Thread络协议简化家庭“万物”互联
作者:GregFyke简介Thread是无线状络的未来，它有望成为“万物”与Inter连接的关键技术。“万物”可以笼统的定义为功耗敏感、资源受限的装备，它们通常结合了MCU、传感器、RF技术和软件。这些装备通过无线连接桥接到络，而且能够被远程控制和自动化运行。当前已有多种无线技术能够支持这类相互连接，但是Thread是为满足家居互联的特殊需求而设计的。它基于现有标准，通过提供低功耗、安全和可扩大的基于IP的无线状络协议，Thread成为IoT实现的关键技术所在。为何选择IPIP是Inter的主要通信协议。IP为IP络数据中继提供了核心机制，它的路由能力实现了络互连。在Inter数十年快速发展以后，IP已无处不在。本身不支持IP的络技术必须首先在关中适配IP。这类处理进程涉及到本地络地址的映照，将络层数据包重新打包为IP数据包。如图1所示，已加密的本地报文必须在关中解密，然后重新在IP数据包中加密。图1：本身不支持IP的本地络相比之下，本身支持IP的本地络，例如Thread和Wi-Fi，能够无参与的转发和路由运用的有效载荷。本地络加密的报文能够安全的端到端传输。如图2所示。图2：本身支持IP的本地络IPv6比较IPv4IPv4支持32位寻址。但是自从上世纪90年代起，大约43亿的地址空间愈来愈不能满足Inter连接的增长预期。IPv6把地址长度增加到位，这使得地址空间到达约涧(1涧=10的36次方)！具有IPv6全球唯一地址(GUA)的本地装备可直接通过广域(WAN)寻址。6LoWPAN6LoWPAN是IPv6overLowPowerWirelessPersonalAreaNetworks的缩写。它可实现在.15.4连接上有效传输IPv6数据报，因此资源受限的装备(例如“万物”)能够自然的加入IoT。它支持3种关键功能：●报文长度自适应IPv6支持的最小MTU(最大传输单元)是0字节。在使用UDP(UserDatagramProtocol)和DTLS(DatagramTransportLayerSecurity)的.15.4报文中，典型运用的有效载荷大小是63字节。6LoWPAN提供分段和重组机制以适配IPv6数据报到这些更小的.15.4有效载荷。不合适大小的IPv6报文将被分成片断，并通过.15.4在空中发送。不是所有的片断都能够以正确的顺序被接收。但是，6LoWPAN仅仅需要接收到所有片断，然后依照需要再重新排序分段。●报头紧缩为了最大限度的减少在.15.4帧中发送IPv6消息的开消，6LoWPAN利用协议间的跨层冗余(例如源和目标地址、负载长度、传输类型和流量标签)为IPv6和传输报头提供透明的紧缩机制。Thread使用IPHC(ImprovedHeaderCompression)和NHC(NextHeaderCompression)。IPHC被用于紧缩IPv6报头。NHC被用于紧缩UDP报头。●层间转发Thread使用IP路由转发报文。IP路由表用于保护每个目的和到达它的下一跳。6LoWPAN状报头使用IP路由表来实现链路的下一跳转发。实现互联系市场中存在多种无线技术。从长远来看，我们认为在互联家居和IoT领域中主要有三个领先的协议解决方案：Wi-Fi、BluetoothSmart和.15.4状络协议。Wi-Fi是家庭络中传输音频、视频和数据的骨干无线技术。它支持高数据率和输出功率，但是功耗较大。因此其在电池供电的运用中遭到限制。BluetoothSmart合适连接智能的点对点解决方案，也合适在电池供电的装备上批量传输数据。虽然目前的解决方案本身不支持IP，但是BluetoothCoreSpecification4.2通过支持IPv6和6LoWPAN为支持IP奠定了基础。状络技术(例如ZigBeePRO和Thread)构成了家居互联的骨干连接。这些自恢复络已被优化去支持低带宽控制和自动化运用，在这类运用中，支持几年的长电池寿命是关键点。在过去的10年中，ZigBeePRO一直在.15.4状络解决方案中占主导地位。它支持可靠、安全和可扩大的状络，支持超过个节点，也广泛支持电池供电操作的可休眠的终端节点。Thread建立在ZigBee基础之上，具有安全、可靠和容错性好的优势。它也解决了市场中对状络技术期待已久的需求：支持IPv6和6LoWPAN，为IoT中的每个终端节点带来亟需的IP连接能力。表1罗列了不同络协议的特性。表1：IoT无线技术为什么是Thread，为什么是现在？ThreadGroup成立于年7月15日，目的是协作、同享专长和开发满足这些需求的解决方案。成立1年后，ThreadGroup发布了Thread规范。该组织的开创成员包括SiliconLabs、NestLabs、YaleSecurity、SamsungElectrics、FreescaleSemiconductor、BigAssFans和ARM。Thread的
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