隨著Matter協(xié)議的推出，對(duì)智能家居設(shè)備支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的需求變得更加重要。Matter統(tǒng)一應(yīng)用層可實(shí)現(xiàn)跨品牌、跨生態(tài)合作體系的互操作性，通過(guò)構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議基礎(chǔ)，致力于實(shí)現(xiàn)安全的互操作性，同時(shí)與現(xiàn)有的數(shù)百萬(wàn)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(jí)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(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化家居轉(zhuǎn)型。

在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，至少需要一個(gè)中央設(shè)備來(lái)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(lái)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(dān)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(duì)Matter的支持，同時(shí)繼續(xù)支持基于Zigbee的設(shè)備。

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

雙PAN設(shè)計(jì)考慮要素

雙PAN功能允許設(shè)備同時(shí)參與兩個(gè)IEEE 802.15.4個(gè)人網(wǎng)絡(luò)。此功能能夠使Matter與現(xiàn)有市場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)互操作性，并實(shí)現(xiàn)更智能的自動(dòng)化。例如，在能源需求高峰期，自動(dòng)調(diào)光、關(guān)閉或暫停電器。

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

服務(wù)質(zhì)量/網(wǎng)絡(luò)性能

設(shè)備在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的角色

每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)和控制權(quán)

系統(tǒng)成本

恩智浦對(duì)兩種架構(gòu)進(jìn)行了廣泛的測(cè)試，以提供背景信息和數(shù)據(jù)，幫助做出設(shè)計(jì)決策。評(píng)估的兩種架構(gòu)如下圖所示。請(qǐng)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(wú)線解決方案和雙無(wú)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(cè)試。

1

單無(wú)線解決方案

i.MX Linux主機(jī)

MCX W71 (Thread和Zigbee)

2

雙無(wú)線解決方案

i.MX Linux主機(jī)

K32W0 (Zigbee) + IW612 (Thread)

了解詳細(xì)的測(cè)試設(shè)置、測(cè)試過(guò)程、收集的數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵要點(diǎn)等信息，請(qǐng)參閱產(chǎn)品應(yīng)用筆記。

雙PAN實(shí)現(xiàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)

如前所述，每個(gè)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(wú)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(gè)路由 (始終開(kāi)啟) 設(shè)備。

恩智浦針對(duì)每個(gè)無(wú)線單元和射頻信道組合的雙PAN測(cè)試結(jié)果

通過(guò)單個(gè)無(wú)線單元，可以在物理層面同時(shí)在兩個(gè)不同射頻信道上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

無(wú)線單元必須在射頻信道之間切換以進(jìn)行通信。

當(dāng)調(diào)諧到一個(gè)信道時(shí)，另一個(gè)信道將無(wú)法接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。

在無(wú)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(gè)無(wú)線單元更容易實(shí)現(xiàn)同一射頻信道的并發(fā)接收和發(fā)送。

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

恩智浦為此測(cè)試提供的解決方案都具備硬件功能，可以在無(wú)軟件干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)多個(gè)PAN ID的MAC過(guò)濾。

MCX W71：快速切換射頻信道、多個(gè)PAN ID過(guò)濾和MAC確認(rèn)。

IW612：具有BLE和15.4的獨(dú)立接收路徑、多PAN ID過(guò)濾和MAC確認(rèn)功能。

雙PAN部署要點(diǎn)

根據(jù)預(yù)期用例和需求優(yōu)先級(jí)，雙PAN可以采用單無(wú)線或雙無(wú)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(gè)網(wǎng)絡(luò)中的角色、每個(gè)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(wú)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(dòng)增加的情況下。

單無(wú)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(gè)PAN之間復(fù)用無(wú)線單元。

由于802.15.4在傳輸前會(huì)進(jìn)行信道評(píng)估，因此在單個(gè)信道上的丟包概率較低。

當(dāng)所有設(shè)備使用同一信道時(shí)，在密集環(huán)境中，單個(gè)信道可能會(huì)變得擁擠。

如果僅控制一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)由另一個(gè)實(shí)體 (例如智能家居平臺(tái)) 管理，則第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)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(wú)線解決方案：性能高，靈活性強(qiáng)

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

無(wú)丟包

在單信道和不同信道場(chǎng)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(duì)每個(gè)應(yīng)用和用例的系統(tǒng)級(jí)解決方案概覽。

▲恩智浦雙PAN解決方案

為自動(dòng)化家居賦能

隨著Matter普及率的不斷增長(zhǎng)，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?dòng)化家居，并確保消費(fèi)者的便捷體驗(yàn)。這意味著需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提供支持，特別是如今已經(jīng)在數(shù)百萬(wàn)家庭中使用的設(shè)備。

恩智浦了解創(chuàng)建這種無(wú)縫體驗(yàn)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(dǎo)體行業(yè)擁有超過(guò)30年的經(jīng)驗(yàn)，目前擔(dān)任無(wú)線連接事業(yè)部市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān)，負(fù)責(zé)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)連接的產(chǎn)品營(yíng)銷和標(biāo)準(zhǔn)化工作。她還代表恩智浦在Thread計(jì)劃組和連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟的董事會(huì)任職，并擔(dān)任Thread計(jì)劃組的市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁。她在得州奧斯汀市工作。