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Thread - Jetzt bitte einmal richtig erklärt


Einleitung

Seit Monaten gibt es in der Welt des Smarthome kaum etwas anderes, als Thread… Geräte die Thread als Update erhalten sollen, Geräte die jetzt doch kein Update erhalten und Geräte die jetzt brand neu auf den Markt kommen… Jeder hat was zu Thread zu sagen, aber keiner schafft es, allgemeinverständlich zu sagen, was denn jetzt der wirkliche Vorteil von Thread sein soll. Klar es soll schneller und besser sein, aber das erwarte ich von einem “NEUEN” Standard auch, sonst könnte man sich diesen auch schenken. Ich möchte wissen, was genau macht Thread denn so anders? – Wieso ist Thread denn “das Protokoll der Zukunft” und wieso gibt es das bei den anderen nicht einfach als Update?

In diesem Beitrag möchte ich für mich alle Fragen klären. Dafür habe ich mich durch knapp 30 verschiedene Webseiten gewühlt, 15 Seiten an Informationen zusammengetragen, wovon sich teilweise etwas wiederspricht, was meinen Unmut über diese ganze Hype Sitzuation verständlich macht. Derzeit möchte anscheinend unbedingt jeder was zum Thema Thread sagen, egal ob das Hand und Fuß hat oder nicht.

Hauptteil

Die kleinen Dinge zuerst

Zuersteinmal sollte geklärt werden, wie Thread funktioniert. Anders als viele andere Netzwerkstandards, definiert Thread nicht den kompletten OSI Stack, sondern setzt auf vorhandene technologien auf (802.15.4) – definiert also Layer 3 – 5 und nutzt für die darunterliegenden Schichten andere Technologien. Weiterhin definiert Thread auch nicht Layer 6 und 7, dies wird zum Beispiel später durch Matter umgesetzt. Und hier kommt für mich bereits ein sehr wichtiger Punkt zum tragen: Thread Geräte werden nicht zwangsläufig miteinader sprechen können (zumindest nicht so, dass diese mit den Daten etwas anfangen können). Wenn ein Thread Gerät lizensiert werden sollte, welches kein Matter verwendet, dann kann das Gerät in jedem Fall problemlos in das Thread Netzwerk aufgenommen werden und die Daten dort auch senden, jedoch werden diese Daten nicht ohne einen entsprechenden Borderrouter inkl. Translator von anderen Threadfähigen Geräten verwendet werden können.
Falls jedoch nur Thread Geräte zertifiziert werden, welche auch Matter nutzen, dann wäre dies natürlich kein Problem. Davon gehe ich aber derzeit nicht aus, da es dazu keine Aussagen gibt.

Wie erfolgt die Kommuniaktion?

Wie bereits im vorherigen Punkt erwähnt, stützt sich Thread aus 802.15.4. Dieser Standard definiert die ersten beiden Schichten des OSI Modells und baut ein sog. WPAN Netzwerk auf. Diese beiden Schichten definiere ich jetzt nicht genauer. Wer sich für diesen Teil der Kommunikation interessiert kann zum Beispiel hier nachschauen. Zusammengefasst, sorgt 802.15.4 jedoch dafür, dass Daten sehr effizient verschickt werden können und implementiert ebenfalls die P2P, Stern- und Meshfunktionalität. Weiterhin implementiert dieser Standard auch die Geräte Typen RFD (Reduced Function Devices) und FFD (Full Function Devices), diese nutzt Thread um zum Beispiel Senoren als RFD einzusetzen. Dadurch wird eine Menge an Energie bei diesen Geräten eingespart, da sie selber nur als Endgerät fungieren und nicht noch als Router. Diese Geräte übertragen Daten, wenn diese anfallen.

Thread baut zwischen den Geräten ein IPv6 gestütztes Netzwerk auf und sorgt damit für die Übertragung. Um die Kommunikation zwischen den Geräten zu ermöglichen, werden sogenannte “Border Router” verwendet. Diese ersetzen sozusagen die Hubs und können innerhalb eines Netzwerks mehrfach vorkommen. Dadurch sind unteranderem auch verteilte Netzwerke innerhalb eines Thread Netzwerks möglich. Ein Thread Netzwerk kann damit auch an verschiedenen aussenliegende IP Subnets angebunden werden, was zum Beispiel das Problem von Auto Discovery über verschiedene Netzwerke hinweg lösen kann.

Mesh und “Self healing”

Thread ist aufgrund von 802.15.4 fähig unter anderem mit der Mesh Topologie zu arbeiten. Das heißt, dass FFD’s (Full Function Devices) jeweils auch Daten von Geräten an andere Geräte schicken können und auch selber als Zugangspunkte dienen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit große physikalische Distanzen zu überbrücken und weiterhin, gerade in engmaschigen Netzen, eine sehr gute Verbindungsdichte zu haben, was in niedrigen Latenzen münden dürfte.
Weiterhin sagen viele Webseiten, dass das Netzwerk “Self healing” ist, dies sehe ich persönlich nicht so. Es gibt durch die Mesh funktionalität die Möglichkeit andere Geräte zur Kommunikation zu verwenden, wenn ein spezieller Router ausfällt, an dem ein RFD (Reduced Function Device) angeschlossen ist, ausfällt so wird automatisch ein anderer Router (sofern es einen gibt) verwendet. Diese funktionalität wird von vielen als Self healing bezeichnet. Es ist jedoch wichtig zu sagen, dass dies nur funktioniert, wenn die anderen Router die Möglichkeit haben in das Zielnetz zu kommen. Gerade bei größeren Netzwerken und Border routern die in verschiedenen Netze münden, muss dann Redundant gearbeitet werden, da das Netzwerk sonst nicht self healing ist. Am Ende des Tages wird ganz klassisch Mesh verwendet und Self Healing wird mehr oder weniger nur zutreffen, wenn entweder einfache Installationen erstellt werden, oder die Border Router redundant aufgestellt sind. Aber generell Self Healing wäre Thread nur, wenn das kaputte Gerät auf magische Weise repariert bzw. wenn ein gerät entfernt wird, dieses magisch neu auftaucht… Beides wird wohl nicht passieren. Am Ende des Tages ist Thread auch nur ein Protokoll, welches versucht alternative Strecken nutzen zu können.
Das einfachte Beispiel ist das folgende: Ein Benutzer hat einen Borderrouter (z.B. Alexa) und ansonsten nur RFD’s – Sensoren für Temperatur, Türen usw.. Wenn Alexa als Borderoruter nun ausfällt, dann gibt es nichts mehr zu heilen, dann ist das Netzwerk nicht mehr funktional. Das selbe trifft natürlich auf Borderrouter zu, die Automationen beinhalten.

Kommunikationssicherheit

Damit ein neuer Standard heutzutage eingeführt werden kann und dann auch Erfolg am Markt hat, muss zwangsläufig auch die Kommunikation gesichert sein. Um die Kommunikation innerhalb des Thread Netzwerks zu verschlüsseln, setzt Thread auf AES. Einige Plattformen reden von “Banking Class public Key cryptography”. Was das sein soll, weiß ich nicht. Technisch gesehen, nutzt Thread einen Symetrischen Schlüssel, welcher im gesamten Netzwerk gleich ist. Dieser wird periodisch verändert, sodass falls ein Angreifer durch z.B. Brute Force den Schlüssel erraten kann, nur Zugriff auf einen begrenzten zeitlichen Datensatz hat.
Um neue Geräte in ein bestehendes Netzwerk zu integrieren, wird eine Asymmetrische Verschlüsselung verwendet. Falls jemand ganz genau wissen möchte, wie das funktioniert, der kann das auf der offiziellen Webseite von thread nachlesen.
Zuletzt wird auch noch CRC verwendet um die Integrität der Daten sicherzustellen.

Fazit

Damit haben wir nun einen kurzen technischen Einblich in das “neue” Thread Protokoll erhalten.
Es ist klar, dass Thread in jedem Fall eine Bereicherung für die Smarthome Welt sein wird. Jedoch ist Thread nur ein Netzwerkprotokoll von vielen und anders als z.B. ZigBee benötigt Thread ein weiteres Protokoll für die Nutzdaten.
Gerade für HomeKit Benutzer wird Thread wohl interessant werden. Außerhalb von Apple wird Thread aber eher eine Ergänzung sein und nicht “alles grundlegend verändern”.

Es gibt mittlerweile die ersten Geräte auf dem Markt, welche mehr oder weniger stabil funktionieren, jedoch ist Thread im ersten Release erschienen. Derzeit ist noch alles neu und die Feldnutzung wird die Probleme zu tage fördern, welche dann behoben werden.
Ein klarer Vorteil, welchen ich mir durch Thread verspreche ist die Möglichkeit für nachhaltige Produkte. Updatemanagement ist durch Thread einfacher geworden und Nutzer müssen nicht vie tun um die Geräte zu aktualisieren.
Weiterhin baut Thread den Weg zu einem einfachen Smarthome mit universellen Protokollen auf, dies ist aber von den Herstellern abhängig. Bereits jetzt gibt es einige Abwandlungen von dem eizigen Protokoll, was aktiv auf Thread setzt (Matter). Wenn sich Hersteller dazu entscheiden, Matter Router zu verkaufen, welche mit den eigenen Geräten “mehr” können, dann hat das alles nicht viel Gebracht. Dann sind wir da, wo ZigBee auch ist. Zum Beispiel bei Phillips Hue. Mit einem generellen ZigBee Hub kann man die Leuchten bedienen, jedoch kann nur die Hue Bridge alle Funktionalitäten einer Hue Leuchte abbilden.
Es heißt dementsprechend abwarten. Wer bereits ein funktionierendes Smart Home hat, braucht nicht losrennen um alles auf Thread umzustellen und auch in Zukunft wird es ZigBee, ZWave und andere Funkgeräte geben, welche verwendet werden. Dies wird sich in nächster Zeit nicht ändern.

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