與Matter互補共建智慧家庭　Thread架構高效/可靠網狀網路

消費者選擇智慧設備，通常是為了改善居家安全防護等級，以提升安全性、便利性、節能效果與個人健康管理。雖然單一設備的特性和功能能夠滿足用戶需求，但隨著智慧家庭網路中設備數量的增加，設備之間的互通性問題也隨之浮現。透過Thread、Wi-Fi和藍牙等多種技術標準以管理多個介面，常讓使用者感到力不從心。
Matter借助其產業標準框架，有效解決了智慧家庭領域的碎片化難題，促進了設備間的無縫互聯、穩定度與安全性。它可獨立支援Wi-Fi、Thread和乙太網，讓開發者、設備製造商及使用者都能夠專注於應用與使用情境本身，而無需關注技術或標準細節，為建構更高相容性、更高效率的智慧家庭生態打下基礎(圖1)。

透過單一介面，Matter為物聯網製造商、平台供應商(如Amazon、Google、Apple)以及智慧家庭設備市場提供了必要的互通性和控制能力。圖2展示了Matter帶來的主要推動因素。

Matter透過標準化開發和產品認證支援來簡化智慧設備生態系統，讓零售商能夠消弭消費者對無線生態系統和互通性的擔憂。
在Matter的整體架構中，Thread是基於IEEE 802.15.4標準建構的一種低功耗無線網路通訊協定，並採用網際網路協定第6版(IPv6)作為其網路層協定。Thread具備多項優勢，包括強大的加密功能、低延遲通訊以及低功耗設計，同時支援單個網路內容納數百個設備。
這種無線技術專為支援Matter的智慧家庭設備而設計，有助於增強Matter設備的整體性能、容量和覆蓋範圍。在深入探討Thread之前，將先概覽Matter的整體架構。
Matter及其軟體堆疊
如圖3所示，Matter採用分層架構，底層是實體層，頂層為應用層，並整合了多種IP技術，包括傳輸控制協議(TCP)和使用者資料報協定(UDP)等，均為用於網頁瀏覽的常見協定。在核心層面，Matter使用IPv6傳輸協議。IPv6是一種網際網路層協定，能夠在各種網路中實現端到端的資料傳輸，常見於筆記型電腦和智慧手機等日常設備中。

這一框架使Matter能夠在基於IPv6傳輸協議上建立安全的應用層，以促進資料路由。與當前的藍牙或Zigbee等系統不同，使用IP技術可使所有網路設備都能直接通訊。例如筆記型電腦可以使用Wi-Fi與支援IP的燈泡實現互動，而無需透過雲端翻譯或閘道器解析。
此外，Matter支援多種實體層連接方式，包括乙太網和Wi-Fi。它還導入了藉由Thread協定使用Matter的選項；這種支援Thread的標準提高了電池供電設備的反應速度與能效表現。本文後續將探討Thread如何支援更高效、更可靠的家用網路。
Thread帶來低功耗網狀網路
Thread是一種專為電池供電設備等低功耗物聯網設備設計的無線網狀網路標準。其低功耗特性顯著延長了電池壽命，非常適合應用睡眠模式運行的終端設備，如恆溫器、門鎖和家庭感測器。
Thread的設計目的在使物聯網設備運行更快、故障點更少、功耗更低，並實現更加無縫的互聯互通。它專為那些需要長時間休眠、僅短暫喚醒發送資料便再次進入休眠狀態的設備進行優化。
整體而言，Thread是一種低功耗、高速率通訊標準，能夠創建網狀網路。這使得它能夠在網路中建立備援，通訊速度也優於藍牙和低功耗藍牙(BLE)。
Thread網路中只需要一個邊界路由器，它可以內置於任何Wi-Fi網路設備中，如燈泡、恆溫器等。然而，網路中的邊界路由器越多，網路就越高效、越可靠。如圖4所示，配備越多支援Thread的設備和邊界路由器，越能增強網路的效率及可靠性。Thread創建了一個網狀網路，使燈泡、恆溫器、照明開關、智慧窗簾、感測器等設備能夠相互通訊，無需每次都回傳至Wi-Fi、網路中繼器或橋接器。Thread網路不需要中繼器，因為網路中的某個設備如出現故障，資料會自動透過其他設備進行轉發(例如另一個燈泡或感測器)。

Thread的互通性/安全性/未來適應性
理想的智慧家庭將擁有一個普遍相容的設備生態系統，無論品牌為何，設備之間都能相互通訊，而這正是Matter的目標。為了實現這一目標，Matter必須採用一種能夠確保未來適應性的技術標準，投資Thread這樣的技術就能保證這一點；因為它被設計為能夠隨著時間的推移而不斷進化。例如透過Thread 1.4.0等更新，為家庭物聯網的未來發展做好準備。作為一種基於IP的開放技術，Thread無需依賴特定製造商或市場策略。
物聯網將會擁有幾乎無延遲或延遲難以察覺的設備。Thread協議專為低延遲、高輸送量、即時場景而設計；無論是將資料傳輸到雲端，還是在網路設備間傳輸，它都能以最小的延遲確保有效性和效率。Thread也支援多路徑路由，因此隨著更多基於Matter的消費性電子設備推出，它們也能輕鬆接入現有網路。
在網路中，安全性極為重要，而在物聯網領域，安全性漏洞更是一個令人擔憂的問題。Thread採用金融級安全加密技術，建構了一個高度安全的網狀網路。Thread對所有網路資料流量都採用128位高級加密標準(AES)，為用戶提供高階安全保障。
Thread的優勢
．靈活性：Thread允許每個設備在自修復、自組織的網狀網路中充當微型中繼器。無需中央控制節點，即使某個設備離線，也能確保網路持續運行。
．互通性：Thread基於網際網路協議(IP)，意味著它可與所有基於IP的設備直接通訊，如智慧手機、平板電腦、電腦和Wi-Fi路由器。
．低延遲：基準測試顯示Thread是一種低延遲的通訊標準。
．安全性：Thread透過為所有網路流量使用128位元AES加密、採用金融級的安全措施來防護常見的安全性漏洞，並為每個設備分配唯一的網路金鑰，以確保所有通訊都經過加密且防篡改，拒絕未經授權的訪問，為物聯網和智慧家庭打造高度安全的網狀網路。
．自修復：如果某個路由器或邊界路由器離線，其它設備將自動接管其功能，確保網路穩定可靠。
．易於設置和整合：Thread使用IP協定，讓開發者和製造商可以與產品和使用者保持直接通訊。利用標準的網路工具，能夠加速產品上市時程，並隨著時間的推移對應用層和雲服務進行更新。
．即時通訊：Thread專為低延遲和高傳輸資料應用而設計，透過支援多徑路由，確保在設備離線或超出覆蓋範圍時仍能維持通訊可靠性，無單一故障點。
．可擴展網路：作為一種低功耗、低延遲的無線協定，Thread支援最多250台設備接入。透過邊界路由器建構網狀網路，無需中心中繼器或橋接設備，各設備之間可直接通訊。
．高相容性：Thread利用現有的技術和2.4GHz頻段上的IEEE 802.15.4無線電實現全球部署，具有高效能和易安裝的特點，其開放標準以及主流品牌的支援強化了在Thread網狀網路中的相容性與整合性。
．低功耗：以路由網狀方式運行，設備將主動尋找最佳路由，降低功耗和延遲。
克服Matter/Thread發展中的阻礙
Thread和Matter的發展並非一帆風順，目前仍面臨著諸多挑戰。但一如Wi-Fi和藍牙發展初期也曾面臨過阻礙，Matter的主導者最終選擇了Wi-Fi和Thread作為其無線通訊技術。
連接標準聯盟(Connectivity Standards Alliance, CSA)和Thread工作組(Thread Group)意識到這些阻礙，並透過整合競爭對手的技術，以推動Thread的普及。例如，Thread使用藍牙進行初始設備發現，並允許ZigBee的應用層在其網路上運行，以確保與現有ZigBee軟體的相容性。
與任何新標準一樣，Thread也面臨著挑戰，且普及亦需要時間。然而，Thread帶來的諸多優勢終將使其成為安全物聯網Matter設備的首選標準之一。
最終目標是Thread的整體解決方案，需要平台和製造商達成一致，以便在設備間共用網路憑證，並創建一個產業標準，用於在家中安全地建立統一的Thread網路。如今，CSA和Thread工作組正透過鼓勵團結和制定清晰的戰略路線圖，果斷地應對這些阻礙。
本文深入探討了Matter和Thread如何共同提升物聯網領域的發展，為智慧家庭設備提供強健的技術框架。Matter透過其開源、基於IP的標準簡化網路複雜性的同時，亦確保了設備間的互通性；該標準支援多種實體層，包括乙太網、Wi-Fi和Thread。
Thread專為與Matter互補而設計，擅長創建高效、可靠的網狀網路，支援多種設備，且無需中央控制節點。其特點如低延遲、高加密安全性以及自我修復能力，解決了如今物聯網面臨的許多挑戰。儘管面臨阻礙，但得益於各廠商之間的協作，市場正在湧現網路憑證共用的標準化解決方案，以減少平台碎片化，提升智慧家庭的用戶體驗。Matter和Thread的共同努力為建構一個普遍相容、可擴展且安全的物聯網生態系統奠定了基礎。