智能家居和智能建筑等产品的开发者可以使用大量的无线协议。 Zigbee，Z－Wave，以及专有的无线协议，在这些市场中占据了主导地位，新的进入者还包括Thread 和蓝牙网格。 虽然传统的BLE和 Wi－Fi 在这些市场上也很流行，但它们不支持网状网络。 无论底层协议如何，物联网的部署网络必须是健壮的，这种稳健性可以通过测量吞吐量、延迟和可靠性来量化。 这些测量取决于部署规模的大小和其他系统级别的需求。

在Mesh协议方面，＂没有一种协议可以适合任意情况＂。 每个无线协议都有独特的特性和优点，这取决于应用场景和最终应用。 理解Mesh技术的内部机制要优于具体技术的一系列关键特征。 更重要的是，开发人员需要了解这些网络协议在功耗、吞吐量、延迟、可伸缩性、安全性以及互联网连接等关键领域的表现。 Zigbee，Thread 和蓝牙mesh的设计有着本质的不同，每种Mesh的实现方式都会对系统性能和健壮性产生影响。

无线连接的Mesh技术

无线芯片上的SoC已经具备了成本效益，足以被添加到物联网中，为我们的日常生活提供了方便、安全和舒适的体验。 当添加了无线连接时，一个个的物就变成了物联网设备。 许多物联网设备以前都没有无线互联网连接。 不断变化的规则和消费者的期望迫使产品制造商在无数产品和系统中添加无线连接，以保持竞争力或为新的收入流提供可能。 当开发者选择构建物联网设备时，必须考虑如何使用最终产品以及这些产品将在何种生态系统中运行。

无线网络的种类

在众多物联网无线技术中存在两种基本拓扑： Mesh（网格） 和 Star （星形）（图1）。 由于能够扩展到无数的节点并且覆盖很长的距离，因此它Mesh在家庭和智能建筑中通常比星型网络更受欢迎。 星际网络依赖于端节点和中央设备之间的点对点连接。 如果在安装了网络之后环境发生了变化，那么一个星型网络可能就会发生故障。

图1 两种基本拓扑结构

在点对点或星网中，信号范围是输出功率的函数。 为了确保设备可以在电池上运行足够长的时间或提高能源效率，理想的方案是减少功率消耗和输出功率。 然而，尽管功耗减少，设备仍然需要能够与其他设备进行通信和互动。 Mesh网络中的每个设备都传输较短的距离，以减少其功耗。 当通信在Mesh网络上的设备之间传输时，系统的总通信范围可以得到改进。

Mesh网络也提供了额外的通信优势，例如它们具有动态自愈能力。 例如，如果一个网格网络中的一个节点失败，则可以通过重新路由以提高可靠性。 网格网络的另一个重要好处是设备可以直接相互通信。

哪个网络最适合家庭和智能建筑？

Mesh网络提供了一种理想的技术来实现和加强一些应用，如上所述的建筑和家庭自动化，照明系统和零售beacon系统。 Mesh网络允许系统减少电力消耗，提高电池寿命，扩大通信范围，提高整个系统的可靠性。

每个网格网络标准为不同的设备类型和应用提供基于标准的支持。 有一个成熟的应用层支持家庭自动化，照明和计量，而第一个蓝牙Mesh规范主要关注照明和一些家庭自动化支持。 Thread是三种Mesh技术中唯一基于 IPv6的网格技术。 这提供了一些独特的好处，例如在同一个网络或跨网络上的端到端路由和地址，而不需要实现额外的翻译层。

Zigbee 通常用于建筑和家用设备的自动化。 最近，针对这些应用也在考虑Thread 和蓝牙Mesh。 Z－wave 是另一种Mesh技术，在智能家居的安全应用中也很流行。

表1  3种协议的对比

大多数连接设备受益于连接到云端的使用场景，例如数据聚合。 支持低耗电蓝牙的蓝牙网格设备可以通过智能手机或平板电脑为云提供连接。 当然，这是一个暂时的连接，因为如果手机或平板电脑不存在，这些设备将无法连接到云端来发送或接收信息。 需要一个云连接的网关，而基于 IP 连接的 Thread 并不需要在网状网络之间建立一个完整的网关。 通过Thread，路由器能够以较轻的权重方式促进在 IP 上直接进行设备对云的通信。

智能家居和智能建筑包括能量采集设备、电池供电设备和有线设备的组合。 照明和恒温器通常是有线的，因为它们是基础设施的一部分，但这并不意味着功耗可以被忽略。 因此，必须谨慎管理作为基础设施的设备组成以及交流电的设备。电池通常为远程传感器和控制元件提供动力。 这意味着Mesh必须从功率角度理解两个根本不同的应用场景。

应用场景

在智能家居和智能建筑中有许多潜在的Mesh网络应用场景。利用Mesh网络，整个系统性能和终端用户体验可以得到显著的改善。 通过建筑和家庭自动化，设备可以直接相互沟通。 在光开关上的一个动作可以立即发送到本地网格网络的灯光，而不需要通过通向云端的网关进行通信。这种类型的即时反应可以提高消费者的体验。 此外，对于一些使用情况，例如在火灾报警时关闭空调的 HVAC 系统，网状网络上的局部通信可以确保系统正确运行而不依赖云连接。

舒适

对于照明系统，可以简化部署和管理。 Mesh网络提供的扩展连接范围意味着可以在更远的地方部署连接灯。 一个集线器或网关可以放置在一个位置，和连接的灯光共同部署。 随着每一个节点的部署，通信的范围增加，允许一个单一的网关有效地覆盖更大的区域。

例如，考虑一下剧院或博物馆的照明和环境控制。 这些装置通常有成百上千个节点。 灯光、窗帘的马达和百叶窗需要精确和精心设计的控制。 所有的灯光都要同时调暗，控制窗帘的马达应该一致工作。 细微的差异是显而易见的，并且会减少观众的体验。

家里也有类似的需求。 如果在一个有灯光和窗帘的场景，用户期望一个无缝的且精心设计的体验，可能是所有的灯光同时暗淡，所有的窗帘都会同时移动。

安全

像仓库这样的工业环境可能比剧院有不同的照明需求。 通常，一个区域的灯光是同时打开的。 然而，如果这些灯光一起亮起来，或者只需要几秒钟就能照亮所有的灯，这并不重要。 用户体验和期望是不同的。 另一方面，如果由于停电，某些灯需要快速打开，时间突然又变得重要起来。

方便

在部署过程中，如果每盏灯都一致亮着，这也许并不重要。 然而，如果开发者想要添加额外的服务，那么网络的强大程度就有可能成为问题。

在部署Mesh的过程中越来越受欢迎的服务是资产跟踪。 在这种情况下，设计者依赖于控制网络来传输关于被安装的设备，进而追踪资产的数据。 在这个例子中，吞吐量和延迟问题取决于资产信息在网络中传播的速度。

图2 网络连接带来的增值服务

另外，用于零售营销或资产追踪的Beacon可以不要求每一个都在手机的范围内来管理。 还可以将这些领域和设备类型的功能结合起来。 例如，灯不仅可以自动化，还可以充当Beacon。 这种方法可以通过增加位置服务和广告等功能来增加灯的功能和价值。

应用层的协议支持

协议的全部功能也取决于相应的应用层。 虽然Thread协议不包括应用层，但可以使用任何基于 ip 的应用层，如 dotdot 或 OCF。 蓝牙包括一个名为 Mesh 模型的本地应用层，这是一个全新的应用层，支持不同的设备类型，但相比 Zigbee 或 Thread 更加有限。 蓝牙Mesh对于照明和通用控制的支持都有很好的支持，比如 on ／ off，传感器，滑块，电源和电池状态，但对许多家庭配件缺乏专门的模型，如门锁，HVAC，或窗口覆盖特定的功能定义的互操作性。

表2  协议对应用层的原生支持