恩智浦Matter部署中双PAN IEEE802.15.4方案开发完整攻略

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。

智能家居网络和双PAN用例描述

恩智浦Matter解决方案，助力实现智能自动化家居转型。

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IEEE 802.15.4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的最佳方法需要评估相关需求和划分优先级。这些因素包括：

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。

双PAN架构，单无线解决方案和双无线解决方案

在定义这些架构后，恩智浦创建了两种配置以执行测试。

1

单无线解决方案

i.MX Linux主机

MCX W71 (Thread和Zigbee)

2

双无线解决方案

i.MX Linux主机

K32W0 (Zigbee) + IW612 (Thread)

了解详细的测试设置、测试过程、收集的数据以及关键要点等信息，请参阅产品应用笔记。

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。

网络1	网络2
睡眠	睡眠
路由	睡眠
睡眠	路由
路由	路由

恩智浦针对每个无线单元和射频信道组合的双PAN测试结果

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BLE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。

▲恩智浦双PAN解决方案

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。

本文作者

Sujata Neidig，在半导体行业拥有超过30年的经验，目前担任无线连接事业部市场营销总监，负责推动物联网连接的产品营销和标准化工作。她还代表恩智浦在Thread计划组和连接标准联盟的董事会任职，并担任Thread计划组的市场营销副总裁。她在得州奥斯汀市工作。