پروتکل Thread یک فناوری شبکه مش (mesh) کم‌مصرف مبتنی بر IPv6 است که برای اتصال ایمن و قابل اعتماد دستگاه‌های اینترنت اشیاء (IoT) خانگی و خانه هوشمند طراحی شده است. این پروتکل بر پایه استاندارد IEEE 802.15.4 (فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز) کار میکند و با استفاده از لایه‌های 6LoWPAN، امکان ارسال بسته‌های IPv6 بین دستگاه‌های مختلف را فراهم می‌سازد. کلیه ارتباطات در لایه شبکه Thread با رمزنگاری AES-CCM محافظت می‌شود تا امنیت داده‌ها تضمین شود. طبق گفته گروه توسعه‌دهنده Thread، این پروتکل «پایین‌مصرف و کم‌تاخیر» بوده و چالش‌های متداول در پروژه‌های IoT مانند سازگاری بین‌دستگاهی، برد پوشش، امنیت، مصرف انرژی و اطمینان‌پذیری را هدف قرار می‌دهد. مشخصه‌های Thread به‌صورت رایگان در دسترس قرار دارد، اما استفاده از آن مشروط به پذیرش توافق‌نامه و عضویت در اتحادیه Thread Group است.
تعریف و تاریخچه پروتکل Thread
پروتکل Thread در سال ۲۰۱۴ توسط شرکت Nest Labs (تابع وقت گوگل) و چند شرکت برجسته دیگر معرفی شد. در ژوئیه ۲۰۱۴، اتحادیه Thread Group با عضویت شرکت‌هایی مانند Nest Labs، ARM، سامسونگ، NXP، سیلیکون لبز و دیگران راه‌اندازی گردید تا استاندارد Thread را توسعه و ترویج کند. به گفته منابع خبری، Nest Labs که در ژانویه ۲۰۱۴ توسط گوگل خریداری شده بود، به رهبری یک گروه صنعتی پرداخت و پروتکل Thread را به عنوان گزینه‌ای امن و کم‌مصرف برای شبکه‌های خانگی عرضه کرد. در این رویداد اعلام شد Thread در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند Wi-Fi، بلوتوث و ZigBee دارای امنیت و مصرف توان بهتری است و تراشه‌های رادیویی مورد استفاده در آن پیش‌تر در بسیاری از محصولات ZigBee (مانند لامپ‌های Philips Hue) حضور داشتند.
از اواسط دهه ۲۰۱۰ میلادی، Thread به تدریج مورد توجه شرکت‌های بزرگ قرار گرفت. برای مثال اپل در سال ۲۰۱۸ به اتحادیه Thread Group ملحق شد و در سال ۲۰۲۰ اولین دستگاه خود مبتنی بر Thread (بلندگوی HomePod mini) را معرفی نمود. این حمایت گسترده از سوی شرکت‌هایی نظیر گوگل، اپل و دیگران، راه را برای ادغام Thread در استانداردهای نوظهور هموار کرد. به طور خاص، پروژه‌ی Connected Home over IP (که اکنون به نام Matter شناخته می‌شود) از Thread به عنوان یکی از لایه‌های شبکه اصلی خود بهره می‌برد. بنابراین، از نظر تاریخی پروتکل Thread محصول تلاش مشترک صنعت برای ایجاد یک شبکه بی‌سیم کم‌مصرف، ایمن و یکپارچه در خانه‌های هوشمند بوده است.
معماری فنی پروتکل Thread
ساختار کلی شبکه
شبکه‌های Thread از ساختار مش پیروی می‌کنند؛ بدین صورت که هر دستگاه قادر است پیام‌ها را برای دستگاه‌های همسایه خود رله کند. این پروتکل از طریق لایه تطبیقی 6LoWPAN، بسته‌های IPv6 را بر روی فیزیک IEEE 802.15.4 منتقل می‌نماید. در نتیجه، هر گره در شبکه Thread دارای یک آدرس IPv6 یکتا است و می‌تواند به طور مستقیم یا از طریق روتر مرزی (Border Router) با اینترنت در ارتباط باشد. این ویژگی مبتنی بر IP سبب می‌شود دستگاه‌های Thread بتوانند به‌سادگی به دستگاه‌های دیگر (از جمله سرورها و کلود) متصل شوند.
انواع گره‌ها و نقش‌ها
در شبکه Thread، انواع مختلفی از نودها وجود دارد که هر کدام نقش مشخصی در پایداری و ارتباطات شبکه ایفا می‌کنند. به طور کلی، یک دستگاه Thread می‌تواند دستگاه کامل Thread (FTD) یا دستگاه حداقلی Thread (MTD) باشد. یک دستگاه کامل (FTD) همیشه رادیوی خود را روشن نگه می‌دارد و می‌تواند نقش‌های مختلفی مانند روتر، دستگاه انتهایی و یا حتی رهبر شبکه (Leader) را برعهده گیرد. در مقابل، یک دستگاه حداقلی (MTD) محدود به نقش یک دستگاه انتهایی است و برای صرفه‌جویی در انرژی می‌تواند به حالت خواب برود.
همچنین، هر دستگاه Thread بسته به وضعیت خود در شبکه می‌تواند یکی از نقش‌های زیر را داشته باشد:
روتر (Router): این نودها وظیفه مسیریابی داده‌ها در شبکه را بر عهده دارند. روترها به یکدیگر متصل می‌شوند و می‌توانند نقش والد (Parent) برای چندین دستگاه انتهایی داشته باشند. آن‌ها بسته‌های داده را در سراسر شبکه هدایت می‌کنند و اطلاعات مسیریابی (مانند هزینه مسیر و پرش) را حفظ می‌کنند.
دستگاه انتهایی (End Device): این نودها عمدتاً به یک روتر والد متصل هستند و نمی‌توانند بسته‌ها را برای دیگر دستگاه‌ها رله کنند. اکثر دستگاه‌های انتهایی Thread می‌توانند برای صرفه‌جویی در باتری به حالت خواب بروند و فقط در مواقع نیاز بیدار شوند.
رهبر شبکه (Leader): یکی از روترهای موجود به صورت خودکار (با مکانیسم‌های درون‌سیستمی) به عنوان رهبر انتخاب می‌شود. رهبر مسئول مدیریت تنظیمات کل شبکه Thread است؛ مانند زمان‌بندی روترها، تعریف Commissioner (کمیسریا) و دیگر پیکربندی‌های سراسری. در هر شبکه Thread تنها یک رهبر وجود دارد.
روتر مرزی (Border Router): دستگاهی است که یک مسیر خارج از شبکه Thread (مانند شبکه Wi-Fi یا اترنت) را فراهم میکند. روتر مرزی پل ارتباطی بین شبکه Thread و شبکه‌های دیگر مبتنی بر IP است، به طوری که دستگاه‌های داخل Thread بتوانند به اینترنت یا دستگاه‌های غیرThread دسترسی یابند. برای مثال، یک روتر بی‌سیم یا یک کنترلر هوشمند می‌تواند همزمان از دو رابط رادیویی ۲.۴GHz Thread و وای-فای استفاده کند و خود را به عنوان روتر مرزی شبکه Thread تعریف نماید.
این معماری لایه‌ای و قابل توسعه باعث می‌شود شبکه Thread بسیار مقاوم باشد. شبکه بدون نقطه شکست واحد عمل میکند؛ اگر یک روتر در شبکه از کار بیفتد، سایر دستگاه‌های توانمند می‌توانند خود را به عنوان روتر فعال کنند و مسیرهای جایگزین برای عبور داده‌ها ایجاد نمایند. بدین ترتیب شبکه Thread به صورت خودترمیم (self-healing) عمل میکند و پایداری بالایی در مقابل قطعی‌های موضعی دارد.
امنیت در Thread
امنیت در Thread از مهم‌ترین ویژگی‌های آن به شمار می‌آید. همه بسته‌های ارسالی در لایه شبکه با رمزنگاری AES-CCM محافظت می‌شوند. یک کلید مشترک شبکه (Network-Wide Key) بین تمامی دستگاه‌های مجاز به شبکه تخصیص می‌یابد و این کلید برای رمزنگاری داده‌ها در هر بسته استفاده می‌شود. بدین ترتیب هر دستگاه Thread نیاز دارد پیش از ارسال داده، از کلید مذکور برخوردار باشد. برای جلوگیری از شنود کلید در حین توزیع آن، فرآیند ملحق شدن (commissioning) دستگاه‌های جدید با استفاده از یک پروتکل تبادل کلید مبتنی بر گذرواژه انجام می‌شود. در این روش (موسوم به PAKE)، حتی اگر مهاجمی در محل حضور داشته باشد، نمی‌تواند کلید شبکه را استراق سمع کند. در مجموع، Thread از استانداردهای امنیتی سطح بانکی (banking-class encryption) استفاده میکند تا حریم خصوصی و یکپارچگی داده‌ها تضمین شود.
مصرف انرژی
یکی از اهداف اصلی Thread کاهش مصرف انرژی است. بسیاری از دستگاه‌های Thread به عنوان دستگاه‌های باتری‌دار طراحی می‌شوند. حالت‌های خواب مختلف برای دستگاه‌های انتهایی (مانند Sleepy End Device) تعریف شده که در آن رادیو به طور موقت غیرفعال می‌شود تا مصرف توان کاهش یابد. همچنین طراحی لایه فیزیکی/رسانش (IEEE 802.15.4) بسیار کم‌توان است و می‌تواند با یک باتری سکه‌ای چندین سال کار کند. به این ترتیب Thread امکان پیاده‌سازی سنسورها و دستگاه‌های دارای محدودیت توان را بدون نیاز به منبع تغذیه قدرتمند فراهم میکند. به طور کلی، عمر باتری در شبکه‌های Thread می‌تواند تا چند سال برای هر گره انتهایی باشد.
مقایسه Thread با پروتکل‌های Zigbee، Z-Wave و Wi-Fi
در حوزه خانه‌های هوشمند چندین پروتکل مشهور وجود دارند که هر یک مزایا و محدودیت‌هایی دارند. در این بخش Thread را از نظر عملکرد، امنیت، مقیاس‌پذیری و سازگاری با پروتکل‌های مشابه مقایسه می‌کنیم:
Zigbee: این پروتکل نیز بر پایه IEEE 802.15.4 در فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز کار میکند و برای شبکه‌های مش خانگی طراحی شده است. تفاوت اصلی Thread و Zigbee در این است که Thread یک پروتکل مبتنی بر IPv6 است و هر دستگاه در آن آدرس IP بومی دریافت میکند، در حالی که Zigbee از آدرس‌های ۱۶ بیتی استفاده میکند و برای اتصال به شبکه IP نیاز به یک دروازه (gateway) دارد. به این ترتیب، در Thread امکان ارتباط مستقیم دستگاه‌ها با اینترنت یا سایر شبکه‌های IP فراهم‌تر است. همچنین Zigbee لایه کاربرد (مانند مشخصات ZCL) را تعریف میکند اما Thread لایه کاربرد خود را مشخص نکرده و انعطاف بیشتری در انتخاب لایه‌های بالاتر به سازندگان می‌دهد. از نظر کارایی، سرعت انتقال داده Zigbee و Thread هر دو حدود ۲۵۰ کیلوبیت بر ثانیه است (مطابق استاندارد 802.15.4) و در رده پهنای باند پایین قرار می‌گیرند. در برد نیز هر دو در فضاهای داخلی چند ده متر (تا چند صد متر با چند پرش) پوشش می‌دهند. مقیاس‌پذیری شبکه Thread تا حدود ۲۵۰ دستگاه تخمین زده شده است، در حالی که Zigbee از نظر نظری می‌تواند تا ۶۵۵۳۶ نشانی متفاوت پشتیبانی کند (اگرچه در عمل شبکه‌های Zigbee معمولاً تعداد کمتری دستگاه فعال دارند). امنیت هر دو پروتکل AES را بکار می‌برند، اما طراحی Thread به دلیل بکارگیری IP و فرآیند Commissioning ایمن، ممکن است برتری‌هایی در یکپارچگی با استانداردهای مدرن داشته باشد.
Z-Wave: پروتکل Z-Wave بر خلاف Zigbee و Thread روی فرکانس‌های Sub-GHz (۸۶۸ مگاهرتز در اروپا و ۹۰۸ مگاهرتز در آمریکا) کار میکند. بهره از این فرکانس سبب افزایش نفوذ سیگنال در دیوارها و پوشش برد طولانی‌تر نسبت به ۲.۴ گیگاهرتز می‌شود. Z-Wave صرفاً برای خانه هوشمند طراحی شده و شبکه مش دارد، اما از لایه IP استفاده نمی‌کند (جز در نسخه‌های جدید Matter). سرعت انتقال آن معمولاً در حد چند ده کیلوبیت بر ثانیه است که کمتر از Thread و Wi-Fi است. یک شبکه Z-Wave می‌تواند تا ۲۳۲ دستگاه (شامل کنترلر اصلی) را پشتیبانی کند. این پروتکل کاملاً اختصاصی است و پس از ادغام با CSA، در حال حرکت به سوی استاندارد IP محور است. امنیت Z-Wave نیز معمولاً AES-128 را استفاده میکند. در مجموع، Z-Wave برای کاربردهایی مناسب است که نیازمند برد زیاد و نفوذ بالای سیگنال باشند (مثلاً پوشش باغ یا محیط‌های باز)، ولی پهنای باند و ظرفیت شبکه کمتری دارد نسبت به Thread.
Wi-Fi: استاندارد IEEE 802.11 (وای-فای) جزو شناخته‌شده‌ترین فناوری‌هاست و پهنای باند بسیار بالایی (ده‌ها تا صدها مگابیت بر ثانیه) ارائه می‌دهد. اما مصرف انرژی آن بسیار زیاد است و برای دستگاه‌های باتری‌دار کم‌مصرف مناسب نیست. وای-فای به صورت معمول به زیرساخت‌های ستاره‌ای متکی است و یک شبکه مش پویا در لایه فیزیکی فراهم نمی‌کند (البته برخی فناوری‌های جدید مانند Wi-Fi HaLow یا وای-فای Mesh در حال توسعه‌اند). با این حال، از نظر سازگاری، اکثر خانه‌ها مجهز به روتر وای-فای هستند و مزیت دسترسی مستقیم به اینترنت را داراست. ویژگی Thread در قیاس با Wi-Fi، مصرف انرژی بسیار پایین‌تر و قابلیت شبکه‌بندی مش است، ولی پهنای باند و برد آن بسیار کمتر است. به طور خلاصه، Thread برای سنسورها و دستگاه‌های کم‌مصرف با نیاز به پاسخ‌دهی سریع مناسب‌تر است، در حالی که وای-فای بیشتر برای انتقال‌های حجیم داده و دستگاه‌های همیشه‌روشن کاربرد دارد.
کاربردهای عملی Thread در محصولات واقعی
Thread به سرعت در محصولات خانگی جدید جای خود را باز کرده است. این پروتکل هم‌اکنون در انواع لوازم هوشمند مختلف به کار رفته است که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
محصولات Google Nest: بسیاری از دستگاه‌های جدید Nest (زیرمجموعه گوگل) رادیوی Thread دارند یا می‌توانند به عنوان روتر مرزی عمل کنند. به عنوان مثال، روتر مش Nest Wifi Pro و نمایشگرهای هوشمند Nest Hub (نسل دوم) و Nest Hub Max قابلیت کار به عنوان Thread Border Router را فراهم می‌کنند. این دستگاه‌ها پس از به‌روزرسانی نرم‌افزاری، شبکه Thread خانگی را ایجاد می‌کنند و وسایل Thread را به اینترنت متصل می‌سازند. همچنین گوشی‌های هوشمند جدید گوگل (مانند سری Pixel) نیز رادیوی Thread را پشتیبانی می‌کنند که امکان کنترل دستگاه‌های Thread از طریق موبایل را می‌دهد.
محصولات Apple HomeKit: اپل Thread را در اکوسیستم HomeKit خود ادغام کرده است. بلندگوی هوشمند HomePod mini اپل دارای رادیوی Thread داخلی است و می‌تواند به عنوان روتر مرزی در شبکه HomeKit عمل کند. به این ترتیب، لوازم جانبی و سنسورهای سازگار با Thread می‌توانند بی‌واسطه با اکوسیستم اپل ارتباط برقرار کنند. علاوه بر این، اپل تی‌وی 4K جدید (نسل سوم ۱۲۸ گیگابایتی) و تعدادی از مدل‌های آیفون و آی‌پد نیز در نسل‌های اخیر از Thread پشتیبانی می‌کنند.
محصولات Nanoleaf: شرکت Nanoleaf (طراح لامپ‌های هوشمند LED) با همکاری اپل، اولین محصولات مصرفی بازار را مبتنی بر Thread روانه کرد. خط Essentials این شرکت شامل لامپ A19 و نوار LED است که با Thread کار می‌کنند. این محصولات نه تنها به HomeKit اپل متصل می‌شوند، بلکه در شبکه Thread، قابلیت خودتشکیل‌دهی و پاسخ‌دهی فوری را فراهم می‌کنند. برای مثال، مشتریان Nanoleaf می‌توانند با استفاده از HomePod mini (یا دیگر روترهای مرزی آینده) دستگاه‌های Essentials را به شبکه Thread افزوده و از تأخیر کم و اطمینان بالای شبکه بهره‌مند شوند.
سایر دستگاه‌های هوشمند: امروزه تعداد زیادی از لوازم جانبی خانه هوشمند همچون قفل درها، حسگرهای دما/رطوبت، پریزهای هوشمند و کلیدهای هوشمند جدید در حال پشتیبانی از Thread هستند. به عنوان مثال، لامپ‌های جدید شرکت Signify/Philips Hue و سنسورهای Motion جدید، نورپردازی هوشمند IKEA و تعدادی دیگر از محصولات سازگار با Matter، از Thread به عنوان شبکه زیرساخت استفاده می‌کنند. حتی برخی از روترهای شبکه خانگی مانند سری دوم Eero Pro نیز قابلیت روتر مرزی Thread دارند. در کل، ترکیب پشتیبانی از Thread توسط غول‌های صنعتی و تولیدکنندگان بزرگ به سرعت در حال افزایش است.
یکپارچگی Thread با استاندارد Matter
استاندارد Matter (که پیش‌تر با نام Connected Home over IP یا CHIP شناخته می‌شد) یک تلاش مشترک از سوی اتحاد Connectivity Standards Alliance (شامل اپل، آمازون، گوگل و دیگر شرکت‌ها) است تا پروتکل ارتباطی واحد، امن و بین برندهای مختلف برای دستگاه‌های خانگی هوشمند فراهم گردد. Matter یک لایه کاربرد IP مشترک تعریف میکند و برای زیرساخت شبکه از استانداردهای موجود استفاده میکند: دستگاه‌ها می‌توانند از طریق Wi-Fi، Ethernet یا Thread با هم ارتباط برقرار کنند و از بلوتوث کم‌مصرف برای مراحل اولیه تنظیم (commissioning) بهره ببرند. در این میان، Thread نقش مهمی ایفا میکند: Thread شبکه مش کم‌انرژی و قابل اطمینانی در داخل خانه ایجاد میکند و نقطه مقابل شبکه Wi-Fi در Matter محسوب می‌شود.
نسخه Thread 1.3 که در ژوئیه ۲۰۲۲ معرفی شد، پشتیبانی کامل از Matter را فراهم کرد. به بیان دیگر، Thread 1.3 امکان مسیریابی IP و کشف سرویس (service discovery) را در شبکه Thread ارتقا داد تا دستگاه‌های Matter بتوانند بی‌درنگ و بدون موانع با هم کار کنند. بر اساس اعلام رسمی Thread Group، «یکپارچه‌سازی Matter با Thread، تجربه‌ی کاربری روان‌تر و قابل اطمینان‌تری را برای مصرف‌کنندگان فراهم میکند». به عنوان مثال، ترکیب Thread و Matter می‌تواند بدین صورت باشد که هر دستگاه جدید Matter ابتدا از طریق بلوتوث کم‌انرژی پیکربندی شود و سپس به شبکه Thread ملحق شده و داده‌هایش را با امنیت بالا تبادل کند. این همکاری منجر می‌شود تا کاربران بتوانند وسایل سازگار با Matter را به راحتی به شبکه موجود خود اضافه کنند و از پاسخ‌دهی سریع و ارتباطات ایمن آن‌ها بهره‌مند شوند.
اساتید و توسعه‌دهندگان CSA نیز تصریح کرده‌اند که Thread یک شبکه مش خودترمیم (self-healing) با معماری بسیار کم‌مصرف است و «در کنار Matter، گزینه‌ی بسیار قدرتمندی برای محصولات خانگی محسوب می‌شود». یعنی ترکیب Thread و Matter ضمن حل مشکلات سازگاری و اتصال، زمینه را برای توسعه ساده‌تر و امن‌تر محصولات هوشمند فراهم میکند. علاوه بر این، Thread به عنوان یک لایه شبکه IP بر اساس طرح‌های متن‌باز (مانند پیاده‌سازی OpenThread) به آسانی می‌تواند با سایر فناوری‌ها و لایه‌های کاربردی جدید مانند KNX IoT، DALI+، BACnet و OCF نیز همخوان شود. در کل می‌توان گفت استاندارد Matter و Thread مکمل یکدیگرند: Wi-Fi برای ارتباطات حجیم و Cloud استفاده می‌شود و Thread برای شبکه‌های خانگی کم‌مصرف و قابل‌اتکا، در خانه‌های هوشمند آینده جایگاه مهمی خواهد داشت.
مزایا و معایب استفاده از Thread در خانه‌های هوشمند
از دیدگاه فنی، پروتکل Thread دارای مزایای چشمگیری است که آن را برای کاربرد در خانه‌های هوشمند بسیار مناسب می‌سازد:
مصرف انرژی پایین: طراحی لایه‌های MAC/PHY پروتکل براساس استاندارد IEEE 802.15.4 باعث می‌شود دستگاه‌های Thread بتوانند با مصرف توان بسیار اندک عمل کنند. بسیاری از گره‌های انتهایی می‌توانند در حالت خواب طولانی‌مدت باشند و سال‌ها با یک باتری کوچک کار کنند.
شبکه مش خودترمیم: ساختار مش Thread باعث می‌شود هر دستگاه جدید به شبکه متصل شود و پوشش سیگنال را گسترش دهد. اگر یک مسیر ارتباطی از کار افتاد، گره‌های دیگر می‌توانند بسته‌ها را از مسیر جایگزین هدایت کنند، بنابراین شبکه بدون نقطه شکست واحد عمل میکند. این ویژگی پایداری و اطمینان شبکه را بسیار بالا می‌برد.
امنیت قوی: Thread از الگوریتم‌های رمزنگاری AES-128 با استفاده از حالت CCM برای همه بسته‌های شبکه بهره می‌برد. علاوه بر این، فرآیند الحاق امن با تبادل کلید رمز عبور (PAKE) تضمین میکند که کلید شبکه در حین اضافه شدن دستگاه جدید محفوظ بماند. به عنوان مثال، Thread Group اشاره کرده که از «رمزنگاری سطح بانکی (banking-class encryption)» استفاده شده تا داده‌ها امن بمانند.
قابلیت مقیاس‌پذیری مناسب: شبکه‌های Thread می‌توانند تا حدود ۲۵۰ دستگاه را پشتیبانی کنند. ضمن اینکه مکانیزم شبکه مش امکان افزودن مداوم گره‌های جدید را فراهم میکند. اگرچه این عدد کمتر از حد نظری ZigBee (۶۵۵۳۵) است، ولی برای اکثر سناریوهای خانگی و تجاری کوچک کافی به نظر می‌رسد. علاوه بر این، گسترش شبکه بدون کاهش چشمگیر در کارایی انجام می‌گیرد.
اتصال IP بومی: از آنجا که Thread به صورت ذاتی از IPv6 استفاده میکند، دستگاه‌ها قادرند مستقیماً به اینترنت متصل شوند و به سرویس‌های ابری دسترسی داشته باشند. این ویژگی پیاده‌سازی سرویس‌های هوشمند (مانند کنترل از راه دور، پردازش ابری) را آسان‌تر میکند.
پشتیبانی وسیع صنعتی: Thread یک استاندارد باز است و توسط بسیاری از شرکت‌های بزرگ پشتیبانی می‌شود. وجود نسخه منبع باز OpenThread و گواهی‌نامه‌های مشاع، انتخاب سخت‌افزار و پیاده‌سازی Thread را برای تولیدکنندگان آسان کرده است. این اتحاد صنعتی تضمین میکند که محصولات مختلف از برندها و اکوسیستم‌های گوناگون بتوانند با Thread سازگار باشند.
با این وجود، معایبی نیز برای استفاده از Thread قابل ذکر است:
نیاز به روتر مرزی: از آنجا که Thread مبتنی بر IPv6 است، هر شبکه Thread برای ارتباط با دستگاه‌های خارج از خود (مثلاً اینترنت یا شبکه‌های وای-فای) نیازمند حداقل یک روتر مرزی است. این امر به تجهیزاتی اضافه نیاز دارد و پیچیدگی راه‌اندازی را کمی افزایش می‌دهد.
نرخ انتقال پایین‌تر: سرعت انتقال داده در Thread حدود ۲۵۰ کیلوبیت بر ثانیه است که کمتر از سرعت معمولی شبکه‌های وای-فای (که مگابیت بر ثانیه هستند) است. بنابراین برای کاربردهایی که نیاز به پهنای باند بالا دارند (مانند ویدیو یا رسانه سنگین) مناسب نیست.
برد محدود در فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز: فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز دارای برد کمتری نسبت به فرکانس‌های پایین‌تر است. به همین دلیل شعاع پوشش هر گره Thread محدود است و در فضاهای بسیار بزرگ یا با موانع زیاد ممکن است نیاز به قرار دادن روترهای بیشتری باشد. شبکه Thread برد چند صد متری یا کمتر دارد، برخلاف شبکه‌های سلولی که صدها متر تا کیلومتر را پوشش می‌دهند.
محدودیت تعداد دستگاه: شبکه Thread عملاً تا حدود ۲۵۰ دستگاه را پشتیبانی میکند. این عدد در مقایسه با ظرفیت نظری ZigBee (بیش از ۶۵ هزار نشانی) کمتر است. بنابراین در ساختمان‌های بسیار بزرگ یا شبکه‌های صنعتی بزرگ ممکن است نیاز به راهکارهای چند شبکه‌ای باشد.
پیچیدگی استاندارد و مجوزها: هرچند مشخصه Thread رایگان است، اما استفاده از آن مشروط به پذیرش قرارداد مجوز (EULA) Thread Group و عضویت در این اتحادیه است. برای برخی تولیدکنندگان کوچک ممکن است این شرط معضل ایجاد کند. همچنین توسعه‌دهندگان باید موارد امنیتی و مدیریت شبکه را به درستی پیاده‌سازی کنند که نیازمند آشنایی با استاندارد است.
تداخل فرکانسی: به دلیل استفاده از باند ۲.۴ گیگاهرتز، شبکه Thread ممکن است تحت تأثیر نویز دستگاه‌های دیگر مانند بلوتوث و وای-فای قرار گیرد. البته شبکه مش قابلیت مسیریابی جایگزین را دارد، اما در محیط‌های پر ازدحام ممکن است کیفیت سیگنال دچار نوسان شود.
نبود سطوح کاربردی یکپارچه: Thread لایه‌های کاربرد خود را تعریف نمی‌کند، بنابراین برای اینکه دستگاه‌ها بتوانند با یکدیگر ارتباط معنایی داشته باشند، باید از استانداردهای لایه کاربرد مشترک دیگری استفاده نمود (مانند Matter). این موضوع به خودی خود نقطه ضعف نیست، اما نیاز به هم‌افزایی با استانداردهای بالاتر را نشان می‌دهد.
با جمع‌بندی، مزایای پروتکل Thread در مقایسه با معایب آن برتری قابل ملاحظه‌ای دارند؛ اما محدودیت‌هایی مانند برد و تعداد گره، نرخ داده و نیاز به روتر مرزی باید در طراحی شبکه‌های بزرگ در نظر گرفته شوند.
آینده پروتکل Thread و روند توسعه در IoT
در سال‌های اخیر، به ویژه با ظهور استاندارد Matter و تمرکز صنعت بر روی سازگاری پروتکل‌ها، انتظار می‌رود پروتکل Thread نقش برجسته‌تری در خانه‌های هوشمند و اینترنت اشیاء ایفا کند. چند نکته مهم در مورد آینده Thread عبارتند از:
گسترش از طریق استاندارد Matter: با معرفی Matter 1.0 در سال ۲۰۲۲ و پشتیبانی کامل Thread 1.3 از این استاندارد، بسیاری از تولیدکنندگان خانه‌های هوشمند موظف به اضافه کردن Thread به محصولات خود شده‌اند. بدین ترتیب، دستگاه‌های سازگار با Matter (مانند لامپ‌ها، قفل‌ها، ترموستات‌ها و غیره) به طور فزاینده‌ای مجهز به Thread خواهند شد. این اتحاد موجب شده Thread به سرعت تبدیل به یک گزینه پیش‌فرض شبکه مش خانگی شود.
ویژگی‌های جدید و بهبودها: گروه Thread در آغاز سال ۲۰۲۴ نقشه راه جدید خود را ارائه داد که شامل چندین قابلیت کلیدی است. این قابلیت‌ها شامل «اشتراک‌گذاری مدارک امنیتی بین روترهای مرزی»، «توسعه Thread بر روی زیرساخت‌های پیش‌فرض» (مانند تعبیه Thread در سوییچ‌ها یا روترهای معمولی)، «ابزارهای عیب‌یابی شبکه» و دیگر بهبودهایی است که پایداری و مقیاس‌پذیری شبکه را ارتقا می‌دهد. هدف این تلاش‌ها، ساده‌تر کردن توسعه و استقرار محصولات Thread برای تولیدکنندگان و ارائه تجربه‌ای جامع‌تر برای مصرف‌کنندگان است.
حمایت شرکت‌های بزرگ: همه نشانه‌ها حاکی از آن است که اپل، گوگل، آمازون و سایر پیشگامان IoT به صورت جدی از Thread پشتیبانی می‌کنند. این شرکت‌ها سرمایه‌گذاری‌های زیادی در اکوسیستم Matter انجام داده و Thread را بخشی ضروری از این چارچوب می‌دانند. برای مثال، Thread Group اعلام کرده است که کارکنان صدها شرکت (از استارت‌آپ‌ها تا برندهای معتبر) در توسعه Thread مشارکت دارند. این حمایت گسترده راه را برای استانداردسازی بیشتر باز میکند.
گسترش به صنایع وابسته: علاوه بر خانه‌های هوشمند، Thread پتانسیل بالایی برای کاربرد در ساختمان‌های تجاری، صنعت و خودرو نیز دارد. به عنوان مثال، پروژه‌های ساختمان هوشمند بزرگ می‌توانند از شبکه‌های مش Thread برای کنترل وسیع نور، امنیت، سیستم‌های HVAC و غیره استفاده کنند. Thread Group در بیانیه‌هایش اشاره کرده که پروتکل Thread به شبکه‌های بزرگتری با هزاران گره قابل گسترش است. همچنین تطابق Thread با استانداردهایی مانند KNX و BACnet می‌تواند آن را در بازارهای تجاری و صنعتی جایگاه مناسب‌تری دهد.
توسعه فناوری‌های مرتبط: از سوی دیگر، پژوهش و توسعه در حوزه سخت‌افزار رادیویی نیز پیشرفت دارد. تراشه‌های چندمنظوره که هم ZigBee و هم Thread را پشتیبانی می‌کنند، در حال رایج شدن هستند، و پروتکل‌های جدید Wi-Fi مانند HaLow در آینده می‌توانند در کنار Thread به عنوان گزینه‌های کم‌مصرف مطرح شوند. در نتیجه، Thread به عنوان بخشی از زیربنای کلی اتصال اشیاء، نقش مهمی ایفا خواهد کرد.
