Thread (протокол)

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Thread.
Thread
Рік створеннялипня 2014
Вперше опубліковано13 серпня 2015
Остання версія1.3.0
27 лютого 2023
ОрганізаціяThread Group
АвториThread Group, Google та open source контриб'ютори
Базові стандартиInternet Protocol (IP)
Пов'язані стандартиZigBee, Z-Wave, Matter, Wi-Fi, Aliro
Сфера застосуванняІнтернет речей, Розумний дім
Офіційний сайтthreadgroup.org

Thread — це мережевий протокол на основі IPv6, розроблений для пристроїв Інтернету речей із низьким енергоспоживанням у бездротовій сітчастій мережі IEEE 802.15.4-2006, яку зазвичай називають бездротовою персональною мережею (WPAN). Thread не залежить від інших мережевих протоколів 802.15 mesh, таких як ZigBee, Z-Wave і Bluetooth LE. Протокол, який часто використовується як транспортний засіб для Matter (комбінація відома як Matter over Thread), дедалі частіше використовується для підключення пристроїв розумного дому з низьким енергоспоживанням і живленням від акумулятора.[1]

Організація

У липні 2014 року було створено альянс Thread Group як галузеву групу для розробки, підтримки та прийняттю Thread як галузевого мережевого стандарту для програм IoT.[2] Thread Group забезпечує сертифікацію компонентів і продуктів, щоб гарантувати дотримання специфікацій. Першими членами були ARM Holdings, Big Ass Solutions, NXP Semiconductors / Freescale, дочірня компанія Google Nest Labs, OSRAM, Samsung, Silicon Labs, Somfy, Tyco International, Qualcomm і Yale Lock Company. У серпні 2018 року Apple приєдналася до групи[3] і випустила свій перший продукт Thread, HomePod Mini, наприкінці 2020 року.[4]

Характеристики

Thread використовує 6LoWPAN, який, своєю чергою, використовує бездротовий протокол IEEE 802.15.4 із мережевим зв'язком (у спектрі 2,4 ГГц), як і Zigbee та інші системи. Проте Thread має IP-адресу, доступ до хмари та шифрування AES. Реалізація Thread із відкритим вихідним кодом під ліцензією BSD під назвою OpenThread доступна та керується Google.[5]

Thread — це протокол бездротової сітчастої мережі з низьким енергоспоживанням і малою затримкою, створений із використанням відкритих і перевірених стандартів.[джерело?] Він використовує 6LoWPAN, який базується на використанні з'єднувального маршрутизатора, який називається межовим маршрутизатором. Thread називає свої периферійні маршрутизатори граничними маршрутизаторами. Thread вирішує[як?] складності IoT, розв'язуває такі проблеми, як сумісність, радіус дії, безпека, енергія та надійність. Thread мережа не має жодної точки відмови, і вона має здатність до самовідновлення.

Thread базується на існуючих технологіях на всіх рівнях: від маршрутизації, пакетування та безпеки до бездротової радіотехнології. Подібно до Wi-Fi, з його широким спектром пристроїв, Thread є відкритим стандартом, який не прив'язаний до конкретного виробника, що мінімізує ризик несумісності.

Основа IPv6 Thread не залежить від програм, що пропонує виробникам продуктів гнучкість у виборі одного або кількох рівнів додатків для підключення пристроїв у кількох мережах. : 19–21 Розробники можуть швидше вивести свої програми, пристрої, системи та служби на ринок, оскільки вони використовують той самий набір інструментів, доступних для Інтернету.

Симулятор мережі OpenThread, частина реалізації OpenThread, моделює мережі Thread за допомогою екземплярів OpenThread POSIX і забезпечує візуалізацію та керування цими змодельованими мережами.[6] Симулятор використовує симуляцію дискретних подій і дозволяє візуалізувати комунікації через веб-інтерфейс.[7]

У 2019 році проєкт Connected Home over IP (CHIP), перейменований на Matter, очолюваний Zigbee Alliance, тепер Connectivity Standards Alliance (CSA), Google, Amazon і Apple, оголосив про широку співпрацю для створення безоплатної стандартна база коду з відкритим вихідним кодом для сприяння сумісності домашнього підключення, використання Thread, Wi-Fi і Bluetooth Low Energy.[8][9]

Ролі та типи Thread вузлів

Типи вузлів Thread

Усі пристрої в Thread мережі поділяються на два типи: пристрій з повноцінною підтримкою Thread - Full Thread Device (FTD) та пристрій з мінімальною підтримкою Thread - Minimal Thread Device (MTD).

Full Thread Device завжди підтримує активний радіозв'язок, підписується на мультикаст адресу всіх маршрутизаторів і підтримує співставлення IPv6-адрес. (FTD) може функціонувати як маршрутизатор (батьківський пристрій) або як кінцевий (дочірній пристрій). Існує три види FTD:

  • Маршрутизатор (router)
  • Кінцевий пристрій, що може бути маршрутизатором, Router Eligible End Device (REED) — може бути підвищений до маршрутизатора
  • Повноцінний кінцевий пристрій Full End Device (FED) — не може бути підвищений до маршрутизатора.

Minimal Thread Device не підписується на мультикаст адресу всіх маршрутизаторів і пересилає всі повідомлення своєму батьківському пристрою. MTD може функціонувати тільки як кінцевий (дочірній пристрій) Існує два типи MTD:

  • Мінімальний кінцевий пристрій Minimal End Device (MED) — радіопередавач завжди увікнений, не потребує опитування для отримання повідомлень від свого батьківського пристрою.
  • Сплячий кінцевий пристрій Sleepy End Device (SED) — радіопередавач зазвичай вимкнений, періодично прокидається для опитування повідомлень від свого батьківського пристрою.

Підвищення та пониження ролей

Коли REED є єдиним вузлом, доступним для нового кінцевого пристрою, який бажає приєднатися до мережі Thread, він може оновити себе та працювати як маршрутизатор. І навпаки, якщо маршрутизатор не має дочірніх елементів, він може сам себе понизити та працювати як кінцевий пристрій.

Інші ролі та типи

Thread Leader та Border router

Лідер Thread (Thread Leader) - це маршрутизатор, який управляє іншими маршрутизаторами в мережі Thread. Він автоматично обирається для забезпечення надійності та відповідає за збір і розподіл конфігураційних даних по всій мережі.

Прикордонний маршрутизатор (Border Router) - це пристрій, який може передавати інформацію між мережею Thread та мережею, що не є Thread (наприклад, Wi-Fi). Він також налаштовує мережу Thread для зовнішнього підключення.

Частини (Partitions) - Thread мережа може бути поділена на частини. Це відбувається, коли одна група Thread пристроїв більше не може спілкуватися з іншою. Кожна частина логічно функціонує як окрема Thread мережа з власним керівним маршрутизатором, призначенням ідентифікаторів маршрутизаторів та мережевими даними, зберігаючи при цьому однакові облікові дані безпеки для всіх пристроїв у всіх частинах. Частини в Thread мережі не мають бездротового зв'язку між собою, і якщо частини відновлюють зв'язок, вони автоматично об'єднуються в одну мережу. [10]

Відмінності Thread та ZigBee

Thread і ZigBee — це протоколи бездротових мереж із низьким енергоспоживанням, засновані на стандарті 802.15.4 IEEE, який визначає фізичний рівень [PHY] та рівень управління доступом до середовища [MAC]) цих протоколів.

  • Thread використовує IPv6, що забезпечує з'єднання між мережами Thread та інщими мережами на основі IPv6, такими як Wi-Fi. ZigBee, не використовує IPv6 адресацію. Натомість кожен вузол у ZigBee мережі отримує 16-бітну адресу, яка може бути перетворена в IP за допомогою шлюзу-мосту на рівні додатків.
  • Thread не визначає конкретних рівнів додатків, тоді як ZigBee охоплює всі рівні в моделі OSI. Це робить Thread гнучкішим у виборі програмного забезпечення, а ZigBee — суміснішим на рівні додатків
  • У Thread аутентифікація та налаштування мережі відбуваються через смартфон, а в ZigBee — через спеціальний центральний пристрій, який забезпечує безпеку і підключення, коли пристрої знаходяться поруч із ним
  • Thread був вперше випущений у 2015 році, тоді як ZigBee існує з 2005 року. Сьогодні ZigBee має значно більшу ринкову присутність і ширше галузеве охоплення. Thread досі є відносно новим і перебуває на етапі "прийняття". [11]

Відмінності Thread та Matter

Приклад роботи Matter over Thread

Thread – це мережевий протокол, розроблений для покращення підключення розумних пристроїв у вашому домі. Він створює mesh-мережу, де пристрої можуть спілкуватися безпосередньо між собою без необхідності в центральному хабі. Якщо один пристрій виходить з ладу, інформація просто передається через інший пристрій.

Matter – це комунікаційний протокол, який дозволяє різним розумним пристроям взаємодіяти між собою незалежно від того, яку платформу розумного дому ви використовуєте (Google Assistant, Alexa, HomeKit тощо). Він спрощує сумісність пристроїв і дозволяє контролювати їх із будь-якого пристрою чи голосового помічника.

Thread і Matter тісно пов'язані, і їхня взаємодія часто називається Matter over Thread. Thread виступає як мережевий протокол, що забезпечує стабільне та швидке з'єднання між пристроями, а Matter – як комунікаційний протокол, що дозволяє цим пристроям спілкуватися незалежно від платформи розумного дому. Thread створює mesh-мережу для передачі даних між пристроями, а Matter забезпечує універсальну «мову» для їхньої взаємодії. [12]

Переваги та недоліки Thread

Переваги:

  • IPv6 адресація: завдяки IPv6, Thread забезпечує кожному пристрою унікальну IP-адресу, яка може напряму спілкуватися з іншими пристроями чи сервісами в Інтернеті через шлюз (Thread Border Router). Це на відміну від ZigBee або Z-Wave дозволяє шлюзу додатково не перекладати данні у формат, зрозумілий для Wi-Fi або Ethernet мереж. У Thread немає потреби у використанні технологій типу NAT, які часто використовуються в протоколах з обмеженою кількістю адрес (як в IPv4). Це спрощує мережу та зменшує затримки. У протоколах, що не підтримують IPv6, потрібні додаткові шлюзи для переведення адрес та даних.
  • Низька затримка передачі данних: завдяки використанню IPv6 та відсутності потреби в перекладі даних через NAT, Thread дозволяє пристроям напряму обмінюватися даними, що значно зменшує затримки.
  • Мале енергоспоживання: малопотужні Thread пристрої можуть надсилати данні роками, живлячись від таблеткової батарейки. Така ефективність можлмва через те що пристрої насилають данні періодично та використовують режим сну.
  • Немає єдиної точки відмови: у Thread мережі немає традиційного центрального вузла, як у деяких інших протоколах. Однак є спеціалізований вузол під назвою Leader (лідер), який координує деякі процеси в мережі, як-от підтримку структури мережі та вибір нових маршрутизаторів. Якщо лідер виходить з ладу, інший вузол автоматично стає новим лідером без впливу на роботу мережі. Це гарантує відсутність єдиної точки відмови. Також в мережі є Border Router (пограничний маршрутизатор), який забезпечує зв'язок між Thread-мережею та іншими мережами (наприклад, Wi-Fi чи Ethernet), але він теж не є єдиною точкою відмови, бо таких маршрутизаторів може бути кілька.
  • Масштабованість: Thread мережі можуть підтримувати сотні пристроїв, залишаючись стабільними і ефективними.

Недоліки:

  • Мала кількість Thread пристроїв на ринку: Thread — відносно новий протокол, тому він має меншу екосистему підтримуваних пристроїв порівняно з іншими технологіями, як Zigbee чи Z-Wave. Це може ускладнити пошук сумісних пристроїв і рішень.
  • Залежність від шлюзів (Border Routers): Хоча мережа не має єдиної точки відмови, для зв’язку з іншими мережами, як-от Wi-Fi чи Ethernet, все ж потрібен Thread Border Router. Відсутність або поломка цих маршрутизаторів може тимчасово обмежити зовнішній зв’язок мережі.
  • Низька пропускна здатність: Thread спроєктований для передачі невеликих обсягів даних із низькою швидкістю. Це підходить для сенсорних пристроїв (наприклад, термостатів, ламп або датчиків), але може бути проблемою для пристроїв, які потребують передачі великих обсягів інформації, таких як відеокамери або потокове аудіо. Це обмеження робить Thread менш придатним для застосунків, де потрібна висока швидкість передачі даних.
  • Відсутність зворотної сумісності: Thread не сумісний з іншими популярними протоколами, такими як Zigbee або Z-Wave без додаткових шлюзів.

Список Thread Border Router

Компанія Назва пристрою
Apple Apple TV 4K (2nd generation)

Apple TV 4K Wi-Fi+Ethernet (3rd generation)

HomePod (2nd generation)

HomePod mini

Google Nest Hub (2nd generation)

Nest Hub Max

Nest Wifi Pro

Nest Wifi

Amazon Echo (4th Gen)

Echo Show 8 (3rd Gen)

Echo Hub

Echo Studio

Echo Studio (2nd Gen)

Echo Plus (2nd Gen)

Echo Show 10 (3rd Gen)

Eero Beacon

Eero Pro

Eero 6

Eero 6+

Eero Pro 6

Eero Pro 6E

Eero PoE 6

Eero PoE Gateway

Eero Max 7

SmartThings SmartThings Hub (v3)

SmartThings Station

Aeotec Smart Home Hub

Home Assistant Home Assistant Yellow

Home Assistant Connect ZBT-1

Інші виробники Nanoleaf Lines

Nanoleaf Shapes

Nanoleaf Elements

Aqara Hub M3

Tado Bridge X

Tado Heat Pump Optimizer

GL iNet GL-S200

nami mesh sensor

Harman Kardon Virtuo

Список мобільних телефонів з Thread

Компанія Назва пристрою Доступність
Apple iPhone 15 Pro[13] Включаючи Pro Max
Google Pixel 9[14][15] Усі моделі, включно з Pixel 9 Pro Fold

Див. також

Примітки

  1. ↑ Tuohy, Jennifer Pattison (29 липня 2022). What is Thread and how will it help your smart home?. The Verge (англ.). Процитовано 22 квітня 2024.
  2. ↑ Noel Randewich (15 липня 2014). Google's Nest launches network technology for connected home. Reuters. Процитовано 18 липня 2014.
  3. ↑ Apple joins 'The Thread Group,' opening up the possibility of more advanced HomeKit tech. 9to5Mac (амер.). 6 серпня 2018. Процитовано 23 серпня 2018.
  4. ↑ Apple introduces HomePod mini: A powerful smart speaker with amazing sound (Пресреліз) (амер.). 13 жовтня 2020.
  5. ↑ OpenThread. 2024. Процитовано 13 липня 2024.
  6. ↑ openthread/ot-ns, OpenThread, 18 квітня 2024, процитовано 22 квітня 2024
  7. ↑ Simulate Thread Networks using OTNS. OpenThread (англ.). Процитовано 22 квітня 2024.
  8. ↑ Amazon, Apple, Google, and Zigbee join forces for an open smart home standard. TechCrunch (амер.). 18 грудня 2019. Процитовано 18 грудня 2019.
  9. ↑ Project Connected Home over IP. Project Connected Home over IP (амер.). Архів оригіналу за 6 червня 2020. Процитовано 18 грудня 2019.
  10. ↑ Node Roles and Types. openthread.io (англ.). Thread Group. Процитовано 02-09-2024.
  11. ↑ Smith, Nick. Thread vs. Zigbee – What’s the Difference?. ti.com (англ.). Процитовано 03-09-2024.
  12. ↑ What's the difference between Thread and Matter. https://www.smartblinds.com/ (англ.). Процитовано 11-09-2024.
  13. ↑ Tuohy, Jennifer Pattison (14 вересня 2023). Here's why Apple put a Thread radio in the iPhone 15 Pro. The Verge (англ.). Процитовано 12 липня 2024.
  14. ↑ Li, Abner (12 липня 2024). Pixel 9 series arrives at the FCC, includes Thread. 9to5Google (амер.). Процитовано 12 липня 2024.
  15. ↑ Giant Pixel 9 leak gives us our first real-world look at the Fold, faster charging specs, and more. Android Authority (англ.). 16 липня 2024. Процитовано 16 липня 2024.

Посилання