藍牙網狀網絡、線程和Zigbee是用於爲建築和家庭自動化產品添加無線連結的流行網狀網絡標準。Silicon Labs 開展了網狀網絡性能測試，以幫助開發人員更好地瞭解難以預測的無線行爲，使其在設計 IoT 相關產品時能做出更明智的選擇。
綜合考量網狀網絡技術
一些網絡性能特徵，如吞吐量、延遲以及網絡規模對擴展性和可靠性的影響等，都是需要考慮的重要因素。在選擇技術時也要將其他因素考慮在內，如不同生態系統所用的技術、網關接口和雲連接等。
| 藍牙網狀網絡 | Thread | Zigbee | |
|---|---|---|---|
| 市場焦點 | 照明和家庭自動化 | 商業/工業 | 家庭自動化、照明、計量 |
| 成熟度 | 建立於 2017 年 | 建立於 2015 年 | 建立於 2003 年 |
| 應用層 | 本地網狀網絡模型 | 爲 dotdot、OCF 和 Nest Weave 等基於 IP 的應用層提供靈活支持 | 全面的 Zigbee 簇庫 (ZCL) |
| IPv6 | 否 | 是 | 否 |
| 雲連接 | 智能手機（暫時）網關 | 邊界路由器網關 | 網關 |
| 生態系統 | 無 | 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 |
| 其他備註 | 信標、直接電話連接 | — | 最成熟 |
網狀網絡標準的性能比較
基準要求
- 利用有各種藍牙、Wi-Fi 和 Zigbee 網絡活動的現實環境
- 利用以太網反向通道和數據包追蹤在網絡中的所有節點同步時間戳
- 測量不同吞吐量和延遲配置下的性能
- 將能量測量和無線流量相關聯，提升系統特性
結果概述
- 小型有效載荷的小型網絡中，Thread、Zigbee 和藍牙網狀網絡的性能均不相上下
- 需要增加有效載荷和吞吐量時，Thread 和 Zigbee 的性能優於藍牙網狀網絡
- 隨着網絡規模增大，這三種網狀網絡的延遲都會增加，其中藍牙網狀網絡增加的延遲最大
- 選擇 IoT 無線連接解決方案還應考慮其他標準，如預期的生態系統和功耗要求等
- 針對大型藍牙網狀網絡，可利用延遲優化來優化性能
- 藍牙網狀網絡最適用於使用短信息 (<=11B) 的情形，尤其當使用多播消息時
測試網絡性能
這些測試使用了 Silicon Labs 的無線 Gecko SoC 平臺進行，該平臺可運行藍牙網狀網絡、Thread、Zigbee 和各種專有協議。此外，還利用了 Silicon Labs 藍牙網狀網絡、Thread 和 Zigbee 軟件協議棧。測試環境是一座覆蓋活躍 Wi-Fi 和 ZigBee 網絡的商務辦公樓。無線測試集羣部署於走廊、會議室、辦公室和開放區域。
基準測量結果
100 字節有效載荷下的吞吐量
- 典型網絡包括兩至三跳
- 跳數不同，吞吐量也相應不同
- 跳數越多，協議性能會趨於相似
- 藍牙網狀網絡小數據包有效載荷會使吞吐量降低
四跳後的延遲
- 對於極小型有效載荷，所有協議的延遲都十分相似
- 隨着有效載荷的增加，Thread 碎片化 (6LowPAN) 的效率和延遲性能逐漸達到最佳
- Zigbee 效率出色，但存在部分應用層碎片化
- 隨着有效載荷的增加，藍牙網狀網絡延遲會降低，這是因爲數據包較小，並且會導致碎片化
小型有效載荷的小型網絡
- 所有三個峯值都低於 50 ms
- 所有擴展最大可達到 90 ms，但都在 200 ms 的市場目標下
- 所有協議的多播都具有極高的可靠性
中型有效載荷的小型網絡
- Thread 性能最佳，延遲最大爲 100 ms
- Zigbee 性能良好，大部分數據包的接收有 80 ms 延遲，擴展最大爲 130 ms
- 藍牙網狀網絡延遲的變化幅度最大，爲 20 至 200 ms
小型有效載荷的大型網絡
- Thread 性能最佳，延遲最大爲 100 ms
- Zigbee 性能良好，大部分數據包的接收有 80 ms 延遲，擴展最大爲 130 ms
- 藍牙網狀網絡延遲在 60 ms 達到高峯，擴展超過 250 ms
- 所有 192 個節點都是藍牙網狀網絡繼電器，未使用繼電器優化
中型有效載荷的大型網絡
- Thread 性能最佳，延遲擴展最大爲 100 ms
- Zigbee 性能良好，大部分數據包的接收有 80 ms 延遲，擴展最大爲 130 ms
- 藍牙網狀網絡延遲在 60 ms 達到高峯，擴展超過 250 ms
- 所有 192 個節點都是藍牙網狀網絡繼電器，未使用繼電器優化
