隨著Matter協(xié)議的推出，對智能家居設(shè)備支持多個網(wǎng)絡(luò)的需求變得更加重要。Matter統(tǒng)一應(yīng)用層可實現(xiàn)跨品牌、跨生態(tài)合作體系的互操作性，通過構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議基礎(chǔ)，致力于實現(xiàn)安全的互操作性，同時與現(xiàn)有的數(shù)百萬智能家居設(shè)備共存。

智能家居網(wǎng)絡(luò)通常由多種技術(shù)組成，如下圖所示。例如，網(wǎng)絡(luò)中可能包含使用Zigbee或Matter over Thread技術(shù)的電池供電或功耗敏感的設(shè)備，以及使用Matter over Wi-Fi技術(shù)的更高級或持續(xù)供電設(shè)備。

智能家居網(wǎng)絡(luò)和雙PAN用例描述

恩智浦Matter解決方案，助力實現(xiàn)智能自動化家居轉(zhuǎn)型。

在這種網(wǎng)絡(luò)拓撲中，至少需要一個中央設(shè)備來管理和連接各設(shè)備，以確保生態(tài)合作體系的共存。網(wǎng)關(guān)/集線器通常用來執(zhí)行這些任務(wù)，并且必須在智能家居本地網(wǎng)絡(luò)中承擔多重角色：Zigbee協(xié)調(diào)器、Thread邊界路由器、Matter控制器和Zigbee到Matter橋。

雙PAN用例包括：

遷移到Matter或添加對Matter的支持，同時繼續(xù)支持基于Zigbee的設(shè)備。

構(gòu)建一個能夠管理多種無線協(xié)議的網(wǎng)關(guān)/集線器，例如運行Matter、Thread邊界路由器和Zigbee的網(wǎng)關(guān)/集線器。

雙PAN設(shè)計考慮要素

雙PAN功能允許設(shè)備同時參與兩個IEEE 802.15.4個人網(wǎng)絡(luò)。此功能能夠使Matter與現(xiàn)有市場設(shè)備實現(xiàn)互操作性，并實現(xiàn)更智能的自動化。例如，在能源需求高峰期，自動調(diào)光、關(guān)閉或暫停電器。

針對特定用例，確定實現(xiàn)雙PAN的最佳方法需要評估相關(guān)需求和劃分優(yōu)先級。這些因素包括：

服務(wù)質(zhì)量/網(wǎng)絡(luò)性能

設(shè)備在每個網(wǎng)絡(luò)中的角色

每個網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)和控制權(quán)

系統(tǒng)成本

恩智浦對兩種架構(gòu)進行了廣泛的測試，以提供背景信息和數(shù)據(jù)，幫助做出設(shè)計決策。評估的兩種架構(gòu)如下圖所示。請注意，根據(jù)生態(tài)合作體系的配置和限制，圖中的射頻信道A和B可能相同，也可能不同。

雙PAN架構(gòu)，單無線解決方案和雙無線解決方案

在定義這些架構(gòu)后，恩智浦創(chuàng)建了兩種配置以執(zhí)行測試。

1

單無線解決方案

i.MX Linux主機

MCX W71 (Thread和Zigbee)

2

雙無線解決方案

i.MX Linux主機

K32W0 (Zigbee) + IW612 (Thread)

了解詳細的測試設(shè)置、測試過程、收集的數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵要點等信息，請參閱產(chǎn)品應(yīng)用筆記。

雙PAN實現(xiàn)和測試數(shù)據(jù)

如前所述，每個設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色都影響雙PAN的結(jié)果。這些設(shè)備可以是休眠設(shè)備或市電供電的設(shè)備 (無線單元始終處于接收狀態(tài))，網(wǎng)絡(luò)可以使用相同或不同的射頻信道。雙PAN用例通常涉及兩個路由 (始終開啟) 設(shè)備。

恩智浦針對每個無線單元和射頻信道組合的雙PAN測試結(jié)果

通過單個無線單元，可以在物理層面同時在兩個不同射頻信道上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

無線單元必須在射頻信道之間切換以進行通信。

當調(diào)諧到一個信道時，另一個信道將無法接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。

在無需“始終接收”的情況下，例如網(wǎng)絡(luò)中的休眠設(shè)備，這可能是有效的。

使用單個無線單元更容易實現(xiàn)同一射頻信道的并發(fā)接收和發(fā)送。

無線單元保持調(diào)諧狀態(tài)，并根據(jù)其能力處理兩個不同的PAN ID。

恩智浦為此測試提供的解決方案都具備硬件功能，可以在無軟件干預(yù)的情況下實現(xiàn)多個PAN ID的MAC過濾。

MCX W71：快速切換射頻信道、多個PAN ID過濾和MAC確認。

IW612：具有BLE和15.4的獨立接收路徑、多PAN ID過濾和MAC確認功能。

雙PAN部署要點

根據(jù)預(yù)期用例和需求優(yōu)先級，雙PAN可以采用單無線或雙無線架構(gòu)。這些需求包括服務(wù)質(zhì)量 (網(wǎng)絡(luò)性能)、設(shè)備在每個網(wǎng)絡(luò)中的角色、每個網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)和控制權(quán)以及系統(tǒng)成本?？傮w而言，數(shù)據(jù)表明，在雙無線架構(gòu)中，丟包率和延遲有了顯著改善，特別是在有效載荷更大和射頻活動增加的情況下。

單無線解決方案：成本低，靈活性也低

需要在同一信道或不同信道上在兩個PAN之間復(fù)用無線單元。

由于802.15.4在傳輸前會進行信道評估，因此在單個信道上的丟包概率較低。

當所有設(shè)備使用同一信道時，在密集環(huán)境中，單個信道可能會變得擁擠。

如果僅控制一個網(wǎng)絡(luò)，而第二個網(wǎng)絡(luò)由另一個實體 (例如智能家居平臺) 管理，則第二個網(wǎng)絡(luò)可能會更改其信道 (如Matter)。

由于PAN上下文切換的限制，射頻信道選擇的靈活性較低。

雙無線解決方案：性能高，靈活性強

設(shè)備能夠全天候接收數(shù)據(jù)包，每個射頻信道都有專用的接收路徑

無丟包

在單信道和不同信道場景中提供高性能，并在增加成本的情況下提供更大的靈活性

恩智浦全面的產(chǎn)品組合為各種雙PAN用例提供解決方案，以滿足不同的處理和網(wǎng)絡(luò)需求。下表列出了恩智浦針對每個應(yīng)用和用例的系統(tǒng)級解決方案概覽。

▲恩智浦雙PAN解決方案

為自動化家居賦能

隨著Matter普及率的不斷增長，智能家居設(shè)備制造商必須能夠?qū)⒅悄芗揖愚D(zhuǎn)變?yōu)橹悄茏詣踊揖?，并確保消費者的便捷體驗。這意味著需要對現(xiàn)有技術(shù)提供支持，特別是如今已經(jīng)在數(shù)百萬家庭中使用的設(shè)備。

恩智浦了解創(chuàng)建這種無縫體驗的復(fù)雜性，并始終致力于提供量身定制的解決方案，以滿足本文和相關(guān)應(yīng)用筆記中概述的關(guān)鍵技術(shù)要求。

本文作者

Sujata Neidig，在半導體行業(yè)擁有超過30年的經(jīng)驗，目前擔任無線連接事業(yè)部市場營銷總監(jiān)，負責推動物聯(lián)網(wǎng)連接的產(chǎn)品營銷和標準化工作。她還代表恩智浦在Thread計劃組和連接標準聯(lián)盟的董事會任職，并擔任Thread計劃組的市場營銷副總裁。她在得州奧斯汀市工作。