在點對點或星形網(wǎng)絡中，信號范圍是輸出功率的函數(shù)。為了確保設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，設備仍需能夠與其他設備進行通信和交互。網(wǎng)狀網(wǎng)絡中每臺設備的傳輸距離更短，因此功耗降低。由于通信通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡上的設備中繼，因此系統(tǒng)的總體通信距離可以得到改善。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡還具有其他通信方面的益處，例如它們能夠進行動態(tài)自愈。舉例來說，如果網(wǎng)狀網(wǎng)絡中的一個節(jié)點發(fā)生故障，通信能夠進行重路由，進而改善可靠性。網(wǎng)狀網(wǎng)絡的另一重要益處是設備能夠直接相互通信。在很多情況下，例如燈泡對開關進行響應，這可以實現(xiàn)消費者期望的快速響應。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡對應用的影響
使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡，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，設備能夠直接相互通信。燈泡開關的操作可直接通過本地網(wǎng)狀網(wǎng)絡發(fā)送至燈泡，無需通過網(wǎng)關與云端進行路由通信。
圖1：星形網(wǎng)絡與Mesh網(wǎng)絡的對比。
這種立即響應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)生火災警報的情況下關閉通風，網(wǎng)狀網(wǎng)絡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的地方(和星形網(wǎng)絡相比)。集線器或網(wǎng)關可部署在一地，然后再部署互聯(lián)電燈。在部署每一盞燈時，通信距離擴大，使得一個網(wǎng)關能夠有效覆蓋更大面積。
管理用于零售市場或資產(chǎn)跟蹤的信標會變得更加輕松，因為無需每個信標都在手機范圍內(nèi)。此外，還可以在這些區(qū)域和設備類型上結(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。這種方法能夠通過增加位置服務和廣告等功能增加電燈的功能和價值。
圖2：Mesh網(wǎng)絡在零售市場中的應用。
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，大量設備可能使用 ZigBee或Thread構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡。網(wǎng)關或集線器與網(wǎng)關的組合很可能已將這些設備連接到云端以實現(xiàn)更多服務。智能手機也可能與云端通信，然后返回到設備。
為了支持智能手機與設備直接通信，或支持Apple HomeKit等生態(tài)系統(tǒng)，需要藍牙(Bluetooth)連接性。如果所有設備都支持該協(xié)議，則Bluetooth可以與另一網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)合使用或獨自用作網(wǎng)狀網(wǎng)絡。在設備中添加對多種協(xié)議的支持也可帶來諸多益處，例如使用智能手機設置或調(diào)試設備，而無需ZigBee或Thread網(wǎng)絡上的顯示。
借助于Silicon Labs多協(xié)議軟件和硬件，可以設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)場同一設備進行多種協(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制，這些設備能夠在現(xiàn)場進行更新以增加其他功能，或?qū)κ袌錾系娜魏巫兓鞒龇磻?，例如需要特定網(wǎng)狀網(wǎng)絡的，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，即使設備通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡連接到其他設備，它也必須支持Bluetooth連接進行通信以支持Apple HomeKit。
許多現(xiàn)有設備使用 Zigbee；對于基于網(wǎng)狀 Bluetooth 等技術(shù)的新設備，必須考慮通過終端設備或支持多種協(xié)議的網(wǎng)關所實現(xiàn)的互操作性策略。同樣，不同服務提供商對特定協(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。
連接性要求應考慮整個生態(tài)系統(tǒng)，從終端設備到任何網(wǎng)關或集線器，再到應用層和服務提供商。本身不支持IP的網(wǎng)絡技術(shù)，例如ZigBee和網(wǎng)狀Bluetooth，必須首先在網(wǎng)關處適配IP。該過程涉及本地網(wǎng)絡地址的映射以及將網(wǎng)絡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，如Thread，可以在不需要介入的情況下轉(zhuǎn)發(fā)和路由應用程序有效荷載。在本地網(wǎng)絡中加密的數(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)絡標準
每個網(wǎng)狀網(wǎng)絡標準為不同的設備類型和應用提供了基于標準的支持。ZigBee 為家庭自動化、照明和計量提供了成熟的應用層支持，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)絡技術(shù)中唯一一種基于IPv6的網(wǎng)狀網(wǎng)絡技術(shù)。這提供了一些獨特的益處，例如同一網(wǎng)絡或跨網(wǎng)絡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設備能夠通過智能手機或平板電腦提供到云端的連接性。這當然是一種臨時連接，因為設備在手機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)關提供始終連接的體驗。ZigBee需要用于云連接性的網(wǎng)關，而Thread具有基于IP的連接性，因此不需要全網(wǎng)關來在網(wǎng)狀網(wǎng)絡之間進行橋接。借助于Thread，邊界路由器能夠以更輕量的方式通過IP實現(xiàn)設備與云端的直接通信。
基于所用尋址方案的理論網(wǎng)絡規(guī)模不能準確反映網(wǎng)絡在實際實現(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)絡拓撲、數(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，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設備和多個子網(wǎng)，但實際應用中每個子網(wǎng)的ZigBee設備都限制在100多臺。Thread 1.1協(xié)議針對每個網(wǎng)絡大約250個節(jié)點的性能進行了優(yōu)化，但是由于Thread基于IP，因此邊界路由器能夠使網(wǎng)絡輕松得到擴展和分布。
借助于網(wǎng)狀Bluetooth中的受控泛洪式模型，設備能夠向許多設備進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，受控型中繼需要在安裝期間進行網(wǎng)絡規(guī)劃，因為并非每個節(jié)點都能配置為中繼設備，那樣會導致網(wǎng)絡性能下降。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)絡通信并自動形成網(wǎng)絡和節(jié)點角色。
協(xié)議的全面能力還取決于相應的應用層。雖然Thread協(xié)議不包括應用層，但可以使用任何基于IP的應用層，例如dotdot或OCF。網(wǎng)狀Bluetooth包括一個被稱為網(wǎng)狀網(wǎng)絡模型的本地應用層，它是一種全新的應用層，對不同設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、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)絡協(xié)議外，ZigBee等網(wǎng)狀網(wǎng)絡協(xié)議還能與Bluetooth低功耗相結(jié)合，從而使用針對ZigBee設備的智能手機通過Bluetooth調(diào)試來簡化設備設置，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)建專用的信標管理模型。
當然可以擴展和構(gòu)建自定義實現(xiàn)以支持特定的設備類型，但是在選擇協(xié)議和應用層之前，必須意識到這樣做所需的工作量和未來對設備互操作性的影響，這一點至關重要。
總結(jié)
每個網(wǎng)狀網(wǎng)絡協(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備或支持多種協(xié)議的網(wǎng)關所實現(xiàn)的互操作性策略。一般來說，連接性要求應始終考慮整個生態(tài)系統(tǒng)，從終端設備到任何網(wǎng)關或集線器，再到應用層和服務提供商。
目前的大量選擇能夠解決當前市場需求，同時也有助于規(guī)劃未來。如果在設計過程中使用多協(xié)議軟件和硬件，可以設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)務需求在現(xiàn)場自由調(diào)整和更新設備連接和用例。