Thread / Matter – Мрежовият Стандарт за Умни Домове от Ново Поколение

Как би изглеждал един интелигентен дом в бъдеще?

Терминът „умен“ се използва толкова често, че е загубил значението си. Предполага се, че умните домове ще улеснят живота ни, но системите и устройствата, които имаме днес, все още не са там.

Бъдещето на интелигентните домове ще бъде свързано изживяване, където можете да контролирате всичко в дома си само с няколко докосвания на вашия смартфон или гласови команди с помощта на гласов асистент по ваш вкус. В бъдеще вече няма да сте обвързани с една стая. Ще можете да контролирате всичките си уреди от вашите интелигентни дисплеи (четене на часовници, телефони, лаптопи, телевизори) или гласови асистенти, независимо къде се намирате по света.

Устройствата и услугите, които са налични днес, са на няколко крачки от постигането на този свързан начин на живот. Едно от най-големите предизвикателства пред индустрията на интелигентния дом е оперативната съвместимост. Огромен процент устройства днес работят само със собствените си екосистеми. Това създава среда, в която едно устройство не може да комуникира с други устройства в същия дом.

Едно от най-големите предизвикателства пред индустрията на интелигентния дом е оперативната съвместимост. Огромен процент устройства днес работят само със собствените си екосистеми. Това създава среда, в която едно устройство не може да комуникира с други устройства в същия дом. Представете си, че можете да създадете изживяване за един потребител за управление на всички ваши устройства и услуги във вашия дом. Това се опитват да постигнат протоколът Thread / Matter.

Въведение в протокола “Thread” и неговите основни характеристики

Протоколът “Thread” е безжичен стандарт за връзка между устройства в умния дом. В буквален превод, означава “Нишка”.

Разработен от съвместната група на компании, сред които Apple, Google и няколко други, той предлага гъвкава, надеждна и сигурна комуникация между устройства на базата на IPv6. “Thread” използва ниското потребление на енергия и мрежовия стек на IEEE 802.15.4 и осигурява мрежова автономност, която позволява устройствата да си комуникират дори при изключване на Интернет.

Протоколът е включен в списъка на списание TIME за най-добри изобретения за 2022 г., който включва 200 изключителни иновации, променящи живота ни.

История и развитие на “Thread”

Протоколът “Thread” е част от проекта “CHIP” (Connected Home over IP), който беше първоначално наречен “Matter”. Той е разработен, за да предостави единен стандарт за съвместимост между различни умни устройства. Реално основателите искат да опростят разработката за производителите и да увеличат съвместимостта за потребителите. Проектът е изграден около споделеното убеждение, че умните домашни устройства трябва да бъдат сигурни, надеждни и безпроблемни за използване.

Проектът стартира през 2019 година и досега претърпява няколко промени, като в крайна сметка се стабилизира като унифициран протокол за комуникация.

За да се осъзнае пълната картина около “Matter” и какво представлява, първо трябва да се запознаем набързо с концепцията на Интернет на нещата (IoT).

През последните години все повече устройства са оборудвани с Интернет връзка и функции за умен дом – от смарт контакт до умни кафе машини. Начинът, по който всички тези Интернет-свързани устройства си взаимодействат, е известен като Интернет на нещата (IOT), което има своите предимства и недостатъци.

Например, свързването на повече устройства към интернет изисква повече честотна лента, което може да доведе до забавяне на мрежовите скорости.

С нарастващото количество Интернет-свързани устройства, които се включват в дома, се появи необходимостта от нов мрежов протокол, който да оптимизира ефективността.

Това доведе до създаването на “Matter” – мрежов протокол с ниско потребление на енергия и малко закъснение. В основата си, вместо всяко интернет-свързано устройство да се свързва с безжичния рутер индивидуално, устройствата с “Thread” могат да работят заедно, за да осъществят тази връзка. Тъй като множеството устройства с “Thread” създават виртуална мрежа тип “меш”, цялата мрежа става по-ефективна, което допринася за по-бързи скорости и по-голяма отзивчивост.

Архитектура на “Thread”

“Thread” е мрежов протокол, който работи на ниво 3 (мрежово ниво) на OSI модела. Той използва маршрутизирана мрежа с топология “меш“, която позволява на устройствата да се свързват едно с друго без централен хъб.

Докато Wi-Fi е предназначен за приложения с интензивно използване на данни, като поточно видео и аудио, “Thread” е за устройства с ниско потребление на честотна лента, енергоспестяващи и работещи на батерии. Подобно на Wi-Fi, “Thread” също е изцяло базиран на IP и не е ограничен от определени протоколи за приложения или типове приложения. Това позволява безпроблемна интеграция с останалата част от IP мрежата, както в дома, така и в офиса.

Не е изненадващо, че съвременните протоколи за приложения използват IP, когато техническите ограничения вече не са пречка. Новият стандарт “Matter”, определен от Google, Apple, Amazon и стотици други компании като бъдещето на устройствата за Интернет на нещата, се базира изцяло на IP. “Matter” може да работи със съществуващи Ethernet и Wi-Fi мрежи и е избрал “Thread” като основна безжична мрежа с ниска мощност.

Аналогично, в областта на професионалната автоматизация на сгради, доказани и утвърдени решения и платформи като KNX и DALI вече предлагат IP-базирани версии на своите популярни протоколи и са избрали “Matter” като предпочитана безжична мрежа с ниска мощност.

Често различните инфраструктури за разнообразни приложения изискват обширно окабеляване и значителни разходи за поддръжка. Сегашната тенденция за преход към унифицирана мрежова инфраструктура, насърчавана от финансови, сигурностни, екологични и други съображения, накара множество собственици на сгради да превключат към изцяло IP-базирани технологии, което води до по-малко кабели и по-малко сложни безжични решения.

Растежът и разширението на мрежата е значително по-лесно в IP-базиран свят, тъй като може да се използват добре установени и проверени методи за мащабиране на мрежи, като рутери и комутатори за изграждане на подмрежи. Това осигурява актуализации на мрежовата архитектура без да се засяга приложението.

Това осигурява гъвкавост и надеждност на мрежата, тъй като данните могат да преминават през различни пътища и да достигат до крайната точка дори при отказ на някое устройство.

Основните компоненти на архитектурата на “Thread” са Border Router, Leader, Router, Router-eligible End Device (REED) и Sleepy End Device (SED).

Основни предимства и недостатъци на “Thread”

Предимства:

• Надеждност и гъвкавост благодарение на мрежовата топология “меш“-  позволява на устройствата да се свързват директно едно с друго без централен хъб. Това увеличава надеждността на мрежата, тъй като дори при отказ на едно устройство, други могат да пренасят информацията до крайната точка.
• Сигурност на комуникацията с криптиране на данните – използва криптиране на данните и автентикация на устройствата, за да осигури сигурна комуникация между тях. Това предпазва мрежата от неоторизирани достъпи и атаки.
• Ниско потребление на енергия, подходящо за устройства с батерии –  оптимизира потреблението на енергия, което удължава живота на батерията на устройствата.
• Скалируемост, позволяваща добавяне на голям брой устройства в мрежата – означава, че може да поддържа множество устройства, свързани в една мрежа. Това го прави подходящ за разрастващи се умни домове и индустриални системи.
• Съвместимост с IPv6, което осигурява бъдеща поддръжка и разширяемост – осигурява по-голяма адресна пространство и улеснява комуникацията между устройствата. Това гарантира бъдеща поддръжка и разширяемост на протокола, което го прави дългосрочно устойчив избор за умни домове и индустриални системи.

Недостатъци:

• По-слаба поддръжка на стари устройства, които не са съвместими с протокола – Тъй като “Thread” е сравнително нов протокол, старите устройства може да не са съвместими с него. Това означава, че потребителите може да се наложи да заменят или актуализират своите съществуващи устройства, за да използват “Thread” в своите умни домове или индустриални системи.
• По-ниска популярност в сравнение с други стандарти като Wi-Fi, Zigbee и Z-Wave – това може да доведе до ограничен избор на съвместими устройства на пазара и по-малко ресурси за поддръжка и развитие. Въпреки това, с подкрепата на големи компании и нарастващото търсене за универсална съвместимост, се очаква “Thread” да стане по-популярен в бъдеще.

Сравнение между “Thread”, Wi-Fi, Zigbee и Z-Wave

WiFi, Zigbee и Z-Wave са трите основни мрежови протоколи, използвани в интелигентни домове и Интернет на нещата (IoT). Новият протокол се цели в челната позиция, според основателите му.

• WiFi е популярен и широко разпространен стандарт, но използва по-голямо количество енергия и може да бъде по-малко сигурен от “Thread”.
• Zigbee е подобен на “Thread” по отношение на архитектурата с мрежова топология “меш”, но има различен мрежов стек и е по-сложен за конфигуриране.
• Z-Wave също използва мрежова топология “меш”, но работи на различна честота и има по-малко потребление на енергия. В сравнение с “Thread”, Z-Wave има по-ограничен обхват и по-ниска пропускателна способност.

Възможности за приложение на “Thread”

Протоколът “Thread” може да се използва в различни сфери на умния дом, като осветление, климатици, сигурност и контрол на достъпа, управление на енергията и домашни медийни системи.

Тъй като той поддържа IPv6, “Thread” може да се интегрира лесно с различни интернет услуги и приложения, което го прави подходящ за умни градове и индустриални системи.

Преход на традиционни не-IP системи

Много сгради разполагат със стари системи за сградна автоматизация, които само след време ще извършат пълен преход към IP, за да отключат многобройните предимства, както е описано по-горе. Те се основават или на други физически мрежови стандарти, или на различни от IP протоколи за приложения. Тези системи могат да бъдат интегрирани с останалата част от мрежата посредством шлюз, който позволява достъп до съответната мрежова технология и протокол за приложение.

Бъдещи перспективи на “Thread” в умния дом

С разрастването на пазара за умни домове и нарастващото търсене за устройства, които да работят безпроблемно заедно, “Thread” има потенциал да се превърне в един от основните протоколи за комуникация. С подкрепата на големи компании като Apple и Google, “Thread” може да се очаква да се разшири и да стане все по-популярен.

Очаква се “Thread” да подобри съвместимостта между различни устройства и да улесни интеграцията на нови устройства в умния дом. Това може да доведе до по-бързо разрастване на пазара за умни домове и да стимулира иновациите в тази индустрия.

На пазара вече се намират десетки устройства с този протокол, но те са толкова редки, че все още няма колективно мнение за способностите му:

Google Nest Hub, Google Nest audio, Google Nest Mini, Apple Home Pod, Apple Home Pod mini, Ubisys Gateway 1, Samsung SmartThings Station, Samsung SmartThings Hub (3rd Gen.), Aqara Hub (M2), Apple TV 4K, Meross Smart WiFi Plug Mini и още няколко.

С нетърпение очакваме първите отзиви, за да ги опишем в нова статия.

Бъдещето на умните домове представлява свързана среда, в която всички устройства и услуги могат да взаимодействат помежду си и да осигурят единно потребителско изживяване. За да се постигне това, индустрията трябва да се събере и да се споразумее относно общ език за всички устройства.

Протоколът Thread (Matter) представлява насърчаваща инициатива за отворени стандарти, разработена с цел да предостави на индустрията технологично решение, което ще улесни Интернет на нещата, като създаде основа за операционна съвместимост и сигурност. Идващите години ще са решаващи за индустрията, като насочим погледа си към бъдещето на свързаните устройства и услуги.