Jste zde

Matter = univerzální IoT propojovací platforma

Antonín Vojáček, 3. Únor 2022 - 8:17

Na letošním veletrhu CES 2022 byla jako budoucnost IoT konektivity oficiálně představena a i prakticky uvedena nová univerzální komunikační platforma "Matter" pro automatizaci budov a domácností. Co to je a k čemu má primárně sloužit? Na jakém principu pracuje?

Na název "Matter" jste již mohli narazit v nedávném článku "Automatizace domácnosti dle Samsungu na CES 2022". Tady se pokusím o něco více nastínit, co to komunikační platforma Matter vlastně je a co má znamenat pro budoucí rozvoj oblastí IoT, SmartThings a celkové automatizace domů a domácností.

Co je a k čemu má Matter primárně sloužit?

Platforma "Matter" je nadcházející "jazyk" chytré domácnosti, který umožňuje zařízením v různých IoT / SmartThings systémech vzájemně komunikovat. Jinými slovy - například termostat ovládaný Alexou se bude moci připojit k chytrému displeji ovládanému Google Home platformou. To také znamená, že můžete ovládat produkty Google pomocí Siri nebo dokonce dávat příkazy zařízení Apple Homekit prostřednictvím Alexy.

Platforma Matter je společným úsilím mezi vývojáři a manažery v různých průmyslových odvětvích a je duchovním dítětem aliance CSA (Connectivity Standards Alliance). CSA doufá, že Matter se stane hlavním centrem chytré domácnosti pro všechny chytré produkty (SmartThings). Je důležité si uvědomit, že Matter není nějakým novým, hmatatelným hardwarovým zařízením, ale spíše základním softwarem, který zlepší konektivitu mezi stávajícími (a budoucími) produkty třetích stran.

Jedním z největších příspěvků platformy Matter by ten měl být ten, že v podstatě umožní rozšířit jejich systém inteligentních domů pomocí téměř všech produktů na trhu. Uživatelé Apple HomeKit si budou moci pořídit Google Nest Hub Max a snadno jej začlenit do svého nastavení. Zařízení Alexa budou moci využívat sílu hlasových příkazů Siri k provádění úkolů. Už by tak nemělo být nutné shánět produkty specifické pro určitý konkrétní systém chytré domácnosti, pokud jsou kompatibilní s Matter. Se zavedením platformy Matter by se také měla zlepšit i bezpečnost. Zařízení v místní síti mohou fungovat, aniž by se musela připojovat ke cloudu, což ztěžuje hledání informací mimo domov. Aktualizace a stahování budou samozřejmě i nadále vyžadovat připojení na velkou vzdálenost, ale každodenní interakce budou všechny omezeny na vlákno a Wi-Fi, díky čemuž jsou extrémně bezpečné.

Ideou vzniku platformy Matter bylo tedy vytvořit jednotný propojovací systém chytré domácnosti pro snadné vzájemné napojení všech produktů významných dodavatelů na tomto poli, tedy například produkty Apple, Samsung, Alexa a Google. To se do budoucna zdá jako velmi důležitý stavební prvek pro další rozvoj oblasti IoT a SmartThings, aby i běžní uživatelé si mohli snadno kombinovat a propojit výrobky a také služby různých výrobců a dodavatelů, aniž by museli složitě řešit nějaké vzájemné převody komunikačních formátů a služeb.

Cílem platformy Matter je zajistit snadné uživatelské propojení IoT zařízení různých výrobců a také přidat zvýšenou úroveň ochrany dat i komunikace.

Společnosti, které se již přihlásily pro participaci na platformě Matter.

Konstrukce a základní princip funkce

Z pohledu samotné konstrukce Matter platformy členové Aliance zaujali k vývoji a implementaci tohoto nového jednotného propojovacího protokolu tzv. open source přístup. Při vývoji tak byly využívány nejlepší příspěvky ve své třídě z tržně testovaných technologií pro chytrou domácnost, jako jsou technologie Amazon, Apple, Google, CSA (dříve Zigbee Alliance) a další. Díky využití znalostí příspěvků těchto technologií bylo možné urychlit vývoj celé platformy a tak rychleji přijít s výsledky na trh.

Platforma Matter pro fyzickou komunikaci mezi zařízeními využívá "tradiční" standardizované komunikační protokoly. Realizuje totiž řízení jen na vyšších úrovních komunikačního softwaru tvořené aplikační vrstvou.

Co se týče toho, jak Matter vlastně funguje, tak to je trochu komplikované. Co nejjednodušeji řečeno, Matter bude fungovat jak pomocí standardní Wi-Fi, tak pomocí stávající technologie nazvané Thread (která nabízí konektivitu pro zařízení napájená bateriemi), přičemž bude také zahrnovat použití Bluetooth Low Energy (BLE) během nastavování konkrétních zařízení. Po dokončení počátečního připojení budou všechna chytrá zařízení ve vaší síti schopna spolu komunikovat.

Pokud vám Matter zní trochu povědomě, je to proto, že technicky nejde o zcela tak nový výtvor. Tento propojovací "jazyk", který byl poprvé ohlášen již v roce 2020 jako nešikovně pojmenovaný „Project Connected Home Over IP“ nebo "Project CHIP", byl od té doby přejmenován na Matter (což je asi lepší volba z pohledu běžných zákazníků).

Projekt, jak je nastíněno již výše, definuje novou softwarovou aplikační vrstvu, která bude nasazena v softwaru zařízení, komunikačních hubů a řadičů. Aby bylo dosaženo snadné komunikační propojitelnosti, bude Matter zpočátku podporovat Wi-Fi a Thread komunikační protokol jako základní komunikační vrstvu a Bluetooth Low Energy (BLE) pro zprovoznění a nastavení zařízení. Hlavní inovativní částí celé Matter platformy je tedy ona aplikační vrstva komunikačního modelu, která právě má zajistit onu propojitelnost různých rozdílných aplikačních komunikačních vrstev platforem různých výrobců.

Hlavní "oblastí působnosti" platformy Matter je komunikační část softwaru zařízení, přesněji řečeno, aplikační vrstva komunikačního modelu, zatímco nižší vrstvy modulu realizující fyzický přenos dat již neovlivňuje (tj. využívá již zaběhlé standardy).

Aplikační vrstvu Matter protokolu lze pak dále rozdělit do následujících sedmi hlavních složek:

Application: nejvyšší úroveň logiky zařízení. Například aplikace, která je zaměřena na osvětlení, může obsahovat logiku pro ovládání zapínání/vypínání žárovky a také její barevné charakteristiky apod.
Data Model: datová primitiva, která pomáhá popsat různé funkce zařízení. Výše uvedená aplikace (složka Application) pracuje s těmito datovými strukturami, když má záměr interagovat se nějakým zařízením.
Interaction Model: sada akcí, které lze na zařízeních provést za účelem interakce s nimi. Například čtení nebo zápis atributů na zařízení by odpovídalo daným interakcím se zařízeními. Tyto akce fungují na strukturách definovaných výše uvedeným datovým modelem (složka Data Model ).
Action Framing: jakmile je akce vytvořena pomocí modelu interakce, je zarámována do předepsaného sbaleného binárního formátu pro přenos.
Security: zakódovaný akční rámec (z Action Framing složky) je poté odeslán do bezpečnostní vrstvy, aby zašifroval a podepsal datovou část, aby bylo zajištěno, že data jsou zabezpečena a ověřena odesílatelem i příjemcem paketu.
Message Framing & Routing: na vytvořeném zabezpečeném rámci (ze Security složky) vytvoří tato vrstva formát s povinnými a volitelnými poli záhlaví, které specifikují vlastnosti zprávy a také některé směrovací informace.
IP Framing & Transport Management: z výše uvedených složek sestavený rámec je pak zapouzdřen a odeslán níže do vrstev modelu zajištujících fyzický přenos pomocí základního přenosového protokolu, např. TCP/IP pro bezdrátovou WiFi komunikaci.

Celkový přehled komunikačního modelu pro platformu Matter.

Protokol Matter tak má být schopen převést rozdílné komunikační formáty zařízení různých výrobců na společný standardizovaný formát.

Jaké produkty budou platformu Matter podporovat?

Úplný seznam podporovaných produktů ještě nebyl zveřejněn, ale mnoho dnešních nejpopulárnějších společností plánuje Matter využít. Kompatibilní produkty / zařízení bude možné rychle identifikovat pomocí oficiálního loga a označení „Matter“ na jejich obalu. Nicméně základní sortiment produktů, které by měly platformu Matter v budoucnu podporovat, je následující:

Domácí bezpečnostní senzory (kromě bezpečnostních kamer)
Termostaty, regulátory HVAC
Televizory a streamovací zařízení
Bezdrátové přístupové body
Žárovky a ovladače světla
Garážové ovladače
Závory dveří
Zástrčky, zásuvky
Žaluzie

Komponenty kompatibilní s platformou Matter budou jasně označeny logem.

Google například oficiálně oznámil podporu Matter pro zařízení Android a Google Nest letos v květnu. Již v říjnu 2021 však vydal softwarovou sadu Google Home Device SDK, která má vývojářům pomoci rychle vytvářet zařízení Matter. Mezitím Apple položil základ pro podporu Matter v iOS 15. Samsung pak uvádí, že plánuje přinést podporu Matter na platformu Samsung SmartThings během roku 2022. Apple, Google, Phillips a další značky také plánují na začátku roku 2022 zavést podporu Matter pro své stávající příslušenství.

Konkrétně tak následující velcí výrobci a jejich produkty by měly během roku 2022 mít platformu Matter implementovanou a k dispozici v prodeji:

Amazon Alexa:
- Echo smart speakers (4^th Gen)
- Echo Studio
- Echo Show 10
- Echo Plus
Google Home:
- Nest smart speakers
- Nest Hub Max
- Nest Wi-Fi
- Nest Hub (2^nd Gen)
Apple Homekit:
- Apple TV 4K
- HomePod Mini
- všechny HomeKit API
Samsung SmartThings
- všechny současní SmartThings Hubs

S technologií Matter by již uživatelské připojení různých nových zařízení do domácí sítě nemělo být velkým problémem.

Závěr

Softwarová platforma Matter se rozhodně zdá být novým hlavním hybatelem v oblasti IoT, SmartThings a prostě v celém odvětví tzv. chytré domácnosti (Smart Home) i chytrých domů (Smart House) a v budoucnu v rozvoji celé rozsáhlé digitální komunální infrastruktury typu Urban Digital Twins (viz článek Urban Digital Twins aneb digitální dvojčata měst). Má totiž pomoci k většímu a snadnějšímu praktickému rozšíření automatizace domů a domácností, což až do současné doby byl poměrně velký problém a běžného uživatele to velmi limitovalo nejen prakticky, ale i v případných úvahách, zda a co vlastně si pořídit. A tak si někdy raději nekoupí nic. Proto je nalezení "společné řeči" důležité napříč celým odvětvím a snaha o lepší standardizaci propojení zařízení a služeb je tedy podporována i většinou výrobců a dodavatelů.

Uvidíme, jak se platforma Matter v budoucnu skutečně uplatní, ale vzhledem ke kladnému postoji k ní od většiny velkých světových výrobců IoT služeb a technologií, to s ní zatím vypadá velmi dobře.