Technologia inteligentnego domu rozwinęła się szybko w ciągu ostatniej dekady, ale interoperacyjność pozostaje jednym z największych wyzwań inżynieryjnych w branży. Właściciele domów oczekują, że każde podłączone urządzenie będzie ze sobą współpracować niezależnie od marki, natomiast od instalatorów i integratorów systemów oczekuje się dostarczania niezawodnych projektów przy minimalnym czasie konfiguracji.

Jednak w praktyce wiele zmotoryzowanych instalacji zacieniających nadal wykorzystuje wiele protokołów komunikacyjnych, dedykowane bramy i procedury uruchamiania specyficzne-dla ekosystemu. Projekt może łączyć Apple Home, Google Home, oświetlenie Zigbee, kamery-Wi-Fi i akcesoria Bluetooth-działające w tym samym budynku, ale mówiące różnymi „językami”.

Matter został wprowadzony, aby rozwiązać-długo utrzymujący się problem interoperacyjności. Opracowany przezSojusz na rzecz standardów łączności (CSA)(Źródło: Connectivity Standards Alliance – Matter przybywa, ożywiając bardziej interoperacyjny, prosty i bezpieczny Internet rzeczy,https://csa-iot.org/newsroom/matter-arrives/) i wspierana przez główne firmy technologiczne, w tym Apple, Google, Amazon, Samsung i setki producentów urządzeń, Matter ustanawia wspólny standard-warstwy aplikacji, który umożliwia certyfikowanym urządzeniom komunikację w różnych ekosystemach inteligentnego domu przy jednoczesnym dalszym korzystaniu z istniejących technologii sieciowych, takich jak Wi-Fi, Ethernet i Thread.

Dla producentów inteligentnych silników do rolet Matter nie jest po prostu kolejnym protokołem bezprzewodowym, który można dodać do arkusza specyfikacji. Stanowi zwrot w stronę ustandaryzowanej interoperacyjności urządzeń, uproszczonego uruchamiania i większej-większej długoterminowej kompatybilności w projektach automatyki domowej i komercyjnej.
 

W tym artykule wyjaśniono, czym Matter różni się od Zigbee, gdzie przynosi wymierne korzyści dla zmotoryzowanych systemów zacieniających, a także co inżynierowie, instalatorzy i nabywcy OEM powinni zrozumieć przed wyborem silników do żaluzji obsługujących Matter-.

Rozważmy typową instalację mieszkalną.
 

Właściciel domu używa już Apple Home do zarządzania oświetleniem, zamkami drzwi i klimatyzacją. Decydują się zautomatyzować sześć rolet za pomocą silników obsługujących komunikację Zigbee.
 

Od strony sprzętowej silniki są w pełni sprawne. Komplikacja leży gdzie indziej.
 

Ponieważ Apple Home nie komunikuje się bezpośrednio z urządzeniami Zigbee, zazwyczaj wymagana jest dodatkowa bramka Zigbee, aby zapewnić komunikację między silnikami a ekosystemem Apple. Instalator musi skonfigurować bramę, sparować każdy silnik, sprawdzić zgodność oprogramowania sprzętowego, podłączyć bramę do sieci lokalnej, a następnie zakończyć integrację z ekosystemem, zanim będzie można rozpocząć automatyzację.
 

Każde dodatkowe urządzenie zwiększa liczbę komponentów, które należy zainstalować, skonfigurować, konserwować i wspierać przez cały okres użytkowania systemu.
 

W większych projektach komercyjnych sytuacja staje się jeszcze bardziej złożona. Budynki biurowe, hotele i osiedla mieszkaniowe często łączą w sobie sprzęt dostarczony przez różnych producentów na wielu etapach budowy. W miarę dodawania nowych urządzeń utrzymanie interoperacyjności w różnych standardach komunikacyjnych staje się coraz trudniejsze.
 

Przyczyną wielu wizyt serwisowych nie są same awarie silnika, ale problemy z komunikacją, takie jak zmiany w konfiguracji sieci, wymiana kontrolera, niezgodność oprogramowania sprzętowego lub rozwiązywanie problemów-z bramą. Chociaż bramy pozostają ważną częścią wielu istniejących architektur inteligentnego domu, każda dodatkowa warstwa translacyjna wprowadza kolejny punkt, w którym mogą wystąpić problemy ze zgodnością lub konserwacją.
 

Branża od dawna dostrzega to wyzwanie. Zamiast tworzyć kolejny zastrzeżony ekosystem, celem Matter było ustanowienie wspólnych ram komunikacyjnych, które umożliwią współpracę certyfikowanych urządzeń niezależnie od platformy inteligentnego domu wybranej przez użytkownika końcowego.
 

Jednym z najczęstszych błędnych przekonań jest to, że Materia zastępuje Zigbee.

Tak nie jest.

Matter i Zigbee działają na różnych warstwach architektury komunikacyjnej.

Zigbee definiuje zarówno zachowanie sieci, jak i aplikacji dla urządzeń działających poprzez komunikację bezprzewodową IEEE 802.15.4. Urządzenia korzystające z Zigbee zazwyczaj wymagają kompatybilnego koordynatora lub bramy do wymiany informacji z ekosystemami, które natywnie nie obsługują tego protokołu.

Materia przyjmuje inne podejście.

Zamiast definiować nową technologię bezprzewodową, Matter standaryzuje sposób, w jaki urządzenia opisują siebie, wymieniają polecenia, raportują status i wchodzą w interakcję ze sterownikami w warstwie aplikacji.

Podstawowy transport pozostaje elastyczny.

Silnik do rolet z certyfikatem Matter-może komunikować się poprzez:

Wi-Fi

Ethernetu

Nitka

prezentując jednocześnie dokładnie ten sam funkcjonalny interfejs do Apple Home, Google Home, Amazon Alexa czy Samsung SmartThings.(Źródło: Google Home Developers – Matter Primer,https://developers.home.google.com/matter/primer)

Ta abstrakcja pozwala producentom opracować pojedynczy model aplikacji zamiast utrzymywać oddzielne integracje dla każdego ekosystemu.

Dla instalatorów praktyczną korzyścią jest zmniejszenie fragmentacji ekosystemu. Certyfikowany silnik Matter można uruchomić przy użyciu standardowego procesu wdrażania, zamiast polegać na metodach integracji specyficznych dla platformy.

Podczas gdy Matter definiuje sposób komunikowania się urządzeń, Thread zapewnia jedną z technologii sieciowych zdolnych do przenoszenia ruchu Matter.
 

Thread to protokół sieci kratowej IPv6 o niskim poborze mocy, zbudowany w oparciu o standard IEEE 802.15.4. W przeciwieństwie do tradycyjnych sieci Wi-Fi-o topologii gwiazdy, Thread umożliwia urządzeniom wzajemne przekazywanie wiadomości, tworząc-samonaprawiającą się siatkę, która może kontynuować działanie nawet wtedy, gdy poszczególne węzły staną się niedostępne.
 

Architektura ta oferuje kilka praktycznych zalet w zastosowaniach inteligentnego cieniowania.
 

Po pierwsze, Thread obsługuje natywną komunikację IP. Każde urządzenie uczestniczy jako węzeł IP, umożliwiając bezpośrednią interakcję z innymi urządzeniami Matter bez konieczności tłumaczenia protokołu w warstwie aplikacji.(Źródło: Silicon Labs – Przewodnik programisty Matter,https://docs.silabs.com/matter/2.0.0/matter-start/)

Po drugie, sieć kratowa poprawia niezawodność komunikacji w budynkach, w których sygnały bezprzewodowe muszą przechodzić przez ściany, meble lub wiele pięter. Zamiast polegać na pojedynczej ścieżce bezprzewodowej, komunikaty można w razie potrzeby kierować przez sąsiednie urządzenia Thread.
 

Po trzecie, wątek jest przeznaczony do pracy-z niskim zużyciem energii. Chociaż silniki do żaluzji są zazwyczaj zasilane z sieci-, powiązane z nimi akcesoria, takie jak przełączniki ścienne, czujniki obecności i czujniki środowiskowe, mogą działać na bateriach przez dłuższy czas. Zastosowanie wspólnej sieci Thread pozwala tym urządzeniom uczestniczyć w tym samym systemie automatyki przy zachowaniu niskiego zużycia energii.
 

Należy zauważyć, że materia nad nicią nadal wymaga aRouter graniczny wątku(Źródło: Silicon Labs – dokumentacja materiihttps://docs.silabs.com/matter/1.0.4/matter-start/)do podłączenia siatki Thread do szerszej sieci IP. Jednak wiele obecnych produktów inteligentnego domu,-w tym Apple HomePod mini, Apple TV 4K (2. generacji i nowsze), Google Nest Hub (2. generacji), Amazon Echo (4. generacji) i Samsung SmartThings Station-jest już wyposażonych w funkcję routera Thread Border. W przypadku wielu nowych instalacji mieszkaniowych nie jest wymagana żadna dodatkowa bramka Zigbee, jeśli jest już obecny kompatybilny kontroler Matter.

To rozróżnienie jest ważne. Materia nie eliminuje infrastruktury sieciowej; zamiast tego zmniejsza zależność od bram-specyficznych dla protokołu, korzystając ze standardowej komunikacji opartej na-IPie.

Dla instalatorów sukces projektu inteligentnej rolety rzadko zależy od tego, czy silnik może się obrócić lub zatrzymać w zadanej pozycji. Nowoczesne silniki rurowe osiągnęły wysoki poziom niezawodności mechanicznej. Większym wyzwaniem jest spójność komunikacji przez cały okres użytkowania produktu.
 

W miarę jak inteligentne domy stają się coraz bardziej złożone, interoperacyjność stała się kwestią inżynieryjną, a nie tylko funkcją oprogramowania. Można oczekiwać, że silnik do rolet będzie współpracował z systemami oświetleniowymi, czujnikami obecności, sterownikami HVAC, asystentami głosowymi i aplikacjami mobilnymi różnych producentów. Każda dodatkowa integracja zwiększa złożoność uruchamiania i-długoterminowej konserwacji.
 

Matter stara się uprościć to środowisko poprzez standaryzację sposobu, w jaki certyfikowane urządzenia komunikują się ze sterownikami, niezależnie od wybranego przez użytkownika ekosystemu inteligentnego domu.
 

Dla producentów silników i integratorów systemów oznacza to kilka praktycznych korzyści.

 

Jedną z najważniejszych cech architektonicznych Matter jest wsparcie dla komunikacji lokalnej.
 

Wiele produktów inteligentnego domu-pierwszej generacji w dużym stopniu opierało się na usługach w chmurze. Polecenie wydane z aplikacji mobilnej może zostać przesłane przez Internet do zdalnego serwera, zanim zostanie przekazane z powrotem na urządzenie lokalne. Chociaż ta architektura upraszczała zdalny dostęp, wprowadzała także dodatkowe opóźnienia i tworzyła zależność od dostępności sieci zewnętrznej.(Źródło: Silicon Labs – Przewodnik programisty Matterhttps://docs.silabs.com/matter/2.0.0/matter-start/)

Materia została zaprojektowana według innej filozofii.
 

Jeśli to możliwe, certyfikowane urządzenia Matter komunikują się bezpośrednio w ramach lokalnej sieci IP. Jeśli połączenie internetowe zostanie przerwane, lokalne procedury automatyki, aktualizacje stanu urządzenia i bezpośrednie sterowanie pozostaną dostępne, dopóki lokalny sterownik będzie nadal działać.
 

Dla użytkowników domowych oznacza to zazwyczaj, że sterowanie żaluzjami może być kontynuowane podczas tymczasowych przerw w dostępie do Internetu.
 

W przypadku projektów komercyjnych,-w tym biur, hoteli, placówek oświatowych i budynków służby zdrowia,-korzyść jest jeszcze większa. Oczekuje się, że wiele zadań automatyzacji, takich jak zaplanowane zacienienie, kontrola olśnienia czy zarządzanie światłem dziennym, będzie działać w sposób ciągły niezależnie od zewnętrznego połączenia z Internetem. Wykonanie lokalne poprawia ciągłość operacyjną, zmniejszając zależność od usług w chmurze w celu rutynowej kontroli urządzeń.
 

Architektura ta wpisuje się w szersze trendy w automatyce budynków, gdzie krytyczne funkcje sterujące w coraz większym stopniu pozostają w sieci lokalnej, a nie opierają się wyłącznie na infrastrukturze chmury.

Kolejną funkcją wprowadzoną przez Matter jest Multi-Admin.
 

Tradycyjne urządzenia inteligentnego domu są często powiązane z jednym ekosystemem lub kontem. Przenoszenie urządzenia z jednego kontrolera na drugi często wymaga przywrócenia ustawień fabrycznych, usunięcia poprzednich parowań i powtórzenia procesu uruchomienia.

Matter umożliwia bezpieczne udostępnianie certyfikowanego urządzenia w wielu ekosystemach.

Na przykład pojedynczy silnik żaluzji może być jednocześnie dostępny do:

Dom Apple

Strona główna Google

Samsung SmartThings
 

pod warunkiem, że każdy sterownik otrzymał pozwolenie podczas uruchamiania.

Ta elastyczność oferuje praktyczne korzyści wykraczające poza instalacje domowe.

W nowo wybudowanych apartamentowcach deweloperzy mogą początkowo zlecić urządzenia do testów, zanim przekażą kontrolę zarządcy nieruchomości, a ostatecznie właścicielowi domu. Funkcja Multi-Admin upraszcza przenoszenie własności bez konieczności wielokrotnego przywracania ustawień fabrycznych.
 

Podobnie w budynkach komercyjnych często uczestniczy wielu interesariuszy. Menedżerowie obiektów, zespoły konserwacyjne i najemcy mogą wymagać różnych poziomów dostępu do tego samego systemu automatyki. Matter zapewnia ujednoliconą strukturę bezpiecznego udostępniania kontroli nad urządzeniami przy jednoczesnym zachowaniu uwierzytelnienia użytkownika.
 

Jedną z najmniej omawianych-ale najważniejszych-zalet Matter jest jego ustandaryzowany model urządzenia.

Historycznie rzecz biorąc, producenci często wdrażali podobne funkcje, korzystając z różnych zastrzeżonych struktur danych. Polecenie tak proste, jak „zamknij zasłonę do 50%” może być reprezentowane inaczej w zależności od protokołu komunikacyjnego lub interfejsu API konkretnego-dostawcy.

Ta niespójność wymagała od twórców oprogramowania i integratorów systemów zbudowania-specyficznych dla protokołu sterowników i warstw translacyjnych dla każdej rodziny produktów.

Matter rozwiązuje ten problem, definiując typowe typy urządzeń, atrybuty, polecenia i modele interakcji.

W przypadku urządzenia zasłaniającego okno obejmuje to ustandaryzowane metody raportowania pozycji, odbierania poleceń ruchu i przekazywania statusu operacyjnego.

W rezultacie platformy inteligentnego domu nie muszą już interpretować wielu zastrzeżonych interfejsów dla produktów spełniających zasadniczo tę samą funkcję.

Ta spójność upraszcza integrację ekosystemu, jednocześnie ograniczając konieczność konserwacji oprogramowania w miarę upływu czasu.

Chociaż Matter stanowi ważny krok w kierunku interoperacyjności, nie należy go postrzegać jako uniwersalnego rozwiązania każdego problemu integracyjnego.

Pozostaje kilka praktycznych ograniczeń.

Możliwości urządzenia nadal zależą od implementacji

Matter definiuje standardowe funkcje dla każdej kategorii urządzeń, ale producenci mogą nadal oferować zaawansowane funkcje wykraczające poza obecną specyfikację Matter.

Na przykład zastrzeżone procedury kalibracji silnika, wyspecjalizowane algorytmy-śledzenia słońca lub funkcje automatyzacji specyficzne dla producenta-mogą w dalszym ciągu wymagać dedykowanych aplikacji.

Innymi słowy, Matter poprawia interoperacyjność typowych funkcji, ale nie eliminuje różnicowania produktów.

Wsparcie ekosystemu wciąż ewoluuje

Certyfikacja Matter ustanawia wspólny standard komunikacji, ale obsługa nowo wprowadzonych typów urządzeń zależy od dostawców ekosystemu.

Kiedy CSA rozszerza specyfikację Matter, Apple, Google, Amazon i Samsung muszą wdrożyć wsparcie na swoich własnych platformach, zanim użytkownicy będą mogli korzystać z identycznej funkcjonalności w różnych ekosystemach.

W rezultacie dostępność funkcji może się tymczasowo różnić w zależności od kontrolera, mimo że podstawowa specyfikacja materii została już opublikowana.

Planowanie sieci wątków nadal ma znaczenie

Matter over Thread upraszcza interoperacyjność, ale inżynieria bezprzewodowa pozostaje ważna.

Duże nieruchomości mieszkalne, budynki komercyjne i instalacje wielopiętrowe-w dalszym ciągu wymagają odpowiedniego zasięgu sieci Thread.

Chociaż Thread korzysta z-samonaprawiającej się sieci mesh, jakość komunikacji ostatecznie zależy od rozmieszczenia węzłów, propagacji sygnału, materiałów konstrukcyjnych i dostępności routera granicznego.

Dlatego instalatorzy powinni w dalszym ciągu traktować planowanie sieci bezprzewodowej jako zadanie inżynieryjne, zamiast zakładać, że Matter automatycznie gwarantuje optymalną wydajność.

Przy wyborze technologii komunikacyjnych dla inteligentnych silników żaluzji nie ma uniwersalnego „najlepszego” rozwiązania. Każda opcja oferuje różne kompromisy-w zależności od środowiska instalacji, wymagań ekosystemu i skali projektu.

Należy pamiętać, że technologie te nie są bezpośrednimi konkurentami w każdym scenariuszu.

Wi-WiFi pozostaje odpowiednim rozwiązaniem w przypadku wielu niezależnych instalacji domowych.

Zigbee jest nadal szeroko stosowane w komercyjnych sieciach oświetleniowych i automatyce domowej.

Materia nad nicią jest szczególnie atrakcyjna- tam, gdzie ważnym celem projektowym jest długoterminowa interoperacyjność wielu ekosystemów.

Zamiast zastępować każdą istniejącą technologię komunikacyjną, Matter zapewnia ujednoliconą warstwę aplikacji, która pozwala tym technologiom na bardziej spójne uczestnictwo w nowoczesnych ekosystemach inteligentnego domu.

Dla producentów silników rurowych i zmotoryzowanych systemów zacieniających obsługa Matter nie polega po prostu na dodaniu kolejnego modułu bezprzewodowego. Wpływa na architekturę produktu, rozwój oprogramowania sprzętowego, planowanie certyfikacji i-długoterminową konserwację.
 

W przeciwieństwie do zastrzeżonych ekosystemów, certyfikacja Matter wymaga zgodności ze wspólną specyfikacją utrzymywaną przez Connectivity Standards Alliance (CSA). Certyfikowane urządzenia muszą wdrożyć ustandaryzowane typy urządzeń, mechanizmy bezpieczeństwa, procedury uruchamiania i wymagania dotyczące interoperacyjności, zanim będą mogły nosić znak certyfikacji Matter.
 

Z inżynierskiego punktu widzenia zmienia to rozwój produktu na kilka sposobów.
 

Po pierwsze, projekt oprogramowania sprzętowego staje się bardziej ujednolicony. Zamiast utrzymywać oddzielną logikę aplikacji dla różnych ekosystemów inteligentnego domu, producenci mogą rozwijać się w oparciu o ujednolicony model interakcji, jednocześnie obsługując różne technologie transportowe, takie jak Wi-Fi lub Thread.

Po drugie, coraz ważniejsze staje się testowanie interoperacyjności. Oczekuje się, że ślepy silnik-z obsługą Matter będzie spójnie komunikować się ze sterownikami wielu dostawców, a nie działać wyłącznie w ramach jednego ekosystemu. Kładzie to większy nacisk na weryfikację oprogramowania sprzętowego, zgodność z protokołem i-długoterminową konserwację oprogramowania.
 

Wreszcie bezpieczeństwo nie jest już funkcją opcjonalną. Matter wprowadza obowiązkowe uwierzytelnianie, atestację urządzenia i szyfrowaną komunikację w ramach procesu certyfikacji. Producenci muszą zatem uwzględniać cyberbezpieczeństwo w całym cyklu życia produktu, a nie traktować je jako dodatkową funkcję oprogramowania.
 

Dla dostawców OEM przyjęcie Matter oznacza także przygotowanie produktów dla szerszego zakresu ekosystemów klientów. W miarę jak Apple, Google, Amazon, Samsung i inni dostawcy stale rozszerzają obsługę Matter, kupujący coraz częściej oczekują, że nowe inteligentne urządzenia będą integrować się z istniejącymi platformami bez polegania na zastrzeżonych bramkach lub aplikacjach-specyficznych dla platformy.

W WJZ Motor skupiamy się nie tylko na wspieraniu nowego standardu komunikacji, ale także na zapewnieniu, że inteligentne silniki do żaluzji pozostaną kompatybilne z rozwijającymi się ekosystemami automatyki przez cały okres ich użytkowania.

W miarę ciągłego wdrażania Matter w projektach mieszkaniowych i komercyjnych, nasze prace inżynieryjne koncentrują się na trzech obszarach.

Interoperacyjność

Silniki ślepe powinny komunikować się spójnie z certyfikowanymi sterownikami Matter, zachowując jednocześnie niezawodne działanie lokalne we wszystkich obsługiwanych ekosystemach.

Zamiast optymalizować produkty pod kątem pojedynczej platformy inteligentnego domu, testy interoperacyjności mają na celu weryfikację zachowania w różnych implementacjach sterowników i scenariuszach uruchamiania.

Możliwość konserwacji oprogramowania sprzętowego

Standardy komunikacji wciąż ewoluują.

Od czasu pierwszego wydania Matter przeszedł już wiele aktualizacji specyfikacji, a każda wersja poszerzała kategorie urządzeń i poprawiała interoperacyjność. Dlatego też utrzymanie kompatybilności oprogramowania sprzętowego w czasie jest ważnym czynnikiem podczas opracowywania produktu.

W przypadku klientów OEM-długoterminowa pomoc w zakresie oprogramowania sprzętowego może obniżyć przyszłe koszty migracji w miarę dojrzewania ekosystemów.

Praktyczna integracja systemu

Komunikacja to tylko część zmotoryzowanego systemu zacieniającego.

Wydajność silnika, dokładność graniczna, poziom hałasu, stabilność momentu obrotowego i niezawodność elektryczna pozostają równie ważne.

Nasza filozofia rozwoju polega na połączeniu stabilnego sterowania silnikiem z komunikacją opartą na standardach-, co pozwala integratorom systemów skupić się na wdrażaniu projektu, a nie na zgodności protokołów.
 

Branża inteligentnych budynków zmierza w kierunku większej interoperacyjności, a nie większej fragmentacji.

W ciągu ostatniej dekady producenci opracowali niezależne ekosystemy, aby różnicować swoje produkty. Chociaż takie podejście przyspieszyło innowacje, stworzyło również wyzwania dotyczące zgodności dla instalatorów, integratorów i użytkowników końcowych.

Materia reprezentuje inny kierunek.

Zamiast zastępować istniejące technologie sieciowe, zapewnia wspólny język, który umożliwia certyfikowanym urządzeniom współpracę w wielu ekosystemach, zachowując jednocześnie konkurencję na poziomie sprzętu i oprogramowania.

W przypadku inteligentnych silników do żaluzji oznacza to, że komunikacja staje się mniej zależna od zastrzeżonych integracji i bardziej skupiona na standardowej interakcji.

Przejście nie nastąpi z dnia na dzień.

Miliony urządzeń Zigbee, Z-Wave i Wi-Fi{1}} nadal działają, a technologie te będą nadal odgrywać ważną rolę w wielu instalacjach przez wiele lat, jednak w przypadku nowych projektów inteligentnego cieniowania, w których priorytetem-jest długoterminowa interoperacyjność, Matter w coraz większym stopniu staje się częścią dyskusji inżynierskich, a nie technologią eksperymentalną.(Źródło: Madadi-Barough i in., Matter: Interoperacyjność IoT dla inteligentnych domów, arXiv, 2024.https://arxiv.org/abs/2405.01618)

Niezależnie od tego, czy określają silniki do automatyki mieszkaniowej, biurowców komercyjnych, hoteli czy-wielkich osiedli mieszkaniowych, inżynierowie powinni ocenić nie tylko dzisiejsze wymagania dotyczące zgodności, ale także prawdopodobną ewolucję standardów komunikacyjnych w całym okresie użytkowania produktu.