Ein EDN-Artikel von Rob Alexander
Mit der Entstehung von Matter ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten, die Konnektivität des Internets der Dinge (IoT) zu verbessern und in den kommenden Jahren neue Anwendungen und Lösungen zu ermöglichen. Matter ist eine Anwendungsschicht, die die nahtlose Zusammenarbeit verschiedener Produkte unterschiedlicher Anbieter mit unterschiedlichen Technologien ermöglicht.
Das Protokoll zielt darauf ab, die Fragmentierung zwischen verschiedenen Herstellern zu verringern und die Interoperabilität zwischen Smart-Home-Geräten und IoT-Plattformen verschiedener Anbieter zu verbessern. Um dieses Ziel zu erreichen, wird Matter das Internet Protocol (IP) verwenden, das Interoperabilität zwischen Geräten bietet, um eine Standardanwendungsschicht zu definieren – unabhängig vom zugrunde liegenden Netzwerkprotokoll.
Wenn IoT-Unternehmen auf dem sich ständig weiterentwickelnden Markt von heute die Nase vorn behalten möchten, benötigen sie umfassende Fachkenntnisse zu den zugrunde liegenden drahtlosen Matter-IoT-Protokollen, darunter Bluetooth, Thread und Wi-Fi. Wie können Sie also genau die Matter-Interoperabilität erreichen, unabhängig vom Protokoll? Die Antwort könnte in der Überbrückung liegen.
Was versteht man unter Überbrückung und warum ist sie wichtig?
Angesichts der großen vorhandenen Installationsbasis nicht IP-basierter Zigbee-, Z-Wave- und anderer drahtloser IoT-Protokolle ist eine drahtlose Koexistenz notwendig und äußerst komplex. Derzeit sind über 2.100 zertifizierte nicht IP-basierte Smart-Home-Produkte auf dem Markt, die ein breites Anwendungsspektrum unterstützen. Mit der Entwicklung des Matter-Standards müssen diese Geräte überbrückt werden, um die Kompatibilität mit dem neuen Protokoll sicherzustellen.
Produkte, die Zigbee oder Z-Wave verwenden – wie Philips Hue-Glühbirnen, SmartThings-Sensoren, das Ring-Alarmsystem und Ecobee-Thermostate – sind bereits in den Regalen und in Haushalten auf der ganzen Welt erhältlich, sind derzeit jedoch nicht mit Matter kompatibel. Im Allgemeinen erfordert die Verbindung von Zigbee- und Z-Wave-Geräten mit Matter die Aktualisierung vorhandener Hubs oder das Hinzufügen einer neuen Bridge, die das neue Protokoll unterstützt.
Entwickler müssen eine Möglichkeit finden, Matter mit diesen Geräten zu verbinden und die heute vorhandenen Smart-Home-Geräte in die Zukunft zu bringen, damit Verbraucher die Vorteile von Matter mit ihren vorhandenen Produkten nutzen können. Auch wenn sich manche Unternehmen dafür entscheiden, ihre Endgeräte vor Ort aufzurüsten, wenn diese die Flash- und RAM-Anforderungen erfüllen, ist es für IoT-Anbieter sinnvoller, bereits vorhandene Sensornetzwerke mit Matter-Netzwerken zu verbinden, da dies den Benutzern ein intuitiveres und einfacheres Erlebnis bietet.
Erfreulicherweise planen immer mehr IoT-Unternehmen die Einführung von Brückenprodukten, die sowohl die eingesetzten Zigbee/Z-Wave-Produkte als auch die neueren Matter-Produkte unterstützen, die Bluetooth Low Energy (LE) für die Inbetriebnahme verwenden und über Thread-, Wi-Fi- und Ethernet-Protokolle laufen. Schauen wir uns genauer an, wie eine Matter-Brücke funktioniert.
So funktioniert die Matter Bridge
Eine Matter-Bridge funktioniert, indem sie die Konnektivität auf Nicht-Matter-IoT-Geräte in einem Matter-Fabric erweitert und es Verbrauchern ermöglicht, vorhandene Nicht-Matter-Geräte wie Zigbee- und Z-Wave-Geräte zusammen mit neuen Matter-Geräten weiter zu verwenden. Die Bridge stellt über die jeweiligen Protokolle wie Zigbee, Z-Wave oder Bluetooth eine Verbindung zu den einzelnen Geräten her und übersetzt dann die Nachrichten zwischen ihnen in ein für alle verständliches Matter-Protokoll.
Wenn also ein Gerät eine Nachricht an das andere sendet, fängt die Bridge diese ab, übersetzt sie in das Matter-Protokoll und sendet sie dann an das empfangende Gerät. Das empfangende Gerät übersetzt die Nachricht dann zurück in sein eigenes Protokoll und reagiert entsprechend darauf.
Im Wesentlichen fungiert die Matter Bridge als Vermittler zwischen Smart-Home-Geräten, die unterschiedliche Kommunikationsprotokolle verwenden. Es ermöglicht die nahtlose Zusammenarbeit von Geräten, unabhängig von den von ihnen verwendeten Protokollen. Dies ist insbesondere für Verbraucher wichtig, die möglicherweise Smart-Home-Geräte verschiedener Hersteller besitzen, die unterschiedliche Protokolle verwenden.
Mit einer Matter-Bridge können sie alle ihre Geräte mit einem einzigen Netzwerk verbinden und sie von einer einzigen App oder Plattform aus steuern. Das folgende Diagramm zeigt sowohl die Konnektivität zwischen Thread-Netzwerk und Matter-Fabric als auch Matter zu Nicht-Matter-Netzwerken wie Z-Wave/Zigbee mithilfe eines Bridge-Geräts.
Eine Matter Bridge funktioniert also, indem alle Geräte zu einem einzigen Netzwerk verbunden werden.
Quelle: Silicon Labs
Matter über Thread
Um eine Verbindung zu Matter über Thread zu ermöglichen, bauen viele Hersteller von Smart-Home-Geräten Border-Router, die sowohl das Thread- als auch das Matter-Protokoll unterstützen. Diese Geräte sind so konzipiert, dass sie als Router zwischen Thread-basierten Smart-Home-Geräten und Matter-basierten Geräten fungieren und ihnen die Kommunikation untereinander ermöglichen.
Was Thread im Vergleich zu anderen Bridges und Hubs einzigartig macht, ist seine Fähigkeit, in andere Geräte integriert zu werden, da es IP-basiert ist. IoT-Anbieter bauen eine Vielzahl von Hardwaregeräten, die als Matter-kompatible Thread-Border-Router fungieren, wie z. B. Smart-Home-Hubs, Smart-Lautsprecher, Smart-Schlösser und Smart-Beleuchtung, um Benutzern eine nahtlose Interoperabilität zwischen vorhandenen Matter- und Nicht-Matter-Geräten zu bieten.
Insgesamt hat jedes Gerät, das sowohl Thread als auch Matter unterstützt, das Potenzial, als Grenzrouter zwischen den beiden Protokollen zu fungieren. Mit der wachsenden Popularität von Matter werden wir wahrscheinlich eine zunehmende Anzahl von Geräten sehen, die sowohl Thread als auch Matter unterstützen.
Darüber hinaus ist es möglich, die Thread Border Router-Funktionalität mit einer Matter Bridge zu kombinieren, um die Unterstützung für Matter Thread- und Nicht-Matter-Geräte in einem einzigen Hub zu ermöglichen. Tatsächlich unternehmen einige Unternehmen bereits Schritte, um dies Wirklichkeit werden zu lassen. Silicon Labs hat beispielsweise vor Kurzem ein voll funktionsfähiges Unify Software Development Kit (SDK) herausgebracht, das Brückenlösungen für Matter zu Zigbee und Matter zu Z-Wave sowie eine Verbindung zu Matter Thread-Geräten bietet.
Das SDK bietet Brückenlösungen für Matter-zu-Zigbee-, Matter-zu-Z-Wave- und Matter-zu-Thread-Geräte.
Quelle: Silicon Labs
Unify SDK ist ein Softwarenetzwerk, das die Entwicklung von IoT-Infrastrukturen vereinfacht, einschließlich anwendungsprozessorbasierter Endprodukte, Gateways, Hubs, Bridges und Zugriffspunkte. Jede Unify SDK-Komponente implementiert eine Message Queuing Telemetry Transport (MQTT)-Schnittstelle, ein einfaches Nachrichtenprotokoll, für die einheitliche Sprache basierend auf Dotdot. Das Ergebnis ist eine modulare, erweiterbare, leichte und gut definierte Schnittstelle für die Systemintegration.
Obwohl Unify SDK nativ unter Linux läuft, ist es auf Portabilität ausgelegt. Die Unify-Matter-Bridge-Anwendung ist Teil des Unify SDK und basiert auf der Matter Bridge-Anwendungssoftware von CSA. Die Anwendung empfängt die Befehle der Zigbee Cluster Library (ZCL) über die Matter-Protokollschnittstelle, übersetzt sie in das Datenmodell der Unify Controller Language und veröffentlicht sie an eine MQTT-Schnittstelle.
Verbesserung der Konnektivität im Smart Home der Zukunft
Durch die Verwendung von Thread als zugrunde liegendes drahtloses Protokoll für IoT-Geräte und das Hinzufügen von Matter-Unterstützung über Border-Router erleichtern IoT-Anbieter die Erstellung eines vernetzten Ökosystems aus Geräten, die zusammenarbeiten. Geräte, die keine native Matter-Unterstützung haben, können dennoch über eine Matter Bridge mit Matter interagieren.
Dieser Ansatz ermöglicht es den Verbrauchern, aus einer größeren Palette von Geräten und Herstellern auszuwählen und gleichzeitig Kompatibilität und Benutzerfreundlichkeit sicherzustellen. Da sich die Branche ständig weiterentwickelt, können wir davon ausgehen, dass es immer mehr Geräte geben wird, die sowohl Thread als auch Matter unterstützen. Dadurch wird es einfacher denn je, eine nahtlose und vernetzte Smart-Home-Umgebung zu schaffen.