Thread vs Bluetooth

Thread i Bluetooth LE - kluczowe elementy rozwiązań inteligentnego domu

Istnieje milion powodów, dla których rynek technologii inteligentnego domu rośnie. Wyobraź sobie, że wchodzisz do domu, idziesz korytarzem do kuchni, otwierasz lodówkę i nalewasz sobie szklankę mleka. Po zidentyfikowaniu przez domowy system alarmowy i wpuszczeniu przez inteligentny zamek, dzięki monitoringowi obecności można teraz wyregulować rolety, sterować oświetleniem i ustawiać klimatyzację zgodnie z Twoimi upodobaniami a inteligentna lodówka wykrywa ilość zużytego mleka i w razie potrzeby dodaje notatkę, aby dodać je do listy zakupów w aplikacji na smartfonie. I to wszystko to, zanim jeszcze poprosisz swojego asystenta głosowego o odtworzenie podcastu...

W miarę jak połączone w jedną sieć systemy alarmowe, zamki, oświetlenie, ogrzewanie i systemy wentylacyjne przesuwają się z marginesu rynku do jego głównego nurtu, podejmowane są wysiłki w celu unifikacji stosowanych technologii komunikacji bezprzewodowej, protokołów i standardów, czego celem jest promowanie interoperacyjności między producentami i uproszczenie wdrażania. Wśród szerokiego wachlarza technologii, omawianych podczas dyskusji na temat inteligentnych domów, na pierwszy plan wysuwają się Bluetooth LE i Thread.

Bluetooth Low Energy i Thread to technologie komunikacji krótkiego zasięgu. W związku z tym, aby uzyskać dostęp do Internetu, potrzebują lokalnej bramki. Tak więc, jeśli Bluetooth LE i Thread służą podobnemu celowi, na który z tych dwóch standardów powinni zdecydować się twórcy inteligentnych rozwiązań domowych i użytkownicy końcowi, którzy kupują je do swoich domów?

W wpisie u-Blox rzuca nieco światła na to, co łączy te dwie technologie, co je wyróżnia i jak mogą się uzupełniać we wdrożeniach inteligentnych domów.

© u-Blox

Bluetooth LE i Bluetooth Mesh

Jeśli chodzi o powszechną rozpoznawalność nazw, Bluetooth wyraźnie góruje. Stosowany w większości sprzedawanych obecnie podłączonych z siecią urządzeń, Bluetooth LE oferuje kanał komunikacyjny o niskim poborze mocy do łączenia czujników, przełączników i urządzeń ze smartfonami lub - za pośrednictwem bramki - z Internetem. Bluetooth o niskiej energii komunikuje się w paśmie 2,4 GHz, osiągając szybkości transmisji od 125 do 2.000 kilobitów na sekundę i jest używany głównie do przesyłania danych. Niskoenergetyczna technologia Bluetooth zapewnia zasięg pomiędzy punktami do około 50 metrów w typowych środowiskach wewnętrznych.

Szczególnie istotna w przypadku wdrożeń inteligentnych budynków jest budowa siatki Bluetooth. Zgodnie ze swoją nazwą, Bluetooth mesh może łączyć ogromną liczbę inteligentnych czujników domowych, urządzeń, świateł i innych urządzeń w sieć mesh, w której komunikaty są przekazywane z jednego węzła do drugiego, aż dotrą do miejsca docelowego.

Sieci typu Bluetooth mesh przesyłają wiadomości przy użyciu prostego protokołu, opartego na koncepcji flood, tj. przesyłu wiadomości do wszystkich pobliskich węzłów. Zwiększa to prostotę, niezawodność i skalowalność sieci oraz zapewnia, że ​​wiadomości docierają do miejsca docelowego, nawet jeśli któreś węzły są w trybie offline.

Sieci mesh Bluetooth składają się z dowolnej liczby węzłów o niskim poborze mocy, takich jak czujniki, węzły pomocnicze, węzły pełniące funkcje przekaźnikowe, tj. odbierające i przesyłające wiadomości, oraz węzły proxy, które łączą różne urządzenia wykorzystujące Bluetooth LE z siecią Bluetooth mesh .

W celu ochrony połączeń typu punkt-punkt, energooszczędna technologia Bluetooth oferuje cztery poziomy bezpieczeństwa: brak zabezpieczeń, nieuwierzytelnione sparowane łącze, uwierzytelnione sparowane łącze i LE Secure Connections, stanowiące najwyższy poziom bezpieczeństwa. Tymczasem sieć Bluetooth wykorzystuje trzy warstwy kluczy bezpieczeństwa, wykorzystując unikalny klucz urządzenia, klucz aplikacji i klucz sieciowy.

Thread (802.15.4)

Z drugiej strony technologia Thread nie jest powszechnie znana, podobnie zresztą jak sam IEEE 802.15.4, jego podstawowy protokół radiowy. Podobnie jak Bluetooth LE, Thread to technologia o niskim poborze mocy, która komunikuje się w paśmie 2,4 GHz. Jako że została zaprojektowana do tworzenia sieci mesh, najlepiej jest porównywać same sieci, tworzone przez Thread i Bluetooth.

Prawdopodobnie najważniejszym wyróżnikiem Thread jest to, że opiera się on na protokole internetowym (IP). W rezultacie oferuje natywną obsługę IPv6, co sprawia, że współpraca pomiędzy urządzeniami różnych producentów jest ​​szczególnie prosta. Jest to również kluczowy powód, dla którego standard łączności dla inteligentnego domu Matter, wprowadzony przez Connectivity Standards Alliance, do komunikacji między urządzeniami wybrał opcję Thread over Bluetooth LE.

Podczas gdy sieć Bluetooth do przesyłania wiadomości przez sieć wykorzystuje podejście flood, Thread wykorzystuje tzw. routed approach, w którym wiadomości mogą przeskakiwać z urządzenia na urządzenie wzdłuż wcześniej predefiniowanych tras, aż dotrą do zamierzonego miejsca docelowego. Jeśli poszczególne węzły na ich trasie są tymczasowo wyłączone, w celu zwiększenia odporności na nieprawidłowości, sieć automatycznie przekierowuje wiadomości alternatywną trasą.

Sieci typu mesh Thread składają się z trzech różnych klas urządzeń, z maksymalnie 256 węzłami tworzącymi sieć. Urządzenia końcowe, zazwyczaj czujniki lub przełączniki, po prostu przesyłają i odbierają dane. Routery, których w sieci może być do 32 sztuk, to węzły, które odbierają komunikaty, wzmacniają je i retransmitują. Natomiast routery graniczne są w zasadzie bramami pomiędzy inteligentną siecią domową a otwartym Internetem.

Innym powodem, dla którego standard Matter wybrał Thread, jest dojrzałość routerów granicznych, zarówno pod względem ich specyfikacji, jak i implementacji referencyjnych. Ponieważ obsługują one NAT64 i DNS64, które ułatwiają przejście z protokołów IPv4 na IPv6, już dziś mogą być używane w bieżących wdrożeniach.

Thread zabezpiecza komunikację za pomocą głównego klucza szyfrującego i ochrony całego ruchu danych. Aby dołączyć do sieci Thread, węzły muszą uwierzytelnić się przed liderem wątku za pomocą sesji DTLS z kluczami opartymi na PKI (public key infrastructure) lub PSK (pre-shared key).

Podobieństwa i różnice

Thread i Bluetooth są porównywalne pod wieloma względami. Oba oferują komunikację bezprzewodową krótkiego zasięgu w paśmie 2,4 GHz. Oba mogą być używane do konfigurowania sieci mesh, ze wszystkimi korzyściami związanymi z tą topologią, w tym zwiększonym zasięgiem i zwiększoną odpornością. I oba są mniej więcej takie same, jeśli chodzi o bieżące zużycie energii.

Technologie różnią się jednak w kilku kluczowych, bardziej subtelnych obszarach. Kluczową różnicą jest to, że Thread komunikuje się za pomocą protokołu internetowego (IP). Kosztem wzrostu objętości danych, ułatwia to twórcom rozwiązań zarządzanie komunikacją opartą na wątkach w taki sam sposób, w jaki projektowaliby każdą inną formę przewodowej lub bezprzewodowej komunikacji internetowej.

Tymczasem Bluetooth lepiej nadaje się do wdrażania znacznie większych sieci. Dzięki rozległemu ekosystemowi i powszechności tego standardu, Bluetooth oferuje naturalny kanał komunikacji między urządzeniami inteligentnego domu a smartfonami. Dodatkowo fakt, że urządzenia Bluetooth nie działają przez IP, ma swoje własne zalety. Urządzenia nieoparte na protokole IP są mniej narażone na zagrożenia niż urządzenia podłączone do Internetu. W rezultacie, można je chronić za pomocą prostszych protokołów bezpieczeństwa.

Kiedy używać BLE, a kiedy Thread?

Sieć Bluetooth posiada już silną pozycję na przykłąd w inteligentnych rozwiązaniach oświetleniowych, stosowanych w budynkach komercyjnych i przemysłowych. Z drugiej strony, dzięki włączeniu do standardu Matter, Thread ma potencjał, aby zwiększyć zasięg swojego zastosowania w inteligentnych zastosowaniach domowych. Wspierany przez jedne z największych marek w branży, w tym Apple, Google, Samsung, Ikea, Schneider Electric i wiele innych, Thread może być używany do podłączania inteligentnych urządzeń w gospodarstwach domowych, nawet zanim sama technologia stanie się powszechnie rozpoznawalną marką.

Ostatecznie, najbardziej optymalna technologia dla konkretnego wdrożenia będzie zależeć od danego przypadku użycia i określonych wymagań dotyczących interoperacyjności. W aplikacjach przemysłowych, zapewne nadal będzie faworyzowana technologia Bluetooth LE i sieć  Bluetooth. Jednak ponieważ standard Matter zyskuje na popularności, Thread jest silnym pretendentem do dominującej pozycji na rynku łączności między urządzeniami w inteligentnych domach i budynkach.

Tymczasem, zgodnie ze standardem Matter, dzięki wykorzystaniu jego wszechobecności we współczesnych smartfonach i tabletach, Bluetooth LE będzie preferowanym kanałem komunikacji do łączenia się z urządzeniami inteligentnego domu w celu uruchomienia i konfiguracji systemu.

Artykuł opracowano na podstawie wpisu autorstwa Hari Vigneswaran oraz Stefan Berggren 'Thread vs Bluetooth: Which is best for smart homes and buildings?' z firmy u-Blox