蓝牙网状网络、Thread 和 Zigbee 网络性能的基准测试

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

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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
  

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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
  

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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
  

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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

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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