线程协议简化了物联网安全

Thread 有可能将互联网协议 (IP) 无缝引入智能家居和智能建筑环境中的低功耗、受限和网状设备。使用 IP 为物联网 (IoT) 设备供电的能力意味着开发人员可以在受限网状设备上运行成熟的互联网应用程序。它在安全方面也变得非常有用。

Thread 是一种基于 IP 的标准，具有为智能家居监控摄像头和门锁供电的潜力，其安全解决方案与工程师在 DTLS 和 UD 等信用卡交易中使用和信任的相同安全解决方案。Thread 实现——OpenThread——是一个开源平台，这意味着当设计工程师使用 Thread 时，他们得到了一个开发人员社区的力量，他们共同努力完善软件堆栈。

考虑到物联网网络的规模有多大，我们需要我们已经信任的安全解决方案。由于 Thread 是基于 IP 的，因此为了直接连接到 Internet，在 Thread 网络和 Internet 之间不需要转换器或映射网关。这简化了 Thread 网络结构并使开发人员的体验更易于管理。

无缝的 Internet 连接还为 Thread 网络增加了另一个有价值的安全功能：端到端加密。数据在智能锁上被加密，然后穿过 Thread 网络并越过互联网的主干，直到它到达云服务器，同时一直被加密。设计工程师可以开始想象这为物联网消费者提供的隐私和安全优势，因为数据在家里打包，只有在云数据中心才能解包。

Thread 以网络细节为导向，并将所有应用层事务抽象为 IP 流量。因此，Thread 开发人员可以构建或使用他们喜欢的任何应用程序，保持相当大的自由度，而不必担心网络细节。物联网网络的应用层是人类的语言，网络相当于大脑。OpenThread 为不同甚至并发的应用程序（语言）设置了一个可靠的平台（大脑）。

认为 Thread 是一个非常聪明的多语言朋友。通过使用 Thread，开发人员可以随时修改他们的应用程序，甚至可以在 Thread 之上运行多个应用程序，使其无缝适应物联网应用层融合。由于这种激励措施以及与基于 IP 的 DSL 和 Wi-Fi 等通信标准的兼容性，智能家居和智能建筑领域也正在采用 Thread。

OpenThread 无线电实现

Thread 基于IEEE 802.15.4低功耗、自愈网状协议。从硬件的角度来看，芯片供应商可以为 Thread 终端节点提供可靠、低成本、小批量和高能效的 SoC。半导体供应商正在 OpenThread 中维护他们的 SoC 驱动程序，从软件的角度来看，这是 Thread 的开源实现。Thread 的成长和发展，加上社区的力量，可以减少版税、许可成本和整体设计工作。

图 1. Thread 在其实施中利用成熟的无处不在的技术将 IP 引入低功耗网状网络。资料来源：硅实验室

考虑到每个人都认为灯是理所当然的，所以在打开或关闭灯时出现错误是不能容忍的。Thread 可以通过向 IEEE 802.15.4 自愈网格引入无单点故障方案来解决此问题。线程网络始终可以到达服务器并将可靠性提升到一个新的水平。这意味着消费者不必担心他们的灯无法使用 Thread 网络可靠地打开/关闭。

Thread Group还将 Thread 升级为 Thread 1.2，集成了多个扩展和功能，同时对 Thread 1.2 与智能建筑的兼容性进行了显着改进。当 Thread 网络安装更容易时，可以启用多播，从而增加 Thread 1.2 中可能的节点数。

Thread 还通过集成其他技术来扩展其范围。例如，Thread 1.2 可以使用蓝牙设备启用调试和配置。用户可以在手机上使用蓝牙来调试首次进入网络的新 Thread 设备。这使得 Thread 成为将蓝牙设备连接到互联网的粘合剂。未来的智能建筑可能包括 Thread 作为其用于低功耗设备的基础 IP 层，同时利用蓝牙无处不在和实时定位服务等功能。

协同工作的协议

智能家居和智能建筑领域配备了 Wi-Fi、蓝牙和 Zigbee 等网络协议。这些协议中的每一个都具有优势，使其适用于特定的解决方案或设备。Wi-Fi 是家庭和商业环境中的通用无线连接协议，可提供可靠且快速的射频通信。另一方面，蓝牙和 Zigbee 只能为资源有限的电池供电设备（如智能恒温器和智能灯）提供可靠的射频通信。

图 2. Thread 可以概念化为用于低功率受限网状网络设备的 Wi-Fi。资料来源：硅实验室

在智能家居协议范围的一端，Wi-Fi 具有普遍性、可靠性和安全性。Wi-Fi 立即将其节点连接到 Internet，因为它是基于 IP 的。因此，任何 Wi-Fi 交易都可以端到端完全加密。然而，Wi-Fi 非常消耗资源和电力，限制了它在家庭周围受限网状设备中的实用性。Thread 可以被认为是 Wi-Fi 的替代品，专注于受限网状设备的低功耗。它将许多 Wi-Fi 功能（安全性、可靠性和无缝互联网）扩展到可以在 IEEE802.15.4 无线电上运行的低功耗节点。

在频谱的另一端有一系列低功耗无线mesh协议，如蓝牙mesh、Zigbee和Z-Wave。该机组可以为您的网络节省难以置信的电力。然而，它们都不是基于IP的。他们的节点需要特殊的网关来连接到互联网。网关使得实现设备到云的加密有点麻烦。翻译人员剥夺了端到端的加密能力，这增加了安全风险，使生活变得有点复杂，尤其是对于已经不堪重负的物联网消费者。线填补了这个空白。

Thread以IP设计的灵活性完善了低功耗mesh网络协议系列。你能想到如何使用Wi-Fi操作打印机、发送电子邮件和做许多其他事情吗？另一方面，线程允许多个应用程序运行，从而帮助数字助理切换灯光和控制门锁。

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.

平台的统一是为了协调不同的协议，并利用它们在解决物联网领域不同问题方面的真正潜力。另一方面，不可能构建一个适合物联网领域每个用例的协议。协议的多样性源于工程师正在解决的各种问题。

因此，亚马逊、苹果、谷歌和 Zigbee 联盟联手推动成立工作组，推动基于 IP 的互联家庭项目。Zigbee 联盟成员宜家、罗格朗、恩智浦半导体、Resideo、三星 SmartThings、施耐德电气、昕诺飞（原飞利浦照明）、Silicon Labs、尚飞和物联也加入工作组并为该项目做出贡献。

Connected Home over IP 项目的目标是简化制造商的开发并提高消费者的兼容性。该项目建立在一个共同的信念之上，即智能家居设备应该是安全、可靠和无缝使用的。该项目以 IP 为基础，旨在实现智能家居设备、移动应用程序和云服务之间的通信，并为设备认证定义一组特定的基于 IP 的网络技术。

图 3. Connected Home over IP 项目通过构建统一的基于 IP 的平台实现物联网融合。资料来源：Zigbee 联盟

该项目将为设备认证定义一组特定的基于 IP 的网络技术。第一个规范发布的目标是蓝牙低功耗 (BLE) 的 Wi-Fi、线程和 IP 实现。

对于希望通过 IP 互联家庭项目启动其开发周期的热心开发人员，名为“如何使用 Project CHIP 构建门锁”的演示可作为信息资源。

IP-BLiS 中的线程

BACnet International、KNX 协会、OCF、Thread Group 和Zigbee 联盟正在共同努力，以更好地使商业建筑与用户的连接需求保持一致，并提高智能建筑产品的集成度。楼宇自动化领先技术标准背后的组织现在正在就IP 楼宇和照明标准 (IP-BLiS)计划展开合作。

他们共同推动基于 IP 的安全多标准基础设施作为楼宇自动化的支柱，以取代低效、仍然广泛使用的孤立解决方案。为此，将协调领先技术标准的运行，减少智能建筑连接的碎片化，并促进对共存解决方案的广泛接受。

图 4. Thread 有机会证明其在楼宇自动化应用程序中的相关性。资料来源：硅实验室

接下来，Thread 1.2 提供了一些扩展和改进，使其无缝适合楼宇自动化应用程序。Thread 1.2 及其商业扩展对调试过程、能够在网络上连接的设备数量以及这些网络的配置和管理方式进行了一些重要的改进。

OpenThread 采用

尽管有大量使用 Thread 的用例和成功案例，但它仍处于市场采用过程的早期阶段。但是，Thread 是一种面向未来的技术，因此现在采用它的开发人员应该感到安全。

作为物联网开发人员，我们应该牢记，在开发酷炫的技术时，我们应该首先满足消费者的价值观。Thread 将 IP 引入物联网网络，从而简化开发并改善用户体验。Thread 还可以在低功耗设备网络中实现前所未有的安全性和融合。Thread 的开源实现 OpenThread 利用社区支持来保证无忧的开发者体验。

几十年来，IP 一直将互联网粘合在一起，现在是时候让具有 IP 的物联网网络开启可扩展性和安全性的新视野了。凭借其 IP 基础，OpenThread 可以运行成熟且经过测试的应用程序。

Asem Elshimi 是 Silicon Labs 物联网无线解决方案的 RFIC 设计工程师。

审核编辑 黄昊宇