每位物聯網(IoT)設計工程師都知道,無線網路協定沒有所謂的「一體適用」這回事。而網狀堆疊也是如此。

要替物聯網應用挑對網狀協定可能會很費事。各種協定都有本身一套獨特的特性和優點,端賴使用個案和應用需求而定。開發人員需要深入了解在耗電、吞吐量、延遲時間、擴充性、安全性和網際網路協定(IP)連線等關鍵層面各種協定的表現如何。

芯科科技(Silicon Labs)近來針對Zigbee、Thread和Bluetooth mesh,發表了首份效能基準評比的結果,以比較各種協定在不同的測試條件和網路配置下的表現。

不出所料的是,網狀效能的結果天差地遠,雖然我們從為期十二個月的測試中也得到了多項重要的見解。測試是在美國波士頓(Boston)的商業辦公大樓中進行的,而且範圍內有現成的Wi-Fi和Zigbee網路。無線測試叢集則是佈建在走廊、會議室、辦公室和開放區域。

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獲勝者是—— 點此可詳細地檢視基準評比的結果。關鍵要點包括:

  • 當承載量小時,Zigbee、Thread和Bluetooth mesh在小型網路中表現相近。
  • 當承載量和吞吐量的需求增加時,Zigbee和Thread的表現優於Bluetooth mesh。假如安裝人員以手動來優化網路,將一些路由節點關閉,Bluetooth mesh的效能在安裝後就能獲得提升。
  • 三種協定的延遲時間全都會隨著網路規模擴大而增加,但Bluetooth mesh增加得最多。
  • 就大型的Bluetooth mesh網路而言,把轉送節點加以優化可用來優化效能。
  • 在使用短訊息(< =11B),尤其是群播訊息時,Bluetooth mesh運作得最好。

生態系、用電和使用個案至關重要

事實上,並沒有哪一種網狀協定勝出。依照應用的需求,效能會天差地遠。測試結果突顯出多個對選對協定至關重要的因素。例如所選的生態系便會大大影響協定的效能。假如裝置製造商想要與固有的生態系互通,像是Amazon Echo Plus、Philips Hue或Comcast Xfinity,Zigbee就是最佳選擇。假如沒有指定生態系,那就有別的網狀選擇。Thread和Bluetooth mesh是比較新的協定選項,而且日益風行,在物聯網方面各具有自成一格的益處。

為了協助確保是「蘋果對蘋果」的比較,網狀效能的測試全都是用Silicon Labs的Wireless Gecko系統單晶片平台來進行。它可支援Zigbee、Thread和Bluetooth mesh以及專用協定。

使用個案在效能的結果上也扮演了要角。所採行的應用是為了安全、方便還是舒適?例如能把倉庫裡的燈同時打開,或許並沒有照明系統的耗電性或是能為倉庫的生態系增進更多服務來得重要。

在評價協定時,耗電是另一個不該忽視的因素。居家和大樓的自動化應用常會兼而採用電池驅動、有線驅動,甚至是能源採集裝置,使網狀協定的使用個案經常顯得大異其趣。

研究結果所彰顯出的事實在於,選擇網路協定會受到各式各樣的因素所影響。雖然網狀基準評比的演練揭露了以往無從獲悉的數據來輔助這個決定過程,但有了效能數據並不代表設計人員就能跳過測試階段。所幸新的基準評比結果是以一連串的應用註解來顯示,其中解釋了基準評比測試的執行方法,使開發人員能複製及操作類似的測試,而不必自行發明。

整體而言,網狀效能的研究歸結出,網路規模、所需延遲時間、預計吞吐量和可靠度是挑選適當協定時的關鍵因素。值得注意的是,無線系統單晶片(SoC)業者所提供的開發工具會使開發的容易度和上市時間形成天壤之別。協定的選擇要夠充裕,加上挑選要符合一定的標準,這或許看似難如登天。但假如設計人員對使用個案有清楚的了解,應用的理想網狀協定就會顯現。

(參考原文:Bluetooth, Thread, Zigbee Mesh Compared,by Tom Pannell, Silicon Labs)