Vernetzung im Smart Home: Alles eins mit Thread und Matter

Mit Thread und Matter soll endlich etwas gelingen, woran bislang alle gescheitert sind: verschiedenste Smart-Home-Produkte zu einem Ökosystem zu verbinden.

Artikel von Jan Rähm veröffentlicht am
Ein Thread-Netzwerk kann aus einem oder mehreren Routern und diversen Endpunkten bestehen.
Ein Thread-Netzwerk kann aus einem oder mehreren Routern und diversen Endpunkten bestehen. (Bild: Openthread / Montage: Golem.de)

Gleichwohl das Konzept des intelligent vernetzten Zuhauses, kurz: Smart Home, durchaus etabliert ist, leidet es noch immer an einer immensen Vielfalt an unterschiedlichen Verbindungsstandards, Protokollen und herstellerabhängigen Ökosystemen - mal kabelgebunden, mal kabellos. Meist führt das dazu, dass Kunden sich im Universum eines einzigen Herstellers wiederfinden.

Inhalt:
  1. Vernetzung im Smart Home: Alles eins mit Thread und Matter
  2. Thread und Matter gibt es auch in Open Source

Alle Versuche, das Smart Home auf einen Nenner zu bringen, sind bisher gescheitert. Entsprechend ist es bis heute nicht möglich, beliebige Sensoren oder Aktoren verschiedener Hersteller und Systeme gemeinsam zu verwenden - oder zumindest nicht, ohne in Geräte zu investieren, die von System A zu System B übersetzen, was aber auch nicht immer klappt. Nun gibt es mit Thread und Matter einen neuen Anlauf für mehr Flexibilität und Wahlfreiheit im Smart Home.

Zweigeteilt ins Smart Home

Der neue Ansatz ist zweigeteilt. Da ist zum einen der zugrundeliegende technische Standard Thread und zum anderen die Software Matter. Die Funktechnologie Thread setzt auf dem global gültigen IEEE-Standard 802.15.4 auf, der schon in anderen Smart-Home-Lösungen wie Zigbee genutzt wird. Die Weiterentwicklung und Standardisierung wird von der Thread Group koordiniert, der aktuell knapp 120 Unternehmen und Organisationen angehören.

Hinter Matter wiederum steht die Connectivity Standards Alliance (CSA) mit aktuell mehr als 220 Mitgliedern. Sowohl Matter als auch die CSA haben eine Umbenennung hinter sich. Matter hörte bis Anfang 2021 auf die Bezeichnung Connected Home over IP, kurz: CHIP. Die CSA war bislang als Zigbee Alliance bekannt.

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Thread ist dank einiger Vorzüge besonders: So unterstützt der Standard die sogenannte Mesh-Vernetzung, bei der sich alle Geräte mit fast allen anderen Geräten verbinden und so ein sehr zuverlässiges Netz bilden können. Geräte können dabei Peer-2-Peer direkt miteinander kommunizieren, ohne einen Umweg über eine zentrale Komponente nehmen zu müssen. Auch die direkte Kommunikation zu Cloud-basierten Systemen soll möglich sein.

Thread soll außerdem sehr energieeffizient arbeiten. Einen weiteren Vorzug erklärt Johan Pedersen, Ingenieur und Manager Product Marketing - Smart Home & Consumer IoT beim global agierenden Elektronikhersteller Silicon Labs (Silabs) in Dänemark: "Der besondere Vorteil, der den Kern von Thread ausmacht, besteht darin, dass Thread auf IPv6 basiert. Daher: Es ist sehr einfach, ein Gerät im eigenen Netz bis hin zur Cloud zu verbinden, zu kommunizieren und zu identifizieren, da jedes Gerät seine eigene IP hat." Weitere Eigenschaften, die die hinter der Technologie stehende Thread Group hervorhebt, sind das Fehlen eines Single Point of Failure und die Fähigkeit zur Selbstheilung.

Die Teile eines Thread-Netzwerks

Ein Thread-Netzwerk kann aus einem oder mehreren (Border) Routern (maximal 32) und diversen Endpunkten (maximal 511 je Router) bestehen. Der Border Router stellt dabei die Verbindung zu externen Netzen her und kann je nach Ausstattung auch als Gateway zu Non-Thread-Netzwerken wie WLAN dienen. Einmalig im Thread-Netzwerk ist der sogenannte Thread Leader, der die im Netzwerk befindlichen Router koordiniert und netzwerkweite Konfigurationsinformationen verteilt. Welches Gerät der Leader ist, bestimmt das Netzwerk selbst. So soll die angestrebte Ausfallsicherheit und Fehlertoleranz erreicht werden.

Grundsätzlich basiert ein Thread-Netzwerk auf zwei Geräteklassen. Die sogenannten Full Thread Devices (FTD) sind meist Geräte mit permanenter Energieversorgung und spannen dauerhaft ein Funknetz auf. Die FTD verwalten, so sie als Router fungieren, im Netzwerk die IPv6-Adresszuweisungen und abonnieren die All-Router-Multicast-Adresse, über die Nachrichten an alle im Netzwerk befindlichen Geräte versendet werden. Die Gruppe der FTD wiederum unterteilt sich in Router, Router Eligible End Device (REED) und Full End Device, das dauerhaft ein Endpunkt ist. Die ersten beiden FTD-Arten können sowohl als Router als auch als Endpunkt fungieren.

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Eine Besonderheit in Thread ist die Möglichkeit, REEDs zum Router zu befördern. Das passiert immer dann, wenn ein Endpunkt keine Möglichkeit der direkten Verbindung zu einem Router hat oder es mit mehr als 511 Endgeräten zu viele Endpunkte für einen einzelnen Router im Netzwerk gibt. Andersherum kann sich ein REED selbst zum Endpunkt degradieren für den Fall, dass keine Endpunkte mit ihm verbunden sind.

Bei Störung teilt sich das Netzwerk in Partitionen

Die zweite große Gerätegruppe in Thread sind die Minimal Thread Devices, die ausschließlich als Endpunkt arbeiten. Sie unterteilen sich wiederum in zwei Gruppen. Ein Minimal End Device (MED) ist always on und erhält Nachrichten direkt. Im Gegensatz dazu ist ein Sleepy End Device (SED) den Großteil der Zeit deaktiviert und fragt nur gelegentlich Nachrichten vom "vorgesetzten" Gerät, dem sogenannten Parent, ab.

Verliert ein Teil der Geräte im Netzwerk die Verbindung zum Rest und ist ein FTD mit Router-Eignung darunter, spaltet sich das Netzwerk in Partitionen auf. Alle Partitionen agieren ab diesem Zeitpunkt autonom, haben aber identische Sicherheitseinstellungen und Zugangsdaten. Fällt der Grund für die Trennung weg und besteht wieder eine Funkverbindung, schließen sich die Partitionen wieder zu einem einzelnen großen Netzwerk zusammen.

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Thread und Matter gibt es auch in Open Source 
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tyraenor 22. Sep 2021 / Themenstart

Da hast du wohl was falsch verstanden... Das ist nicht das, worum es hier geht. Thread...

tyraenor 22. Sep 2021 / Themenstart

Viele Geräte die jetzt schon Zigbee oder Bluetooth können, haben bereits Hardware...

tyraenor 22. Sep 2021 / Themenstart

Das genaue Gegenteil ist der Fall. Matter ermöglicht auch kleinen Herstellern, die eben...

mfeldt 20. Sep 2021 / Themenstart

Hätte man so was im letzten Jahrhundert in einem SciFi-Streifen vorgeführt, wären die...

captain_spaulding 13. Sep 2021 / Themenstart

Was findest du an KNX teuer? Wahrscheinlich die Software? Die Hardware ist ja eher billig.

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