技术白皮书 – Thread技术作为专业智能家居与楼宇的未来之选

本文为 Thread 技术白皮书 《Thread for Pro Home And Buildings》的中文翻译，由 Thread Group China 工作小组翻译。以下仅为摘要内容，欲获取完整文章可访问Thread联盟公众号贴文：https://mp.weixin.qq.com/s/Elrm-dMSmaSkOqKJ03K5zw

1. 作者信息

Jorg Kennis；译者：Le Zhang, Li Cao, ZhangLong Xia

2. 介绍

当今，大多数建筑物的网络中存在一些技术“孤岛”，并且这些孤岛需要单独的安全和维护工作。Thread连接旨在为企业网络集成提供通用的 IP（互联网协议）联网解决方案。这种集成使得功能规划更加灵活、系统功能更佳、系统维护更轻松以及成本更低。

Thread是一种用于无线通信的开放标准，为可靠、低功耗、安全、网状、与应用无关的通信提供原生IP（互联网协议）解决方案。它是在现有且得到广泛支持的IEEE 802.15.4无线电技术上运行的首屈一指的基于IPv6的解决方案。

与其他解决方案相比，Thread具有多项优势。它的IPv6基础支持灵活的设置、监控、数据分析、配置，并且能在不牺牲加密和安全性的前提下实现从本地网络到云的直接连接。Thread还可以在选择运行哪些应用程序协议方面提供灵活性，甚至允许多个应用标准同时运行，实现与其他技术的灵活集成，并为未来的发展保持开放的道路。

Thread是企业网络重要的组成部分，支持使用各种应用层协议以便与现有基础设施集成，同时保持安全性和灵活性以管理和维护终端设备。它还允许创建各种个人和组配置以及域，这些域甚至可以跨越多个单独的Thread网络。

3. IP网络协议及其在物联网中的应用

2023年初，我们庆祝了互联网的前身正式迁移到TCP/IP协议的40周年。作为一种用于在大型网络间传输数据的灵活、多用途的协议，它已经成为了当今我们沟通、学习和工作的关键组成部分。

随着互联网作为重要商业工具的使用率增加，将本地办公网络建立在IP协议上是很有意义的。IP已被证明适用于多种不同的应用程序，它使得与更大的互联网的集成和通信更加容易。办公网络最终过渡到IP，随之而来的是维护的便利性、多功能性和互操作性的极大提升。

• 3.1 互相连接的设备

• 3.2 成为物联网设备

4. Thread的IP基础提供灵活性和安全

Wi-Fi适用于视频和音频流等数据密集型应用，Thread适用于低带宽、电池和节能设备。与Wi-Fi一样，Thread完全基于IP，因此不受任何单一用途协议或应用程序类型的限制，并且与Wi-Fi一样，它可以与家庭和办公室的其他IP网络无缝集成。

鉴于技术限制不再是问题，现代应用协议基于IP也就不足为奇了。由谷歌、苹果、亚马逊和其他数百家公司定义的新Matter标准是未来物联网设备连接标准联盟的一部分，并且完全基于IP。它可以利用现有的以太网和Wi-Fi网络，并选择Thread作为其低功耗无线网络基础。

同样，在专业楼宇自动化领域，KNX和DALI等完善且经过验证的解决方案现在正在提供它们的基于IP版本的协议，并把Thread作为无线低功耗网络的选择。

• 4.1 IP 为安装带来无尽的好处

• 4.2 维护和使用

• 4.3 安全

• 4.4 恰逢其时

5. 企业网络环境中的Thread拓扑

图1: Thread网络在企业网络中的拓扑结构

图1显示了如何在企业网络环境中部署Thread的示例。该图展示了 Thread 相对于其它网络技术的关键优势：Thread 完全基于IPv6。Thread以IPv6为基础的网络为智能建筑带来了许多优势。它不仅可以利用经过广泛验证的网络安全机制，还可以无缝集成到现有的建筑网络基础设施中。传统自动化系统通常将每个应用程序隔离在单独的网络中，与此相反，基于IPv6协议的多个应用程序（甚至是基于不同标准和协议的应用程序）可以同时共享同一网络，并为每个设备使用最合适的物理网络类型。Thread 的低功耗网状网络非常适合覆盖建筑物内开阔区域的低功耗设备。

• 5.1 Thread网络扩展设备

• 5.2 Thread电池供电设备

• 5.3 Thread边界路由器

• 5.4 楼宇自动化标准

• 5.5 楼宇管理系统建筑管理系统 (BMS)

• 5.6 云连接IP

• 5.7 与传统非IP系统的桥接

6. Thread边界路由器与“集线器”、“网关”或“桥接器”

Thread正在改变我们对家庭和商业建筑应用中智能设备的低功耗无线连接的看法。虽然物联网设备的无线技术已经存在了一段时间，但Thread在几个重要方面有所不同，首先，它不需要专用的集线器或桥接器即可运行。让我们深入了解一下这是如何工作的。

• 6.1 基于IP
  

图 2 将此与传统的无线技术进行了比较：如果它们的专用集线器或桥接器出现故障，则所有连接的设备都将停止工作。

图2：Thread边界路由器与传统无线技术的比较

7. Thread的不同之处：通用低功耗网状网络

使用传统的智能设备无线技术时，通常需要一个专用设备作为集线器或桥接器来控制连接的无线设备。图3显示，通常每种类型的应用都需要一个单独的“盒子”，而且通常每个品牌都需要一个。这导致需›要配置许多单独的“盒子”，并使其保持最新的安全更新。

由于所有这些无线连接都是独立的，并且只服务于某个单一或有限的功能，它们彼此之间并不知晓对方的存在。结果是需要维护多个不同的无线网络。

• 7.1 Threa如何不同

8. Thread支持多应用层Thread

对应用的支持类似于 Wi-Fi 支持多种应用的方式。只需加入一个 Wi-Fi 网络，由于通用互联网协议，我们可以访问每项服务，无论其提供者是谁或从何处提供。

当今广泛的物联网解决方案通常要求我们为每个想要使用的协议建立和维护一个网络。这不仅需要监控和维护以保持它们的运行，而且网络之间还可能相互干扰。此外，由于它们是独立的网络，设备之间无法“对话”，也无法从单个位置有效地控制它们、监控和分析它们的数据，或以端到端安全的方式在不同位置和用户之间配置它们。

这就是Thread的用武之地。与Wi-Fi一样，它可以使用通用的物理网络运行所有基于IP的现代物联网应用程序。

9. 结语

Thread无线网状IPv6解决方案为各种专业住宅和楼宇应用带来了独特的优势：

• 专业楼宇业主能够使用相同的网络技术安装小型网络（例如快速改造的射频解决方案）和超大型楼宇网络（数千个节点），从而简化并优化网络安装和管理流程及开销。

• 无线 IPv6 技术具有前瞻性、更具可持续性，并比其他技术更具规模经济效益，因此网络解决方案更具成本效益，且更易于添加功能。它可以轻松地与其他物理网络传输方式结合在同一个网络中。

• 网络管理员、应用程序管理员和系统集成商可以独立地在系统上执行任务，从而缓解网络管理瓶颈。

• 像 Thread这样的IP网络可以利用经过验证且不断发展的安全和加密技术。

• 原生的IP系统可以近乎实时地从各种智能连接设备中收集和处理大量数据。系统数据可以直接访问或通过云端访问。通过高级分析可以提取独特的价值。

• 应用程序堆栈的灵活性使得更复杂的个性化控制成为可能，从而提高便利性、生产力和运营效率。

• 与其他技术相比，该网络更容易重新配置，这意味着降低了建筑物的翻新成本和用户流失成本。

• 该技术进一步实现了远程和预测性维护，为维护任务的通知提供了更多机会，并简化了全系统的修复、软件更新和网络重新配置。

• 在建筑物翻新过程中，无线技术对现场的物理改造要求更少，降低了安装成本，并提高了灵活性和安装速度。