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Thread和IPv6:未来智能建筑的智能网络协议

2022-10-11 15:18:09 Lorenzo Amicucci,Nordic Semiconductor公司 阅读:
楼宇自动化管理解决方案帮助减少建筑物的碳排放量、优化能源消耗、改进维护计划,并更好地利用空间,可减少浪费和节省运营成本。智能建筑物联网技术现正大受欢迎。

楼宇自动化管理解决方案帮助减少建筑物的碳排放量、优化能源消耗、改进维护计划,并更好地利用空间,可减少浪费和节省运营成本。kcHednc

智能建筑物联网技术现正大受欢迎,市场分析机构Emergen Research表示,到2028年智能建筑传感器市场预计达到近320亿美元。然而,市场机遇兴起的同时也带来了新的挑战,特别是对于寻求万能连接解决方​​案的工程师和系统集成商而言。kcHednc

需要无线互操作性

例如,在建筑物中安装暖通空调系统需要多个节点和组件的互连,即温度、湿度和二氧化碳传感器、恒温器、感应开关和可调节通风系统。这些都是收集数据所必需的装置,帮助中央系统在任何给定房间或楼层自动执行特定操作。有些传感器节点使用主电源运行,有些则使用电池。kcHednc

与此同时,建筑业主希望这些设备能过做到快速安装,价格低廉且经久耐用。所有这些要求都指向了可扩展的即插即用无线解决方案,无需布线,场地规划改变时可以灵活把传感器移动到其他位置。kcHednc

互操作性也是关键因素。一旦安装了物联网设备的无线网络,便可以方便地管理和添加来自任何供应商的无线协议兼容设备。kcHednc

Thread满足所有要求

一些楼宇自动化安装项目需要针对受限物联网设备而优化的无线互联网协议(IP) mesh网络,适合使用Thread网络,因为它不仅涵盖所有基础设施且易于部署,还能够在全球各频率上运行,可简化设备的设计和生产。kcHednc

Thread是2.4 GHz IPv6无线mesh网络技术,适合在家庭和建筑物中连接产品。Thread网络中的每个电源供电设备形成mesh拓扑,从而扩展覆盖范围增强操作灵活性。此外,Thread支持低功耗设备,确保电池供电的设备高效、安全地运行。Thread最初针对智能家居,直到Thread 1.2集成了多个扩展功能,显着改善了与智能建筑的兼容性,其商业扩展也进行了一些重要的改进,包括调试过程、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。kcHednc

除了可扩展性之外,Thread还提供出色的互操作性,这要归功于IP支持和设定的配置机制,可将任何符合Thread规范的设备轻松添加到网络中。kcHednc

最近,Thread Group发布了 1.3.0版本规范,可为Thread网络带来“IP 路由和服务发现的全部功能”,并且准备好支持楼宇自动化协议(KNX IoT、DALI+等)的未来标准。kcHednc

Thread前景光明

Thread拥有强大功能,因而获得消费者和工业界行业领导者的支持。最重要的是,Thread已经被连接标准联盟(CSA)选为可在Matter以上运行的核心技术之一。Matter是亚马逊、苹果、谷歌和包括Nordic Semiconductor在内的其他公司于2019 年发起的一项倡议,目的是就家居联网物品达成统一的应用层标准。kcHednc

因此,Thread将成为未来多年广泛采用的技术;对于要选择标准协议以在楼宇自动化领域实现物联网设备互连的公司,这是一个关键因素。这些企业现在可以专注于核心业务,无需开发成本高昂的定制无线mesh解决方案。Thread确保每个设备都以无线方式互连,具有IP地址,并且可以与其他Thread设备共存,甚至来自不同供应商的设备亦可以并存。kcHednc

这些特性推动其他正在增添IP支持的传统楼宇自动化协议(例如 KNX、DALI)选择Thread作为无线mesh协议,以满足某些连接需求。kcHednc

设置和部署Thread网络

在智能建筑中部署暖通空调系统或物联网设备时,快捷而简便的安装至关重要。使用Thread的公司或机构可以决定如何最好地使用Thread以满足需求。例如,Matter定义了利用智能手机低功耗蓝牙将新的Matter设备添加到Thread网络。对于家庭用户来说,一个优点就是可以直接在智能手机上接入本地Wi-Fi。kcHednc

对于更多的工业应用来说,Thread的标准规范帮助企业在建筑物内构建和快速部署大规模物联网设备网络。企业可以利用这些规范来创建独立的 Thread网络,类似于今天使用 Wi-Fi 的方式。kcHednc

设置Thread网络,应从Thread 边界路由器开始部署,Thread相当于家中的Wi-Fi路由器,主要作用是将Thread网络连接到其他基于 IP 的网络(顾名思义,它位于“边界”)。在某些情况下,暖通空调系统和传感器供应商可能会提供边界路由器,但最灵活的方法是选择标准的现成第三方解决方案。边界路由器可以部署在建筑物一处,并用以太网/Wi-Fi/LTE连接到本地网络或互联网。通过配置(如果没有预存加入的Thread网络),可以形成新的Thread网络。kcHednc

有许多访问机制可将设备添加到Thread网络中,一种是使用每个添加到网络的物联网设备附带的“设备预共享密匙(PSKd)”。通过使用智能手机应用程序扫描设备上的二维码,或者将密匙直接添加到边界路由器界面,安装人员可以轻松地将新设备添加到网络中。通信将被加密。随着新设备添加到网络中,无线mesh会根据每台设备的作用进行调整和扩展覆盖范围。 kcHednc

对于更广泛的部署运作,明智的做法是在建筑物的关键位置部署一些节点,扩展mesh网络以覆盖整个规划场地。这些节点称为路由器节点(它们“路由”mesh内的流量),它们由电源供电。它们既可以是暖通空调使用的物联网产品(如恒温器),也可以只是简单的低成本扩展器,唯一目的是将无线网络扩展到整个建筑物。kcHednc

一旦准备就位,用户就拥有了覆盖整个建筑物范围的无线基础设施,未来可以在此基础上添加其他Thread设备,而无需进行重大网络部署。如果网络容量或覆盖范围不足,则可以选择添加新的边界路由器并与现有mesh互连。kcHednc

使用Thread事半功倍

首先安装边界路由器和扩展器,可以大幅简化部署工作。在网络中添加其他设备时,安装人员无需担心覆盖范围。它实际上是即插即用的。一旦将节点添加到网络后,每台设备都有一个 IP 地址,可以通过IP技术进行通信。kcHednc

某些节点可以在本地进行通信,例如温度传感器向执行器发送指令以打开或关闭阀门。其他装置可以与云端通信,例如通过UDP,正如Golioth或Nordic设计合作伙伴Hoorii所做的演示。Thread网络对应用层没有限定,只要使用Thread 支持的 IP传输协议,无需理会如何进行通信以及每个节点将与谁交谈。可能有两个Matter设备相互通信,而其他节点直接与不同的云端通信。kcHednc

这与今天在智能建筑和办公室中构建和使用Wi-Fi网络的方式相差不多,首先构建网络以确保网络覆盖无处不在,稍后添加多供应商设备(PC、平板电脑、打印机、安全 IP 摄像头等),所有这些设备都共同存在,每个设备都通过 IP 与不同的云/服务器进行通信。IP技术带来了真正的端到端互操作性,这就是其美妙之处。kcHednc

责编:Franklin
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