藍(lán)牙Mesh, ZIGBEE, THREAD網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)比?

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本文測(cè)試數(shù)據(jù)主要基于SILABS的應(yīng)用文檔"AN1142 - 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)比"。針對(duì)藍(lán)牙Mesh性能及特點(diǎn)，可參考

藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)性能及網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)總結(jié)(一)

藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)性能及網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)總結(jié)(二)

目錄

三種Mesh網(wǎng)絡(luò)概述

吞吐率和延時(shí)性能對(duì)比

網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)比

總結(jié)

] 1 [ 三種Mesh網(wǎng)絡(luò)概述

首先，我們看下三種Mesh技術(shù)的概覽及網(wǎng)絡(luò)模型，如圖1，2，3，4。

圖1 - Mesh網(wǎng)絡(luò)概覽

圖2 - Thread網(wǎng)絡(luò)模型

圖3 - Zigbee網(wǎng)絡(luò)模型

圖4 - BLE Mesh網(wǎng)絡(luò)模型

本文的測(cè)試，均是Silabs在研發(fā)中心實(shí)際環(huán)境測(cè)試，具體可參考上篇文章。

] 1 [ 吞吐率和延遲測(cè)試比拼

吞吐率及傳輸延時(shí)的測(cè)試在一個(gè)穩(wěn)定的6Hop拓?fù)湎逻M(jìn)行(通過衰減器搭建的穩(wěn)定的6跳網(wǎng)絡(luò))，測(cè)試節(jié)點(diǎn)拓?fù)淙缦聢D。本測(cè)試結(jié)果主要取決于協(xié)議棧本身的PHY及MAC的特性;

圖 - 6跳網(wǎng)絡(luò)示意圖

本測(cè)試針對(duì)未分段8bytes小數(shù)據(jù)傳輸下的性能及100Bytes的大數(shù)據(jù)傳輸下的數(shù)據(jù)吞吐率性能進(jìn)行了驗(yàn)證。分別如圖5和圖6;我查了下Thread和Zigbee的MAC層結(jié)構(gòu)，都是按照802.15.4的MAC和PHY;由于文檔中沒有針對(duì)具體的數(shù)據(jù)收發(fā)情景做出說明，圖5與圖6顯示Thread能夠有更好的結(jié)果，大概率與Thread的最終PHY數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)有關(guān)系;有深入看過協(xié)議的朋友可以分享下~

而藍(lán)牙由于分包機(jī)制，在大數(shù)據(jù)包情況下，數(shù)據(jù)吞吐率，嗯，非常穩(wěn)定;

圖 5 - 8 Bytes吞吐率對(duì)比

圖 6 - 100 Bytes吞吐率對(duì)比

同時(shí)，針對(duì)小數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)通信延時(shí)如圖7，這里不得不說，憑什么拿20Bytes的Thread和50Bytes的ZIGBEE對(duì)比? 這點(diǎn)不理解?

圖 7 - 8 Bytes通信延時(shí)對(duì)比

接著， SILABS針對(duì)4HOP的拓?fù)湎碌牟煌瑪?shù)據(jù)長(zhǎng)度做了延時(shí)的對(duì)比，結(jié)果如下，簡(jiǎn)單而言，由于Payload的增大，不同拓?fù)涞姆职鼨C(jī)制帶來的傳輸延時(shí)會(huì)成比例增加。當(dāng)然，我也不理解為什么結(jié)果中，ZIGBEE與藍(lán)牙Mesh均是 點(diǎn)狀結(jié)果+ 預(yù)估趨勢(shì)線而 Thread則是實(shí)線? 且Thread分包帶來的影響如此之小??

圖 8 - 4 Hops下不同數(shù)據(jù)包延時(shí)對(duì)比

] 2 [ 網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試

針對(duì)Mesh網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用，實(shí)際環(huán)境下的不同大小網(wǎng)絡(luò)的性能，也是驗(yàn)證協(xié)議棧性能及穩(wěn)定性，實(shí)用性的重要方面;Silabs的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試，基于如下不同大小的網(wǎng)絡(luò)，測(cè)試100包不同大小數(shù)據(jù)的傳輸延時(shí)及數(shù)據(jù)包成功接收比例;

小型網(wǎng)絡(luò)： 24節(jié)點(diǎn)

中型網(wǎng)絡(luò)：1~48節(jié)點(diǎn)

中型網(wǎng)絡(luò)：2~96節(jié)點(diǎn)

大型網(wǎng)絡(luò)：1~144節(jié)點(diǎn)

大型網(wǎng)絡(luò)：2~192節(jié)點(diǎn)

> 24節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試

測(cè)試結(jié)果如下圖10，三種網(wǎng)絡(luò)在約100ms內(nèi)完成100個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸，而可以看到的是Thread總體完成時(shí)間更快更高效;

圖 10- 24節(jié)點(diǎn)100Bytes數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)比

而如果增大數(shù)據(jù)包大小，Thread和Zigbee采用50Bytes，藍(lán)牙Mesh 32 Bytes情況下，測(cè)試結(jié)果如下圖11?？梢钥吹絋hread還能夠在穩(wěn)定的100ms內(nèi)完成，而Zigbee時(shí)間明顯的增加，藍(lán)牙Mesh則呈現(xiàn)出了按時(shí)間平均分布的傳包率，延時(shí)大大增加;從這個(gè)結(jié)果，結(jié)合藍(lán)牙基于Flooding的技術(shù)，基因決定藍(lán)牙Mesh適合小數(shù)據(jù)包?

圖 11 - 24節(jié)點(diǎn)100Bytes數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)比

> 192節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試

隨著網(wǎng)絡(luò)增大，存在的沖突會(huì)增加，跳數(shù)會(huì)增加，對(duì)應(yīng)會(huì)導(dǎo)致傳輸延時(shí)的增加;192節(jié)點(diǎn)小數(shù)據(jù)包的傳輸延時(shí)如下圖12，這里需要注意的是，藍(lán)牙Mesh有~3%的數(shù)據(jù)包超過250ms才完成傳輸(有多少傳輸最終失敗就不清楚了，也不明白為什么藍(lán)牙不能是5Bytes)

圖 12 - 192節(jié)點(diǎn)5 Bytes數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)比

隨著數(shù)據(jù)包的增大，分包導(dǎo)致的沖突阻塞，25Bytes下(藍(lán)牙16Bytes)的測(cè)試結(jié)果如下圖13

圖 13 - 192節(jié)點(diǎn)25 Bytes數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)比

] 3 [ 總結(jié)

總體來說，本篇應(yīng)用文檔的測(cè)試合理性，數(shù)據(jù)測(cè)試及統(tǒng)計(jì)具體方法，分析，信息都不夠;應(yīng)用文檔里面也有說明，ZIGBEE 他們從2006年開始，Thread從2015，而BLE Mesh從2017，他們針對(duì)不同協(xié)議的優(yōu)化程度都不一致;

但是從協(xié)議角度看， Thread與Zigbee基于同PHY和MAC，其特性類似;但是藍(lán)牙Mesh由于采用了Flooding技術(shù)，其在大網(wǎng)絡(luò)及大數(shù)據(jù)包情況下，顯得更力不從心;

Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能，穩(wěn)定性，實(shí)用性，不是簡(jiǎn)單的通過數(shù)據(jù)吞吐及數(shù)據(jù)通信延時(shí)能夠衡量，綜上...