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多协议蓝牙和Zigbee怎样连接更多的设备

多协议连接供给了一种独特的措施来添加破费者和企业所要求的功能。为了在家庭或楼宇自动化场景中供给需要的可扩展性和稳定性,经由过程网状收集进行设备间通信是一种抱负的实现要领。同时,能够直接从智妙手机设置、节制或监视单个设备或一组设备的功能也是一种简化破费者体验并向技巧职员供给更多即时诊断信息以帮助安装的特点需求。

增值办事可以经由过程连接的设备(例如灯)进行交付,例如在零售情况中供给基于靠近感知的广告,为技巧职员传输系统康健信息以及跟踪仓库中的资产。同时,人们盼望介入多个生态系统,无论是Alexa、Apple HomeKit照样Google Home,每个生态系统都有各自的协议或集成要求。经由过程在单个设备上支持多协议,我们可以满意我们刚刚评论争论过的许多需求。

目录

经由过程多种无线要领供给新体验

探求一种经济有效的要领来支持多协议

在单个无线电上同时履行多协议

在单个无线电进行Zigbee蓝牙操作的调整要求

评估动态多协议机能

设计具有多协议连接的系统

经由过程多种无线协议供给新体验

让我们钻研一下若何应用支持多协议的设备来改良家庭自动化场景中的体验。Zigbee经由过程其网状收集功能供给全部家庭的覆盖范围,并且可以经由过程网关从家庭外部进行节制。然则,有了多协议支持,我们可以进一步扩展应用处景,器具有低功耗蓝牙的电话进行本地节制和位置感知。

经由过程同时支持蓝牙和Zigbee连接,门在接管到蓝牙通信后便会解锁,同时能够发送Zigbee消息以打开客厅灯。当将智妙手机带入睡房时,应用靠近感应办事(例如蓝牙信标),灯可以发送蓝牙信标消息,容许破费者打开房间中的整个或部分灯。

在零售或商业情况中,盼望使用诸如蓝牙信标之类的技巧来供给基于位置的广告、跟踪资产,以及去开拓人流的热图(heat map)。大年夜规模采纳的寻衅之一是必要专用的信标设备。对付设备生命周期治理,连接范围也会影响更新设备的统筹安排。

经由过程将蓝牙信标集成到其他连接的根基举措措施(例如照明)中,我们可以建立大年夜规模且密集的信标覆盖区域。不必同时支配连接灯和信标,连接的灯或灯具也可以用作蓝牙信标。与支配零丁的专用信标设备比拟,这可以供给一种更具资源效益的要领来前进信标密度,并且具有无需监视和掩护必须由电池供电的信标设备的额外上风。

用多功能灯前进信标密度

多协议还使其他应用案例成为可能。例如,无线更新可能会在网状收集上花费很长光阴,然则蓝牙的更高吞吐量可以在不耗损网状收集带宽的环境下供给更新固件映像的更快传输。

用多功能灯前进信标密度

探求一种经济有效的要领来支持多协议

在支持多协议的环境下供给这些改进的体验所面临的寻衅之一是要求拥有多个芯片或SoC,每种协议一个。然而,应用多协议芯片,设备现在可以机动地运行不合的协议。下表描述了多协议设备的一些常见教例。

无线多协议规划

来自像Silicon Labs这样的公司的单芯片办理规划结合了软件和硬件方面的先辈技巧,使设备既支持Zigbee也支持蓝牙,从而满意今朝为止评论争论的应用案例需求。相对付两个无线电,经由过程应用一个SoC无线子系统,可以将BoM资源低落40%,并且经由过程打消设计中两个无线电之间可能存在的滋扰,还可以简化PCB设计

在单个无线电上同时履行多协议

让我们更具体地钻研动态多协议调整若何经由过程单个无线电支持多协议。当不发送旌旗灯号时,Zigbee路由器始终将其无线电设为接管模式。这样一来,收集中的其他设备就可以始终向其发送数据包或经由过程它路由。因为Zigbee流量的低占空比和Zigbee收集协议栈中的重传机制,Zigbee路由器可以在短光阴内将其无线电变动为另一个协议,而不会在利用层级上丢弃任何消息。这使得我们可以在同一芯片上对Zigbee和蓝牙通信进行光阴切片。除Zigbee路由外,Silicon Labs动态多协议技巧还支持蓝牙连接和蓝牙信标。

协议连接距离可以基于利用需求而设置设置设备摆设摆设。对付蓝牙信标,无线电只必要大年夜约1ms即可发送信标,并且信标之间的连接距离平日不小于100ms。对付高速OTA固件更新,可能必要将设备设置设置设备摆设摆设为支持更长的蓝牙连接光阴。这些例子面对的利用处景相反。然则,经由过程可设置设置设备摆设摆设的连接距离,Silicon Labs多协议办理规划供给了机动的框架,可以满意不合利用的独特需求。

为了实现有效的多协议通信,Silicon Labs已经在软件和硬件长进行了大年夜量投资。Silicon Labs无线协议栈颠末专门设计,可以共享相同的初级其余无线电驱动法度榜样和库(RAIL)。使用RAIL可确保应用同等的API接口来共享无线电。

别的,无线电调度器治理来自协议的哀求以造访无线电,而Micrium OS内核治理协议栈之间的资本共享。

Silicon Labs多协议调整斟酌了要调整的协议,并应用基于优先级的调整措施。蓝牙必要固定的连接距离才能有效运行,而采纳MAC重传措施的Zigbee加倍宽容。是以,对付Zigbee和蓝牙多协议操作,蓝牙以更高的优先级运行。因为应用RAIL、无线电调整器和Micrium OS的无线协议栈具有统一的体系布局,该系统能够应用基于优先级的调整措施来平衡Zigbee和蓝牙操作。

在单个无线电长进行Zigbee和蓝牙操作的调整要求

许多调整规划可能都要求应用单个无线电实现Zigbee和蓝牙的精确操作。调整器可以设置设置设备摆设摆设成使得任一协议在无线造访方面具有更高的优先级。然则,最可能的设置设置设备摆设摆设是使蓝牙连接和信标具有更高的优先级,并且在不履行其他任何操作时将无线电维持在Zigbee接管模式。

具有优先权的Bluetooth LE和Zigbee后台接管

在上图中,我们可以看到低优先级的Zigbee接管是默认的,然则当必要Zigbee传输时,它将中断该历程。这是Zigbee设备的正常行径。当Bluetooth LE连接被调整时,采纳先例,调整器要及时退出Zigbee接管模式,以用于蓝牙连接。假如调整器要求进行Zigbee传输的哀求跨越下一个蓝牙连接或信标发出之前无线电上可用的光阴,则调整器将从新安排Zigbee传输以在蓝牙活动完成之落后行。

假如Zigbee数据包的传输光阴越过了预期,可能是因为退避或清除信道评估所致,调整器可以中断该传输并切换到蓝牙。如图2所示,对付Zigbee协议栈来说,这看起来像是一次掉败的考试测验,是以它进行了重传,此次成功了。

蓝牙连接中断Zigbee传输

同样,假如远程Zigbee节点在处于蓝牙连接或信标中心时考试测验将数据包发送到设备,则该设备将无法接管该数据包,然则发送设备将重传(IEEE 802.15.4 MAC重传),数据包将在第二次考试测验时被接管。别的,假如在建立蓝牙连接或信标时设备正处于接管Zigbee数据包的中心,调整器可能会中断数据包的接管,并且发送设备将不会收到确认。是以,它将重传并在第二次考试测验时被成功接管。图3显示了这两种环境。

无线电调整器必须处置惩罚各类环境,以治理无线协议之间的冲突,然则各个协议栈彼此并不会有任何察觉,只是他们必须哀求造访无线电并且判断它们的发送或接管是否成功。

评估动态多协议机能

为了懂得运行多协议时的设备行径,紧张的是丈量和对照多种设置设置设备摆设摆设下的机能。对付在同一SoC和单个无线电上运行Zigbee和蓝牙的环境,规划可能包括:

Zigbee吞吐量比较蓝牙连接和/或广播距离

Zigbee延迟比较蓝牙连接和/或广播距离

Zigbee吞吐量或延迟比较变更的蓝牙数据包类型和大年夜小

Zigbee重试和收集行径比较变更的蓝牙连接和/或广播

动态多协议测试设置

应用图4中概述的测试设置,在Silicon Labs Wireless Gecko STK板上应用辐射测试设置履行的示例测试给出以下结果:

对付显示结果,我们使能了802.15.4 MAC和Zigbee NWK层重传,但未使能Zigbee APS层重传。该设备设置设置设备摆设摆设为在单个跳跃点上传输70个字节的有效负载,同时在指定的连接距离内维持蓝牙连接并维持活动状态。跟着蓝牙连接距离的减小,因为Zigbee收集上无线电光阴的削减,蓝牙连接事故的数量增添,Zigbee吞吐量低落。必要留意的是,这里得到了100%的端到端消息靠得住性,并且虽然因为较长的数据传输光阴导致吞吐量低落,但没有损掉Zigbee利用消息。

为了验证广播距离的影响,设备设置设置设备摆设摆设为以变更的距离传输蓝牙广播,而不是维持蓝牙连接。因为蓝牙广播数据包比蓝牙连接维持活动的数据包更长,是以在相同光阴距离内,它们对Zigbee吞吐量的影响略高。短至0.5s的广播距离对Zigbee吞吐量险些没有影响,应该可以满意大年夜多半用例的需求。

设计具有多协议连接的系统

借助动态多协议硬件和软件,现在可以在一个SoC上以经济高效的要领去整合多协议的上风。经由过程在设备上结合Zigbee和蓝牙连接,家庭自动化、资产跟踪和零售广告可从中受益。

每个设备和利用都有独特的需求,这些需求要求对软件进行可设置设置设备摆设摆设性设置,例如蓝牙连接距离。在动手开拓之前,紧张的是要确保根基软件和硬件体系布局被设计用于无线电的有效资本共享,并支持高档调整规划。此外,应根据特定的利用和系统用例来定义测试和机能基准,以确保在现场精确运行。

责任编辑:ct

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