Thread - перспективный протокол умного дома


16.07.2014

Автор: Джули Якобсон


Протокол для домашней автоматизации Thread, разрабатываемый под руководством Nest, является наиболее перспективным стандартом Интернета Вещей (Internet Of Things).

Thread Group, созданная Nest, Big Ass Fans, Yale Security и несколькими крупными производителями чипов, представила ячеистую сеть 6LoWPAN, основанную на протоколе Neast Weave, уже имеющем миллионы внедрений в отрасли.

Nest, Big Ass Fans и Yale Secure являются тремя производителями устройств Thread, новой технологии  умного дома для домашней автоматизации (нет, значок Thread это не кривой амперсанд, это игла и нить).

Конечно, любой новый стандарт для автоматизации дома или интернета вещей будет обязательно освещен СМИ, однако этот новый протокол под названием Thread является наиболее впечатляющей инициативой, из всех, что я видела, начиная с Z-Wave. А я занимаюсь этой темой 20 лет.

Мы можем утверждать это, поскольку Thread основан на наиболее распространенном на планете сетевом протоколе IP, и превращает его в ячеистую сеть для оптимизации покрытия и производительности. В частности, Thread основан на энергоэффективном беспроводном стандарте 6LoWPAN, который передает IPv6 по радиоканальному протоколу 802.15.4, тому же, что используется в ZigBee.

Новая технология разрабатывается организацией Thread Group (управляемым фондом Inventures), основателями которой являются производители чипов и производителей продукции, такие как: ARM, Big Ass Fans, Freescale Semiconductor, Nest Labs, Samsung Electronics (подразделение по производству чипов), Silicon Labs, и Yale Security.

Кроме введения ячеистой сети в 6LoWPAN, Thread добавляет еще один уровень безопасности, позволяющий обеспечить связь point-to-point,  и оптимизирует работу от батареи.

Неслучайно Thread является развитием протокола Weave, который также основан на 6LoWPAN, но добавляет “секретный ингредиент”, подобный тому, что используется в Thread. 

О протоколе Weave можно найти очень мало информации. Поиск в Google показывает, что я почти единственная, кто описывал его, хотя и кратко. Weave позволяет термостату Nest общаться с датчиком дыма и углекислого газа Nest Protect по протоколу 6LoWPAN, улучшенному по безопасности и по качеству связи, без необходимости в Wi-Fi сети.

В одном интервью с участием представителей Thread,  Крис Боросс, президент Thread Group, а также технический и маркетинговый директор Nest, попросил не говорить, что Thread – это Weave. В конце концов, он представитель Thread, и не хочет привлекать внимание к своей собственной компании.

“Это протокол отличается от Nest Weave”, - говорит он, однако Weave “работает поверх Thread”.

В интервью также выяснилось, что миллионы продуктов, такие как термостаты Nest Thermostat и датчики Nest Protect, уже используют Thread.

«Конечно это очень важно» - говорит Кевин Краус, финансовый директор Thread  Group и директор подразделения продуктов для дома производителя замков Yale Security. “Я думаю, что люди оценят тот факт, что этот протокол уже используется в продуктах Nest.”

О Технологии Thread

Во-первых, давайте проясним одну вещь –  протокол Thread описывает только сетевой уровень экосистемы умного дома, но не прикладной. Так, в то время как продукты, использующие протокол Thread могут быть совместимы, они не будут взаимодействовать, до тех пор, пока кто-то не напишет правила или стандарты для устройств, чтобы обеспечить их совместную работу. Подробнее об этом позже.

В начале этого года я задавалась вопросом, о том, может ли Wi-Fi или Bluetooth вытеснить ZigBee или Z-Wave для домашней автоматизации?

Ответ был “да” с несколькими оговорками, в частности, для тех областей применения, где важен  радиус покрытия сети и потребляемая мощность.

Основным преимуществом Wi-Fi является то, что IP широко распространен, он встроен в телефоны, планшеты, телевизоры, компьютеры, маршрутизаторы, прочие интеллектуальные  устройства и что устройства могут подключаться без специальных шлюзов.

Теперь Thread позволяет решить эти проблемы

Шлюзы – это самое узкое звено.

Протокол Thread описывает только сетевую часть стека.

ПРОБЛЕМА: Среди всех протоколов Wi-Fi - единственный, который не требует специального шлюза для подключения к устройствам и в доме и в интернете. Подключиться можно по стандартной домашней сети через роутер. (Bluetooth требует наличия либо шлюза либо смартфона / планшета, подключенного к интернету.)

Когда вы используете другие технологии, такие как Z-Wave и ZigBee, вам нужен специальный хаб для подключения к Интернету и (обычно) к другим устройствам экосистемы домашней автоматизации. Этот маршрутизатор подвержен сбоям.

Аналогичным образом при возникновении неисправности Wi-Fi, система домашней автоматизации также прекращает работу. Сбой в одном месте может подорвать всю систему управления домом.

РЕШЕНИЕ ОТ THREAD: Протокол 6LoWPAN не всегда работает прямо из коробки с маршрутизатором, установленным в доме потребителя, однако “он менее требователен, чем другие стандарты”, - говорит исполнительный директор Inventures Кевин Шейдер. “Он лишь требует поддержки программным обеспечением роутера маршрутизации IPv6, что уже является стандартом в современных моделях”.

Крис Боросс говорит, что “если интернет или сеть выходят из строя, важно, что устройства смогут продолжать общаться друг с другом”.  На самом деле, устройства Nest с Weave так и работают. Пользователи смогут управлять устройствами в доме, работающими на Thread, даже если нет связи по Wi-Fi, благодаря поддержке соединения peer-to-peer.

Требования по энергопотреблению.

ПРОБЛЕМА: Существует причина, по которой во многих устройствах с питанием от батарей, таких как дверные замки и датчики, нет Wi-Fi. Кто захочет менять батарейки каждые 6 – 12 месяцев?

РЕШЕНИЕ ОТ THREAD: Протокол 6LoWPAN работающий по радиканалу 802.15.4, намного лучше справляется с задачей эффективного энергопотребления, однако все еще требует отдельных доработок, особенно когда он используется в охранных датчиках, которые устанавливаются в доме в большом количестве.

Tread обеспечивает “расширенную поддержку” оптимизации энергопотребления. Боросс говорит, что “протокол как раз предназначен для использования в подобных датчиках”. “Узлы часто бывают "болтливы". Мы пошли на увеличение длины сообщения, чтобы минимизировать нагрузку на сеть за пределами интересующего нас трафика. Мы минимизируем время бодрствования, чтобы радио могло спать как можно дольше”.

Время работы от батареи является одной из причин, почему Thread Group пригласила Yale, производителя дверных замков, поддерживающих ZigBee и Z-Wave.

“Мы были привлечены, потому что была нужна компания, которая бы имела опыт работы с этими протоколами и была экспертом в производстве продукции с питанием от батарей”, - говорит Кевин Краус.

Он полагает, что использование ячеистой сети позволит продлить срок службы батареи, потому что “эта сеть гораздо более надежна в случае нескольких "родителей". “Если есть настолько стабильная сеть, то замок должен спать длительное время, как это и предполагалось с самого начала”, - говорит он.

Радиус покрытия.

ПРОБЛЕМА: Не будучи ячеистой сетью, Wi-Fi (и 6LoWPAN) могут работать в ограниченном  радиусе, учитывая мощность домашней сети и наличие определенных препятствий, таких как металл, зеркала и прочие экранирующие строительные материалы.

РЕШЕНИЕ ОТ THREAD: Благодаря своей сетевой топологии Thread не только имеет потенциально неограниченный радиус покрытия сети, но и содержит возможности самовосстановления и саморегуляции, так, что сигнал проходит в любой момент времени по наиболее эффективному маршруту.

Боросс отмечает, что хотя некоторые ячеистые сети могут запутаться с большим количеством узлов, но Thread позволяет пользователям удалять и изменять положение устройств по желанию, без сбоев в работе системы.

Развитие Thread

Мое личное мнение? Nest создал Weave с единственным намерением превратить его в открытый стандарт, который будет работать с его собственным устройствам и, в конце концов, с миллионами других. Это хорошо иметь стандарт, когда вы в течение пары лет занимались разработкой и произвели миллионы устройств.

Может быть в этом причина того, что Google купил Nest за удивительно высокую цену $3,2 млрд? В этом ли та самая неизвестная интеллектуальная собственность, что по утверждению экспертов столь ценна для Google?

Но я отвлеклась.

Крис Боросс говорит, что для создания этой “новой” технологи, Thread “должна быть ячеистой сетью с низким энергопотреблением. Wi-Fi – это здорово, но в этом случае нужна ячеистая сеть, чтобы расширить W-Fi”.

Кроме того, пользователь всегда должен иметь прямой доступ к устройствам в доме, даже если сеть отключится.

Технология должна быть самовосстановливающейся, безопасной и удобной для пользователей.

И ключевым фактором успеха технологии должна стать возможность ее безболезненного  внедрения.

“Удивительно, но Thread удовлетворяет всем эти требованиям”, говорит Крис Боросс лишь с намеком на сарказм.

Thread должен быстро появиться на рынке, потому что он использует существующие чипы с радио стандартом 802.15.4, которые уже отгружены в количествах десятков или даже сотен миллионов штук. По оценкам ABI Research в 2016 году разные производители поставят 850 млн штук 2,5 ГГц чипсетов.

“Мы бы не хотели заново разрабатывать совершенно новые аппаратные платформы или чипы для поддержки новой ячеистой сети”, говорит Боросс. “Разработку конечных устройств можно начинать прямо сейчас”.

В самом деле, аппаратное обеспечение для 802.15.4 уже есть, а обновление программного обеспечения может сделать эти устройства совместимыми с Thread.

Еще одним преимуществом Thread является то, что у него нет проблем с совместимостью”, отмечает Боросс. “Перед нами был чистый лист бумаги. Он должен поддерживать только сам себя и не требует обратной совместимости, за исключением совместимости с IPv6”.

Он говорит, что Thread Group хотела бы использовать существующие технологии автоматизации дома, но у всех них есть недостатки.

У Wi-Fi, который мы уже обсуждали, это высокая мощность нагрузки и маршрутизатор, как узкое место в надежности.

ZigBee Pro требуется сетевой менеджер на передачи информации, и он “не особенно дружит с  Интернет”, говорит Боросс.

ZigBee IP оказывается ближе, говорит Boross, “но не похоже, что его основным применением является рынок устройств для частного жилья. Это скорее умные счетчики. Там есть ограничение на количество узлов и протокол маршрутизации не очень эффективен для связи точка-точка”.

Z-Wave находится в ловушке одного поставщика чипов и “его ячеистая сеть нестабильна”, утверждает Боросс. “Она нуждается в менеджере сети и имеет супер узкую ширину полосы.” 

Bluetooth? Ну, он не упоминался при обсуждении, и его не было в сравнительной таблице с Thread. Bluetooth Smart (Bluetooth Low Energy или BLE) широко распространен, имеет низкое энергопотребление, и вскоре будет иметь ячеистую сеть, благодаря таким технологиям, как CSRmesh.

Отвечая на мой вопрос по этому поводу, Боросс назвал ячеистые сети BLE “интересной областью”. “Мы просто должны подождать и посмотреть”.

О приложениях, взаимодействии и Big Ass Fans

Как уже упоминалось, Thread – это только сетевая технология. Это не протокол автоматизации дома сам по себе, но он оптимизирован (а на самом деле создан) для дома.

Такие компании, как Nest уже создали для него приложения. Немногие другие запустили продукты и услуги 6LoWPAN и пошли дальше GreenWave Reality, чьи умные шарики продаются в Home Depot в под брендом TCP. GreenWave недавно вышел из аппаратного бизнеса, чтобы сосредоточиться на разработке продуктов и облачных сервисов.

Мы вполне можем себе представить, что Nest возглавит разработку прикладного уровня. Компания, в конце концов, имеет свой совместимый с Thread протокол умного дома и, скорее всего, заручится поддержкой других для того, чтобы ее термостат и детектор дыма говорили на одном языке с ними.

А как же Big Ass Fans оказались в числе основателей Thread Group? Обе компании работали над интеграцией умных термостатов и умных вентиляторов, получился естественный союз.

Хотя вскоре Big Ass Fans будет поставлять свою продукцию с поддержкой технологии SenseME (она была разработана до появления Thread) компания также работает над обеспечением совместимости с Thread. 

Однако совместимость с Thread не обеспечивает совместимости на уровне приложений.

“Написание приложений и профилей устройств находится за пределами нашей области”, - говорит Боросс. “Мы ожидаем, что поставщики продуктов и услуг разберутся между собой.”

Он полагает, что “потенциально профили устройств Z-Wave и ZigBee можно было бы использовать для Thread ”.

В свою очередь, Краус из Yale говорит: “Мы стараемся быть независимыми. Мы будем продолжать продавать изделия с ZigBee и Z-Wave”. Однако он добавляет, что в случае успеха Thread, “я уверен, что ZigBee и Z-Wave поднимут планку.”

Внедрение Thread

Поскольку протокол Thread не влияет на приложения для умного дома, марка Thread не интересна для потребителя, по крайней мере, “сейчас не интересна”, - говорит Суджата Нейдиг, менеджер по развитию потребительских товаров компании Freescale и вице-президент по маркетингу Thread Group. “Наше внимание обращено на поставщиков продуктов и услуг”.

Thread официально стартует сегодня, ближайшее время будет возможно вступление новых участников. Заинтересованные стороны могут ознакомиться с возможностями для членов клуба и зарегистрироваться.

Появления подробной технической документации и проведения встреч членов клуба можно ожидать в конце этого года. В настоящее время группа разрабатывает программу сертификации продуктов, которая, как ожидается, будет открыта для участников в первой половине 2015 года.

Организация рассчитывает, что "будет присутствовать некоторым образом” на выставке CES 2015 году в январе.

Запомните: именно мы сказали, что за этой технологией - будущее.


Перевод с английского: logikadoma.ru

Источник: cepro.com