在點對點或星形網(wǎng)絡(luò)中，信號范圍是輸出功率的函數(shù)。為了確保設(shè)備可以使用電池運行足夠長的時間，或提高能源效率，理想的情況是降低功耗和輸出功率。但是，盡管功耗降低，設(shè)備仍需能夠與其他設(shè)備進(jìn)行通信和交互。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中每臺設(shè)備的傳輸距離更短，因此功耗降低。由于通信通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備中繼，因此系統(tǒng)的總體通信距離可以得到改善。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還具有其他通信方面的益處，例如它們能夠進(jìn)行動態(tài)自愈。舉例來說，如果網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點發(fā)生故障，通信能夠進(jìn)行重路由，進(jìn)而改善可靠性。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的另一重要益處是設(shè)備能夠直接相互通信。在很多情況下，例如燈泡對開關(guān)進(jìn)行響應(yīng)，這可以實現(xiàn)消費者期望的快速響應(yīng)。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)用的影響

使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，可以使總體系統(tǒng)性能和最終用戶體驗得到顯著改善。借助于樓宇和家庭自動化，設(shè)備能夠直接相互通信。燈泡開關(guān)的操作可直接通過本地網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至燈泡，無需通過網(wǎng)關(guān)與云端進(jìn)行路由通信。

圖1：星形網(wǎng)絡(luò)與Mesh網(wǎng)絡(luò)的對比。

這種立即響應(yīng)能夠改善消費者體驗。此外，對于一些用例，例如HVAC系統(tǒng)在發(fā)生火災(zāi)警報的情況下關(guān)閉通風(fēng)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的本地通信能夠確保正確的系統(tǒng)運行，無需依賴云連接性。

照明系統(tǒng)的部署和管理可得到簡化。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)提供的長距離連接性意味著互聯(lián)電燈可部署在距離集線器較遠(yuǎn)的地方(和星形網(wǎng)絡(luò)相比)。集線器或網(wǎng)關(guān)可部署在一地，然后再部署互聯(lián)電燈。在部署每一盞燈時，通信距離擴(kuò)大，使得一個網(wǎng)關(guān)能夠有效覆蓋更大面積。

管理用于零售市場或資產(chǎn)跟蹤的信標(biāo)會變得更加輕松，因為無需每個信標(biāo)都在手機(jī)范圍內(nèi)。此外，還可以在這些區(qū)域和設(shè)備類型上結(jié)合功能。例如，互聯(lián)電燈不僅可實現(xiàn)自動化，還可用作信標(biāo)。這種方法能夠通過增加位置服務(wù)和廣告等功能增加電燈的功能和價值。

圖2：Mesh網(wǎng)絡(luò)在零售市場中的應(yīng)用。

多種無線協(xié)議的案例

與已經(jīng)部署的系統(tǒng)的互操作是一條重要的考量因素。以住宅為例，大量設(shè)備可能使用 ZigBee或Thread構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)或集線器與網(wǎng)關(guān)的組合很可能已將這些設(shè)備連接到云端以實現(xiàn)更多服務(wù)。智能手機(jī)也可能與云端通信，然后返回到設(shè)備。

為了支持智能手機(jī)與設(shè)備直接通信，或支持Apple HomeKit等生態(tài)系統(tǒng)，需要藍(lán)牙(Bluetooth)連接性。如果所有設(shè)備都支持該協(xié)議，則Bluetooth可以與另一網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)合使用或獨自用作網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)備中添加對多種協(xié)議的支持也可帶來諸多益處，例如使用智能手機(jī)設(shè)置或調(diào)試設(shè)備，而無需ZigBee或Thread網(wǎng)絡(luò)上的顯示。

借助于Silicon Labs多協(xié)議軟件和硬件，可以設(shè)計出支持多種無線連接協(xié)議的單一產(chǎn)品。這可以是在現(xiàn)場同一設(shè)備進(jìn)行多種協(xié)議的連接，也可以是能夠在現(xiàn)場或工廠配置成多種不同無線協(xié)議之一的設(shè)備。通過在同一SoC 上，或者管腳兼容的SoC上支持多協(xié)議，公司用戶可以靈活調(diào)整自己的市場策略。借助于安全的更新機(jī)制，這些設(shè)備能夠在現(xiàn)場進(jìn)行更新以增加其他功能，或?qū)κ袌錾系娜魏巫兓鞒龇磻?yīng)，例如需要特定網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的，人氣彪升的某個生態(tài)系統(tǒng)。

確定合適的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

對于大多數(shù)現(xiàn)有家庭自動化和照明系統(tǒng)，必須考慮現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)和部署。例如，為了能夠兼容Apple HomeKit，即使設(shè)備通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接到其他設(shè)備，它也必須支持Bluetooth連接進(jìn)行通信以支持Apple HomeKit。

許多現(xiàn)有設(shè)備使用 Zigbee；對于基于網(wǎng)狀 Bluetooth 等技術(shù)的新設(shè)備，必須考慮通過終端設(shè)備或支持多種協(xié)議的網(wǎng)關(guān)所實現(xiàn)的互操作性策略。同樣，不同服務(wù)提供商對特定協(xié)議或多協(xié)議支持有要求，在選擇合適的連接性解決方案時必須予以考慮。

連接性要求應(yīng)考慮整個生態(tài)系統(tǒng)，從終端設(shè)備到任何網(wǎng)關(guān)或集線器，再到應(yīng)用層和服務(wù)提供商。本身不支持IP的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，例如ZigBee和網(wǎng)狀Bluetooth，必須首先在網(wǎng)關(guān)處適配IP。該過程涉及本地網(wǎng)絡(luò)地址的映射以及將網(wǎng)絡(luò)層有效荷載重新封裝成IP數(shù)據(jù)報。相反，本身支持IP的本地網(wǎng)絡(luò)，如Thread，可以在不需要介入的情況下轉(zhuǎn)發(fā)和路由應(yīng)用程序有效荷載。在本地網(wǎng)絡(luò)中加密的數(shù)據(jù)包在端到端傳輸過程中仍能保持安全。

比較網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)

每個網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)為不同的設(shè)備類型和應(yīng)用提供了基于標(biāo)準(zhǔn)的支持。ZigBee 為家庭自動化、照明和計量提供了成熟的應(yīng)用層支持，而第一個網(wǎng)狀Bluetooth規(guī)范主要側(cè)重于照明和一些家庭自動化支持。Thread是三種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中唯一一種基于IPv6的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這提供了一些獨特的益處，例如同一網(wǎng)絡(luò)或跨網(wǎng)絡(luò)的端到端路由和可尋址性，而無需實施其他轉(zhuǎn)換層。

大多數(shù)連接設(shè)備得益于到云端的連接，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)聚合等用例。支持Bluetooth低功耗的網(wǎng)狀Bluetooth設(shè)備能夠通過智能手機(jī)或平板電腦提供到云端的連接性。這當(dāng)然是一種臨時連接，因為設(shè)備在手機(jī)或平板電腦不存在時將無法連接到云端以發(fā)送或接收信息，因此需要網(wǎng)關(guān)提供始終連接的體驗。ZigBee需要用于云連接性的網(wǎng)關(guān)，而Thread具有基于IP的連接性，因此不需要全網(wǎng)關(guān)來在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行橋接。借助于Thread，邊界路由器能夠以更輕量的方式通過IP實現(xiàn)設(shè)備與云端的直接通信。

基于所用尋址方案的理論網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不能準(zhǔn)確反映網(wǎng)絡(luò)在實際實現(xiàn)中所需的節(jié)點數(shù)量。實際限制取決于許多因素，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?shù)據(jù)包大小和性能要求，例如吞吐量和延遲。盡管可以用ZigBee部署一個極大的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，例如位于拉斯維加斯的Aria Hotel的商業(yè)系統(tǒng)，它擁有超過80,000臺聯(lián)網(wǎng)ZigBee設(shè)備和多個子網(wǎng)，但實際應(yīng)用中每個子網(wǎng)的ZigBee設(shè)備都限制在100多臺。Thread 1.1協(xié)議針對每個網(wǎng)絡(luò)大約250個節(jié)點的性能進(jìn)行了優(yōu)化，但是由于Thread基于IP，因此邊界路由器能夠使網(wǎng)絡(luò)輕松得到擴(kuò)展和分布。

借助于網(wǎng)狀Bluetooth中的受控泛洪式模型，設(shè)備能夠向許多設(shè)備進(jìn)行廣播而無需管理路由表，這樣就變得非常簡單，有利于網(wǎng)狀節(jié)點可移動或頻繁變化的動態(tài)用例。但是，對于大型網(wǎng)絡(luò)，受控型中繼需要在安裝期間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，因為并非每個節(jié)點都能配置為中繼設(shè)備，那樣會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。ZigBee和Thread等技術(shù)具有路由和自動路由表管理功能，從而可實現(xiàn)更高效的網(wǎng)絡(luò)通信并自動形成網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點角色。

協(xié)議的全面能力還取決于相應(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，例如dotdot或OCF。網(wǎng)狀Bluetooth包括一個被稱為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)模型的本地應(yīng)用層，它是一種全新的應(yīng)用層，對不同設(shè)備類型的支持更有限(相比ZigBee或Thread的支持)。網(wǎng)狀Bluetooth能夠很好地支持照明模型，還能支持通用控制，例如開/關(guān)、傳感器、滑動條、電源和電池狀態(tài)，但缺少許多家居配件的專用模型，例如門鎖、HVAC 或包含為互操作性定義的特定功能的窗戶。

除了支持多種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議外，ZigBee等網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還能與Bluetooth低功耗相結(jié)合，從而使用針對ZigBee設(shè)備的智能手機(jī)通過Bluetooth調(diào)試來簡化設(shè)備設(shè)置，或提供支持Apple Homekit所需的Bluetooth連接性。

網(wǎng)狀Bluetooth與Bluetooth低功耗相結(jié)合，提供了將信標(biāo)融入網(wǎng)狀系統(tǒng)的獨特方式；Bluetooth SIG目前正在構(gòu)建專用的信標(biāo)管理模型。

當(dāng)然可以擴(kuò)展和構(gòu)建自定義實現(xiàn)以支持特定的設(shè)備類型，但是在選擇協(xié)議和應(yīng)用層之前，必須意識到這樣做所需的工作量和未來對設(shè)備互操作性的影響，這一點至關(guān)重要。

總結(jié)

每個網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都具有技術(shù)優(yōu)勢，但需要考慮它們在市場上的成熟度和已建立的部署。一種協(xié)議可能無法滿足所有產(chǎn)品或市場的需求。

對于無線協(xié)議還必須考慮許多因素，尤其是已部署的系統(tǒng)，它們需要通過終端設(shè)備或支持多種協(xié)議的網(wǎng)關(guān)所實現(xiàn)的互操作性策略。一般來說，連接性要求應(yīng)始終考慮整個生態(tài)系統(tǒng)，從終端設(shè)備到任何網(wǎng)關(guān)或集線器，再到應(yīng)用層和服務(wù)提供商。

目前的大量選擇能夠解決當(dāng)前市場需求，同時也有助于規(guī)劃未來。如果在設(shè)計過程中使用多協(xié)議軟件和硬件，可以設(shè)計支持多種無線連接性和協(xié)議的單一產(chǎn)品，使最終用戶能夠根據(jù)實時業(yè)務(wù)需求在現(xiàn)場自由調(diào)整和更新設(shè)備連接和用例。