作者
Sujata Neidig
Sujata Neidig在半导体行业拥有超过30年的经验，目前担任无线连接事业部市场营销总监，负责推动物联网连接的产品营销和标准化工作。她还代表恩智浦在Thread计划组和连接标准联盟的董事会任职，并担任Thread计划组的市场营销副总裁。她在得州奥斯汀市工作。
双PAN IEEE802.15.4用例解决方案
随着Matter协议的推出，对智能家居设备支持多个网络的需求变得更加重要。Matter统一应用层可实现跨品牌、跨生态合作体系的互操作性，通过构建互联网协议基础，致力于实现安全的互操作性，同时与现有的数百万智能家居设备共存。
智能家居网络通常由多种技术组成，如下图所示。例如，网络中可能包含使用Zigbee或Matter over Thread技术的电池供电或功耗敏感的设备，以及使用Matter over Wi-Fi技术的更高级或持续供电设备。
恩智浦Matter解决方案，助力实现智能自动化家居转型。
更多信息，请访问www.nxp.com/matter。
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在这种网络拓扑中，至少需要一个中央设备来管理和连接各设备，以确保生态合作体系的共存。网关/集线器通常用来执行这些任务，并且必须在智能家居本地网络中承担多重角色：Zigbee协调器、Thread边界路由器、Matter控制器和Zigbee到Matter桥。双PAN用例包括：
- 迁移到Matter或添加对Matter的支持，同时继续支持基于Zigbee的设备。
- 构建一个能够管理多种无线协议的网关/集线器，例如运行Matter、Thread边界路由器和Zigbee的网关/集线器。
双PAN设计考虑要素
双PAN功能允许设备同时参与两个IEEE 802.15.4个人网络。此功能能够使Matter与现有市场设备实现互操作性，并实现更智能的自动化。例如，在能源需求高峰期，自动调光、关闭或暂停电器。
针对特定用例，确定实现双PAN的最佳方法需要评估相关需求和划分优先级。这些因素包括：
- 服务质量/网络性能
- 设备在每个网络中的角色
- 每个网络的所有权和控制权
- 系统成本
恩智浦对两种架构进行了广泛的测试，以提供背景信息和数据，帮助做出设计决策。评估的两种架构如下图所示。请注意，根据生态合作体系的配置和限制，图中的射频信道A和B可能相同，也可能不同。
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在定义这些架构后，恩智浦创建了两种配置以执行测试。
| 单无线解决方案 | 双无线解决方案 |
|---|---|
| i.MX Linux主机 MCX W71 (Thread和Zigbee) |
i.MX Linux主机 K32W0 (Zigbee)+IW612 (Thread) |
产品应用笔记里详细介绍了测试设置、测试过程、收集的数据以及关键要点的信息。
双PAN实现和测试数据
如前所述，每个设备在网络中的角色都影响双PAN的结果。这些设备可以是休眠设备或市电供电的设备(无线单元始终处于接收状态)，网络可以使用相同或不同的射频信道。双PAN用例通常涉及两个路由(始终开启)设备。
| 网络1 | 网络2 |
|---|---|
| 睡眠 | 睡眠 |
| 路由 | 睡眠 |
| 睡眠 | 路由 |
路由 |
路由 |
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- 通过单个无线单元，可以在物理层面同时在两个不同射频信道上接收和发送数据。
- 无线单元必须在射频信道之间切换以进行通信。
- 当调谐到一个信道时，另一个信道将无法接收或发送数据。
- 在无需“始终接收”的情况下，例如网络中的休眠设备，这可能是有效的。
- 使用单个无线单元更容易实现同一射频信道的并发接收和发送。
双PAN部署要点
根据预期用例和需求优先级，双PAN可以采用单无线或双无线架构。这些需求包括服务质量(网络性能)、设备在每个网络中的角色、每个网络的所有权和控制权以及系统成本。总体而言，数据表明，在双无线架构中，丢包率和延迟有了显著改善，特别是在有效载荷更大和射频活动增加的情况下。
- 单无线解决方案：成本低，灵活性也低
- 需要在同一信道或不同信道上在两个PAN之间复用无线单元。
- 由于802.15.4在传输前会进行信道评估，因此在单个信道上的丢包概率较低。
- 当所有设备使用同一信道时，在密集环境中，单个信道可能会变得拥挤。
- 如果仅控制一个网络，而第二个网络由另一个实体(例如智能家居平台)管理，则第二个网络可能会更改其信道(如Matter)。
- 由于PAN上下文切换的限制，射频信道选择的灵活性较低。
- 需要在同一信道或不同信道上在两个PAN之间复用无线单元。
- 双无线解决方案：性能高，灵活性强
- 设备能够全天候接收数据包，每个射频信道都有专用的接收路径
- 无丢包
- 在单信道和不同信道场景中提供高性能，并在增加成本的情况下提供更大的灵活性
- 设备能够全天候接收数据包，每个射频信道都有专用的接收路径
恩智浦全面的产品组合为各种双PAN用例提供解决方案，以满足不同的处理和网络需求。下表列出了恩智浦针对每个应用和用例的系统级解决方案概览。
| 应用和用例 | 单无线解决方案 | 双无线解决方案 |
|---|---|---|
物联网中心Zigbee协调器、Thread边界路由器、Wi-Fi、以太网、Matter控制器 |
Linux主机 i.MX 9 (Matter、Thread边界路由器) |
Linux主机 i.MX 9 (Matter、Thread边界路由器) RTOS主机 |
桥接Matter Zigbee到Thread桥，在Zigbee和Thread上都具有路由功能 |
Linux主机 i.MX 9 (Matter、Thread边界路由器) RTOS主机RW612 (Matter、Thread边界路由器、Zigbee BLE) |
RTOS主机 |
为自动化家居赋能
随着Matter普及率的不断增长，智能家居设备制造商必须能够将智能家居转变为智能自动化家居，并确保消费者的便捷体验。这意味着需要对现有技术提供支持，特别是如今已经在数百万家庭中使用的设备。恩智浦了解创建这种无缝体验的复杂性，并始终致力于提供量身定制的解决方案，以满足本文和相关应用笔记中概述的关键技术要求。