状网络性能测试,以帮助开发人员更好地了解难以预测的无线行为,使其在设计 IoT 相关产品时能做出更明智的选择。
综合考量网状网络技术
一些网络性能特征,如吞吐量、延迟以及网络规模对扩展性和可靠性的影响等,都是需要考虑的重要因素。在选择技术时也要将其他因素考虑在内,如不同生态系统所用的技术、网关接口和云连接等。
| 蓝牙网状网络 | Thread | Zigbee |
市场焦点 | 照明和家庭自动化 | 商业/工业 | 家庭自动化、照明、计量 |
成熟度 | 建立于 2017 年 | 建立于 2015 年 | 建立于 2003 年 |
应用层 | 本地网状网络模型 | 为 dotdot、OCF 和 Nest Weave 等基于 IP 的应用层提供灵活支持 | Comprehensive Zigbee Cluster Library (ZCL) |
IPv6 | 否 | 是 | 否 |
云连接 | 智能手机(暂时)网关 | 边界路由器网关 | 网关 |
生态系统 | 无 | Nest | Amazon、IKEA、Phillips HUE、Samsung SmartThings、Lowes Iris、Wink、Cox、Rogers、Deutsch Telekom (Qivicon) 等 |
路由 | 受控泛洪式 | 全路由 | 全路由 |
其他备注 | 信标、直接电话连接 | — | 最成熟 |
网状网络标准的性能比较
基准要求
- 利用有各种蓝牙、Wi-Fi 和 Zigbee 网络活动的现实环境
- 利用以太网反向通道和数据包追踪在网络中的所有节点同步时间戳
- 测量不同吞吐量和延迟配置下的性能
- 将能量测量和无线流量相关联,提升系统特性
结果概述
- 小型有效载荷的小型网络中,Thread、Zigbee 和蓝牙网状网络的性能均不相上下
- 需要增加有效载荷和吞吐量时,Thread 和 Zigbee 的性能优于蓝牙网状网络
- 随着网络规模增大,这三种网状网络的延迟都会增加,其中蓝牙网状网络增加的延迟最大
- 选择 IoT 无线连接解决方案还应考虑其他标准,如预期的生态系统和功耗要求等
- 针对大型蓝牙网状网络,可利用延迟优化来优化性能
- 蓝牙网状网络最适用于使用短信息 (<=11B) 的情形,尤其当使用多播消息时
测试网络性能
这些测试使用了 Silicon Labs 的无线 Gecko SoC 平台进行,该平台可运行蓝牙网状网络、Thread、Zigbee 和各种专有协议。此外,还利用了 Silicon Labs 蓝牙网状网络、Thread 和 Zigbee 软件协议栈。测试环境是一座覆盖活跃 Wi-Fi 和 ZigBee 网络的商务办公楼。无线测试集群部署于走廊、会议室、办公室和开放区域。
准测量结果
100 字节有效载荷下的吞吐量
- 典型网络包括两至三跳
- 跳数不同,吞吐量也相应不同
- 跳数越多,协议性能会趋于相似
- 蓝牙网状网络小数据包有效载荷会使吞吐量降低
四跳后的延迟
- 对于极小型有效载荷,所有协议的延迟都十分相似
- 随着有效载荷的增加,Thread 碎片化 (6LowPAN) 的效率和延迟性能逐渐达到最佳
- Zigbee 效率出色,但存在部分应用层碎片化
- 随着有效载荷的增加,蓝牙网状网络延迟会降低,这是因为数据包较小,并且会导致碎片化
小型有效载荷的小型网络
- 所有三个峰值都低于 50 毫秒 (ms)
- 所有扩展最大可达到 90 ms,但都在 200 ms 的市场目标下
- 所有协议的多播都具有极高的可靠性
中型有效载荷的小型网络
- Thread 性能最佳,延迟最大为 100 毫秒 (ms)
- Zigbee 性能良好,大部分数据包的接收有 80 ms 延迟,扩展最大为 130 ms
- 蓝牙网状网络延迟的变化幅度最大,为 20 至 200 ms
小型有效载荷的大型网络
- Thread 性能最佳,延迟最大为 100 ms
- Zigbee 性能良好,大部分数据包的接收有 80 ms 延迟,扩展最大为 130 ms
- 蓝牙网状网络延迟在 60 ms 达到高峰,扩展超过 250 ms
- 所有 192 个节点都是蓝牙网状网络继电器,未使用继电器优化
中型有效载荷的大型网络
- Thread 性能最佳,延迟扩展最大为 100 ms
- Zigbee 性能良好,大部分数据包的接收有 80 ms 延迟,扩展最大为 130 ms
- 蓝牙网状网络延迟在 60 ms 达到高峰,扩展超过 250 ms
- 所有 192 个节点都是蓝牙网状网络继电器,未使用继电器优化
最后
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