Od ponad 100 lat Ludzie mówią o wygodnych, oszczędzających czas urządzeniach domowych. Nasze domy stają się coraz wygodniejsze, pojawia się w nich coraz więcej wyposażenia o niebanalnych cechach użytkowych, ale czy można je nazwać inteligentnymi? Obecnie 97 procent amerykańskich domów ma dostęp do Internetu^[1] i choć łączność okazała się przełomowa, korzystanie z inteligentnych urządzeń nie jest tego powodem. Czynności takie jak czytanie i wysyłania e-maili, surfowanie po sieci, strumieniowe przesyłanie filmów, korzystanie z bankowości domowej i angażowanie się w media społecznościowych cieszą się obecnie większym zainteresowaniem niż korzystanie z inteligentnych urządzeń^[2]. I to nie jest tak, że inteligentne urządzenia domowe są nowym zjawiskiem. Od lat możliwe jest korzystanie z technologii smart home do zamykania lub otwierania drzwi, włączania świateł, HVAC (Heating, Ventilation i Air Conditioning – ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja) lub opuszczania rolet, ale zainteresowanie tymi udogodnieniami narastało powoli. Za inercją kryją się obawy związane z kosztami, bezpieczeństwem i prywatnością, ale podstawową kwestią jest brak kompatybilności.

Każdy, kto próbował, wie, że konfiguracja i utrzymanie w pełni zintegrowanego inteligentnego domu to ciężkie zajęcie. Produkty stworzone dla jednego ekosystemu nie będą prawidłowo działać z innym. Jeśli pomnóżmy to przez setki marek i dziesiątki typów urządzeń, łatwo zrozumiemy, dlaczego konsumenci nie zadają sobie trudu, aby przezwyciężyć obawy związane ze standaryzacją i interoperacyjnością. W końcu zasunięcie własnych zasłon to nic wielkiego. Pojawienie się Matter doprowadziło do ponownego przemyślenia sprawy.

Matter robi różnicę

Matter to otwarty standard łączności dla inteligentnego domu opracowany przez Connectivity Standards Alliance (CSA). Działa w oparciu o istniejące i ugruntowane technologie łączności bezprzewodowej inteligentnego domu – Wi-Fi, Thread i Bluetooth LE – a także Ethernet i jest oparty na protokole internetowym (IP). IP to sprawdzona, szeroko przyjęta technologia, która jest zasadniczo standardem komunikacji warstwy sieciowej do szybkiego przesyłania danych przez Internet. Zalety tego rozwiązania są oczywiste – każde obsługiwane urządzenie ma swój własny adres IP, a interoperacyjność z protokołem sprawia, że bardzo łatwo jest podłączyć każdy produkt smart-home do chmury. Dzięki tej elastyczności aplikacje smart-home mogą być bardzo wydajne i elastyczne. IP zapewnia również deweloperom wspólną i dobrze ugruntowaną podstawę komunikacji.

W typowej konfiguracji inteligentnego domu, mniej wymagające urządzenia Matter działają w sieci Thread, natomiast bardziej wymagające urządzenia o większych przepustowościach danych będą korzystać z Wi-Fi. Matter obsługuje protokoły Thread, Wi-Fi i Ethernet do komunikacji między urządzeniami, podczas gdy Bluetooth LE jest używany do uruchamiania nowych urządzeń w sieci (rys. 1).

Rys. 1. Urządzenia Thread w sieci mogą uzyskać dostęp do sieci lokalnej za pośrednictwem routerów Thread Border, a następnie komunikować się z innymi urządzeniami opartymi na protokole IP, takimi jak produkty Wi-Fi. Bluetooth LE jest używany do uruchamiania urządzeń Matter, ale nie do przesyłania danych przez sieć

Wi-Fi jest jednym z podstawowych protokołów łączności Matter, ponieważ jest on używany w setkach milionów domów, a Wi-Fi 6 (który zawiera technologię oszczędzania energii pozwalającą projektantom na rezygnację z pewnej przepustowości w celu wydłużenia żywotności baterii), sprawia, że jeszcze lepiej nadaje się do zastosowań inteligentnego domu. Thread został wybrany, ponieważ jest to bezpieczna bezprzewodowa sieć kratowa, która płynnie integruje się z większymi sieciami IP bez potrzeby stosowania bramy, a jednocześnie jest dostrojona pod kątem niezawodności i niskiego opóźnienia. Bluetooth LE jest interoperacyjny ze smartfonami, które stanowią idealny interfejs do uruchamiania i konfigurowania nowych produktów smart-home.

Matter sam w sobie zapewnia ujednolicającą warstwę aplikacji – w istocie „wspólny język” – między tymi technologiami, którą producenci mogą rozwijać, wspierając kompatybilność i interoperacyjność swoich produktów w różnych ekosystemach. (rys. 2). Zapewniając interoperacyjność między ekosystemami od głównych dostawców, takich jak Amazon, Apple, Google i Samsung, Matter obiecuje rozpoczęcie wdrażania technologii inteligentnego domu. Da to konsumentom pewność, że niezależnie od tego, jaki zestaw inteligentnego domu kupią, będzie on działał z każdym innym urządzeniem z certyfikatem Matter. Chociaż Matter może jeszcze nie wszedł do powszechnej świadomości, to wkrótce na pewno tak się stanie. Jest on nie tylko wspierany przez wyżej wymienione platformy technologiczne inteligentnego domu wagi ciężkiej, ale stoi za nim również około 340 innych firm. Nie bez znaczenia jest poparcie specjalistów od łączności bezprzewodowej, dostawców chipów i znanych marek należących do branży smart home. Matter ma więc wystarczająco silnych zwolenników, aby zapewnić konsumentom kupującym rozwiązania inteligentnego domu opatrzone pieczęcią „Matter Certified”, że będą spokojni o niezawodność i wydajność inteligentnego domu.

Rys, 2. Matter zapewnia ujednoliconą warstwę aplikacji gwarantującą kompatybilność i interoperacyjność między produktami inteligentnego domu

Wszystko jest inteligentne

Od momentu wprowadzenia na rynek wprowadzono wiele zmian w specyfikacji Master. Ich rezultatem jest wprowadzenie wielu ulepszeń, które przyniosły nowe warstwy interoperacyjności, prostoty, niezawodności i bezpieczeństwa, jednocześnie otwierając możliwość korzystania w przyszłości z nowych funkcje i form użytkowania. Najnowsza wersja Matter 1.4 wydana w listopadzie 2024 r. obejmuje obsługę nowych typów urządzeń, co rozszerza zasięg Matter na praktycznie każde urządzenie inteligentnego domu, jakie można sobie wyobrazić. Urządzeniami tymi mogą być na przykład: oświetlenie, zabezpieczenia domowe, HVAC, telewizory, osłony okienne, lodówki, zmywarki, czujniki dymu, pralki, odkurzacze automatyczne, piekarniki, suszarki do prania, płyty kuchenne, okapy kuchenne, routery domowe, punkty dostępu i podgrzewacze wody.

Matter obsługuje obecnie „sceny” i „grupowanie poleceń”. Umożliwiają one użytkownikom tworzenie pożądanego stanu dla urządzeń, pomieszczeń lub całego domu poprzez łączenie ustawień w urządzeniach, które mogą być uruchamiane za pomocą jednego polecenia. Na przykład, użytkownik może ustawić scenę, która definiuje kolor i jasność dla każdego z wielu świateł i może wdrożyć ten stan synchronicznie na wielu światłach za pomocą jednego polecenia.

Obietnica prostoty

Oprócz zapewnienia interoperacyjności popularnym technologiom bezprzewodowym smart-home, Matter wspiera producentów w przezwyciężaniu innych dobrze znanych bolączek inteligentnego domu, takich jak konfiguracja nowych urządzeń. Na przykład Amazon współpracował z wiodącymi markami, aby uruchomić „bezdotykową” konfigurację Frustration-Free Setup (FFS) na swoich urządzeniach z certyfikatem Matter. FFS ułatwia klientom konfigurację nowych urządzeń, wykorzystując istniejące urządzenia lub aplikacje do automatycznego wypełniania poświadczeń sieciowych, rejestrowania urządzeń, łączenia umiejętności Alexa i łączenia z aplikacjami specyficznymi dla urządzenia. W najlepszym przypadku FFS może skonfigurować urządzenie bez interakcji z klientem i pozwolić mu po prostu wyjąć urządzenie z pudełka, podłączyć je i czekać na automatyczne połączenie z siecią inteligentnego domu.

Kolejna funkcja specyfikacji Matter, „Enhanced Multi-Admin”, umożliwia kontrolę między systemami od razu po wyjęciu z pudełka. Funkcja ta pozwala użytkownikom udostępniać inteligentne urządzenia domowe innym domownikom, niezależnie od preferowanego asystenta głosowego lub systemu operacyjnego telefonu. Status urządzenia jest synchronizowany na wszystkich platformach, a każdy użytkownik może zachować własne istniejące sceny i preferencje automatyzacji, bez obaw o kompatybilność.

Oprócz rozwiązywania problemów konsumentów związanych z niezawodnością i możliwością sterowania, Matter wciela również najlepsze praktyki w zakresie bezpieczeństwa. Na przykład, każde urządzenie Matter posiada unikatową tożsamość, dzięki czemu tylko autentyczne i certyfikowane urządzenia użytkownika mogą dołączyć do sieci. Dane są szyfrowane w celu ochrony poufności. Szczegółowe zasady kontroli dostępu zapewniają, że każde urządzenie może wykonywać tylko te operacje, które musi wykonać.

Producenci chipów optymalizują sprzęt i oprogramowanie

Pomimo wielu zalet, projekty urządzeń kompatybilnych z Matter są bardziej złożone i będą wymagać zwiększenia możliwości chipów. Jest to więc zadanie dla dostawców krzemu. Na przykład urządzenie kompatybilne z Matter wymaga zarówno łączności Bluetooth LE i Thread (w przypadku urządzenia Matter over Thread) lub Wi-Fi (w przypadku urządzenia Matter over Wi-Fi). Do uruchomienia protokołu Matter niezbędna będzie również wystarczająca moc obliczeniowa i pamięć. W przypadku bezprzewodowych aktualizacji oprogramowania układowego urządzenia rozwiązanie będzie wymagało nawet dwukrotnie większej ilości pamięci nieulotnej w porównaniu z samym oprogramowaniem aplikacji. Pewne jest ponadto, że nadejdzie czas, kiedy rozwiązania inteligentnego domu będą musiały również wykorzystać możliwości uczenia maszynowego (ML). Producenci chipów nie stali w miejscu i zajęli się optymalizacją zarówno sprzętu, jak i oprogramowania z myślą o nowym standardzie.

Układy SoC (Systems-on-Chip) nowej generacji integrują wiele procesorów, z których każdy może być zoptymalizowany pod kątem określonego rodzaju zadań i może obsługiwać przetwarzanie brzegowe, które wspomagane przez oprogramowanie może pomóc w uruchamianiu modeli ML. Takie modele mogą optymalizować wydajność produktów smart home pod wpływem czynników zewnętrznych. Może to być na przykład przybycie domowników do domu skutkujące koniecznością wprowadzenia poprawek do ustawień wilgotności HVAC. Inny przykład, to stopniowe dostosowanie czasu zamykania rolet okiennych wynikające ze zmieniających się każdego dnia godzin zachodu. Najlepsze w swojej klasie radia wieloprotokołowe przełamują obecnie nowe bariery w zakresie czułości RX i mocy TX, zapewniając większy zasięg i lepszą wytrzymałość, umożliwiając konsumentom rozszerzenie sieci urządzeń w celu silniejszej integracji w całym inteligentnym domu, a nawet na zewnątrz.

Układy SoC przeznaczone dla zastosowań smart home powinny teraz zapewniać zabezpieczenia wymagane dla urządzeń kompatybilnych z Master. Obecnie możliwości nowoczesnych układów SoC przewyższają wymagania PSA Certified Level 3 (najwyższe w standardzie bezpieczeństwa PSA Certified IoT) – w tym dotyczące bezpiecznego rozruchu, bezpiecznej aktualizacji oprogramowania układowego, bezpiecznego przechowywania i ochrony przed atakami fizycznymi.

Dzięki ulepszeniom sprzętowym i programowym oraz dostosowaniu samego standardu do poprawy interoperacyjności, prostoty i niezawodności, producenci urządzeń mogą skupić się bardziej na poprawie jakości produktów i opracowywaniu nowych funkcji. Mniejsze uwagi będą wymagały prace nad aplikacjami i architekturami wspierającymi wdrażanie urządzeń do rozbieżnych sieci i ekosystemów. Gdy tak się stanie, obietnica inteligentnego domu w końcu stanie się rzeczywistością.

Więcej informacji: Nordic Semiconductor

______________________________________

Odniesienia