Quelle: stock.adobe.com - Zentangle 

Das Konzept der Heimautomatisierung ist eine verlockende Idee: Heizung, Beleuchtung, Alarmanlagen, Unterhaltungs- und Sicherheitstechnik lassen sich drahtlos über eine zentrale Schaltstelle oder nur über ein Smartphone steuern. Allerdings haben wir im Laufe der Zeit leider festgestellt, dass es so nicht funktioniert. Die Vielzahl an inkompatiblen Kommunikationstechnologien lässt keine einheitliche Lösung zu, und Hersteller und Benutzer müssen einen hohen Aufwand betreiben, um verschiedene Geräte über eine gemeinsame Plattform zu steuern.

Für die Verwendung unterschiedlicher Übertragungsstandards und -protokolle gibt es jedoch einige gute Gründe. Für die Vernetzung von Rauchmeldern ist beispielsweise keine so hohe Datenrate erforderlich wie für das Audio-Streaming - und eine langsame Datenübertragung mit geringem Protokoll-Overhead benötigt im Vergleich weniger Strom. Die Vereinheitlichung mag bequem sein, aber sie ist nicht unbedingt eine gute Idee.

Warum „Matter“?

Matter ist ein Konnektivitätsstandard für die Heimautomatisierung. Er wurde entwickelt, um die Fragmentierung verschiedener IoT-Gerätehersteller zu verringern und die Interoperabilität zwischen Smart-Home-Plattformen verschiedener Anbieter zu erreichen. Matter ist eine Anwendungsebene, die über WLAN-, Ethernet- und Thread-Protokolle läuft und Bluetooth Low Energy (LE) für die Inbetriebnahme verwendet. Die Initiative wurde von einigen der einflussreichsten Namen im Smart Home-Bereich ins Leben gerufen, darunter Amazon, Apple, Google und Comcast. Gemeinsam mit Silicon Labs und anderen bildet diese Gruppe die Connectivity Standards Alliance (CSA).

Die vorhandenen drahtlosen Protokolle bieten verschiedene Vorteile, wie z. B. einen stromsparenden Betrieb bei Thread, Zigbee und Z-Wave, eine größere Reichweite bei Z-Wave Long Range und Wi-SUN oder eine hohe Bandbreite bei WLAN. Mit Matter können diese unterschiedlichen Technologien die gleiche Anwendungsebene nutzen und eine nahtlose Kommunikation mit der Cloud herstellen.

Der CSA-Standard basiert auf dem Internet-Protokoll (IP) und arbeitet über einen oder mehrere kompatible Border-Router. Dadurch wird die Verwendung mehrerer proprietärer Hubs vermieden. Matter-Produkte arbeiten lokal und sind nicht auf eine Internetverbindung angewiesen, obwohl der Standard so konzipiert ist, dass er problemlos mit der Cloud kommunizieren kann. Er soll die plattformübergreifende Entwicklung von Smart-Home-Geräten, mobilen Apps und Cloud Services ermöglichen und definiert einen spezifischen Satz von IP-basierten Netzwerktechnologien für die Gerätezertifizierung.

Die Version 1.0 der Spezifikation wurde am 4. Oktober 2022 veröffentlicht. Sie unterstützt Beleuchtungsprodukte (z. B. Netzsteckdosen, Leuchten und Schalter), Türschlösser, Thermostate und Steuerungen für Heizung, Lüftung und Klimaanlagen, Jalousien und Rollläden, Haussicherheitssensoren (z. B. Tür-, Fenster- und Bewegungssensoren) sowie Fernsehgeräte und Video-Streaming-Player.

Matter unterstützt zunächst die Netzwerkebenen WLAN und Thread für die Kern- und Betriebskommunikation sowie Bluetooth LE, um die Inbetriebnahme und Einrichtung von Geräten zu vereinfachen. Für Netzwerke, die nicht direkt unterstützt werden, wie Z-Wave und Zigbee, bietet Matter eine Bridge-Funktion, mit der diese Geräte über das Matter-Netzwerk kommunizieren können. Mit Matter können Hersteller Geräte entwickeln, die mit Smart Home- und Spracherkennungs-Services wie Amazon Alexa, Apple Siri, Google Assistant und anderen kompatibel sind. Um die Matter-Funktionalität bereitzustellen, bietet Silicon Labs ein Software Development Kit: das Unify SDK. Dieses Kit wurde als offene, modulare und portable Architektur entwickelt, die auf der weit verbreiteten, schlanken MQTT-Technologie basiert. Das Software-Framework wird auf Prozessoren mit POSIX-kompatiblen Betriebssystemen wie Linux entworfen und entwickelt. Es bietet einen erweiterbaren Satz von Softwarefunktionen, die eine drahtlose IoT-Konnektivität in Gateways, Multiprotokoll-Skalierbarkeit und Anwendungsprozessor-basierte Endprodukte ermöglichen. Das Unify SDK vereinfacht die Entwicklung und die laufende Softwarepflege für IoT-Gateways und anwendungsprozessorbasierte Endgeräte.

Ein neues Matter-Gerät kann von mehreren Ökosystemen gleichzeitig gesteuert werden und Teil von ihnen sein. Zum Beispiel kann eine Leuchte mit Amazon Alexa, Google Home und Apple HomeKit verbunden werden. Durch die standardisierte Inbetriebnahme über Bluetooth, einschließlich der Geräteauthentifizierung, wird eine sichere und einfache Installation gewährleistet. Verbraucher können neue Produkte und Marken zu ihrem Smart Home hinzufügen, ohne sich Gedanken darüber machen zu müssen, ob diese miteinander funktionieren.

Die Matter-Entwicklung

Silicon Labs ist eines der aktivsten CSA-Mitglieder im Bereich der Systementwicklung. Die Wireless SoCs Series 2 von Silicon Labs eignen sich ideal für drahtlose Mesh-IoT-Konnektivität mit Matter-, OpenThread- und Zigbee-Protokollen für Smart-Home-, Beleuchtungs- und Gebäudeautomatisierungsprodukte. Mit Schlüsselfunktionen wie hochleistungsfähigem 2,4-GHz-HF, niedrigem Stromverbrauch, einem KI/ML-Hardwarebeschleuniger und Secure Vault können Hersteller von IoT-Geräten intelligente, robuste und energieeffiziente Produkte entwickeln, die vor entfernten und lokalen Cyberangriffen geschützt sind. Ein ARM Cortex-M33 mit bis zu 78 MHz, einem Flash-Speicher von bis zu 1,5 MB und einem RAM-Speicher von bis zu 256 kB bietet Ressourcen für anspruchsvolle Anwendungen und lässt gleichzeitig Raum für künftige Erweiterungen. Zu den Zielanwendungen zählen Gateways und Hubs, Sensoren, Schalter, Türschlösser, LED-Lampen, Leuchten, standortbezogene Services, vorausschauende Wartung, Glasbrucherkennung, Wake-Word-Erkennung und vieles mehr.

Auf Basis dieses SoCs bietet der Hersteller mit dem xG24 Explorer Kit eine Entwicklungs- und Evaluierungsplattform an. Die Plattform bietet einen mikroBUS-Anschluss, einen Qwiiic-Anschluss und einen SEGGER J-Link Debugger. Damit lassen sich einfach Mesh-IoT-Netzwerke mit Matter-Protokollen entwickeln.

Ausblick

Innovation, Sicherheit und Qualität sind wichtige Herausforderungen, die es in Zukunft zu bewältigen gilt. Mit Matter können die Hersteller die Kommunikation zwischen verschiedenen Plattformen vereinfachen und die Kompatibilität ihrer Produkte sicherstellen. Da Interoperabilität für die Entwicklung neuer IoT-Netzwerke von entscheidender Bedeutung ist, bedeutet Matter einen großen Schritt in die richtige Richtung. Silicon Labs bietet die Technologie, die Hardware und die Entwicklungskits, um die Herausforderungen der industriellen Vernetzung zu meistern.