【技术】15.4 Mesh网络（Zigbee和Thread协议）设计与应用探讨

时间： 2020-07-24 来源：Silicon Labs

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网络特性、规模大小、性能和成本的平衡，以及能否同时在一个设备上支持双协议——这些是开发人员在选用无线标准解决方案时要考虑的因素。在本文中，SILICON LABS的无线技术工程专家为开发人员详细介绍如何开始使用15.4 Mesh网络（Zigbee和Thread协议），以及选用适当的工具和平台时需要了解的内容。

Zigbee技术的基础

Zigbee技术构建在一个完整的堆栈中，共有四层，具体如下说明：

第一层(无线电|IEEE 802.15.4)—建立在全球可用的无线电标准之上，运行在2.4 GHz ISM波段，具有用于监控的低数据速率协议。

第二层(连通性|网络协议栈)—Zigbee联盟创建和维护的ZigbeePRO网络栈。该网络栈允许智能网状网络路由，使其具有极强的可伸缩性、可靠性和强健性，特别是对于低功率设备。

第三层(互操作性|应用层)—维护良好的资源库，也被称为ZigbeeClusterLibrary，这一层是最普遍的语言，允许所有的设备在Zigbee PRO网域沟通和理解对方，例如一个设备的定义、特点和描述。

第四层(一致性|认证和标识)—通过平台认证和产品认证确保一致性和互操作性。前者可通过Silicon Labs的硬件和堆栈软件来作为一个认证平台，开发者的设备可以建立在上面。后者可由客户和设备制造商通过使用Silicon Labs的堆栈和硬件测试他们的设备类型——这包括加入Zigbee联盟，在他们的产品上使用Zigbee的名称和标识。

Zigbee软件的特性

开发者使用Zigbee技术有很多原因。首先，Zigbee软件拥有完整的解决方案，拥有完全集成的栈架构和经过充分认证的Zigbee 3.0平台，包括Zigbee 3.0设备、Green Power设备支持、智能能源应用支持。其次，它高度灵活、易于使用，与AppBuilder无缝集成，处理所有常见用例，如调试、Zigbee的安全特性、OTA升级和bootloaders。第三，Zigbee软件是领域升级，其中开发者可以在一个串行接口做无线固件更新和NCP固件更新。

Silicon Labs的Zigbee 3.0(EmberZBet) SDK路线图，其中包括为开发人员希望连接到Hub的Zigbee设备构建一个认证计划。这一倡议被称为Works With All Hubs。另一个类似的项目是Friends of Hue，这是专门针对飞利浦Hue设备和生态系统的合作与支持计画。2021年第二季度左右，Zigbee PRO网络的升级版本－Zigbee R23版，将增加新的安全特性、调试特性和路由改进。

Thread和OpenThread SDK

Thread是另一个Silicon Labs支持的基于15.4网络的技术。它是一项与Zigbee类似的技术，但Thread的关键区别在于它是基于IPv6的架构，也没有定义应用层，因为它只是一个网络协议，为任何类型的应用层提供通信层。这种结构可想成如Wi-Fi网络是Wi-Fi骨干网络，但是在Wi-Fi网络上运行的所有TCP、UDP和应用程序层都由用户决定。与Zigbee一样，Thread旨在实现控制和自动化，并围绕物联网的前提构建，专门用于智能家居和商用建筑应用。

OpenThread是Thread网络协议的开源版本，目前它的规范版本为1.1。Silicon Labs目前提供OpenThread 1.1版本。EFR32MG12、EFR32MG13和EFR32MG21三种设备的认证。

管理Wi-Fi共存和公共平台

当通过Silicon Labs的平台使用15.4 Mesh协议时，Wi-Fi共存是许多附加的价值之一，特别是在网关类型的设备中。这些网关设备通常拥有企业级、多输入多输出的Wi-Fi，在相邻的2.4GHz的频段运行——这使得它们容易出现误译和其他错误。为了解决这个问题，芯科科技开发了基于802.15.2标准的1-4线管理Wi-Fi共存接口来管理分组流量。

Silicon Labs还提供了一种称为网络分析仪的工具，它结合Silicon Labs的硬件封包追踪接口，在不影响无线电性能的情况下，提供了整个网络正在发生的事情的整体视图。

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产品型号	品类	Protocol Stack	Frequency Band @ Max TX Power(GHz@dBm)	Flash(kB)	RAM(kB)	GPIO(个数)	Operating Temperature(℃)	Storage Temperature(℃)	Pin Count	AVDD Supply Voltage(V)
EFR32MG12P433F1024GL125-C	Gecko Multi-Protocol Wireless SoC	Bluetooth LE Zigbee Thread Proprietary, Wi-SUN	2.4GHz @ 19dBm, Sub-GHz @ 20dBm	1024kB	256kB	65	-40℃~85℃	-50℃~150℃	BGA125	1.8V~3.8V

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IADC High-Speed/High-Accuracy

Multi Vector Processor

Max CPU Speed(MHz)

Operating Temperature(℃)

Storage Temperature(℃)

Pin Count

AVDD Supply Voltage(V)

EFR32MG24B310F1536IM48-B

Wireless SoC

Matter,Zigbee,Thread,Bluetooth 5.3

IADC High-Speed/High-Accuracy

Multi Vector Processor

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Output Power Range (dBm)

Temperature Range (ºC)

Package Type

Package Size(mm)

EFR32BG24B110F1536IM48-B

Bluetooth®Wireless SoC

AES-128;AES-256;ECC;SHA-1;SHA-2

-20 to 10

-97.6DBM(1Mbit/s GFSK)

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Temp Sensor

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VREF

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型号- EFR32BG12P232F1024IM68-C,EFR32BG12P433F1024IM68-C,EFR32XG13,EFR32BG12P232F512IM68-C,EFR32XG21,EFR32,EFR32BG12

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产品型号	品类	Protocol Stack	Pin Count	Frequency Band @ Max TX Power(GHz@dBm)	Flash(kB)	RAM(kB)	GPIO(个数)	Operating temperature(℃)	Storage Temperature(℃)	AVDD Supply Voltage(V)
EFR32FG1P133F256GM48-C0	Flex Gecko Proprietary Protocol SoC	Proprietary	QFN48	2.4GHz @ 19dBm, Sub-GHz @ 20dBm	256kB	32kB	28	-40℃~85℃	-50℃~150℃	1.85V~3.8V