IP-netwerken in smarthomes en iot

Thread Thread voegt nu 6LoWPAN en IP-routing (in de netwerklaag) en UDP (in de transportlaag) samen en voegt daar een manier aan toe om op een veilige en gebruiksvriendelijke manier apparaten aan het netwerk toe te voegen (secure commissioning).

Thread kent twee types apparaten: routers en enddevices. Een router heeft zijn 802.15.4-radio continu ingeschakeld en stuurt pakketten van andere Thread-apparaten door. Omdat dit meer energie gebruikt, zijn routers vaak op het lichtnet aangesloten. De Eve Energy-stopcontacten zijn voorbeelden van Thread-routers.

Een enddevice daarentegen stuurt geen pakketten door. Elk enddevice heeft een router nodig om te communiceren met de rest van het netwerk. Enddevices werken meestal op batterijen en besteden het grootste deel van hun tijd in slaapmodus. Zodra ze iets te zeggen hebben, ontwaken ze, sturen hun data - bijvoorbeeld die van een temperatuursensor - naar de router en gaan weer slapen.

Betrouwbaar meshnetwerk voor iot

De routers vormen de backbone van het Thread-netwerk. Ze sturen pakketten van hun enddevices naar elkaar door en zoeken zelf de efficiëntste route uit. Thread is een zelfhelend systeem; bij verbindingsproblemen zoeken de routers onmiddellijk een andere route. Enddevices die routermogelijkheden hebben, maar die momenteel niet gebruiken omdat er voldoende routers zijn (router eligible enddevices), kunnen zich ook tijdelijk upgraden tot router als dat nodig is. Bovendien heeft elk Thread-netwerk een leider die de routers beheert en die dynamisch uit de routers wordt gekozen.

De edgerouters van een Thread-netwerk worden borderrouters genoemd. Zo werkt de HomePod mini van Apple als Thread-borderrouter, maar je kunt ook zelf een OpenThread Border Router maken met een Raspberry Pi en een nRF52840-dongel van Nordic Semiconductor. En ook hier is weer redundantie mogelijk. Als je je Thread-netwerk via verschillende borderrouters met je thuisnetwerk hebt verbonden, blijven je Thread-apparaten via hun IPv6-adres bereikbaar als er een borderrouter uitvalt.

Thread Home Network — De backbone van een Thread-netwerk bestaat uit routers, terwijl de borderrouter het netwerk met internet verbindt. Bron: Thread Group

Applicatielagen boven Thread

In tegenstelling tot Zigbee en Z-Wave definieert Thread geen applicatielaag. Thread vormt met UDP/6LoWPAN de basis voor allerlei applicatieprotocols daarboven, net zoals TCP/IP dat voor klassieke applicatieprotocols zoals HTTP doet. Zo zijn er al HomeKit-apparaten die van Thread gebruikmaken, zoals de al vermelde HomePod mini en ook de nieuwe versie van de Apple TV 4K, maar ook heel wat apparaten van Eve en verlichting van Nanoleaf.

Een andere applicatielaag die op Thread voortbouwt, is Matter, in zijn prototypefase bekend als Connected Home over IP. Matter werd verrassend genoeg ontwikkeld door de Zigbee Alliance, die sinds de introductie van de definitieve naam van Matter haar naam ook heeft veranderd in Connectivity Standards Alliance. Amazon, Apple en Google zijn actieve leden van de CSA, evenals Tuya, Signify, IKEA, Samsung (SmartThings), en ook chipmakers zoals NXP, STMicroelectronics en Texas Instruments. De eerste gecertificeerde Matter-apparaten worden tegen het einde van het jaar verwacht.

Matter: gemeenschappelijke applicatielaag voor domotica

Smarthomestandaard Matter van CSA Zoals de vorige naam van Matter al aangeeft, staat IP centraal in deze iot-standaard. Matter werkt nu al boven Thread, wifi en ethernet. Andere technologieën voor connectiviteit via IP, zoals het mobiele netwerk, worden in de toekomst toegevoegd. De applicatielaag van Matter is overigens sterk geïnspireerd door die van Zigbee, ZCL.

Matter werkt volledig lokaal; je hebt dus geen clouddiensten nodig. Doordat de apparaten die Matter ondersteunen, op IP gebaseerd zijn, kunnen ze echter nog altijd verbinding maken met clouddiensten. Dat is bijvoorbeeld nodig om met de stemassistenten van Apple, Google en Amazon samen te werken. Die communicatie verloopt dan niet via het applicatieprotocol Matter, maar via de api’s van de clouddiensten. Wil je ook apparaten met een niet op IP gebaseerd protocol met je Matter-apparaten laten samenwerken, dan heb je nog altijd een gateway nodig, bijvoorbeeld voor Zigbee of Z-Wave.