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。

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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IEEE802.15.4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的有效方法需要评估相关需求和划分优先级。这些包括：

• 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。

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。

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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。
  • 无线单元保持调谐状态，并根据其能力处理两个不同的PAN ID。
  • 恩智浦为此测试提供的解决方案都具备硬件功能，可以在无软件干预的情况下实现多个PAN ID的MAC过滤。
    • MCX W71：快速切换射频信道、多个PAN ID过滤和MAC确认。
    • IW612：具有低功耗蓝牙和15.4的独立接收路径、多PAN ID过滤和MAC确认功能。

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。
• 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

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。

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。

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