不同 Mesh 方案的对比
常见的乐鑫 Mesh 方案有:
BLE Mesh : esp-ble-mesh doc
Thread : esp-openthread doc
Wi-Fi Mesh : esp-mesh-lite sdk
Zigbee : esp-zigbee sdk
备注
此外 ESP-Now 有时可以作为上述 Mesh 方案的辅助通信方案。
以下为不同乐鑫 Mesh 方案的要点对比表格:
Feature |
ESP BLE Mesh |
ESP Thread Mesh |
ESP-Mesh-Lite |
ZigBee Mesh |
ESP-Now |
---|---|---|---|---|---|
节点数量 |
理论不大于 32767 个,内部测试可达 100 个节点 |
内部测试可达 300 个节点 |
内部测试可达 100 个节点 |
理论上限 65000 个,内部测试可达 300 个节点 |
小于 100 个节点 |
节点间通信距离 |
视发包功率而定,推荐相邻节点距离不大于 50 m |
维持连接的距离可达 200 m |
小于 100 m,经测试可达 170 m |
维持连接的距离可达 300 m |
推荐不大于 150 m |
吞吐量 |
低,小于 1 Kbps |
低,实际测试约为 4 - 5 KB/s |
高,实际测试最高为 20 Mbps,层级越深吞吐越低 |
低,实际测试约为 16.9 Kbps |
低,小于 0.5 Mbps |
单跳延时 |
50 m 极限距离时为 100 ms 以内,正常距离(低于 50 m 时)为 50 ms 以内 |
平均 10 ms |
100 ms 以内 |
平均 16 ms |
10 ms 以内 |
乐鑫各类 Mesh 方案核心参数说明如下。
ESP BLE Mesh
优势:
能够兼容大部分设备,支持手机直接控制与配网协议标准
能够接入第三方支持 BLE Mesh 的设备
支持低功耗设备
劣势:
数据吞吐量低,小于 1 Kbps
核心参数如下:
要求芯片支持 BLE Mesh
支持 Wi-Fi & BLE Mesh & BLE ADV 共存,但作为网关的设备要求尽可能将 RF 时间片让给 BLE Mesh,作为节点的设备可以适当放宽此要求
预计的节点数量:理论不大于 32767 个,实际取决于配网器(网关)的能力,使用 ESP32-S3 作为网关,内部测试可以到 100 个节点
预计的节点间的通信距离:视发包功率而定,推荐相邻节点通讯距离不大于 50 m
覆盖范围:理论无限,实际视节点的分布均匀情况而定
期望的每个节点的吞吐量:智能家居领域,控制信号等低数据量场景,节点数量多时需要限制每个节点心跳包频率
推荐芯片:节点可以使用 ESP32、ESP32-C3、ESP32-H2 等芯片,网关推荐使用 ESP32-S3 带 PSRAM 版本
单跳延时:50 m 极限距离的延时 100 ms 以内,正常距离(低于 50 m 时)的延时 50 ms 以内
ESP Thread Mesh
优势:
能够兼容标准的 Thread 设备,丰富的设备组网功能
基于 IP 的通信模式(6LoWPAN 和 IPv6)
支持数百的节点组网网络(测试 300 个节点)
组网速度快,延迟更低,自恢复
支持低功耗设备
劣势:
数据吞吐量低,802.15.4 MAC 速率是 250 Kbps,UDP 层速率 8 KB/s,实际测试大约是 4 - 5 KB/s
核心参数如下:
要求芯片支持 802.15.4 MAC,目前支持的是 ESP32-H2 和 ESP32-C6
组网需要一个 Thread 边界路由器(OTBR)和若干 Thread 节点,OTBR 只要是符合 Thread 标准的都可以组网
预计的节点数量:理论值可以是数百以上,内部测试 300 个节点可以组网成功
预计的节点间的通信距离:视发包功率而定,在 H2 Rx sensitivity 为 -102.5 dBm,txpower 20 dBm 的情况下,维持连接的距离可以达到 200 m 左右
覆盖范围:理论无限,实际视节点的分布均匀情况而定
期望的每个节点的吞吐量:智能家居领域,控制信号等低数据量场景,适用于简单的控制,传感器温度采集等 IoT 领域
推荐芯片:节点可以使用 ESP32-H2 和 ESP32-C6 等芯片,OTBR 推荐使用 ESP32-S3 带 PSRAM 版本 + ESP32-H2 用于接收和发送 802.15.4 报文
子节点通信:每个子节点可以相互通信,并且如果 OTBR 能够上网,并且使能了 NAT64,子节点就能通过 OTBR 上网。对于子节点需要进行云交互,并且吞吐量需求较小的场景比较有优势
单跳延时:平均 10 ms
ESP-Mesh-Lite
优势:
吞吐量高,屏蔽箱测试结果为第二层节点交互吞吐量最高可达 20 Mbps,逐层降低,第五层最高 6 Mbps
连接稳定,支持其他非 ESP 设备通过 Wi-Fi 与 Mesh-lite 里的设备通信
不需要网关,可以直接接入互联网
其它点:
当前已经集成 ESP-Now 功能
核心参数如下:
预计单个 Mesh 组网中节点个数:100 个以内
预计的节点间的通信距离:小于 100 m ,如对数据吞吐量要求不高,经测试可达 170 m
支持的层级:当前最大支持 15 级,推荐 5 到 6 级
预计单个 Mesh 组网布置范围:理论无限,实际范围主要由最大节点个数、最大层级和节点间最大通讯距离这三个要素限定
单跳延时:正常的测试环境下 100 ms 以内
ZigBee Mesh
优势:
能够兼容标准的 ZigBee 节点
组网速度快、延迟低、自恢复
支持低功耗设备
劣势:
数据吞吐量低,802.15.4 MAC 速率是 250 Kbps,ZigBee 速率 16.9 Kbps
核心参数如下:
要求芯片支持 802.15.4 MAC,目前可选择 ESP32-H2 和 ESP32-C6
组网需要一个协调器(Coordinator)和若干 ZigBee 节点(路由器或终端节点),只要是符合 ZigBee 标准的都可以组网
预计的节点数量:理论上限 65000 个,最终取决于网络上每个节点需要多长时间进行通信,以及应用程序可以容忍多少数据丢失或重传。内部测试 300 个节点可以稳定组网,点对点通信
预计的节点间的通信距离:视发包功率而定,在 H2 Rx sensitivity 为 -102.5 dBm,txpower 20 dBm 的情况下,维持连接的距离可以达到 300 m 左右
覆盖范围:理论无限,实际视节点的分布均匀情况而定
期望的每个节点的吞吐量:智能家居领域,控制信号等低数据量场景,适用于简单的控制,传感器温度采集等 IOT 领域
推荐芯片:节点可以使用 ESP32-H2 和 ESP32-C6 等芯片,Coordinator 推荐使用 ESP32-S3 带 PSRAM 版本 + ESP32-H2 用于接收和发送 802.15.4 报文
单跳延时:平均 16 ms
ESP-Now
优势:
响应快,功耗低
劣势:
吞吐量小
核心参数如下:
当前 ESP 芯片/模组选型:支持 Wi-Fi 的 ESP 均可
是否同时需要 BLE 功能:可以和 BLE 共存,涉及到 BLE 共存时会有功耗要求
期望的通信方式:ESP-NOW 有单播和广播两种通信方式可选。mesh 常见推荐广播的形式,后续性能数据如未说明,均为基于广播的形式
预计的节点数量:小于 100 个
预计的节点间的通信距离:小于 150 m 较稳定,空旷环境的极限距离为 300 m(点对点测试,广播距离更远)
期望的每个节点的吞吐量:需小于 0.5 Mbps
期望的通信延迟:通信距离 150 m 内小于 10 ms
是否有低功耗的需求:如果有低功耗需求,估算方法与 Wi-Fi auto light sleep(power save)场景一致,也可以参考 纽扣电池示例
是否需要连接 Wi-Fi 路由器:涉及到信道切换,需根据 IDF 版本确认是否支持连接路由器后也可以切换信道
是否需要与上层通信协议共存(如 TCP/UDP 等):ESP-NOW 推荐的使用场景是局域网,涉及到上层传输协议(TCP 等)的话,建议使用 Thread