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Thread

基于Thread协议的智能家居网状网络,支持多种基于IP的应用层协议,以高扩展、高安全性保障全屋物联稳定可靠。

Thread是基于开放标准IP协议的低功耗无线网状网络技术,专为智能家居和物联网(IoT)设计,支持可靠、经济、低能耗的设备间通信。其底层采用IEEE 802.15.4标准的PHY和MAC,结合6LoWPAN技术(低功耗无线个域网的IPv6协议),确保与IPv6设备(如手机、电脑及互联网设施)良好兼容。

应用场景

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Thread专为低功耗智能家居设备(如照明、温控器、门锁)设计,其网状网络支持故障节点自我修复,确保连接可靠。

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Thread适用于大型商业建筑自动化场景(如照明、暖通、安防及资产追踪),其高扩展性与可靠性可支持大规模设备稳定通信。

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Thread通过边界路由器(Border Router)实现设备与互联网、云端的安全连接,支持远程监控、固件更新等功能。其1.3.0与1.4版本标准化了边界路由器设计,进一步简化IP基础设施对接流程。

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Thread基于IPv6协议,无缝兼容Wi-Fi、以太网等现有IP网络。边界路由器提供双向IPv6连接,支持跨网设备互操作(如家庭中Wi-Fi的Matter设备与Thread的Matter设备互联)。

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Thread作为网络层协议,支持多应用层协议(如Matter、KNX IoT、DALI+)在单一网络中并行运行,提升不同供应商设备的互操作性。

智能家居设备连接
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Thread专为低功耗智能家居设备(如照明、温控器、门锁)设计,其网状网络支持故障节点自我修复,确保连接可靠。

商业建筑自动化
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Thread适用于大型商业建筑自动化场景(如照明、暖通、安防及资产追踪),其高扩展性与可靠性可支持大规模设备稳定通信。

连接互联网与云端服务
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Thread通过边界路由器(Border Router)实现设备与互联网、云端的安全连接,支持远程监控、固件更新等功能。其1.3.0与1.4版本标准化了边界路由器设计,进一步简化IP基础设施对接流程。

与其他IP网络整合
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Thread基于IPv6协议,无缝兼容Wi-Fi、以太网等现有IP网络。边界路由器提供双向IPv6连接,支持跨网设备互操作(如家庭中Wi-Fi的Matter设备与Thread的Matter设备互联)。

多个应用层的互操作
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Thread作为网络层协议,支持多应用层协议(如Matter、KNX IoT、DALI+)在单一网络中并行运行,提升不同供应商设备的互操作性。

基本工作原理

Thread协议

Thread协议基于IEEE 802.15.4标准构建低功耗IPv6网络,通过6LoWPAN适配层压缩IPv6头部以降低传输开销,并在数据包超过MAC层最大传输单元(MTU)时执行分片与重组。此外,利用链路层的Mesh Header实现多跳数据转发,减少网络层负载,同时结合IP路由与6LoWPAN 链路层转发提升传输效率。网络设备支持自动配置IPv6地址并通过路由协议传输数据。安全机制使用网络范围密钥在MAC层保护数据帧,采用DTLS协议保障入网流程安全,新设备需经授权配置并由Commissioner统一管理入网及参数传输。

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Thread装置角色

Thread网络包含路由器(Router)和终端设备(End Device)两类角色。
路由器作为网络骨干始终保持开启状态(Always On),负责数据包路由,Thread网络最多支持32个活跃路由器构建网状拓扑(Mesh Topology)以提供冗余与自愈能力,路由器通过维护路由表优化消息传递。
终端设备依赖父路由器通信,分为路由候选终端设备(Router-Eligible End Device, REED)及睡眠终端设备(Sleepy End Device, SED),其中REED具备升级为路由器的能力,SED是低功耗设备,仅在必要时活动且不参与路由。

Thread装置类型

Thread网络设备分为完整功能设备(Full Thread Device, FTD)和最小功能设备(Minimal Thread Device, MTD)。
FTD可担任路由器(Router)、路由器候选设备(REED)或完整功能终端设备(FED),并维护邻近路由器的链路。
MTD硬件需求低、功耗小,作为终端设备(ED)运行,通过父路由器通信并定期唤醒同步。终端设备分为睡眠终端设备(SED)和同步低功耗终端设备(SSED)两种类型,SSED采用协调采样监听(CSL)模式接收数据,精准管理睡眠——唤醒周期实现更高能效。

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Thread边界路由器

边界路由器(Border Router)负责Thread网络节点与外部IP网络(互联网/局域网/VPN)互联及数据转发,基于相同的IPv6协议无需协议转换,简化通信流程。
Thread网络还可支持多个活跃的边界路由器以提供冗余和弹性,避免单点故障。边界路由器还可提供应用层服务(如Thread设备发现代理)。在入网配置(Commissioning)时,当配置者(Commissioner)位于外部网络,边界路由器作为安全中介协助设备接入;同时边界路由器可参与外部路由协议,宣告全局IPv6前缀并分配各节点地址。

Thread实现架构

Thread 网络硬件实现分为三种架构:
系统单芯片(SoC):集成射频、处理器及协议栈于单芯片,通过Thread API直接操作,具备低功耗、低成本与多协议共存(如 Wi-Fi/蓝牙)特性,适用于传感器等终端设备;
无线协同处理器(RCP):将协议栈部署于主处理器,射频模块保留MAC层控制,通过SPI/UART接口以 Spinel协议通信,主处理器持续运行确保稳定,适配视频主机等高算力设备;
网络协处理器(NCP):协处理器运行完整OpenThread协议栈,主处理器通过UART/SPI发送指令并可休眠,协处理器维持连接,适用于网关或IP摄像机等多任务设备。 

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规格参数

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MAC/PHY
  • 支持IEEE 802.15.4-2015规格
  • 硬件CSMA-CA机制
  • 支持各种 CCA 模式(ED/CS/合并模式)并报告RSSI/LQI
  • AES-CCM硬件加密
  • 多协议PHY共存机制
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通信协议
  • 完整支持Zigbee Pro,Zigbee 3.0协议
  • 完整支持最新Thread协议(Thread 1.4)
  • 其他基于IEEE 802.15.4的通信协议, 例如RF4CE

优点

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多协议支持

在单芯片中同時执行Thread(或是Zigbee)与BLE协议。

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低功耗、低延迟、高效能

提供低功耗、低延迟与高效能的智能家具物联网完整解決方案。

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完善开发环境

单芯片提供多样的周边,并且提供完善的应用范例以加速物联网产品开发。

产品应用

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实现指导

1
Thread基础实现流程指导

要实现基础的Thread网络,请参考文档中Thread协议的示例工程部分

2
Border Router实现流程指导

要通过边界路由器使得Thread网络连接到外部互联网,请参考文档中 OpenThread 边界路由器的示例工程部分

推荐硬件

型号
RTL8771HTV
RTL8771GTV
RTL8771GUV

Thread 实现架构

无线协同处理器

无线协同处理器

无线协同处理器

应用

(与主机协同工作) Matter装置 Thread边界路由器 Thread路由器 Thread子装置

(与主机协同工作) Matter装置 Thread边界路由器 Thread路由器 Thread子装置

(与主机协同工作) Matter装置 Thread边界路由器 Thread路由器 Thread子装置

主机接口

UART

UART

USB

Multi-Protocol

-

-

-

TX功率(最大)

8dBm

14dBm

14dBm

显示器接口

-

-

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