Война протоколов Internet of Things: Thread и прочие

Некоторое время назад ряд крупных компаний, в частности, Samsung, Google в лице его недавнего приобретения - фирмы Nest, ARM, Yale Security и Big Ass Fan, объединились для разработки Thread, новой "умной" технологии для автоматизации дома. Этот консорциум работает параллельно с еще несколькими группами, которые ставят перед собой аналогичные цели и, в сущности, конкурируют с Thread - Allseen Alliance, Industrial Internet Consortium и Open Interconnect Consortium. И это при том, что уже существует несколько неплохих в общем-то стандартов автоматизации, таких как ZigBee, Insteon, Z-Wave и др. Ситуация, которую мы наблюдаем сейчас, несколько напоминает конкуренцию между VHS и Betamax в восьмидесятых или стандартов записи дисков Blue Ray и HD-DVD в двухтысячных, только в значительно усложненной форме. Сегодня существует множество устройств для "умного дома", которые не могут "общаться" друг с другом, пока наконец не будут разработаны единые правила и протоколы такого общения, пока кто-то не победит на этой войне или пока все не договорятся закончить ее, объединив свои усилия. А пока мы можем наблюдать перепалку между соперничающими группами, утверждающими, что именно они на правильном пути. И если это будет происходить, как на прошлых "войнах", мы будем наблюдать как компании-тяжеловесы будут присоединяться к тому или иному альянсу, а также читать множеств заявлений о важности таких перемещений. В итоге какая-то группа получит превосходство и все эти альянсы начнут сливаться, оставив нам что-то одно. И тогда, возможно, наступит время для настоящего "Интернета вещей", которые могут без помех взаимодействовать друг с другом. Кто же из них сильнее, на кого ставить в этой борьбе? ThreadРазработчики Thread взяли в оборот IP - самый распространенный протокол в мире - и решили превратить его в протокол ячеистой (mesh) сети. Если говорить точнее, Thread базируется на 6LoWPAN, низкопотребляющем беспроводном протоколе, который доставляет Ipv6 поверх радиоканала стандарта IEEE 802.15.4. (Этот же стандарт использует другой протокол "умного дома" - ZigBee, разработчиков которого не пригласили на эту "вечеринку"). Кроме того, сюда добавляется слой защиты, возможность коммуникаций точка-точка и предусматриваются схемы для оптимизации энергопотребления. Разработка Thread вырастает из собственного протокола NEST - Weave, который также основан на 6LoWPAN и также добавил в него свою "специфику", похожую на дополнения, которые можно обнаружить в Thread. Weave позволяет термостатам Nest связываться с детекторами дыма/CO Nest Protect при помощи защищенного и расширенного протокола 6LoWPAN, не нуждаясь в WiFi. Представители консорциума стараются не акцентировать внимание на факте схожести двух протоколов, утверждая, что они отличаются друг от друга, хотя устройства на Weave и будут работать поверх Thread. При этом ранее они утверждали, что в мире уже работают миллионы устройств, готовых к Thread. Очевидно, что это инсталлированная база термостатов и датчиков дыма Nest. В свое время Nest создавал Weave с намерением превращения его в открытый стандарт, который обеспечит работу своих устройств, а также, возможно, и миллионов других. Хорошо иметь стандарт, когда вы возглавляете процесс и уже имеете несколько миллионов установленных устройств. Может именно из-за этого Google и купил эту компанию за такие безумные деньги ($3.2 млрд.) Судя по всему, Thread очень быстро может выйти на рынок и занять на нем лидирующее место, поскольку он использует существующие устройства (802.15.4), которые уже проданы в количестве десятков или сотен миллионов штук. По оценкам ABI Research, в 2016 году различные производители продадут 850 миллионов таких 2.5 Ггц-чипсетов. И Thread Group не ставит своей целью разработку новых чипов или аппаратной платформы, поскольку для продуктов, использующих IEEE 802.15.4, достаточно будет обновить программное обеспечение, чтобы сделать его совместимым с Thread. AllSeen AllianceПротокол на базе open source, получивший название AllJoyn, первоначально разрабатывался компанией Qualcomm и впервые был представлен в 2011 году. После нескольких лет незначительных достижений в разработке протокола, в 2013 году Qualcomm передала исходный код в Linux Foundation. Тогда Qualcomm и Linux Foundation и сформировали AllSeen Alliance, в который сейчас входят около 60 компаний, включая Cisco, Microsoft, LG и HTC. AllJoyn предлагает инструменты для всего процесса соединения и работы устройств в сети WiFi. Производители могут использовать кроссплатформенный фреймворк AllJoyn для создания своих приложений, обеспечивающих работу устройств разного рода в WiFi-сети, используя готовые сервисы контроля и оповещений. Являясь первым подобным ориентированным на пользователя IoT-стандартом, AllJoyn очень широко обсуждался, особенно после того, как был образован AllSeen Alliance. Он обещает решить проблему, с которой сталкиваются все - потерей связи в сети WiFi или соединений Bluetooth, и, используя это решение, обещает предоставить новые возможности для Интернета вещей. AllJoyn не только единственный протокол, который должен быть совместимым с множеством малых устройств, он еще и обеспечивает возможность обнаружения находящихся поблизости устройств. Поэтому, если ваш телефон звонит, а вы находитесь в другой комнате и смотрите телевизор, идентификатор звонящего появится на экране вашего ТВ, независимо от того, один и тот же производитель у этих устройств или нет, и один ли оператор предоставляет телефонную связь и телевидение. Стандарт отличается продвинутой системой защиты информации и низким энергопотреблением, поэтому многие относятся к нему как правильному выбору. Тем более, поскольку типичные проблемы, которые имеют другие протоколы, хорошо задокументированы, то AllJoyn имеет хорошие шансы это учесть и стать лучше, чем другие. И поскольку его основная задача заключается в обеспечении соединений любых устройств, операционных систем и сетевых протоколов, вряд ли он устареет, даже когда появятся новые технологии. Open Interconnect ConsortiumБуквально перед объявлением о создании Thread компания Intel анонсировала формирование Open Interconnect Consortium (OIC), в который вошли Atmel, Dell, Broadcom, Samsung и Wind River (дочерняя структура Intel). Подтвердив сообщения о конкуренции с Qualcomm в этой сфере, Intel тем не менее сообщила о намерении консорциума сотрудничать с сообществом open source. Причем в состав этого объединения также вошел Linux Foundation, который одновременно является членом AllSeen Alliance. Как заявил Джим Землин, исполнительный директор Linux Foundation: "Open source - это всегда сотрудничество и возможность выбора. И Open Interconnect Consortium - это еще одна точка взаимодействия, через которую open source помогает продвигать инновации". Такое "перекрестное опыление" симптоматично для данной ситуации, когда участники "войны" стараются усидеть одновременно на нескольких стульях: член этого консорциума компания Samsung одновременно является одним из основателей Thread Group. В то же время некоторые члены консорциума OIC распространяют информацию о возникшем общем недоверии, которое связано с намерениями Qualcomm в отношении AllJoyn. Кроме того, Аймэд Сусу (Imad N. Sousou), глава Центра технологий open source компании Intel, заявил, что ни один проект, включая AllSeen Alliance, не показался OIC правильным направлением для разработки стандарта для IoT. В свою очередь официальные лица Qualcomm, несмотря на одобрительное отношение Linux Foundation к OIC, публично опроверг, что члены AllSeen Alliance заморозили взаимодействие при разработке стандарта AllJoyn. Собственно, об этом свидетельствует и недавно опубликованная новость о выходе первого релиза AllJoyn. В общем, идет обычная конкурентная перепалка. Разработка Open Interconnect Consortium все еще находится на очень ранней стадии, но пока единственная разница между этим проектом и AllSeen Alliance заключается в отторжении ими Qualcomm. OIC намерен создавать протокол, который целиком является проектом, в котором участвуют все члены консорциума. А Qualcomm несколько лет создавал AllJoyn самостоятельно, прежде чем передать его в AllSeen Alliance, и продолжает участвовать в процессе. Это-то и не нравится членам OIC. Возможно именно поэтому они и поспешили с объявлением о создании своего консорциума задолго до того, как у них появилось что-либо, чтобы сразу "застолбить поляну" без влияния Qualcomm. Industrial Internet ConsortiumВ марте 2014 года компании Intel, Cisco, AT&T, GE и IBM объявили о создании Industrial Internet Consortium (IIC), который ставит своей целью разработку стандартов, предназначенных для промышленного использования Интернета вещей (Internet of Things, IoT). IIC пока не опубликовал ни одной спецификации, но уже стал заметен растущий интерес других компаний к консорциуму и в июне к ним присоединилась Microsoft. Надо отметить, что в промышленности объединенные в сеть устройства использовались уже давно, задолго до возникшего интереса к т.н. Интернету вещей и соответствующей шумихе в прессе и социальных сетях. И образование в данный момент подобного консорциума было вполне очевидным шагом. Правда остается непонятным, насколько реальным может быть вклад этого консорциума в развитие мира промышленного Internet of Things. Единственный действительно промышленный участник этого консорциума - это GE (ну, может еще AT&T). Все остальные - это IT-компании, поэтому их усилия сделать "промышленный интернет вещей" более общеупотребительным вполне понятны. А что Apple? Google?Есть еще две силы, которые могут вмешаться в эту "войну". Это могущественные технологические гиганты - Google и Apple. Судя по всему, они не оставляют мысль самостоятельно создать подобные стандарты для IoT в рамках собственных операционных систем и таким образом водрузить свой флаг над этим многообещающим миром всеобщей автоматизации. Правда, Google несколько менее напрягается по этому поводу, поскольку его собственное подразделение Nest возглавляет консорциум, разрабатывающий Thread. И вполне возможно, что в будущем Android будет интегрироваться с Thread. Кстати, будет интересно наблюдать, как будет реагировать весь обширный мир производителей Android-устройств на такой поворот в сторону Thread. Apple, в свою очередь, особо не распространяется о новом рынке, на который он нацелился. Как, впрочем, это обычно и делает яблочная компания, искусственно подогревая интерес к своим проектам. На кого поставить? Ситуация пока непонятная и неочевидная, а расклад сил пока также не окончательный. Тем не менее, учитывая все вышесказанное, нам кажется несколько более прагматично настроенным и перспективным проект Thread. Поэтому мы решили здесь несколько подробнее рассказать о его возможностях и достоинствах. Thread предполагается использоваться только как сетевой слой, относящийся к экосистеме контроля домашних устройств, но не приложений. Поэтому, хотя продукты, поддерживающие Thread, и будут совместимы, они не будут взаимодействовать друг с другом, пока не будут созданы правила или стандарты взаимодействия для устройств, чтобы действительно работать вместе. Проблема взаимодействия - это общая и самая большая проблема всех областей, связанных с компьютерными или мобильными технологиями. Все это понимают, но пока, как говорится, "воз и ныне там". Проблема всех существующих протоколов - это наличие одной единой точки возможной аварии, будь то хаб, или домашняя сеть WiFi, выход из строя которых приведет к отказу систем "умного дома". В случае Thread, используемый здесь 6LoWPAN менее требователен, чем другие стандарты. Ему нужно самое простое ПО маршрутизации IPv6, которое довольно стандартное. И что важно: если пропадет Интернет или упадет сеть, устройства все равно смогут коммуницировать друг с другом, благодаря поддержки коммуникаций типа P2P. Самая значительная проблема WiFi при всех его несомненных достоинствах - это высокое энергопотребление. 6LoWPAN, действуя более эффективно поверх радиоканала стандарта 802.15.4, значительно меньше потребляет электроэнергии, а разработчики Thread еще существеннее улучшили этот параметр. Они проделали большую работу с целью минимизации сетевой нагрузки, не относящейся к полезному трафику, минимизировав время "бодрствования" сетевых датчиков, поэтому связь находится в "спящем" состоянии максимально возможное время. При этом сокращение числа служебных сообщений позволяет более эффективно использовать полосу пропускания и, соответственно, энергию, а модернизированный протокол маршрутизации уменьшает проблему перегрузки и задержек. Thread не только добавляет неограниченное расстояние для сети благодаря своей ячеистой топологии (а это слабое место WiFi, да и 6LoWPAN), он обладает также возможностями самовосстановления и самоуправления, которое обеспечивает доставку сигнала по наиболее эффективному маршруту в любое заданное время. Надо отметить, что в принципе ячеистая сеть может испытывать затруднения с большим количеством узлов, но Thread позволяет пользователям удалять и снова устанавливать устройства по своему желанию, без какого-либо ущерба для всей системы. При этом Thread легко объединяет в одну ячеистую сеть более 250 устройств. Стандарт предполагает использование самой современной схемы аутентификации и AES-шифрования, позволяющие закрыть дыры в защите, которые существуют в других беспроводных протоколах. При этом безопасность обеспечивается как на уровне сети, так и на уровне приложений. Используются специальные коды продуктовой инсталляции, которые гарантируют, что в сети могут работать только авторизованные устройства. Поддерживается система криптографии с открытым ключом банковского уровня. Впрочем, проблеме защиты сети уделяют повышенное внимание все вышеупомянутые группы разработчиков, и мы не будем утверждать, что Thread в чем-то их превосходит. Подробная техническая документация, относящаяся к стандарту, будет опубликована позднее, обещают члены Thread Group. В настоящее время разрабатывается программа сертификации продуктов, которая будет открыта, как полагают, в первой половине 2015 года. И прочие... И несколько слов о других стандартах, на которых работает подавляющее количество систем домашней автоматизации и которые были признаны (но не их разработчиками, естественно) устаревшими. Мы приведем здесь доводы, которые используют в своих публикациях идеологи Thread. ZigBee Pro требует использования сетевого управления для передачи трафика, и он не очень дружит с Интернет. ZigBee IP по возможностям уже ближе, но он не фокусируется на рынке домашней автоматизации, а относится скорее к "умным" измерительным устройствам. В нем существует ограничение количества узлов и протокол маршрутизации не очень эффективно работает при коммуникациях типа узел-узел. Стандарт Z-Wave контролируется одним производителем микросхем и его ячеистая структура, по мнению конкурентов, не очень надежна. Он нуждается в сетевом управлении и имеет очень малую полосу пропускания. Правда, с этими утверждениями не согласны разработчики этих стандартов, которые утверждают, что в арсенале Z-Wave и ZigBee уже присутствуют разработки, позволяющие развернуть сеть 6LoWPAN поверх нынешних устройств, и Thread в этом смысле не является первопроходцем. Кстати, а вот Bluetooth может рассматриваться в ближайшем будущем как серьезный конкурент, особенно Bluetooth Smart (Bluetooth Low Energy или BLE), поскольку это повсеместно используемый стандарт, с малым энергопотреблением. Кроме того, благодаря технологиям CSRmesh, в ближайшее время он сможет применяться в ячеистых mesh-сетях. Так что стрельба на этом фронте ведется со всех сторон и во все стороны.