【原創】藍芽Mesh, ZIGBEE, THREAD網路效能對比?
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藍芽Mesh, ZIGBEE, THREAD網路效能對比?
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本文測試資料主要基於SILABS的應用文件"AN1142 - 網狀網路效能對比"。針對藍芽Mesh效能及特點，可參考
目錄
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三種Mesh網路概述
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吞吐率和延時效能對比
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網路效能對比
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總結
] 1 [ 三種Mesh網路概述
首先，我們看下三種Mesh技術的概覽及網路模型，如圖1，2，3，4。
圖1 - Mesh網路概覽
圖2 - Thread網路模型
圖3 - Zigbee網路模型
圖4 - BLE Mesh網路模型
本文的測試，均是Silabs在研發中心實際環境測試，具體可參考上篇文章。
] 1 [ 吞吐率和延遲測試比拼
吞吐率及傳輸延時的測試在一個穩定的6Hop拓撲下進行(通過衰減器搭建的穩定的6跳網路)，測試節點拓撲如下圖。本測試結果主要取決於協議棧本身的PHY及MAC的特性；
圖 - 6跳網路示意圖
本測試針對未分段8bytes小資料傳輸下的效能及100Bytes的大資料傳輸下的資料吞吐率效能進行了驗證。分別如圖5和圖6；我查了下Thread和Zigbee的MAC層結構，都是按照802.15.4的MAC和PHY；由於文件中沒有針對具體的資料收發情景做出說明，圖5與圖6顯示Thread能夠有更好的結果，大概率與Thread的最終PHY資料包結構有關係；有深入看過協議的朋友可以分享下~
而藍芽由於分包機制，在大資料包情況下，資料吞吐率，嗯，非常穩定；
圖 5 - 8 Bytes吞吐率對比
圖 6 - 100 Bytes吞吐率對比
同時，針對小資料包的資料通訊延時如圖7，這裡不得不說，憑什麼拿20Bytes的Thread和50Bytes的ZIGBEE對比? 這點不理解？
圖 7 - 8 Bytes通訊延時對比
接著， SILABS針對4HOP的拓撲下的不同資料長度做了延時的對比，結果如下，簡單而言，由於Payload的增大，不同拓撲的分包機制帶來的傳輸延時會成比例增加。當然，我也不理解為什麼結果中，ZIGBEE與藍芽Mesh均是 點狀結果+ 預估趨勢線而 Thread則是實線? 且Thread分包帶來的影響如此之小??
圖 8 - 4 Hops下不同資料包延時對比
] 2 [ 網路效能測試
針對Mesh網路實際應用，實際環境下的不同大小網路的效能，也是驗證協議棧效能及穩定性，實用性的重要方面；Silabs的網路效能測試，基於如下不同大小的網路，測試100包不同大小資料的傳輸延時及資料包成功接收比例；
小型網路： 24節點
中型網路：1~48節點
中型網路：2~96節點
大型網路：1~144節點
大型網路：2~192節點
> 24節點網路效能測試
測試結果如下圖10，三種網路在約100ms內完成100個數據包的傳輸，而可以看到的是Thread總體完成時間更快更高效；
圖 10- 24節點100Bytes資料包網路效能對比
而如果增大資料包大小，Thread和Zigbee採用50Bytes，藍芽Mesh 32 Bytes情況下，測試結果如下圖11。可以看到Thread還能夠在穩定的100ms內完成，而Zigbee時間明顯的增加，藍芽Mesh則呈現出了按時間平均分佈的傳包率，延時大大增加；從這個結果，結合藍芽基於Flooding的技術，基因決定藍芽Mesh適合小資料包?
圖 11 - 24節點100Bytes資料包網路效能對比
> 192節點網路效能測試
隨著網路增大，存在的衝突會增加，跳數會增加，對應會導致傳輸延時的增加；192節點小資料包的傳輸延時如下圖12，這裡需要注意的是，藍芽Mesh有~3%的資料包超過250ms才完成傳輸(有多少傳輸最終失敗就不清楚了，也不明白為什麼藍芽不能是5Bytes)
圖 12 - 192節點5 Bytes資料包網路效能對比
隨著資料包的增大，分包導致的衝突阻塞，25Bytes下(藍芽16Bytes)的測試結果如下圖13
圖 13 - 192節點25 Bytes資料包網路效能對比
] 3 [ 總結
總體來說，本篇應用文件的測試合理性，資料測試及統計具體方法，分析，資訊都不夠；應用文件裡面也有說明，ZIGBEE 他們從2006年開始，Thread從2015，而BLE Mesh從2017，他們針對不同協議的優化程度都不一致；
但是從協議角度看， Thread與Zigbee基於同PHY和MAC，其特性類似；但是藍芽Mesh由於採用了Flooding技術，其在大網路及大資料包情況下，顯得更力不從心；
Mesh網路的效能，穩定性，實用性，不是簡單的通過資料吞吐及資料通訊延時能夠衡量，綜上...