【Nordic博文分享系列】以Thread相连

Nordic半导体 2023-02-03 15:00

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迪拜的哈利法塔摩天大楼达到了惊人的828米楼高，与世界第二高楼中国上海中心大厦相比，高度相差不仅仅是几米，而是接近200米。哈利法塔大楼拥有172,000平方米的住宅空间和28,000平方米的办公空间，这使得在任何给定时间内保持大厦内多达10,000人的舒适温度成为了巨大挑战。工程师尝试使用物联网来解决这个难题。

贸易出版刊物In-Building Tech报道，哈利法塔的维护团队使用数千个与云平台相连的物联网传感器来实时识别异常情况。然后，该系统运行智能预测性维护算法，密切观察哈利法塔的暖通空调系统。沙漠平均温度高达41°C，智能监控除了确保大楼在这个环境下保持舒适之外，还可将总体维护时间减少40%，并将暖通空调的可用性提高到99.95%，同时相应地减少了计划外的响应性维护。

哈利法塔可说是最好的建筑，而物联网可以让任何新旧建筑保持舒适。而且，无线传感器数据不仅确保住户不会太热或太冷，还有助于减少能源消耗，保持一切顺利运行。尽管如此，这些解决方案还是存在挑战，特别是对于那些寻求通用的无线连接解决方案的工程师和系统集成商。

答案是THREAD

在建筑物中安装暖通空调系统，需要在多个节点之间进行连接，这些节点需要收集数据，以便中央系统能够自动控制整个设施的暖通空调要求。这些节点包括温度、湿度和二氧化碳传感器、温控器、占用传感器和需求控制通风系统。其中一些节点将使用主电源运行，而其他节点则由电池供电。

为了确保实施快速、低成本、面向未来的解决方案，我们需要即插即用的无线技术以省去电缆布线，并且可以在楼层规划发生变化时轻松移动传感器。此外，一旦安装了无线网络，可以添加任何供应商的设备是非常重要的，这使得互操作性成为了不可或缺的要求。

Thread是使用开放和成熟的标准建立的低功率和低延迟无线mesh网络协议，由于支持互联网协议（IP）和定义的配置机制，它提供了互操作性，允许将任何符合要求的设备添加到网络中。

Thread 1.3.0版本具有一些关键的升级功能，为Thread网络带来了IP路由和服务发现的全部功能，给未来专门用以支持楼宇自动化协议（例如 KNZ IoT 和 DALI+）的版本打好了基础。

建立Thread网络的第一步，通常是配置Thread边界路由器，它类似本地端的Wi-Fi接入点（AP）。这些路由器的主要作用是将Thread网络连接到其他基于IP的网络。它可以部署在建筑物的某个地方，使用以太网、Wi-Fi或蜂窝物联网连接到本地网络和/或云。可以由暖通空调系统集成商或商业现成的供应商提供路由器产品。

一旦路由器安装完毕，有多种配置机制可以将设备添加到Thread网络中，一种选择是使用每个新物联网产品附带的设备预共享密匙（PSKd）。通过使用智能手机应用程序扫描设备上的二维码，或者直接将密匙添加到边界路由器界面，安装者可以轻松地将新设备添加到网络中。随着新设备的加入，mesh结构会根据每个设备的作用来调适和扩大覆盖范围。

若要在大型建筑进行更广泛部署，便要将主电源供电的路由器节点（在网络内进行流量路由）放置在关键位置，使得mesh网络可以扩展到覆盖整个楼层平面。路由器节点可以同时作为暖通空调系统（例如恒温器）的组成部分，也可以使用一些只能扩展网络的简单低成本设备。

一旦建立起Thread网络，可以轻易添加其他设备。如果网络节点的数量超过了现有的覆盖范围上限，可以添加新的路由器节点或边界路由器来提升网络。

灵活性和互操作性

Thread网络上的许多节点只会进行本地通信（例如温度传感器向执行器发送指令以打开或关闭阀门），而其他节点则通过云进行通信。Thread网络支持任何应用层，只要它使用IP传输。这使得网络结构非常灵活。例如，建筑物内的两个设备可以使用Matter协议相互交谈，而同时在网络的其他地方，一个节点正在与一个云供应商交谈，另一个节点则使用IP与不同的云供应商交谈。

Thread网络具有灵活性和互操作特性，与当今建筑中的Wi-Fi网络不遑多让。首先建立网络以确保具有足够的覆盖范围，然后再添加多厂商的设备（例如个人电脑、平板电脑、打印机和安全摄像头）。一切设备都很好地共存。这也许并不奇怪，因为Thread和Wi-Fi都依赖于IP技术，而IP技术带来了真正的端到端互操作性。

但不仅如此，对于暖通空调等工业应用，Thread有内置的标准机制，使得企业能够在建筑物内快速建立和部署大规模的网络。由于它简单易用且基于IP（确保端到端互操作性），Thread将在不久的未来成为广泛采用的技术。

“智能监控将总体维护时间减少了40%，同时将暖通空调的可用性提高到99.95%。”

保持凉爽

虽然哈利法塔大厦位于地球上最热的地区之一，但得益于现代化的物联网和暖通空调，它可以使住户保持凉爽。然而，在现代化技术出现之前，人们是如何保持建筑物的舒适度的呢？

埃及人通过在尼罗河中浸泡芦苇，然后把它们挂在窗户上以冷却进入的微风，以对抗撒哈拉大沙漠的炙热。几个世纪后，罗马人对保暖更感兴趣，所以豪华别墅和公共浴室都建造在铺有锦砖的石板上，下面的空间被用作加热空气的管道，以保持温暖。

时间快进了几千年，英国维多利亚时代的工程师也发现气流是保持舒适的好方法，所以他们设计的建筑具有遮阳的门廊，大型凹陷的窗户用于交叉通风，高高的天花板则让热空气上升而不影响居住者。

今天的空调可以追溯到美国工程师Willis Carrier在20世纪初的工作成果。但Carrier最初并不是想让房间保持凉爽，他的任务是为一家出版公司解决潮湿问题，以免书页起皱。

Carrier为 “空气处理设备 "申请了专利以解决湿度问题，但很快意识到该设备也可用于调节温度。单向运行时，从房间里提取热量进行冷却，而反向运行时，同一台机器可以加热空间。

美国能源部指出，空调行业的下一个大事件是非蒸汽压缩技术。除了消除诸如氢氟碳化物（HFC）等可能从产品中逸出并导致温室气体全球变暖的制冷剂之外，非蒸汽压缩技术还可以将空调的能耗降低大约50%。

技术评点

HooRii的Hoo Max工业网关是Thread边界路由器，使用Nordic的nRF52833 SoC来支持楼宇自动化中的Thread连接。nRF52833在Thread设备（如照明、传感器和控制器）和网关之间提供mesh连接。然后，数据可以通过Wi-Fi、以太网和/或蜂窝网络连接从网关转发到云。