Das Thema, über das wir heute sprechen werden, hat mit Smart Homes zu tun.
Wenn es um Smart Homes geht, dürfte es niemandem unbekannt sein. Schon zu Beginn dieses Jahrhunderts, als das Konzept des Internets der Dinge entstand, war das Smart Home der wichtigste Anwendungsbereich.
Im Laufe der Jahre wurde mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der digitalen Technologie immer mehr intelligente Hardware für das Zuhause entwickelt. Diese Hardware hat das Familienleben erheblich komfortabler gemacht und die Wohnfreude gesteigert.
Mit der Zeit werden Sie viele Apps auf Ihrem Telefon haben.
Ja, dies ist das Problem der ökologischen Barriere, das die Smart-Home-Branche schon lange plagt.
Tatsächlich war die Entwicklung der IoT-Technologie schon immer von Fragmentierung geprägt. Verschiedene Anwendungsszenarien entsprechen unterschiedlichen Merkmalen der IoT-Technologien. Manche benötigen eine hohe Bandbreite, manche einen geringen Stromverbrauch, manche legen Wert auf Stabilität und manche legen großen Wert auf die Kosten.
Dies hat zu einem Mix aus 2/3/4/5G, NB-IoT, eMTC, LoRa, SigFox, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Thread und anderen zugrunde liegenden Kommunikationstechnologien geführt.
Das Smart Home wiederum ist ein typisches LAN-Szenario mit Nahbereichskommunikationstechnologien wie WLAN, Bluetooth, Zigbee, Thread usw. in den unterschiedlichsten Kategorien und mit übergreifender Nutzung.
Da Smart Homes zudem auf nicht spezialisierte Nutzer ausgerichtet sind, neigen Hersteller dazu, eigene Plattformen und Benutzeroberflächen zu entwickeln und proprietäre Protokolle auf Anwendungsebene zu verwenden, um das Benutzererlebnis zu gewährleisten. Dies hat zum aktuellen „Ökosystemkrieg“ geführt.
Die Barrieren zwischen den Ökosystemen haben nicht nur den Benutzern, sondern auch den Anbietern und Entwicklern endlose Probleme bereitet – die Einführung desselben Produkts erfordert die Entwicklung für unterschiedliche Ökosysteme, was den Arbeitsaufwand und die Kosten erheblich erhöht.
Da das Problem der ökologischen Barrieren eine ernsthafte Einschränkung für die langfristige Entwicklung intelligenter Häuser darstellt, hat die Industrie begonnen, an der Suche nach einer Lösung für dieses Problem zu arbeiten.
Die Geburt des Matter-Protokolls
Im Dezember 2019 traten Google und Apple der Zigbee Alliance bei und schlossen sich damit Amazon sowie über 200 Unternehmen und Tausenden von Experten weltweit an, um ein neues Anwendungsschichtprotokoll zu fördern, das als Project CHIP-Protokoll (Connected Home over IP) bekannt ist.
Wie der Name schon sagt, dreht sich bei CHIP alles um die Vernetzung des Zuhauses auf Basis von IP-Protokollen. Dieses Protokoll wurde mit dem Ziel eingeführt, die Gerätekompatibilität zu erhöhen, die Produktentwicklung zu vereinfachen, das Benutzererlebnis zu verbessern und die Branche voranzutreiben.
Nach der Gründung der CHIP-Arbeitsgruppe war ursprünglich geplant, den Standard im Jahr 2020 zu veröffentlichen und das Produkt im Jahr 2021 auf den Markt zu bringen. Aus verschiedenen Gründen kam dieser Plan jedoch nicht zustande.
Im Mai 2021 änderte die Zigbee Alliance ihren Namen in CSA (Connectivity Standards Alliance). Gleichzeitig wurde das CHIP-Projekt in Matter umbenannt (was auf Chinesisch „Situation, Ereignis, Angelegenheit“ bedeutet).
Die Allianz wurde umbenannt, weil viele Mitglieder Zigbee nicht beitreten wollten, und CHIP wurde in Matter geändert, wahrscheinlich weil das Wort CHIP zu bekannt war (es bedeutete ursprünglich „Chip“) und sehr leicht zum Absturz bringen konnte.
Im Oktober 2022 veröffentlichte die CSA schließlich die Version 1.0 des Matter-Standardprotokolls. Kurz zuvor, am 18. Mai 2023, wurde auch Matter in der Version 1.1 veröffentlicht.
Die Mitglieder des CSA-Konsortiums sind in drei Ebenen unterteilt: Initiator, Teilnehmer und Anwender. Initiatoren stehen auf der höchsten Ebene und wirken als erste an der Ausarbeitung des Protokolls mit, sind Mitglieder des Vorstands der Allianz und in gewissem Umfang an der Führung und den Entscheidungen der Allianz beteiligt.
Google und Apple haben als Vertreter der Initiatoren maßgeblich zu den frühen Spezifikationen von Matter beigetragen.
Google steuerte die vorhandene Netzwerkschicht und das Anwendungsprotokoll Weave seines eigenen Smart Home bei (ein Satz standardmäßiger Authentifizierungsmechanismen und Befehle für den Gerätebetrieb), während Apple HAP Security beisteuerte (für End-to-End-Kommunikation und lokale LAN-Manipulation, wodurch starker Datenschutz und Sicherheit gewährleistet werden).
Den neuesten Daten auf der offiziellen Website zufolge wurde das CSA-Konsortium von insgesamt 29 Unternehmen mit 282 Teilnehmern und 238 Anwendern initiiert.
Angeführt von den Giganten exportieren Branchenakteure aktiv ihr geistiges Eigentum für Matter und sind bestrebt, ein großes, einheitliches und nahtlos vernetztes Ökosystem aufzubauen.
Matters Protokollarchitektur
Wie genau verstehen wir nach all diesen Ausführungen das Matter-Protokoll? Welche Beziehung besteht zu Wi-Fi, Bluetooth, Thread und Zigbee?
Nicht so schnell, schauen wir uns ein Diagramm an:
Dies ist ein Diagramm der Protokollarchitektur: Wi-Fi, Thread, Bluetooth (BLE) und Ethernet sind die zugrunde liegenden Protokolle (physikalische und Datenverbindungsschicht); darüber befindet sich die Netzwerkschicht, einschließlich der IP-Protokolle; darüber befindet sich die Transportschicht, einschließlich der TCP- und UDP-Protokolle; und das Matter-Protokoll ist, wie bereits erwähnt, ein Protokoll der Anwendungsschicht.
Bluetooth und Zigbee verfügen neben den zugrunde liegenden Protokollen auch über dedizierte Netzwerk-, Transport- und Anwendungsebenen.
Daher ist Matter ein sich gegenseitig ausschließendes Protokoll mit Zigbee und Bluetooth. Derzeit sind die einzigen zugrunde liegenden Protokolle, die Matter unterstützt, Wi-Fi, Thread und Ethernet (Ethernet).
Zusätzlich zur Protokollarchitektur müssen wir wissen, dass das Matter-Protokoll mit einer offenen Philosophie entwickelt wurde.
Es handelt sich um ein Open-Source-Protokoll, das von jedem angezeigt, verwendet und an unterschiedliche Anwendungsszenarien und Anforderungen angepasst werden kann, wodurch die technischen Vorteile von Transparenz und Zuverlässigkeit genutzt werden können.
Die Sicherheit des Matter-Protokolls ist ebenfalls ein wichtiges Verkaufsargument. Es nutzt die neueste Verschlüsselungstechnologie und unterstützt Ende-zu-Ende-Verschlüsselung, um sicherzustellen, dass die Kommunikation der Benutzer nicht gestohlen oder manipuliert wird.
Matters Netzwerkmodell
Als nächstes betrachten wir die eigentliche Vernetzung der Materie. Auch dies wird durch ein Diagramm veranschaulicht:
Wie das Diagramm zeigt, ist Matter ein TCP/IP-basiertes Protokoll, Matter ist also das, worin TCP/IP gruppiert wird.
WLAN- und Ethernet-Geräte, die das Matter-Protokoll unterstützen, können direkt an einen WLAN-Router angeschlossen werden. Thread-Geräte, die das Matter-Protokoll unterstützen, können über Border-Router auch mit IP-basierten Netzwerken wie WLAN verbunden werden.
Geräte, die das Matter-Protokoll nicht unterstützen, wie etwa Zigbee- oder Bluetooth-Geräte, können mit einem Bridge-Gerät (Matter Bridge/Gateway) verbunden werden, um das Protokoll zu konvertieren und dann eine Verbindung zu einem WLAN-Router herzustellen.
Industrielle Fortschritte im Bereich Materie
Matter stellt einen Trend in der Smart-Home-Technologie dar. Daher hat es seit seiner Einführung große Aufmerksamkeit und begeisterte Unterstützung erhalten.
Die Branche ist sehr optimistisch, was die Entwicklungsaussichten von Matter angeht. Laut einem aktuellen Bericht des Marktforschungsunternehmens ABI Research werden zwischen 2022 und 2030 weltweit mehr als 20 Milliarden drahtlos vernetzte Smart-Home-Geräte verkauft, und ein großer Teil dieser Gerätetypen wird die Matter-Spezifikation erfüllen.
Matter verwendet derzeit einen Zertifizierungsmechanismus. Hersteller entwickeln Hardware, die den Zertifizierungsprozess des CSA-Konsortiums bestehen muss, um das Matter-Zertifikat zu erhalten und das Matter-Logo verwenden zu dürfen.
Laut CSA wird die Matter-Spezifikation für eine breite Palette von Gerätetypen gelten, beispielsweise Bedienfelder, Türschlösser, Lichter, Steckdosen, Schalter, Sensoren, Thermostate, Ventilatoren, Klimaregler, Jalousien und Mediengeräte, und nahezu alle Szenarien im Smart Home abdecken.
Branchenweit gibt es bereits eine Reihe von Herstellern, deren Produkte die Matter-Zertifizierung bestanden haben und nach und nach auf den Markt kommen. Auch seitens der Chip- und Modulhersteller gibt es eine relativ starke Unterstützung für Matter.
Abschluss
Die wichtigste Aufgabe von Matter als Protokoll der oberen Schicht besteht darin, die Barrieren zwischen verschiedenen Geräten und Ökosystemen abzubauen. Unterschiedliche Menschen haben unterschiedliche Perspektiven auf Matter: Manche sehen es als Retter, andere als Neuanfang.
Derzeit befindet sich das Matter-Protokoll noch in der frühen Phase der Markteinführung und ist mit einigen Problemen und Herausforderungen konfrontiert, wie etwa höheren Kosten und einem längeren Erneuerungszyklus des Gerätebestands.
Auf jeden Fall ist es ein Schock für die tristen Jahre der Smart-Home-Technologie. Wenn das alte System die technologische Entwicklung und das Benutzererlebnis einschränkt, dann brauchen wir Technologien wie Matter, die sich dieser großen Aufgabe stellen.
Ob Matter ein Erfolg wird, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen. Es ist jedoch die Vision der gesamten Smart-Home-Branche und die Verantwortung jedes Unternehmens und Praktikers in der Branche, digitale Technologien in das häusliche Leben zu integrieren und das digitale Wohnerlebnis der Nutzer kontinuierlich zu verbessern.
Hoffen wir, dass das Smart Home bald alle technischen Fesseln sprengt und wirklich in jedes Zuhause einzieht.
Veröffentlichungszeit: 29. Juni 2023