【经验】用Bluetooth Mesh软件和Wireless Gecko SoC平台探索Bluetooth网状网络性能
本文详细介绍了测试 Bluetooth 网状网络性能的方法。随着当今无线市场上可用的网状网络数量不断增加，设计人员必须了解这些网络的使用情况及其预期性能。选择网络或设备时，设计人员需要了解网络的性能和行为特征，如电池寿命、网络吞吐量和延迟，以及网络规模对可扩展性和可靠性的影响。
网络性能取决于有效荷载的大小，这是因为数据包开销中不包含应用的使用。Bluetooth低功耗使用的是 BT 4.x 规范，33字节数据包和1Mbps的底层数据速率。Bluetooth Mesh 数据包大小如下图所示，产生一个12或16字节的有效荷载。对于 12 字节以上的有效荷载，有一个分段和重组的过程。Bluetooth Mesh 有更高的数据速率，但数据包有效荷载较小；因此，它需要更多的数据包才能发送相同数量的数据。我们的性能数据取决于有效荷载大小，因为这是构建应用时需要考虑的设计参数。Bluetooth Mesh 专门设计了网状配置文件（应用层）以减少数据包有效荷载，尽量将其装到单个数据包。
Bluetooth Mesh 使用托管的泛洪技术中继消息代替路由。这意味着 Bluetooth Mesh 不是构建、维护和使用定义的路由来发送消息，而是使用以下两条简单规则中继消息：
2、中继跟踪最近看到的序列号，不中继它们之前看到或转发过的消息。
- 其他网络流量，因为可能有许多子网互相干扰。
- 正常建筑 Wi-Fi 基础设施的 Wi-Fi 干扰，因为这些技术通常在 2.4 GHz ISM 频段中运行。
网络吞吐量和延迟以及大型网络多播延迟和可靠性，这是因为多播常被用于密集办公环境中的照明控制，并且系统用户预期照明控制会有响应性。
Note: 这里的测试结果仅限于在正常运行条件下比较系统性能，或者在特定测试中指出的压力下进行比较。本文不提供系统干扰或其他此类影响的解决方案，这可参考其他已公布的结果。不过，测试是在我们的 Silicon Labs R&D 设施进行的，其 RF 范围内有超过 100 个 Wi-Fi 接入点。该设施还有一个 300 节点的 Zigbee 照明网络，该网络不属于本测试的一部分，而是用于普通照明控制。
没有用于评估和报告大型网络可靠性、可扩展性或延迟的具体、已定义方法。过去，Silicon Labs 发表过对比网络性能的此类论文。测试主要关注设备行为以及对电池寿命、网络吞吐量和延迟的影响。大规模多播测试还需要从大型分布式网络中采集准确的时间和可靠性信息。所有测试均使用能够运行 Zigbee、Thread、Bluetooth Mesh、和专有协议的 Silicon Labs Wireless Gecko SoC 平台执行，以避免测试中设备本身造成的差异。先前公布的结果有收发器、网络协处理器和片上系统设计之间的差异。这些设备全部使用片上系统设计。
- 固件更新
- 命令行接口
- 脚本处理
- 定时分析
- 数据包采集
- 能量测量
在受控网络（有线配置）中测试了吞吐量和延迟，以测试各种数据包有效荷载下的跳频。正常配置是测试6个跳频。测试是使用一个源节点和一系列中继节点完成的，以便更改跳频数量。
- 测试应用已配置为使用三 (3) 个网络级重复。所使用的网络级重复间隔为 10 ms。
- 测试应用已配置为使用三 (3) 中继重复。所使用的中继重复间隔为 10 ms。
- 发送的带确认的应用消息
- 对于延迟测试，数据包有效荷载从 8 字节到 128 字节
- 测试使用安全设置
- 从 1 到 6 跳
测量往返延迟（源到目的地到源），以毫秒为单位
在传输层使用Bluetooth Mesh时，我们只能发送11个字节或更小有效荷载的未分段数据包。高于11字节的结果使用分段消息。使用较大的数据包大小取决于应用层，但我们在此提供比较数据，以说明发生分段时的相对性能。
- 随着网络规模的增加，即使是 8 字节包的平均延迟也会增加。对于 8 字节数据包，即使通过 192 节点的网络，延迟通常也很低，但部分要接收的消息的尾部确实较长。
- 随着网络规模的增加，延迟会增加并且扩散。随着网络规模的增加，我们增加了延迟等级，以更好地显示数据。
将数据包有效荷载从 8 个增加到 16 个到 32 个字节时，延迟增加了很多并且扩散。
为了更好地评估网络规模和中继数量的影响，使用了一个240节点的网络，并使所有或者6分之1的设备作为中继。这个测试是用 8 字节有效荷载完成的，以便将其保存在单个数据包中。
将有效荷载包含在单个数据包中时，Bluetooth Mesh性能测试的延迟表现出色。吞吐量结果显示，如果有效荷载小于16字节，延迟可在6跳内维持在200毫秒以下。
对于较大的网络，随着网络中节点数量的增加或数据包有效荷载的增加，延迟也会增加。相比有效荷载大小，网络规模对延迟的影响较小，后者可能导致延迟大幅增加。对于大型网络，减少网络中的中继数量可以提供更好的结果。运行这些结果时这些网络的可靠性大于 99％。
- 应用有效荷载应适合一个数据包。
- 需要多播消息的应用不应该使用分段消息。
网络规模和跳频数量增加后，中继选择成为网络性能的关键。
- 这些测试中可以添加故障测试以评估恢复时间和对可靠性的影响，方法是将节点从网络中删除。
测试应使用在片上系统和网络协处理器 (NCP) 模式下运行的不同设备类型执行。先前的测试发现这些运行模式之间的一些差异，因此应进一步表征。
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本文由CrazyFeng转载自Silicon Labs，原文标题为:无线知识库－探索Bluetooth网状网络性能，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
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产品型号
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品类
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Protocol Stack
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Frequency Band @ Max TX Power(GHz@dBm)
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Flash(kB)
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RAM(kB)
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GPIO(个数)
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Operating Temperature(℃)
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Storage Temperature(℃)
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Pin Count
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AVDD Supply Voltage(V)
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EFR32MG12P433F1024GL125-C
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Gecko Multi-Protocol Wireless SoC
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Bluetooth LE Zigbee Thread Proprietary, Wi-SUN
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2.4GHz @ 19dBm, Sub-GHz @ 20dBm
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1024kB
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256kB
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-40℃~85℃
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-50℃~150℃
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BGA125
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1.8V~3.8V
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
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EFR32MG24 无线 SoC 是使用 Matter、OpenThread 和 Zigbee 进行网状物联网无线连接的理想选择
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产品型号
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品类
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Protocol Stack
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MAX TX Power (dBm)
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Flash(kB)
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RAM(kB)
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GPIO(个数)
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Secure Vault
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IADC High-Speed/High-Accuracy
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Multi Vector Processor
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Max CPU Speed(MHz)
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Operating Temperature(℃)
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Storage Temperature(℃)
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Pin Count
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AVDD Supply Voltage(V)
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EFR32MG24B310F1536IM48-B
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Wireless SoC
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Matter,Zigbee,Thread,Bluetooth 5.3
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10dBm
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1536kB
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256kB
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28
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High
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IADC High-Speed/High-Accuracy
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Multi Vector Processor
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78.0MHz
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-40℃~125℃
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-50℃~150℃
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QFN48
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1.71V~3.8V
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
EFR32MG26 Wireless Gecko SoC Family Data Short
型号- EFR32MG26,EFR32MG26B520F3200IM48-A,EFR32MG26B410F3200IM68-A,EFR32MG26B210F3200IM48-A,EFR32MG26B410F3200IM48-A,EFR32MG26B420F3200IM68-A,EFR32MG26B310F3200IL136-A,EFR32MG26B420F3200IM48-A,EFR32MG26B220F2048IM68-A,EFR32MG26B220F3200IM48-A,EFR32MG26B210F2048IM68-A,EFR32MG26B510F3200IL136-,FR32MG26B520F3200IM68-A,EFR32MG26B510F3200IM48-A,EFR32MG26B520F3200IM68-AR,EFR32MG26B510F3200IM68-A
EFR32BG27 Wireless Gecko SoC Family Data Short
型号- EFR32BG27C230F768IM32-B,EFR32BG27C140F768IM32-B,EFR32BG27C320F768GJ39-AR,EFR32BG27,EFR32BG27C320F768GJ39-B,EFR32BG27C140F768IM40-B,EFR32BG27C230F768IM40-B
Silicon Labs（芯科科技）无线蓝牙SoC EFR32BG22C222/EFR32BG22C224(发射功率+6dBm)数据手册
描述- EFR32BG22 Wireless Gecko SoC Family Data Sheet
型号- EFR32BG22C222F352GM32-C,EFR32BG22C224F512GM40-C,EFR32BG22C222F352GN32-C,EFR32BG22C222F352GM40-C,EFR32BG22C224F512IM40-C,EFR32BG22C224F512GM32-C,EFR32BG22C224F512IM32-C,EFR32BG22C224F512GN32-C,EFR32BG22,EFR32XG21,EFR32
EFR32BG26 Wireless Gecko SoC Family Data Short
型号- EFR32BG26B320F2048IM68-B,EFR32BG26B010F2048IM68-AR,EFR32BG26B320F2048IM48-B,EFR32BG26B310F2048IM48-B,EFR32BG26B310F1024IM68-B,EFR32BG26B310F2048IM68-B,EFR32BG26B310F2048IL136-B,EFR32BG26B320F1024IM68-B,EFR32BG26,EFR32BG26B510F3200IL136-B,EFR32BG26B510F3200IM48-B,EFR32BG26B510F3200IM68-B,EFR32BG26B310F1024IL136-B
Silicon labs 蓝牙SOC选型表
Cortex-M4/M33内核,支持蓝牙5,待机功耗1.2μA;实测网络节点100+,工作温度高达125℃,提供芯片和模块。其最新的1.4μA超低功耗蓝牙SoC EFR32BG22具有主频高达76.8MHz Cortex-M33内核,16位ADC,支持蓝牙5.2与AoX定位和蓝牙Mesh协议。
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产品型号
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品类
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MCU Core
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Core Frequency (MHz)
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Flash
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RAM
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Secure Vault
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Bluetooth
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Bluetooth 5
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Bluetooth Mesh
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Cryptography
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Output Power Range (dBm)
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GPIO
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I²C
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SPI
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I²S
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Receive Sensitivity
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ADC
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Comparators
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Temperature Range (ºC)
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Package Type
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Package Size(mm)
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EFR32BG24B110F1536IM48-B
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Bluetooth®Wireless SoC
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ARM Cortex-M33
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78
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1536
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256
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High
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5.3
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Bluetooth 5
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Bluetooth Mesh
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AES-128;AES-256;ECC;SHA-1;SHA-2
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-20 to 10
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28
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2
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3
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1
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-97.6DBM(1Mbit/s GFSK)
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12-bit,SAR,1Msps
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2
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-40 to 125
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QFN48
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6x6
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
EFR32BG22无线Gecko SoC产品系列数据表
型号- EFR32BG22C222F352GM32-C,EFR32BG22C224F512GM40-C,EFR32BG22C222F352GN32-C,EFR32BG22C222F352GM40-C,EFR32BG22C224F512IM40-C,EFR32BG22C224F512GM32-C,EFR32BG22C224F512IM32-C,EFR32BG22C224F512GN32-C,EFR32BG22
EFR32BG27 Wireless Gecko SoC Family Data Sheet
型号- EFR32BG27C230F768IM32-B,EFR32BG27C140F768IM32-B,EFR32BG27,EFR32BG27C320F768GJ39-B,EFR32BG27C320F768GJ39AR,EFR32BG27C140F768IM40-B,EFR32BG27C230F768IM40-B
EFR32BG22C112 Wireless Gecko SoC Data Sheet
型号- EFR32BG22C112F352GM32-C,EFR32BG22C224F512IM32-CR,EFR32BG22C112
EFR32BG22 Wireless Gecko SoC Family Data Sheet
型号- EFR32BG22C224F512IM32-CR,EFR32BG22C222F352GM32-C,EFR32BG22C224F512GM40-C,EFR32BG22C222F352GN32-C,EFR32BG22C222F352GM40-C,EFR32BG22C224F512IM40-C,EFR32BG22C224F512IM32-C,EFR32BG22C224F512GM32-C,EFR32BG22C224F512GN32-C,EFR32BG22
电子商城
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥8.1764
现货： 103,128
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥10.4994
现货： 59,949
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥11.5212
现货： 59,367
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥10.7778
现货： 18,407
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥15.1445
现货： 14,989
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥11.1491
现货： 7,272
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥11.9853
现货： 6,700
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥40.2305
现货： 5,960
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥12.2646
现货： 5,917
现货市场
品牌：SILICON LABS
品类：Switch Hall Effect Magnetic Position Sensor
价格：￥2.2924
现货：126,000
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
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