Matter – a vezeték nélküli szabvány
Új lehetőség az intelligens otthoni eszközök használatához
A kommunikációs képesség és a biztonság hiánya még mindig visszafogja az intelligens otthoni eszközök iránti keresletet. Az új Matter szabványnak köszönhetően azonban ez hamarosan megváltozhat.
2019 decemberében mutatták be a Project Connected Home (összekapcsolt otthon projekt) over IP projektet mint az új, nyílt intelligens otthon szabványát. E mögött vezető technológiai vállalatok egy csoportja áll – köztük az Amazon, az Apple, a Google, a Samsung és a Zigbee Alliance –, amelyek ma már Connectivity Standards Alliance (CSA) néven működnek együtt. 2021 májusában lefektették az első specifikációkat, és a CHIP projektnek egy új nevet, a „Matter”-t adták. 2022 októberében a Matter 1.0 kiadásával megkezdődött az első eszközök tanúsítása. Az első frissítés, a Matter 1.1 már 2023. május 18-án megjelent. A CSA már korábban bejelentette, hogy évente kétszer fogadja el a szabvány új verzióit.
A Matterben részt vevő vállalatok több célt is szem előtt tartanak. A különböző szállítók intelligens otthoni eszközei közötti átjárhatóság javításával a cél a zökkenőmentes integráció és vezérlés lehetősége. Ennek érdekében a Matter többféle kommunikációs technológiát támogat, például a WiFi-t, az Ethernetet és a Thread-et.
A Bluetooth-t is használják az új eszközök gyors és felhasználóbarát integrálásához. A felhasználók az intelligens otthoni eszközeiket közvetlenül és biztonságosan az interneten keresztül is csatlakoztathatják, további eszközök segítsége nélkül. Emellett a Matter-t használó eszközöknek képesnek kell lenniük a különböző platformok és alkalmazások közötti zökkenőmentes kommunikációra, hogy az intelligens otthonok piaca még inkább felhasználóbaráttá váljon.
Az egyik érdekes funkció a több adminisztrátorral való működés. Azzal, hogy minden Matter-képes okosotthon-ökoszisztéma számára lehetséges minden párosítási mód használata. A Matter-eszközök már nem kizárólag egy vezérlőhöz kapcsolódnak, hanem több rendszeren keresztül párhuzamosan is elérhetők. Például egy iPhone-nal az Apple Home-hoz hozzáadott okostévét más családtagok vagy lakótársak is használhatják a Google Home alkalmazáson keresztül az androidos okostelefonjukon.
Az együttműködő képesség (interoperabilitás) mellett a Matter számos más előnnyel is rendelkezik. Ezek közé tartozik a könnyű használat: a felhasználóbarát felületnek köszönhetően a felhasználó számtalan alkalmazás és platform használata nélkül vezérelheti okosotthon-eszközeit. Továbbá a Matter-t a jövő technológiáinak és innovációinak integrálására való képessége teszi jövőállóvá.
1. ábra A Matter lehetővé teszi, hogy az eszközök beszéljenek egymással, többek között az Apple Home, az Amazon Alexa, a Google Home és a Samsung SmartThings segítségével
Eszközök közötti adatcsere
A Matter az IPv6 hálózati protokollon alapul. Ez lehetővé teszi, hogy az összes eszköz egymástól függetlenül hálózatba lépjen egymással. Egy közös adatmodell is megkönnyíti a különböző intelligens otthoni eszközök közötti adatcserét. Ezek így közvetlenül kommunikálhatnak egymással hub vagy más típusú átjáró nélkül, feltéve, hogy a résztvevők ugyanabban a fizikai hálózatban vannak.
Az olyan nyílt szabványokkal, mint a WiFi/WLAN (IEEE 802.11), a Thread (IEEE 802.15.4) és az Ethernet/LAN (IEEE 802.3), a Matter az eszközök széles körét támogatja. A negyedik hozzáadott szabvány a Bluetooth Low Energy (BLE), amely lehetővé teszi, hogy egy okostelefon vagy táblagép a telepítés során kezdeti vezeték nélküli kapcsolatot létesítsen a Matter eszközzel – ezt a módszert ma már számos gyártó használja. Például az új WLAN-hangszórók bekapcsolásakor azok automatikusan megjelennek a telefonos alkalmazásban. Az okostelefon ezután Bluetooth-on keresztül elküldi a WLAN hozzáférési adatokat a hangszóróknak, hogy azok be tudjanak jelentkezni az otthoni hálózatba.
A Thread és a WiFi közötti kommunikációhoz egy úgynevezett Matter border routerre van szükség. Néhány gyártó már kiadott olyan termékeket, amelyek a Matter-vezérlőket és a border routereket kombinálják, például az Apple TV 4K, az Apple Homepod Mini, a Samsung SmartThings Hub és számos Amazon Echo készülék.
Integrált biztonsági rendszer
Egy másik fontos cél, amelyet a gyártók a Matter-szabvánnyal elérnek, a biztonság növelése és a felhasználók védelme az adatvédelmi támadásokkal szemben. Amikor a hackerek az interneten keresztül próbálnak hozzáférést szerezni az intelligens otthoni eszközökhöz, az eszközök gyakran rosszul védettek, elavult szoftvereket használnak, és a kiszámítható jelszavak használata révén nagyon kevés ellenállást biztosítanak a támadókkal szemben.
Ennek következményeként a biztonsági aggályok jelentik az első számú okot, amiért az emberek nem vásárolnak okosotthon-eszközöket: a nem használók 47 százaléka tart a hackertámadásoktól, 37 százalékuk a személyes adataikkal való visszaéléstől, 29 százalékuk pedig a magánéletük védtelenségétől – derül ki a Bitkom megbízásából készült 2022. szeptemberi felmérésből.
Ezen aggályok kezelése érdekében a biztonsági követelményeket már a Matter fejlesztése során figyelembe vették a „Secure by Design” elvnek megfelelően: a Device Attestation Certificate (DAC – eszköztanúsító tanúsítvány) a hamisítás ellen védelmet nyújt azáltal, hogy biztosítja, hogy a hardver valóban az eredeti beszállítótól származik. A hamisítás elleni védelemhez egy hivatalos tanúsító hatóság által aláírt beszállítói tanúsítvány is rendelkezésre áll. Ezenkívül van lehallgatásbiztos kommunikáció és biztonságos ellenőrzés. A PKI-titkosítás és az erős biztonsági protokollok révén a Matter garantálja a felhasználók adatvédelmét és biztonságát.
2. ábra Matter protokollrétegek
Még mindig csak néhány eszköz áll rendelkezésre
A Matter számos előnye ellenére azonban még mindig korlátozott számú eszköz áll rendelkezésre. Mivel a Matter még viszonylag új, a kompatibilis eszközök választéka még korlátozott, még eltart egy ideig, amíg több eszköz lesz elérhető, vagy amíg a meglévő, IEEE 802.15.4 szabványnak megfelelő adó-vevővel rendelkező eszközökhöz szoftverfrissítés is elérhetővé válik. Szoftverfrissítés például számos ZigBee-alapú eszköz esetében várható, feltéve, hogy a belső memória elég nagy ahhoz, hogy támogassa a vezeték nélküli firmware-frissítést (FOTA).
Az új szabvány előnyeit figyelembe véve a piac várhatóan gyorsan növekszik Matter-képes eszközökkel, amint több intelligensotthon-szolgáltató bevezeti a megfelelő termékeket. A szabadalmaztatott csatlakozási technológiával rendelkező intelligens otthoni eszközöknek nem valószínű, hogy nagy jövőjük lesz, köszönhetően a Matter technikai kifinomultságának és egyszerű használatának. A végfelhasználók ugyanis valószínűleg nem akarják a routerek, protokollok és eszközprofilok határainak átjárásával felmerülő bonyodalmakat, ehelyett inkább azt az egyszerűséget részesítik előnyben, hogy egy egyszerű beállítás után a lehető legtöbb eszközt ugyanazon a felületen keresztül lehessen működtetni.
Az internetkapcsolattal, az offline funkcionalitással és az eszközök közötti vezérlési képességekkel a Matter mentesíti a termékszállítókat a fejlesztés vitathatatlanul legnagyobb kihívást jelentő részétől. Ugyanakkor ez kevesebb lehetőséget hagy a beszállítóknak a megkülönböztetésre. A radiátorszelepek esetében ez lehet a működtetőmotor térfogata, az energiatároló eszköz mérete és a kijelző. Amikor egy terméket áttervezünk, a Matter eszközzé való átalakításhoz célszerű a terméknek egy „ráncfelvarrást” adni, hogy jelezzük a vásárlóknak, hogy ez egy rendkívül innovatív termék. A kijelző mint ember-gép interfész itt lép igazán előtérbe.
Fontos, hogy a vezeték nélküli funkciókkal, valamint internetkapcsolattal rendelkező, személyes adatokat vagy pénzügyi tranzakciókat feldolgozó, Matter-alapú termékek szállítói tisztában legyenek az új biztonsági követelményekkel, amelyek 2025. augusztus 1-jétől az EU piacán történő értékesítésre vonatkozóan egységesek.
3. ábra A Nordic Semiconductor nRF54 családja a Matter over Thread és a legmodernebb biztonsági technológiákkal rendelkezik. A termék 2024-től elérhető
Matter-alapú chipek és modulok
A Rutronik portfóliója már számos terméket tartalmaz a Matter eszközök fejlesztéséhez: az Infineon, a Nordic Semiconductor, a Panasonic és az InsightSiP csak néhány a Rutronik által forgalmazott megfelelő chipek és modulok szállítói közül.
A CSA tagjaként az Infineon olyan Matter-képes eszközöket kínál, mint például a PSoC-6 család. Mind a PSoC 62, mind a PSoC 64 egy WiFi IC-vel kombinálva válik Matter-képessé. Általában bármilyen WiFi IC használható, amely támogatja a Matter-t. Ha az Infineontól származó IC-t használ, mint például a CYW43439, CYW43012 vagy CYW4373, akkor a programozást teljes mértékben támogatja az IDE ModusToolbox. A Matter stack importálására és leképezésére is használható a PSoC-6 eszköz.
2024 márciusában az Infineon bejelentett egy chipet (CYW30739), amely támogatni fogja a Matter over Thread-et. Ezenkívül a Matter hálózatban a kényelmes BLE üzembe helyezést fogja használni.
A chip valószínűleg csak kezelhető számú beszállító számára lesz elérhető, de az azt tartalmazó tömegpiaci modul a Rutronikon keresztül elérhető lesz az érdeklődők számára. Az Infineon biztonsági chipjei, mint például az Optiga Trust, ideális biztonságos alapot jelentenek az ügyfélspecifikus bejelentkezési információkhoz, amelyeket minden Matter-tanúsított eszköznek tartalmaznia kell.
Az Infineonhoz hasonlóan a Nordic Semiconductor is tagja a CSA-nak, és különböző chipeket kínál a Matter számára, mint például az nRF52840, az nRF5340 és az új nRF54 család, valamint a Nordic legújabb WiFi termékét, az nRF7002-t. Az nRF54 család a legmodernebb biztonsági technológiákkal tökéletesen alkalmas a jövő Matter eszközeihez. A PSA 3-as szintre tervezett termék fizikai, nem klónozható funkcióalapú (PUF) megbízhatósággal, biztonságos rendszerindítással, firmware-frissítéssel és -tárolással, valamint kriptográfiai gyorsítással, oldalcsatorna-védelemmel és manipulációérzékeléssel rendelkezik.
Az nRF54H20 két Arm Cortex M33 processzorral indul, amelyek akár 320 MHz-es órajelen futnak a számításigényes alkalmazások és a rádiós kommunikáció kezelésére, valamint két RISC-V társprocesszorral az ultraalacsony fogyasztású feladatokhoz és a szoftveresen definiált perifériákhoz (4. ábra). A 2 MB flashmemória a legtöbb Matter-alapú alkalmazásban további külső memória nélkül teszi lehetővé a vezeték nélküli firmware-frissítést.
Míg az nRF54 család, valamint az nRF5340 és az nRF52840 a Matter over Thread, addig az nRF7002 a Matter over WiFi technológiát használja. A fent említett BLE SoC-ek valamelyikével kombinálva kényelmes BLE üzembe helyezéshez is használható a Matter hálózatban.
A Nordic nRF Connect SDK v2.4 mindenféle alkalmazás fejlesztését támogatja, beleértve a legújabb Matter 1.1-es verzióra épülő alkalmazásokat is. Ez magában foglalja a Periodic Advertising with Response (PAwR – időszakos hirdetés válaszadással) alkalmazást is. Továbbá lehetővé teszi, hogy az időszakos hirdetéseket fogadó eszközök válaszokat is küldjenek a feladónak, kétirányú kommunikációt hozva létre, és lehetővé téve a nagy méretű egy a többhöz topológiákat.
Ezenkívül a Nordic már kínál KNX-integrációt (a KNX egy szabványos épületautomatizálási rendszer) a Githubon, hogy az ipari épületgépészeti szabványoknak is megfeleljen. Ez segít a beszállítónak abban, hogy a jövőben is megőrizze vezető pozícióját az intelligens otthonok és intelligens épületek SoC beszállítói között.
A Panasonic a Nordic Semiconductor chipjein alapuló Matter modulokkal rendelkezik. A Matter over WiFi szegmensben a PAN9028 kétféle változatban kapható: integrált energiagazdálkodási IC-vel (PMIC) vagy anélkül. Az akkumulátorral működő eszközökhöz készült PMIC-k – függetlenül attól, hogy az alkalmazás rádiót kínál-e vagy sem – szintén egy nagyon gyorsan növekvő termékcsoportot képviselnek a Nordic részéről.
Az új WiFi6 és WiFi6E modulok a PAN9019 és a PAN9019A. Mindkettő a Matter over WiFi-t használja; a PAN9019A ezenfelül képes a Matter over Thread használatára is. A tiszta Matter over Thread modulok a PAN1770 és a PAN1780. Ezek a Nordic nRF52840 BLE chipjén alapulnak. A Panasonic 2023 decemberében jelentett be egy, a Nordic nRF5340-es chipjén alapuló modult (PAN1783). Ez az egyik legkisebb nRF5340-alapú modul a piacon, és alulról elhelyezett chipantennával lesz kapható.
Az InsightSIP szintén Nordic chipeket használ moduljaihoz: a beszállító az nRF5340 alapján kínálja például az ISP2053-AX-et. Ez Matter over Thread kapcsolatot használ, akárcsak az ISP1807-LR, amely az nRF52840-en alapul. Az InsightSiP moduljai már kristályokat és tanúsítványokat is tartalmaznak, és rendkívül kis méretük miatt népszerűek. A szabadalmaztatott belső antennának köszönhetően még mindig úgy néznek ki, mint egy chip.
Az árérzékeny eszközök számára a Rutronik hasonló modulokat kínál a Minew-tól, amely a Nordic hivatalos modulpartnere. Matter-képes például az MS45SF11, amely a Nordic nRF5340-en alapul. Itt is a Matter over Thread eljárást használják. A Minew új zászlóshajója az MS12SF1. A modulban az nRF5340 és az nRF7002 WiFi-társchip is beépítésre került, így ez az egyik első olyan kombinált modul, amely a két chip révén támogatja a Matter over Thread (nRF5340) és a Matter over WiFi (nRF7002) technológiát is.
Szerző: Torsten Killinger – vezeték nélküli eszközök termékmenedzsere, Rutronik
Rutronik Magyarország Kft.
1117 Budapest, Alíz utca 1.
Tel.: +36 1 231 3349
E-mail:
