Router, Endpunkte, Nodes, Partitionen – in diesem Artikel blicken wir unter die Haube von Thread, der zukunftssicheren Netzwerktechnologie für das Smart Home, mit der eine neue Gerätegeneration in HomeKit Einzug hält.

Was hat uns hierher geführt?

Bevor wir uns mit Thread befassen, sollten wir kurz zurückblicken. Ursprünglich gab es zwei native Verbindungsmethoden für Geräte mit HomeKit-Technologie, nämlich WLAN und Bluetooth Low Energy.

Bei beiden Technologien muss man Abwägungen treffen: Zwar bietet WLAN grundsätzlich mehr Reichweite und schnellere Reaktionszeiten, der Preis dafür ist jedoch ein erheblichem Strombedarf, der den Standard für batteriebetriebene Geräte unbrauchbar macht. Und selbst wenn Netzspannung vorhanden ist – viele Geräte verwandelt diese Technologie in unnötige Stromfresser. Hinzu kommt, dass eine Vielzahl von WLAN-Geräten manche Heimnetzwerkrouter an ihre Leistungsgrenzen bringt, teilweise sogar den Umfang des IP-Adressbereiches erschöpft, den sie zuweisen können. Im Gegensatz sorgt Bluetooth Low Energy (BLE) für keinerlei Stress im Heimnetzwerk und ist obendrein noch extrem energiesparend. Dafür sind Bluetooth-Verbindungen systembedingt weniger reaktionsschnell – insbesondere wenn viele gleichzeitig stattfinden – und ihre geringe Sendeleistung begrenzt die Reichweite. 

Eve hat sich von Anfang an entschieden, ausschließlich Geräte mit HomeKit-Technologie anzubieten und konsequenterweise nur die nativen Verbindungsoptionen zu verwenden, für jede Gerätegattung die jeweils passende. Um einige der erwähnten Einschränkungen von Bluetooth zu eliminieren, wurde Eve Extend entwickelt, das in komplexeren Setups die Stärken beider Technologien kombiniert.

Die oben genannten Herausforderungen sind keine Eigenheit von HomeKit, vielmehr muss jede Plattform ihre Antwort darauf finden. Mit entsprechend großen Hoffnungen und breiter Unterstützung verband die Branche die Entwicklung von Thread als auf das Smart Home zugeschnittenen, zukunftsweisenden Netzwerkstandard. Allen voran Apple mit einem klaren Bekenntnis zu Thread als einer weiteren Säule für Zubehörprodukte mit HomeKit-Technologie. 

Wir sind Early Adopter. Und du?

Mancher mag sich fragen, warum wir uns so auf Thread stürzen. Wir sind einfach überwältigt von den vielen Vorteilen, die Thread bietet! Zunächst handelt es sich um ein Peer-to-Peer-Mesh-Netzwerk, sodass sich Geräte nicht mit einer Zentrale verbinden müssen, um untereinander zu kommunizieren. Zweitens ist es als sich selbst verwaltendes und selbst heilendes Netzwerk konzipiert, wodurch es beim Wegfall oder dem Eintreten einzelner Geräte die Verbindung hält und sich bei Bedarf automatisch umkonfiguriert. Und drittens wurde es von Anfang an für das Smart Home vorgesehen, weshalb es mit besonderem Augenmerk auf die Batterielebensdauer und die Effizienz von Geräten ohne feste Stromversorgung entwickelt wurde. 

Mit Eve Door & Window liefern wir als erster Hersteller ein batteriebetriebenes Gerät mit Unterstützung für HomeKit über Thread aus. Das ist lediglich der Anfang, denn wir haben uns vorgenommen, alle unsere Bluetooth-Geräte spätestens beim jeweils nächsten Modellwechsel mit Thread auszustatten. Im Zuge dessen eignen wir uns natürlich einiges an Wissen über Thread an, und das möchten wir mit euch teilen. Genug also der Worte, und ran an die Materie!

Thread unter dem Mikroskop 

Thread ein Mesh-Netzwerk, was bedeutet, dass die Geräte im Netzwerk unabhängig von einer Bridge oder einer Zentrale untereinander kommunizieren können. Insbesondere können sie Nachrichten an andere Geräte weiterreichen, sodass sich auch Geräte anbinden lassen, die ansonsten aufgrund ihrer Funkreichweite oder wegen baulicher Gegebenheiten abgeschnitten wären. Und wenn Geräte das Netzwerk verlassen, etwa weil sie vom Strom getrennt werden, dann organisiert sich das Netzwerk selbst neu. 

Rollen in Thread

Im Thread-Netzwerk gibt es zwei Rollen: Router und Endpunkte. Diese Rollen sind jedoch fließend, so können Router-fähige Geräte mal die eine, mal die andere Rolle spielen, je nach aktueller Struktur und Aufgabenverteilung des Netzwerks. Generell bezeichnen wir jedes Gerät in einem Thread-Netzwerk als einen Node. 

Sehen wir uns die Rollen einmal näher an. Router Nodes (Knotenpunkte) sollen Pakete mit Informationen im Netzwerk verteilen. Ein Router Node kann außerdem Endpunkte verwalten – dann ist der Router ein Parent. Mit Netzspannung versorgte Thread-Geräte wie Eve Energy eignen sich als Router in deinem Thread-Netzwerk und können Datenpakete weiterreichen.

Endpunkt Nodes (auch bekannt als End Devices oder Children) sind einem bestimmten Router Node zugewiesen und an der Paketverteilung nicht beteiligt, sie können aber senden und empfangen. Ein Router-fähiges Gerät kann Endpunkt sein, aber ein als Nur-Endpunkt vorgesehenes, etwa batteriebetriebenes Gerät, kann kein Router sein (auch als Minimal Thread Device bekannt). 

Jeder Router Node hat eine Verbindung zu jedem anderen Router Node; jeder Endpunkt Node hat dagegen nur die Verbindung zu seinem Parent Router Node. 

Außerdem gibt es im Thread-Netzwerk einen sogenannten Leader Node, der dafür zuständig ist, entsprechend befähigte Endpoint Nodes zu Router Nodes zu befördern und wieder zurückzustufen. Das ist keine eingebaute, eingestellte oder besonders privilegierte Stellung – jeder Router Node kann der Leader sein, und ausgewählt wird dieser im Grunde zufällig auf der Basis der aktuellen Zusammensetzung des Netzwerks. 

Und dann gibt es eine weitere Instanz in Thread, die eine wesentliche Rolle spielt: Der sogenannte Border Router. Eine solcher Router Node ist außerdem mit deinem Heimnetz verbunden und in der Lage, Informationen zwischen dem Thread-Netzwerk und dem übrigen lokalen Netz zu transportieren. Ohne den Border Router können deine Geräte kein Thread-Netzwerk bilden, weil sie von der Kommunikation mit den Geräten außerhalb abgeschnitten wären, etwa deinem iPhone. Sie werden stattdessen ersatzweise auf Bluetooth-Betrieb umschalten (ja, alle Thread-fähigen Geräte sind hinsichtlich der Verbindungsmethoden zweigleisig aufgestellt – mit Thread und Bluetooth). Gegenwärtig ist der einzig verfügbare Border Router für HomeKit über Thread der HomePod mini.

Dem Netzwerk beitreten

Wenn ein Thread-fähiges Gerät eingerichtet wurde und den Betrieb aufnimmt, sucht es zunächst nach einem verfügbaren Thread-Netzwerk. Ist eines vorhanden, tritt das Gerät bei und verwendet dazu die vom Border Router zur Verfügung gestellte Kennung nebst Zugangsdaten. Zunächst wird jedes neu beigetretene Thread-Gerät als Endpunkt einem bestehenden Router zugewiesen. Ist es selbst fähig, als Router zu agieren (in der Thread-Sprache ein Full Thread Device), kann es den Leader Node auffordern, sich zum Router hochzustufen, je nach der Anzahl bereits im Netzwerk tätiger Router Nodes. Sind weniger als 16 Router im Netzwerk aktiv, wird das neue Gerät zum Router bestimmt. Arbeiten bereits 16 Router oder mehr, wird Thread im Sinne der optimalen Abdeckung entscheiden. Dabei kann das Netzwerk aus maximal 32 Routern bestehen.

Nicht als Router geeignete Geräte sind immer Endpunkte. Sie können jedoch einen anderen Router Node als Parent auswählen, abhängig von der Verbindungsqualität, die automatisch netzwerkweit überwacht wird. 

Eigenschaften von Endpunkten

Endpunkt Nodes können unterschiedliche Schlafintervalle haben. Je nach ihren Geräteeigenschaften sind sie ein Sleepy Endpunkt oder ein Regulärer Endpunkt. Das Prinzip ist dabei ganz einfach: Wenn ein Gerät auf energiesparenden Betrieb ausgelegt ist, dann steht es ihm frei, für eine bestimmte Dauer zu schlafen und anschließend den Router zu fragen, ob etwas Relevantes vorliegt (wie seinerzeit, als du noch auf die Schaltfläche "E-Mail empfangen" klicken musstest, weil das noch nicht automatisch passierte). So hat zum Beispiel Eve Door & Window einen Schlafintervall von 5000 Millisekunden, und wacht somit also alle fünf Sekunden selbst auf und fragt, ob es etwas zu verarbeiten gibt. Natürlich kann Eve Door & Window auch zwischendurch aufwachen, um selbst Informationen zu versenden – etwa wenn eine Tür geöffnet wurde. Dieser Schlafmechanismus hilft ungemein dabei, Strom zu sparen. 

Partitionen

Und wenn es doch einmal zu instabilen Verbindungen kommt, etwa in Wohnungen mit viel Fläche? Ist mehr als ein Gerät mit Border-Router-Funktionalität vorhanden (oder einfacher ausgedrückt: ein weiterer HomePod mini), dann können diese zwei eigenständige Thread-Netzwerke aufbauen, die grundsätzlich aber immer noch die ganze Wohnung abdecken. Solche nebeneinander arbeitenden Netzwerke heißen Partitionen. Sofern die Verbindung wieder stabiler ist, werden sich die getrennten Partitionen wieder zu einer einzelnen Partition vereinigen, und alle bis auf einen Border Router werden wieder in den Rang einer normalen Nodes versetzt.

Erweiterbarkeit

Oben war noch von Einschränkungen bei der Anzahl von Geräten unter WLAN und Bluetooth die Rede. Wie sieht das bei Thread aus? Ein Netzwerk hat immer einen Leader Node und darüber hinaus bis zu 32 Router Nodes. Jeder Router Node kann bis zu 511 Endpunkte verwalten. Eine ganze Menge also, und mehr als genug für die meisten heute denkbaren Anwendungsfälle. 

Mit diesem Grundlagenwissen solltest du jetzt loslegen können und dein Thread-Netzwerk aufbauen oder erweitern. Nutze die Ansicht "Thread Network" im Bereich Einstellungen der Eve-App, um in die Tiefen deines Thread-Netzwerks einzutauchen und die verschiedenen Rollen und Verbindungen deiner Thread-fähigen Geräte zu überblicken.

Wir werden hier regelmäßig Erklärstücke, Anleitungen und Artikel zu relevanten Eve-App-Updates  bringen. Unser Eve Blog ist die Anlaufstelle für Infos zu HomeKit über Thread, daher: Bis bald!

Hier findest du heraus, ob deine Geräte bereit sind für Thread.