旨在確保家庭設備網絡中簡單，可靠的連接，Thread為智能產品開發人員提供了極具吸引力的解決方案。盡管如此，開發人員仍然面臨著滿足這些網絡中高性能和低功耗運行要求的挑戰。使用專為基于線程的連接而設計的綜合開發平臺，工程師可以快速實施復雜的解決方案，以充分利用Thread的能力，確保家中網絡智能產品的安全可靠連接。

物聯網（IoT）承諾為個人和組織提供普遍的連接。隨著開發人員尋求利用物聯網提供的巨大機遇，他們發現自己不僅面臨新的挑戰，而且還面臨著硬件和軟件要求的組合，即使是經驗最豐富的設計師也無法阻止。

在硬件方面，無線連接解決方案需要滿足對可靠性，安全性和低功耗操作的經常相互沖突的需求。在軟件方面，開發人員可能會發現自己陷入應用程序堆棧的較低層，難以調試底層通信，而不是專注于更高級應用程序代碼的獨特方面。

盡管物聯網設計提供與“傳統”嵌入式系統相似，它們對從基本無線電性能到高級消息傳遞能力的連接性提出了獨特要求。 Silicon Labs的SLWSTK6000A無線入門套件將基于EFR32MG（Mighty Gecko）無線SoC的全功能系統與基于Thread構建的綜合生態系統相結合，這是一種專門用于解決物聯網挑戰和機遇的獨特網絡協議。 p>

可靠的連接性

市場研究公司Gartner Inc.預計，到2022年，個人家庭住宅可能包含數百種智能設備，包括娛樂，家用電器，安全，環保和健身產品等。與此同時，缺乏互操作性標準可能會嚴重阻礙這種增長潛力。在這種環境中，線程規范試圖成為“網狀網絡的Wi-Fi”，并且在各種無線技術中占據一席之地，這些無線技術可能在家庭中連接這些設備的不同角色（表1）。

Wi-Fi藍牙智能ZigBee PRO線程帶寬150 Mbps + 1 Mbps 250 kbps 250 kbps低功耗否是是是本機IP可尋址是否否是簡單IP橋接是否否是網狀網絡否否是是實用網絡尺寸限制32 10 250+ 250+安全支持AES-128/256 AES-128 AES-128 AES-128，ECC無單點故障否否否是

The Thread Group由ARM，Big Ass粉絲，恩智浦，三星，Silicon Labs和耶魯成立于2014年，目前包括約230家成員公司，代表電子行業的廣泛領域。基于開放標準，Thread旨在實現安全可靠的網狀網絡，無單點故障，簡單的設置和連接以及低功耗操作。

在線程中，設備可以在多個特定的位置運行角色通過它們在網絡中提供其他設備的服務來區分。用作路由器的設備為其他網絡設備提供路由服務，以及允許授權設備加入網絡的安全服務和服務。網絡上的第一臺路由器成為一種特殊類型的路由器，稱為Leader，它管理網絡參數，協調委員以添加新設備，并做出網絡決策。另一種特殊類型的路由器，邊界路由器，為802.15.4網絡內的設備提供服務，包括用于離網操作的路由服務。最后，Sleepy End Devices是僅通過其父路由器進行通信的主機設備。

Thread網絡的拓撲結構取決于路由器的數量。如果網絡只包含一個路由器或邊界路由器，它將形成圍繞該路由器的基本星形拓撲。如果網絡包含多個路由器或網橋路由器，它會自動將自身配置為網狀拓撲（圖1，左）。

雖然線程網絡可以包含許多執行特殊功能的設備，但Thread堆棧的設計確保可以在不影響Thread網絡中正在進行的通信的情況下更換它們。結果，這種網絡中的設備不代表單點故障。例如，如果作為領導者的設備發生故障，則另一個路由器成為領導者，甚至將路由器符合條件的終端設備（REED）提升為路由器狀態，以在需要時改善連接（圖1，右）。

圖1：運行線程堆棧的設備自動將自身配置為網狀網絡，包括Leader，Bridge Routers，Routers和Sleepy End Devices（左側） ），但是如果諸如領導者之類的關鍵設備失敗（右），則可以快速重新配置。 （來源：線程組）

線程堆棧（圖2）建立在6LoWPAN（IPv6低功耗無線個人局域網）之上，它本身建立在IEEE 802.15.4之上，以提供基于IP的網絡。 Internet協議（IP）提供了跨IP網絡中繼數據報的核心機制，其路由功能可實現網絡互聯。

實際上，IP網絡是互聯網和任何物聯網應用的基礎。實際上，基于非IP協議的應用程序面臨著明顯的性能劣勢：本地支持IP的網絡解決方案必須首先適應網關中的IP，這一過程需要映射本地網絡地址并重新打包網絡 - 將有效載荷轉換為IP數據報。此外，加密的本地數據包必須在網關處解密，然后在IP數據報中重新保護。執行此轉換會在尋求優化設計，成本和性能的環境中進一步增加設計復雜性和成本。 Thread的基于IP的協議有助于簡化網絡交易和成本。

圖2：線程在一層熟悉的標準之上添加了專門的服務，如安全性和調試，以實現基于IP的自我修復智能產品網絡。 （來源：線程組）

硬件支持

Silicon Labs EFR32MG1P732F256GM32無線SoC直接支持該堆棧的性能和功能要求。 SoC采用Silicon Labs的低能量Gecko技術構建，具有低功耗能量模式，同時集成256 kB閃存，32 kB RAM，16個數字I/O引腳，7 x 16位定時器和多個通信接口。作為SoC的核心，基于ARM?Cortex?-M4的MCU設計用于極短的響應時間，高代碼密度和高32位吞吐量，同時保持嚴格的成本和功耗預算。

SoC的片上無線電收發器（圖3）提供19.5 dBm的最大輸出功率，接收靈敏度為-99 dBm（250 kbps O-QPSK DSSS）。該收發器采用低中頻接收器架構設計，包括一個低噪聲放大器（LNA）和一個I/Q下變頻混頻器。在由IF模數轉換器（IFADC）采樣之前，I/Q信號被濾波和放大。自動增益控制（AGC）模塊調整接收器增益以優化性能并避免飽和。

圖3：Silicon Labs EFR32MG1P732F256GM32和EFR32MG1系列無線SoC的其他成員集成了一個復雜的收發器，旨在適應各種無線協議和PHY，包括802.15.4。 （來源：Silicon Labs）

在其高級功能中，無線電為每個接收幀生成接收信號強度指示器（RSSI）值，為基本線程機制提供必要的硬件支持。使用Thread，設備使用RSSI值發布傳入消息到該設備的“鏈接開銷”。反過來，路由器使用通過網絡發布的鏈路成本來確定通過網絡的最佳路徑。

除了具有實際數據有效負載的消息之外，線程網絡中的設備定期發送管理消息，例如鏈路成本。然而，在安靜時段，設備可以進入低功耗靜態模式。過去，開發人員需要添加代碼以定期喚醒設備以檢查消息。不幸的是，如果預期的接收者處于靜止模式，這種方法可能導致由于浪費的喚醒時段或重復丟失的消息而導致效率低下。 EFR32MG1通過其集成的RFSENSE模塊提供了有效的替代方案。該模塊在天線接口檢測到寬帶RF能量時產生系統喚醒中斷，從低功耗模式提供真正的RF喚醒功能。

對于家庭連接應用的開發人員，Thread與應用程序一起工作 - 諸如Google Next Weave，ZigBee和CoAP（約束應用協議）之類的級別協議，以簡化因特網上的交互式應用級通信的開發。例如，CoAP作為一種二進制HTTP運行，提供基本的類HTTP事務，包括GET，POST，PUT和DELETE。該協議使用重發和ACK提供有序消息傳遞和保證傳遞，但如果應用程序不需要保證傳遞，開發人員也可以省略消息確認（圖4）。

圖4：CoAP的類HTTP消息傳遞協議使用事務提供可確認（CON，左）和不可確認（NON，右）事務標識符（例如，0x7a10，左）和授權令牌（例如，0x73，左）。 （來源：The Thread Group）

快速開發套件

高性能，可靠通信和靈活網絡的復雜要求對于為家庭創建連接智能產品的開發人員來說是一個巨大的挑戰。工程師可以使用EFR32MG1P732F256GM32無線SoC等設備從頭開始構建解決方案，軟件包括Thread的開放軟件和底層通信層庫。另一方面，Silicon Labs的SLWSTK6000A無線入門套件提供了一個全面的開發平臺，能夠幫助開發人員加速針對新智能家居產品的線程連接解決方案的設計。

在硬件方面，它的主要組成部分是SLWSTK6000A是無線入門套件主板，具有板載J-Link調試器，用于實時電流和電壓監控的高級能量監控器，虛擬COM端口接口以及對數據包跟蹤接口（PTI）的訪問（圖5）。 Silicon Labs還包括其Si7021相對濕度和溫度傳感器，以幫助開發人員熟悉傳感應用，而無需額外的硬件開發。除了J-Link板載調試器外，該板還包括一個支持外部硬件和配套無線電板的調試多路復用器。

圖5：Silicon Labs SLWSTK6000A無線入門套件接受無線無線卡，例如SLWRB4154A，旨在支持特定的連接選項。 （來源：Silicon Labs）

主板接受一個互補的無線電板，插入主板上的指定插槽。模塊化設計支持不同的無線電板，使開發人員能夠開發藍牙低功耗，線程，ZigBee和專有無線應用。 SLWRB4154A無線無線電板旨在支持Thread，包括EFR32MG1P732F256GM32無線SoC和相關組件。 （主板包含一個單獨的MCU，負責提供的一些高級套件功能，但不是用戶可編程的。）大多數EFR32MG1P732F256GM32的引腳從無線電板路由到主板頂部和底部邊緣的分支焊盤。

該工具包提供了一個全面的軟件包，其中包括用于Thread SDK和底層協議的軟件庫以及Silicon Labs Simplicity Studio開發環境。基于Eclipse，Simplicity Studio旨在讓開發人員專注于他們的應用程序代碼而不是底層的硬件和軟件服務層。在啟動時，Simplicity Studio會識別連接的硬件，提示開發人員連接硬件（如果沒有找到）。然后，Simplicity Studio會自動安裝與連接硬件相關的軟件包。

Simplicity Studio還通過提供一系列屏幕來簡化項目開發，這些屏幕指導開發人員完成項目創建，代碼生成和上傳到連接的硬件。要創建一個新的應用程序，開發人員只需要完成一個簡單的對話框來指定工具包，部分和SDK，這是此上下文中的Thread SDK（圖6）。

圖6：Silicon Labs Simplicity Studio為開發人員提供了一系列旨在加速項目開發的對話框。在這里，開發人員通過選擇套件，部件和SDK來創建一個新項目; Simplicity Studio自動填充套件和部件以識別硬件。 （來源：Silicon Labs）

事實上，如果它檢測到硬件，Simplicity Studio會自動填寫套件和部件號。在下一個屏幕中，開發人員從包含服務器，客戶端和睡眠客戶端等的列表中選擇設備類型。在Simplicity Studio中，Radio Configurator允許開發人員根據諸如802.15.4之類的標準為Thread應用選擇無線電配置文件和無線PHY。添加特定于應用程序的代碼后，開發人員使用AppBuilder生成應用程序源文件。此時，開發人員可以手動編譯代碼，然后將其刷新到連接的開發硬件，甚至更簡單，只需允許AppBuilder自動編譯并將應用程序刷新到連接的硬件。此時，開發人員擁有完整的基于線程的連接解決方案，可根據需要進行擴展以滿足其他要求。

結論

旨在連接家庭中的智能產品，線程提供簡單和可靠的有吸引力的組合。但是，對于開發人員而言，在快速交付產品對成功至關重要的市場中，從零開始實施Thread網絡可能非常耗時。 Silicon Labs SLWSTK6000等完整的開發平臺允許開發人員專注于其應用程序的獨特功能，依靠套件的硬件，軟件和開發環境來實現底層連接服務。