Thread是无线网状收集的将来，它无望成为“万物”与Internet毗连的要害手艺。“万物”能够笼统的界说为功耗敏感、资本受限的装备，它们凡是连系了MCU、传感器、RF手艺和软件。这些装备经由过程无线毗连桥接到收集，并且可以或许被长途节制和主动化运转。当前已有多种无线手艺可以或许撑持这类彼此毗连，可是Thread是为知足家居互联的非凡需求而设想的。它基在现有尺度，经由过程供给低功耗、平安和可扩大的基在IP的无线网状收集和谈，Thread成为IoT实现的要害手艺地点。

为何选择IP

IP是Internet的首要通讯和谈。IP为IP收集数据中继供给了焦点机制，它的路由能力实现了收集互连。在Internet数十年快速成长以后，IP已无处不在。

自己不撑持IP的收集手艺必需起首在网关中适配IP。这类处置进程触及到当地收集地址的映照，将收集层数据包从头打包为IP数据包。如图1所示，已加密的当地报文必需在网关中解密，然后从头在IP数据包中加密。

比拟之下，自己撑持IP的当地收集，例如Thread和Wi-Fi，可以或许无参与的转发和路由利用的有用载荷。当地收集加密的报文可以或许平安的端到端传输。如图2所示。

IPv6对照IPv4

IPv4撑持32位寻址。可是自从上世纪90年月起，年夜约43亿的地址空间愈来愈不克不及知足Internet毗连的增加预期。IPv6把地址长度增添到128位，这使得地址空间到达约240涧（1涧=10的36次方）！具有IPv6全球独一地址（GUA）的当地装备可间接经由过程广域网（WAN）寻址。

6LoWPAN

6LoWPAN是IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks的缩写。它可实此刻802.15.4毗连上有用传输IPv6数据报，是以资本受限的装备（例如“万物”）可以或许天然的插手IoT。它撑持三种要害功能：

●报文长度自顺应

IPv6撑持的最小MTU（最年夜传�����APP输单位）是1280字节。在利用UDP（User Datagram Protocol）和DTLS（Datagram Transport Layer Security）的802.15.4报文中，典型利用的有用载荷巨细是63字节。6LoWPAN供给分段和重组机制以适配IPv6数据报到这些更小的802.15.4有用载荷。不适合巨细的IPv6报文将被分成片断，并经由过程802.15.4在空中发送。不是所有的片断都可以或许以准确的挨次被领受。但是，6LoWPAN仅仅需要领受到所有片断，然后依照需要再从头排序分段。

●报头紧缩

为了最年夜限度的削减在802.15.4帧中发送IPv6动静的开消，6LoWPAN操纵和谈间的跨层冗余（例如源和方针地址、负载长度、传输类型和流量标签）为IPv6和传输报头供给通明的紧缩机制。Thread利用IPHC（Improved Header Compression）和NHC（Next Header Compression）。IPHC被用在紧缩IPv6报头。NHC被用在紧缩UDP报头。

●层间转发

Thread利用IP路由转发报文。IP路由表用在保护每个目标和达到它的下一跳。6LoWPAN网状报头利用IP路由表来实现链路的下一跳转发。

实现互联

收集市场中具有多种无线手艺。从久远来看，我们认为在互联家居和IoT范畴中首要有三个领先的和谈处理方案：Wi-Fi、Bluetooth Smart和802.15.4网状收集和谈。

Wi-Fi是家庭收集中传输音频、视频和数据的主干无线手艺。它撑持高数据率和输出功率，但是功耗较年夜。是以其在电池供电的利用中遭到限制。

Bluetooth Smart合适毗连智妙手机的点对点处理方案，也合适在电池供电的装备上批量传输数据。固然今朝的处理方案自己不撑持IP，可是Bluetooth Core Specification 4.2经由过程撑持IPv6和6LoWPAN为撑持IP奠基了根本。

网状收集手艺（例如ZigBee PRO和Thread）组成了家居互联的主干毗连。这些自恢复收集已被优化去撑持低带宽节制和主动化利用，在这类利用中，支持几年的长电池寿命是要害点。

在曩昔的10年中，ZigBee PRO一向在802.15.4网状收集处理方案中占主导地位。它撑持靠得住、平安和可扩大的网状收集，撑持跨越250个节点，也普遍撑持电池供电操作的可休眠的终端节点。

Thread成立在ZigBee根本之上，具有平安、靠得住和容错性好的劣势。它也处理了市场中对网状收集手艺等候已久的需求：撑持IPv6和6LoWPAN，为IoT中的每个终端节点带来亟需的IP毗连能力。表1罗列了分歧收集和谈的特征。

表1：IoT无线手艺

为何是Thread，为何是此刻？

Thread Group成立在2014年7月15日，目标是协作、同享特长和开辟知足这些需求的处理方案。成立一年后，Thread Group发布了Thread规范。该组织的开创成员包罗Silicon Labs、Nest Labs、Yale Security、Samsung Electrics、Freescale Semiconductor、Big Ass Fans和ARM。

Thread的存眷低功耗和固有撑持IP实现了“万物”和收集之间无缝互联的许诺。它不但在低本钱、电池供电的装备之间供给有用通讯，也供给到云和挪动装备的简单接口。Thread供给具有吸引力的全新无线网状收集处理方案，设想旨在知足以下家居互联需求：

●基在尺度的和谈

开放基在尺度的和谈，实现跨厂商的互操作性和合作性。Thread以今朝的包罗IEEE 802.15.4在内的IEEE和IETF尺度为根本。官方的Thread Specification已在2015年7月13日由Thread Group发布。

●简化的设置装备摆设

Thread摒弃了一些之前网状收集尺度的复杂性。只要两种分歧的节点类型：Router Eligible和 End Device。

Router Eligible节点在需要撑持网状收集时成为路由器。建立收集的第一个Router Eligible节点将主动的被指定为路由器并作为Leader。Leader履行额外的收集治理使命并代表收集做决议。收集中的其他Router Eligible节点也可以或许主动的担负Leader的脚色，可是在一个时候内每个收集中仅仅只能有一个Leader。

作为End Device插手的节点不撑持任何路由功能。相反，它们把消息发送给指定为“父节点（parent）”的路由器，“父节点”代表它的“子节点（child）”履行路由操作。End Device经由过程父节点进行路由通讯而且可以或许进入“Sleepy”状况来削减功耗。不克不及与它们的父节点通讯的End Device在屡次测验考试后将主动扫描并毗连到新的父节点。图3所示为带有REED（Router Eligible End Device）、一个Leader和Thread Router的Thread节点收集。

图3：Thread节点类型

●基在IP的消息传送

Thread周全撑持IP。Thread收集中的所有装备都有一个IPv6地址，而且可以或许被HAN（Home Area Network，家庭局域网）中的当地装备或离线收集中具有Thread能力的被称为Border Router（鸿沟路由器）的IP路由器间接拜候。图4显示典型的Thread收集毗连。

图4：Thread收集毗连

收集中的节点由Border Router分派的前缀组成IPv6全球地址，或由当地自分派的前缀去组成ULA（Unique Local Address）。收集中利用的路由ID经由过程Leader分派。Thread利用UDP（User Datagram Protocol）进行动静传输，而不是利用TCP。与TCP分歧，UDP是无毗连的和谈，它摒弃了一些TCP特征，例如毛病检测、报文排序和重传以换取更快速和更高效的传输。这类效力相当在削减了传输本钱，这对电池供电、资本受限的装备是极为主要的。Thread利用CoAP（Constrained Application Protocol）连系UDP去连结高效性，同时降服了UDP的一些限制。CoAP实现了重构以撑持重传和分组排序。CoAP进一步为GET、POST、PUT和DELETE方式的轻量级（版本供给撑持，可以或许轻易的转换成HTTP实现与万维网的毗连）。操纵离线收集CoAP到HTTP代办署理，Thread能够从阅读器中间接查询IoT装备！

●低功耗运转

Thread为低功耗运转的可休眠终端节点供给了特殊撑持。正如其名称所暗示，这些可休眠的终端装备年夜部门时候处在低功耗休眠状况。在Thread和谈中，不检测处在休眠状况的装备，以此来耽误电池寿命。发送给可休眠终端装备的动静由它们的父节点缓存。动静传输仅仅在休眠终端装备被叫醒并查询父节点时才被触发。

●可扩大性和弹性

Thread的收集设想方针是撑持多在250个节点。在此束缚下，多种特征和功能被优化用以供给最年夜化的吞吐量和最小化资本需求。在Thread收集中，勾当路由器的最年夜数目是32个。如许发生的一个主要的成果是路由消息可以或许被有用的经由过程收集分发，而且所有路由器可以或许直不雅的保护收集中的所有路由。当节点添加到收集而且拓扑布局改变时，收集经由过程互换MLE（Mesh Link Establishment）动静做调剂。假如有作为终端装备操作的Router Eligible装备，可以或许自立添加额外的路由器。这类Router Eligible终端装备或REED，凝听路由消息，而且在需要晋升收集的全体机能时，向收集中的Leader申请成为路由器。

Thread是壮大的、能自我修复的网状收集，供给无单点毛病能力。假如一个路由器产生了毛病，收集将动态变向发送传输，绕过毛病节点。假如一个Leader掉效了，收集中的另外一个路由器将被主动的选择成为新的Leader。多个鸿沟路由器可以或许为离线收集通讯供给毛病掉效平安的冗余。

●互操作性

Thread Group已发布了尺度的软件测试东西用在所有Thread和谈栈和终究Thread产物认证。这类测试东西将被供给给所有Thread成员公司以便在Thread认证测试之前取得高质量的软件开辟和测试。

所有Thread组件（IC、软件和谈栈或模组）在作为终端产物供给给用户之前必需取得Thread认证。所有想要照顾Thread标识的终端产物装备必需提交他们的装备到核准的尝试室进行认证。

●平安和人道化

Thread收集易在利用并极为平安。Thread在MAC层利用AES-128庇护所有收集传输，而且操纵ECC和J-PAKE逻辑组合平安添加装备到收集（即Commissioning）。利用有能力选择操纵基在尺度的IP平安和谈（例如DTLS）以实现额外的、平安的利用载荷。

Thread收集假定用户有一个可用的Commissioning装备用在添加新装备到Thread收集。Thread能够指定离线收集装备（例如智能德律风和计较机）和在线收集Thread装备成为Commissioner。离线收集装备必需起首要求Thread Border Router以成为注册Commissioner，合适Thread指定的平安DTLS认证。一旦注册，Border Router将代表Commissioner候选人与Leader协商成为授权的Commissioner。在线收集装备不需要注册，可是可能需要与Leader协商以被授权（Leader确保收集中统一时候仅唯一一个Commissioner被激活）。一旦获得授权，激活的Commissioner将会以广播体例通知到全部Thread收集。

在插手Thread收集时，用户通知Commissioner装备有个新装备将要插手，而且输入一个独一的与插手装备相干的暗码。这类暗码被用在成立平安的DTLS会话来认证并授权给插手的装备。仅仅在那时装备有权拜候Thread收集。一旦装备插手到收集，Commissioner装备不再处在激活状况。

●加快产物上市

跟着物联网装备的快速普和，对产物来讲，愈来愈主要的是尽快从概念阶段进展到产物上市。Thread和Silicon Labs有助在加快产物上市。

●利用开辟

Thread没有划定利用层，而是为其供给根基的动静传送办事，例如利用UDP和CoAP的单播和组播动静办事。近似Wi-Fi，Thread存眷动静的平安和靠得住传输，利用低功耗的网状收集取代高功耗的星状收集。利用Silicon Labs AppBuilder东西，操纵易在利用的回调函数（callback）和插件（plug-in）使和谈栈层细节不再笼统化，以简化IP动静传输。在框架中开辟的利用代码是高度可移植的，而且能够在撑持的802.15.4装备之间重用。AppBuilder供给简单的GUI去设置装备摆设装备和收集参数，例如装备类型、号令、组网和插手行动，和平安模式和操作。Silicon Labs供给轻易定制和扩大的Thread示例利用帮忙用户快速启动项目开辟。

●收集调试

在为网状收集开辟利用时，理解、适配和调剂收集层是主要的开辟阶段。保守的处理方案利用无线sniffer去长途捕捉空中收集传输包。Silicon Labs收集IC在芯片内部集成了这类能力，利用Packet Trace公用的双线接口，输出被装备发送领受的每一个数据包和链路质量消息。这些消息可以或许经由过程Desktop Network Analyzer东西搜集起来，将完全的收集消息传输可视化。Desktop Network Analyzer经由过程事务联系所有通讯勾当而且解码Thread动静。收集勾当能够被记实很长时候，从而辨认收集中少少产生或间歇性产生的问题。

结论

我们正在进入收集毗连的新时期。物联网将年夜年夜超出台式机、笔记本电脑和智妙手机组合的汗青毗连范围。凭仗难以相信的、普遍的利用，小型、资本受限的装备可以或许驱动这一增加。从家庭主动化到建筑安防传感器，从农业浇灌到工业加工主动化，从医疗保健到小我卫生。这将触和我们糊口的各个方面，并改变我们与四周情况的互动体例。年夜大都这些装备将会是无线毗连的。现有的多种无线手艺能够供给IP毗连，可是我们认为三种处理方案将主导家居互联，即Wi-Fi、Bluetooth Smart和802.15.4网状收集和谈。Thread是网状收集的将来。它供给平安、靠得住和可扩大的基在IP的网状收集处理方案，和优化的低功耗操作。