Cos’è e come funziona thread, il protocollo di Matter

Il mondo della domotica sta diventando sempre più popolare, e nelle case i dispositivi smart che lavorano insieme non smettono di aumentare. Tuttavia, perché funzionino al meglio, è importante che possano comunicare tra loro in modo efficace e sicuro. È qui che entra in gioco Thread.

Progettato appositamente per la domotica, Thread permette ai dispositivi domestici di comunicare tra loro in modo semplice e affidabile.

Ma cosa significa tutto ciò per te, il consumatore? Il protocollo Thread, unito a Matter, è in grado di far lavorare la domotica senza problemi, oltre che di dare la possibilità di aggiungere nuovi dispositivi alla rete senza dover affrontare lunghe configurazioni, spesso problematiche e difficili.

Nella lettura di questo articolo, scoprirai come funziona Thread, come si interfaccia con gli altri protocolli e le potenzialità che ha di migliorare la domotica. Senza perdere altro tempo, iniziamo subito!

Cos’è Thread?

In autunno è arrivato Matter, di cui avrai sentito forse parlare, in quanto, avendo le potenzialità per rendere la domotica semplice e funzionale, quindi accessibile a tutti, è un sistema rivoluzionario per il mondo della domotica e dell’IoT (Internet of Things). Detto questo, indovina cosa sta alla base di Matter? Thread.

Thread è un protocollo di rete mesh wireless a basso consumo energetico che supporta fino a 250 dispositivi, atto a gestire la comunicazione dei dispositivi connessi a bassa potenza che non richiedono un’ampia banda di trasmissione. Usa lo standard di comunicazione IEEE 802.15.4, si basa su IPv6 (LoWPLAN) e in Europa funziona a 2.4GHz.

Questa tecnologia datata 2011, è stata adottata da Matter come principale protocollo di connessione del sistema, abbinata a Wi-Fi e Ethernet (per i dispositivi che hanno bisogno di una banda di trasmissione dati molto ampia) e al Bluetooth, per la configurazione iniziale dei device.

La differenza tra Thread e Matter sta nel fatto che, mentre il primo è un protocollo, quindi un sistema che i dispositivi connessi utilizzano per scambiarsi dati (come lo ZigBee, Z-Wave ecc…), il secondo è un sovra-standard, ovvero uno strato software atto a definire la “lingua” con cui essi comunicano.

Come funziona Thread

Per capire come questo sistema funziona, per prima cosa bisogna fare chiarezza su quali sono i compiti che i dispositivi che ne fanno parte svolgono. La rete Thread utilizza la tecnologia a Mesh, ovvero ogni dispositivo che ne fa parte costituisce un nodo che funge da ripetitore di segnale.

I nodi si suddividono in due principali ruoli:

• Router: I router sono nodi che inoltrano i pacchetti per i dispositivi della rete, rendono sicura la connessione per quelli che vi si connettono e mantengono i loro trasmettitori di segnale sempre attivi. Risulta chiaro che smart speakers, prese e lampadine intelligenti sono perfette per svolgere questo ruolo;
• End Device (ED): Gli End Device, ovvero i dispositivi finali, sono dispositivi che comunicano principalmente con un unico router, non inviano pacchetti per gli altri dispositivi della rete e possono disattivare i loro trasmettitori di segnale quando non servono in modo da risparmiare corrente. Si trovano generalmente alle estremità della rete.

I dispositivi si dividono invece in due categorie:

• Full Thread Device (FTD): I dispositivi FTD mantengono i loro trasmettitori di segnale sempre attivi, registrano l’indirizzo multicast di tutti i router e mantiene la mappatura degli indirizzi IPv6.
  Ci sono tre tipi di FTD: Router, Dispositivi finali REED (Router Eligible End Device), idonei a diventare router a loro volta e i Full End Device (FED), dispositivi che non possono diventare router. Inoltre, un FTD può fungere sia da router (parent) che da dispositivo finale (child);
• Minimal Thread device (MTD): I dispositivi MTD non registrano l’indirizzo multicast di tutti i router e inviano solamente i messaggi ai relativi parent devices (ad esempio i router).
  Ci sono due tipi di MTD: Minimal End Device (MED), che mantengono i loro trasmettitori di segnale sempre attivi e non devono “aspettare” che i parent gli inviino dati, e gli Sleepy End Device (SED), ovvero dispositivi inattivi. La maggior parte dei sensori sono MTD.

Troviamo anche dispositivi che si dividono in altri due ruoli, fondamentali per il funzionamento della rete Thread:

• Thread Leader: Il Thread Leader è un router che si occupa di gestire un gruppo di router all’interno di una rete Thread. Viene selezionato in modo automatico per la sua capacità di gestire gli errori e si occupa di raccogliere e distribuire le informazioni di configurazione per l’intera rete;
• Border router: Un router di confine è un dispositivo che permette di trasmettere informazioni tra una rete Thread e una rete non Thread (come per esempio Wi-Fi). Inoltre, esso configura una rete Thread per consentire la connessione a reti esterne. Gli speaker intelligenti sono adatti a svolgere questo ruolo.

Adesso che abbiamo capito quale ruolo hanno i vari dispositivi all’interno della rete, vediamo come lavorano insieme per farla funzionare nel suo complesso.

I dispositivi finali (End device-ED) sono in grado di dialogare solo con i router e non possono quindi scambiarsi dati a vicenda. I dispositivi finali sono solitamente alimentati a batteria (MTD), come la maggior parte dei sensori, che trasmettono le informazioni solo quando ce n’è bisogno (ad esempio quando un sensore ad ultrasuoni rileva un movimento), non vengono quindi “interrogati” dai router sul loro stato, operazione che in gergo tecnico si chiama polling, per favorire il risparmio energetico.

Inoltre all’interno della rete, i ruoli dei dispositivi possono cambiare a seconda delle circostanze. Ad esempio, se un routing è ridondante, il router “in eccesso” si declassa automaticamente a dispositivo finale (End Device). Questa operazione in gergo tecnico si definisce downgrade.

Al contrario, se un REED (Router Eligible End Device) è l’unico dispositivo disponibile a raggiungere un nuovo dispositivo che vuole collegarsi alla rete, avendo la possibilità di diventare router, esegue un upgrade e lo diventa.

All’interno della rete, c’è sempre un router che si occupa di gestire le attività di routing in vesti di leader (Thread Leader), ma se questo dovesse presentare problemi, gli altri dispositivi devono essere pronti ad intervenire per sostituirlo e continuare a svolgere i suoi compiti e non creare interruzioni.

La rete mesh Thread da sola non è in grado di comunicare con quelle adiacenti, per questo ha bisogno di un Border Router, letteralmente un “router di confine” che ha il ruolo di parlare la “lingua” degli altri Network, come il Wi-Fi. I Border Router sono fondamentali per permettere alle altre reti di interagire con Thread, gli speaker intelligenti sono quelli che solitamente svolgono questo ruolo.

Questi dispositivi sono comunque compatibili con Thread, quindi possono svolgere allo stesso tempo anche il ruolo di Router. Il loro compito principale è anche quello di far interfacciare Thread con internet, fornendo connettività IPv6 crittografata end-to-end alle reti adiacenti Wi-Fi o Ethernet.

Ad esempio, non potrai comunicare direttamente dal tuo smartphone con un dispositivo dotato solamente di connettività Thread, perché, almeno che anch’esso la supporti, avrai bisogno di uno strumento che gli metta in comunicazione. Tale strumento è appunto costituito dai Border Router.

Nell’immagine sovrastante, questo concetto appare molto evidente. Si può infatti vedere come lo smartphone e il cloud comunichino tra loro e con i Border Router via Wi-Fi, che a loro volta “parlano” con i dispositivi della rete Thread, dotati esclusivamente di questa connettività.

I dispositivi in grado di svolgere tale funzione sono molti e con il passare del tempo di sicuro aumenteranno di numero. Solo per citarne alcuni: Apple TV4K, Apple HomePod mini, Google Nest Hub di 2a generazione, Echo Dot di 4a e 5a generazione.

Insomma, molto probabilmente non avrai bisogno di acquistare device appositi per svolgere questo compito (nel caso decidessi di passare a Matter) , in quanto la maggior parte delle persone appassionate di domotica ha già questi dispositivi in casa, utili per moltissime altre cose.

È inoltre importante sapere che, nel sistema Matter, questi dispositivi vengono identificati con la terminologia “Controller Matter“. Matter è il nome con cui la maggior parte delle persone conosce (o ha sentito parlare) di questa nuova tecnologia, quindi è probabile che molte volte gli sentirai chiamare con questo termine. Non demordere, dopo un po’ prenderai anche te la mano con tutti questi nomi.

Differenze tra Thread e gli altri protocolli

Adesso che sai tutto riguardo al funzionamento della rete Thread, è il momento di capire quali sono i vantaggi e le principali differenze con gli altri protocolli:

• È sicuro: I dati sono protetti da crittografia end-to-end, questo significa che la tua casa domotica sarà protetta da eventuali malintenzionati;
• È veloce: I dispositivi che utilizzano questo protocollo sono molto più veloci nella risposta agli input rispetto ai sistemi di comunicazione attuali, con una velocità di risposta che può essere fino a 1000 volte maggiore;
• È affidabile: Come avrai capito, quando un dispositivo della rete Thread ha un malfunzionamento, viene automaticamente rimpiazzato, in modo che la comunicazione non si interrompa;
• È scalabile: Una rete Thread supporta fino a 250 dispositivi, insomma, non dovresti avere problemi;
• È compatibile: Questo protocollo è stato progettato utilizzando la tecnologia 6LoWPAN, che consente ai dispositivi Thread di comunicare tra loro indipendentemente dal produttore. Rendendo possibile la comunicazione tra tutti i dispositivi, diventa automaticamente uno dei più grandi punti di forza di Matter;
• Consuma poco: Thread, essendo poco energivoro, permette alle batterie dei dispositivi compatibili di durare più a lungo. Ciò migliora la stabilità e l’autonomia del sistema della casa intelligente, che spesso include molti sensori e dispositivi alimentati a batteria.

Essendo stato sviluppato appositamente per la domotica e la Smart Home, non dobbiamo stupirci che Thread sia un passo avanti a tutti gli altri protocolli che sono stati usati fino ad ora, come ZigBee e Z-Wave. Tuttavia, essendo una tecnologia ancora relativamente nuova, e che con l’avvento di Matter sta iniziando solo da poco a prendere piede in questo mondo, non sono molti i dispositivi che la supportano.

I device che funzionano con le tecnologie rivali non saranno un problema, in quanto potranno essere integrati nella rete semplicemente usando dei Bridge Matter, che permetteranno di farli comunicare con Thread.

Inoltre, ha delle caratteristiche in comune con ZigBee: usa lo stesso protocollo 802.15.4, è indirizzabile IPv6, è una tecnologia 6LoWPAN, adotta il sistema di rete mesh e consuma poca energia

Se vogliamo proprio trovare il pelo nell’uovo, l’unico punto a sfavore di Thread è che il suo funzionamento non è semplice e intuitivo come quello degli altri protocolli. Tuttavia ciò non rappresenta un reale problema, in quanto la maggior parte degli utenti finali non saranno interessati ai tecnicismi di questa tecnologia, ma soltanto alla sua stabilità e affidabilità, cose che garantisce senza problemi.

Perché Thread sarà il futuro della domotica

Ho scritto questo vasto approfondimento su Thread per un motivo. Quasi di sicuro, la maggior parte dei dispositivi domotici a bassa potenza e che richiedono pochi dati, come luci, prese, interruttori e sensori, in un futuro non molto lontano, useranno questa tecnologia.

Thread, grazie ai suoi punti di forza, è senza subbio destinato a diventare uno dei protocolli più usati nella domotica. Naturalmente il cambiamento che vedremo sarà graduale e, come accennato, non ci sarà motivo di preoccuparsi della compatibilità con i dispositivi di “vecchio stampo”, in quanto la CSA sta lavorando in merito.

Insomma, io non vedo l’ora di assistere all’avvento della nuova era della domotica, e tu?

Spero che questo articolo ti sia stato utile. Alla prossima!