Thread 有可能將互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 無(wú)縫引入智能家居和智能建筑環(huán)境中的低功耗、受限和網(wǎng)狀設(shè)備。使用 IP 為物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備供電的能力意味著開(kāi)發(fā)人員可以在受限網(wǎng)狀設(shè)備上運(yùn)行成熟的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。它在安全方面也變得非常有用。

Thread 是一種基于 IP 的標(biāo)準(zhǔn)，具有為智能家居監(jiān)控?cái)z像頭和門(mén)鎖供電的潛力，其安全解決方案與工程師在 DTLS 和 UD 等信用卡交易中使用和信任的相同安全解決方案。Thread 實(shí)現(xiàn)——OpenThread——是一個(gè)開(kāi)源平臺(tái)，這意味著當(dāng)設(shè)計(jì)工程師使用 Thread 時(shí)，他們得到了一個(gè)開(kāi)發(fā)人員社區(qū)的力量，他們共同努力完善軟件堆棧。

考慮到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模有多大，我們需要我們已經(jīng)信任的安全解決方案。由于 Thread 是基于 IP 的，因此為了直接連接到 Internet，在 Thread 網(wǎng)絡(luò)和 Internet 之間不需要轉(zhuǎn)換器或映射網(wǎng)關(guān)。這簡(jiǎn)化了 Thread 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并使開(kāi)發(fā)人員的體驗(yàn)更易于管理。

無(wú)縫的 Internet 連接還為 Thread 網(wǎng)絡(luò)增加了另一個(gè)有價(jià)值的安全功能：端到端加密。數(shù)據(jù)在智能鎖上被加密，然后穿過(guò) Thread 網(wǎng)絡(luò)并越過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的主干，直到它到達(dá)云服務(wù)器，同時(shí)一直被加密。設(shè)計(jì)工程師可以開(kāi)始想象這為物聯(lián)網(wǎng)消費(fèi)者提供的隱私和安全優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閿?shù)據(jù)在家里打包，只有在云數(shù)據(jù)中心才能解包。

Thread 以網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)為導(dǎo)向，并將所有應(yīng)用層事務(wù)抽象為 IP 流量。因此，Thread 開(kāi)發(fā)人員可以構(gòu)建或使用他們喜歡的任何應(yīng)用程序，保持相當(dāng)大的自由度，而不必?fù)?dān)心網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層是人類的語(yǔ)言，網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于大腦。OpenThread 為不同甚至并發(fā)的應(yīng)用程序（語(yǔ)言）設(shè)置了一個(gè)可靠的平臺(tái)（大腦）。

認(rèn)為 Thread 是一個(gè)非常聰明的多語(yǔ)言朋友。通過(guò)使用 Thread，開(kāi)發(fā)人員可以隨時(shí)修改他們的應(yīng)用程序，甚至可以在 Thread 之上運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序，使其無(wú)縫適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層融合。由于這種激勵(lì)措施以及與基于 IP 的 DSL 和 Wi-Fi 等通信標(biāo)準(zhǔn)的兼容性，智能家居和智能建筑領(lǐng)域也正在采用 Thread。

OpenThread 無(wú)線電實(shí)現(xiàn)

Thread 基于IEEE 802.15.4低功耗、自愈網(wǎng)狀協(xié)議。從硬件的角度來(lái)看，芯片供應(yīng)商可以為 Thread 終端節(jié)點(diǎn)提供可靠、低成本、小批量和高能效的 SoC。半導(dǎo)體供應(yīng)商正在 OpenThread 中維護(hù)他們的 SoC 驅(qū)動(dòng)程序，從軟件的角度來(lái)看，這是 Thread 的開(kāi)源實(shí)現(xiàn)。Thread 的成長(zhǎng)和發(fā)展，加上社區(qū)的力量，可以減少版稅、許可成本和整體設(shè)計(jì)工作。

圖 1. Thread 在其實(shí)施中利用成熟的無(wú)處不在的技術(shù)將 IP 引入低功耗網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。資料來(lái)源：硅實(shí)驗(yàn)室

考慮到每個(gè)人都認(rèn)為燈是理所當(dāng)然的，所以在打開(kāi)或關(guān)閉燈時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤是不能容忍的。Thread 可以通過(guò)向 IEEE 802.15.4 自愈網(wǎng)格引入無(wú)單點(diǎn)故障方案來(lái)解決此問(wèn)題。線程網(wǎng)絡(luò)始終可以到達(dá)服務(wù)器并將可靠性提升到一個(gè)新的水平。這意味著消費(fèi)者不必?fù)?dān)心他們的燈無(wú)法使用 Thread 網(wǎng)絡(luò)可靠地打開(kāi)/關(guān)閉。

Thread Group還將 Thread 升級(jí)為 Thread 1.2，集成了多個(gè)擴(kuò)展和功能，同時(shí)對(duì) Thread 1.2 與智能建筑的兼容性進(jìn)行了顯著改進(jìn)。當(dāng) Thread 網(wǎng)絡(luò)安裝更容易時(shí)，可以啟用多播，從而增加 Thread 1.2 中可能的節(jié)點(diǎn)數(shù)。

Thread 還通過(guò)集成其他技術(shù)來(lái)擴(kuò)展其范圍。例如，Thread 1.2 可以使用藍(lán)牙設(shè)備啟用調(diào)試和配置。用戶可以在手機(jī)上使用藍(lán)牙來(lái)調(diào)試首次進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的新 Thread 設(shè)備。這使得 Thread 成為將藍(lán)牙設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)的粘合劑。未來(lái)的智能建筑可能包括 Thread 作為其用于低功耗設(shè)備的基礎(chǔ) IP 層，同時(shí)利用藍(lán)牙無(wú)處不在和實(shí)時(shí)定位服務(wù)等功能。

協(xié)同工作的協(xié)議

智能家居和智能建筑領(lǐng)域配備了 Wi-Fi、藍(lán)牙和 Zigbee 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這些協(xié)議中的每一個(gè)都具有優(yōu)勢(shì)，使其適用于特定的解決方案或設(shè)備。Wi-Fi 是家庭和商業(yè)環(huán)境中的通用無(wú)線連接協(xié)議，可提供可靠且快速的射頻通信。另一方面，藍(lán)牙和 Zigbee 只能為資源有限的電池供電設(shè)備（如智能恒溫器和智能燈）提供可靠的射頻通信。

圖 2. Thread 可以概念化為用于低功率受限網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的 Wi-Fi。資料來(lái)源：硅實(shí)驗(yàn)室

在智能家居協(xié)議范圍的一端，Wi-Fi 具有普遍性、可靠性和安全性。Wi-Fi 立即將其節(jié)點(diǎn)連接到 Internet，因?yàn)樗腔?IP 的。因此，任何 Wi-Fi 交易都可以端到端完全加密。然而，Wi-Fi 非常消耗資源和電力，限制了它在家庭周圍受限網(wǎng)狀設(shè)備中的實(shí)用性。Thread 可以被認(rèn)為是 Wi-Fi 的替代品，專注于受限網(wǎng)狀設(shè)備的低功耗。它將許多 Wi-Fi 功能（安全性、可靠性和無(wú)縫互聯(lián)網(wǎng)）擴(kuò)展到可以在 IEEE802.15.4 無(wú)線電上運(yùn)行的低功耗節(jié)點(diǎn)。

Table 1. Thread compliments the battery-powered wireless protocols with IP capability. Source: Silicon Lab

OpenThread and IoT convergence

From a consumer perspective, buying a new IoT gadget only to find out that it doesn’t work with the existing system can be painful and discouraging. To avoid that—and in turn, significantly improve the IoT consumer experience—the industry has been seeking a unified IoT platform. Additionally, there is a common consensus across IoT developers and vendors that IoT platforms’ unification will simplify the development cycle and enable more interoperability and compatibility. It’s also important to avoid confusing the unification of platforms with a single-protocol-fits-all solution.

平臺(tái)的統(tǒng)一是為了協(xié)調(diào)不同的協(xié)議，并利用它們?cè)诮鉀Q物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域不同問(wèn)題方面的真正潛力。另一方面，不可能構(gòu)建一個(gè)適合物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域每個(gè)用例的協(xié)議。協(xié)議的多樣性源于工程師正在解決的各種問(wèn)題。

因此，亞馬遜、蘋(píng)果、谷歌和 Zigbee 聯(lián)盟聯(lián)手推動(dòng)成立工作組，推動(dòng)基于 IP 的互聯(lián)家庭項(xiàng)目。Zigbee 聯(lián)盟成員宜家、羅格朗、恩智浦半導(dǎo)體、Resideo、三星 SmartThings、施耐德電氣、昕諾飛（原飛利浦照明）、Silicon Labs、尚飛和物聯(lián)也加入工作組并為該項(xiàng)目做出貢獻(xiàn)。

Connected Home over IP 項(xiàng)目的目標(biāo)是簡(jiǎn)化制造商的開(kāi)發(fā)并提高消費(fèi)者的兼容性。該項(xiàng)目建立在一個(gè)共同的信念之上，即智能家居設(shè)備應(yīng)該是安全、可靠和無(wú)縫使用的。該項(xiàng)目以 IP 為基礎(chǔ)，旨在實(shí)現(xiàn)智能家居設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用程序和云服務(wù)之間的通信，并為設(shè)備認(rèn)證定義一組特定的基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

圖 3. Connected Home over IP 項(xiàng)目通過(guò)構(gòu)建統(tǒng)一的基于 IP 的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)融合。資料來(lái)源：Zigbee 聯(lián)盟

該項(xiàng)目將為設(shè)備認(rèn)證定義一組特定的基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。第一個(gè)規(guī)范發(fā)布的目標(biāo)是藍(lán)牙低功耗 (BLE) 的 Wi-Fi、線程和 IP 實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于希望通過(guò) IP 互聯(lián)家庭項(xiàng)目啟動(dòng)其開(kāi)發(fā)周期的熱心開(kāi)發(fā)人員，名為“如何使用 Project CHIP 構(gòu)建門(mén)鎖”的演示可作為信息資源。

IP-BLiS 中的線程

BACnet International、KNX 協(xié)會(huì)、OCF、Thread Group 和Zigbee 聯(lián)盟正在共同努力，以更好地使商業(yè)建筑與用戶的連接需求保持一致，并提高智能建筑產(chǎn)品的集成度。樓宇自動(dòng)化領(lǐng)先技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)背后的組織現(xiàn)在正在就IP 樓宇和照明標(biāo)準(zhǔn) (IP-BLiS)計(jì)劃展開(kāi)合作。

他們共同推動(dòng)基于 IP 的安全多標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施作為樓宇自動(dòng)化的支柱，以取代低效、仍然廣泛使用的孤立解決方案。為此，將協(xié)調(diào)領(lǐng)先技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行，減少智能建筑連接的碎片化，并促進(jìn)對(duì)共存解決方案的廣泛接受。

圖 4. Thread 有機(jī)會(huì)證明其在樓宇自動(dòng)化應(yīng)用程序中的相關(guān)性。資料來(lái)源：硅實(shí)驗(yàn)室

接下來(lái)，Thread 1.2 提供了一些擴(kuò)展和改進(jìn)，使其無(wú)縫適合樓宇自動(dòng)化應(yīng)用程序。Thread 1.2 及其商業(yè)擴(kuò)展對(duì)調(diào)試過(guò)程、能夠在網(wǎng)絡(luò)上連接的設(shè)備數(shù)量以及這些網(wǎng)絡(luò)的配置和管理方式進(jìn)行了一些重要的改進(jìn)。

OpenThread 采用

盡管有大量使用 Thread 的用例和成功案例，但它仍處于市場(chǎng)采用過(guò)程的早期階段。但是，Thread 是一種面向未來(lái)的技術(shù)，因此現(xiàn)在采用它的開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該感到安全。

作為物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員，我們應(yīng)該牢記，在開(kāi)發(fā)酷炫的技術(shù)時(shí)，我們應(yīng)該首先滿足消費(fèi)者的價(jià)值觀。Thread 將 IP 引入物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，從而簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)并改善用戶體驗(yàn)。Thread 還可以在低功耗設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)前所未有的安全性和融合。Thread 的開(kāi)源實(shí)現(xiàn) OpenThread 利用社區(qū)支持來(lái)保證無(wú)憂的開(kāi)發(fā)者體驗(yàn)。

幾十年來(lái)，IP 一直將互聯(lián)網(wǎng)粘合在一起，現(xiàn)在是時(shí)候讓具有 IP 的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)啟可擴(kuò)展性和安全性的新視野了。憑借其 IP 基礎(chǔ)，OpenThread 可以運(yùn)行成熟且經(jīng)過(guò)測(cè)試的應(yīng)用程序。

Asem Elshimi 是 Silicon Labs 物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線解決方案的 RFIC 設(shè)計(jì)工程師。

審核編輯 黃昊宇