Тема нашего сегодняшнего разговора связана с «умными домами».
Когда речь заходит об умных домах, никто не должен быть с ними незнаком. В начале этого века, когда впервые зародилась концепция Интернета вещей, наиболее важной областью применения был умный дом.
С годами, благодаря непрерывному развитию цифровых технологий, было изобретено все больше и больше «умных» устройств для дома. Эти устройства значительно упростили семейную жизнь и повысили уровень комфорта.
Со временем на вашем телефоне окажется множество приложений.
Да, это та самая проблема экологического барьера, которая давно преследует индустрию «умного дома».
Фактически, развитие технологий Интернета вещей всегда характеризовалось фрагментацией. Различные сценарии применения соответствуют различным характеристикам технологий Интернета вещей. Некоторым требуется большая пропускная способность, некоторым — низкое энергопотребление, некоторые ориентированы на стабильность, а некоторые очень обеспокоены стоимостью.
Это привело к появлению целого ряда базовых коммуникационных технологий: 2/3/4/5G, NB-IoT, eMTC, LoRa, SigFox, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Thread и других.
В свою очередь, «умный дом» представляет собой типичный сценарий локальной сети с технологиями связи ближнего действия, такими как Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Thread и т. д., в широком диапазоне категорий и для различных целей.
Более того, поскольку системы «умного дома» ориентированы на пользователей, не являющихся специалистами в данной области, производители, как правило, создают собственные платформы и пользовательские интерфейсы, а также используют собственные протоколы прикладного уровня для обеспечения удобства использования. Это привело к нынешней «войне экосистем».
Разрыв между экосистемами создает бесконечные проблемы не только для пользователей, но и для поставщиков и разработчиков — запуск одного и того же продукта требует разработки для разных экосистем, что значительно увеличивает объем работы и затраты.
Поскольку проблема экологических барьеров является серьезным препятствием для долгосрочного развития «умных домов», отрасль начала работу над поиском решения этой проблемы.
Зарождение протокола «Материя»
В декабре 2019 года Google и Apple присоединились к альянсу Zigbee, присоединившись к Amazon и более чем 200 компаниям и тысячам экспертов по всему миру для продвижения нового протокола прикладного уровня, известного как протокол Project CHIP (Connected Home over IP).
Как видно из названия, CHIP — это протокол, объединяющий домашнюю сеть на основе IP-протоколов. Этот протокол был разработан с целью повышения совместимости устройств, упрощения разработки продуктов, улучшения пользовательского опыта и продвижения отрасли вперед.
После создания рабочей группы CHIP первоначально планировалось выпустить стандарт в 2020 году и запустить продукт в 2021 году. Однако по разным причинам этот план не был реализован.
В мае 2021 года альянс Zigbee сменил название на CSA (Connectivity Standards Alliance). Одновременно с этим проект CHIP был переименован в Matter (что в переводе с китайского означает «ситуация, событие, материя»).
Альянс был переименован, потому что многие его члены неохотно присоединялись к Zigbee, а название CHIP было изменено на Matter, вероятно, потому что слово CHIP было слишком хорошо известно (изначально оно означало «чип») и его было очень легко вывести из строя.
В октябре 2022 года CSA наконец выпустила версию 1.0 стандартного протокола Matter. Незадолго до этого, 18 мая 2023 года, была также выпущена версия Matter 1.1.
Члены Консорциума CSA делятся на три уровня: Инициатор, Участник и Принявший. Инициаторы находятся на самом высоком уровне, будучи первыми участниками разработки протокола, членами Совета директоров Альянса и в определенной степени участвуя в руководстве и принятии решений Альянса.
Google и Apple, как представители инициаторов, внесли значительный вклад в разработку ранних спецификаций Matter.
Google внесла свой вклад, предоставив существующий сетевой уровень для умного дома и протокол приложений Weave (набор стандартных механизмов аутентификации и команд для работы устройств), а Apple — HAP Security (для сквозной связи и управления локальной сетью, обеспечивающий высокую конфиденциальность и безопасность).
Согласно последним данным на официальном сайте, консорциум CSA был создан в общей сложности 29 компаниями, в состав которых вошли 282 участника и 238 компаний, внедривших данную технологию.
Возглавляемые гигантами, игроки отрасли активно экспортируют свою интеллектуальную собственность в сфере материи и стремятся к созданию грандиозной, единой, бесшовно взаимосвязанной экосистемы.
Архитектура протокола Matter
После всех этих разговоров, как именно мы можем понять протокол Matter? Какова его связь с Wi-Fi, Bluetooth, Thread и Zigbee?
Не спешите, давайте посмотрим на диаграмму:
Это схема архитектуры протокола: Wi-Fi, Thread, Bluetooth (BLE) и Ethernet — это базовые протоколы (физический и канальный уровни); выше находится сетевой уровень, включая IP-протоколы; выше находится транспортный уровень, включая протоколы TCP и UDP; а протокол Matter, как мы уже упоминали, является протоколом прикладного уровня.
Помимо базовых протоколов, Bluetooth и Zigbee также имеют выделенные сетевой, транспортный и прикладной уровни.
Таким образом, Matter — это взаимоисключающий протокол с Zigbee и Bluetooth. В настоящее время Matter поддерживает только протоколы Wi-Fi, Thread и Ethernet (Ethernet).
Помимо архитектуры протокола, необходимо знать, что протокол Matter разработан с учетом принципов открытости.
Это протокол с открытым исходным кодом, который может просматриваться, использоваться и модифицироваться любым желающим в соответствии с различными сценариями применения и потребностями, что обеспечит технические преимущества в виде прозрачности и надежности.
Безопасность протокола Matter также является важным преимуществом. Он использует новейшие технологии шифрования и поддерживает сквозное шифрование, гарантируя, что сообщения пользователей не будут украдены или изменены.
Сетевая модель Matter
Далее мы рассмотрим фактическое взаимодействие материи. И снова это проиллюстрировано диаграммой:
Как показано на диаграмме, Matter — это протокол на основе TCP/IP, поэтому Matter — это то, к чему относится TCP/IP.
Устройства Wi-Fi и Ethernet, поддерживающие протокол Matter, могут быть напрямую подключены к беспроводному маршрутизатору. Устройства Thread, поддерживающие протокол Matter, также могут быть соединены с IP-сетями, такими как Wi-Fi, через пограничные маршрутизаторы.
Устройства, не поддерживающие протокол Matter, такие как устройства Zigbee или Bluetooth, можно подключить к устройству мостового типа (Matter Bridge/Gateway) для преобразования протокола, а затем подключить к беспроводному маршрутизатору.
Промышленные достижения в области материи
Matter представляет собой тренд в технологиях умного дома. Поэтому с момента своего появления он привлек широкое внимание и получил восторженную поддержку.
В отрасли очень оптимистично оценивают перспективы развития технологии Matter. Согласно недавнему отчету исследовательской компании ABI Research, с 2022 по 2030 год во всем мире будет продано более 20 миллиардов беспроводных устройств для умного дома, и значительная часть этих устройств будет соответствовать спецификации Matter.
В настоящее время Matter использует механизм сертификации. Производители разрабатывают оборудование, которое должно пройти процесс сертификации консорциума CSA, чтобы получить сертификат Matter и право использовать логотип Matter.
Согласно CSA, спецификация Matter будет применяться к широкому спектру типов устройств, таких как панели управления, дверные замки, светильники, розетки, выключатели, датчики, термостаты, вентиляторы, климат-контроллеры, жалюзи и медиаустройства, охватывая практически все сценарии использования в «умном доме».
В отраслевом контексте уже существует ряд производителей, чья продукция прошла сертификацию Matter и постепенно выходит на рынок. Со стороны производителей микросхем и модулей также наблюдается относительно сильная поддержка Matter.
Заключение
Главная роль Matter как протокола верхнего уровня заключается в устранении барьеров между различными устройствами и экосистемами. У разных людей разные взгляды на Matter: одни видят в нем спасителя, другие — чистый лист.
В настоящий момент протокол Matter находится на ранних этапах выхода на рынок и сталкивается с рядом проблем и вызовов, таких как более высокие затраты и более длительный цикл обновления запасов устройств.
В любом случае, это шокирует нас, оставив позади скучные годы развития технологий «умного дома». Если старая система ограничивает развитие технологий и пользовательский опыт, то нам нужны такие технологии, как Matter, чтобы они взяли на себя эту сложную задачу.
Удастся ли Matter добиться успеха, сказать наверняка нельзя. Однако, это видение всей индустрии умного дома и ответственность каждой компании и каждого специалиста в этой отрасли — внедрять цифровые технологии в домашнюю жизнь и постоянно улучшать цифровой опыт пользователей.
Надеюсь, что «умный дом» вскоре преодолеет все технические барьеры и действительно войдет в каждый дом.
Дата публикации: 29 июня 2023 г.