Smart Home – sicher, schnell und einfach 

Matter^® ist der Name eines herstellerübergreifenden Smarthome-Standards. Er wird von mehreren Hundert Unternehmen in der „Connectivity Standards Alliance“ (CSA, link) entwickelt. Sein Ziel: Geräte mit allen Steuersystemen und Plattformen kompatibel zu machen, die über eine Matter^®-Schnittstelle verfügen. Arbeitsgruppen innerhalb der CSA entwickeln den Standard weiter und veröffentlichen neue Spezifikationen, die Funktionen verbessern oder erweitern. Die erste Fassung (Matter^® 1.0) erschien im Oktober 2022. Mittlerweile deckt das Regelwerk alle großen Anwendungsbereiche der Gebäudetechnik ab – von Beleuchtung und Beschattung über Heizung/Klima bis zu Kameras und Hausgeräten.

Ein Matter^®-fähiges Gerät ist mit jeder Steuerung verwendbar, die den Standard unterstützt. Ganz gleich, ob es sich dabei um Endkonsumentenlösungen wie Amazon Alexa und Apple Home oder um eine professionelle Gebäudeinstallation handelt. Matter^® erlaubt sogar den parallelen Betrieb mehrerer Kontrollsysteme. So können Haushalte mit verschiedenen Apps und Sprachassistenten auf dieselben Geräte zugreifen. Verschlüsselte Verbindungen sorgen für Sicherheit und jedes Matter^®-Gerät ist prinzipiell lokal steuerbar, das heißt ohne Internetverbindung. Die kostenpflichtige Zertifizierung der CSA stellt sicher, dass Hersteller sich an die Vorgaben des Standards halten. Zertifizierte Geräte sind am offiziellen Matter^®-Logo zu erkennen.

Matter^® führt eine universelle Sprache ein, mit der Geräte im Smarthome kommunizieren können. Das erleichtert die Integration und ermöglicht einfach aufgebaute Installationen, die weder spezielle Softwarewerkzeuge noch besonders geschulte Mitarbeiter verlangen. Der Standard ersetzt aber keine jahrzehntelang bewährten Bussysteme wie KNX^® oder DALI. Im Gegenteil: Die klassische, kabelgebundene Gebäudesteuerung lässt sich mit Matter^® erweitern – für eine komfortable (Sprach-)Steuerung mit Alexa, Siri und Co. oder, um Matter^®-Produkte in die vorhandene Businstallation zu integrieren.

Die Kommunikation von Matter^®-Produkten basiert auf dem IP-Protokoll (IPv6). Im Standard sind drei Netzwerktypen festgelegt, die als Transportwege infrage kommen: Thread^® und Wi-Fi^® als drahtlose Technologien sowie LAN (ETHERNET) für Kabelverbindungen. Jedes Matter^®-zertifizierte Gerät nutzt mindestens einen dieser drei Wege, um mit seinesgleichen zu kommunizieren. Voraussetzung für den Betrieb ist daher eine funktionierende IP-Infrastruktur. Außerdem wird ein Smartphone mit Matter^®-fähiger App benötigt, um Geräte einzurichten. Während der Inbetriebnahme fragt die App eine Onlinedatenbank der CSA ab und prüft, ob es sich um ein authentisches und offiziell zertifiziertes Produkt handelt. Das Smartphone muss dazu mit dem Internet verbunden sein, auch wenn die Geräte später nur lokal im abgesicherten Netzwerk betrieben werden. Wird Thread^® als Protokoll verwendet, wird ein Thread^®-Border-Router benötigt.

Der Matter^®-Standard sieht zwei drahtlose Verbindungen vor: WLAN (auch Wi-Fi^® genannt) und Thread^®. Beide haben unterschiedliche Eigenschaften, die sich auf Geräte mit der jeweiligen Technologie übertragen. WLAN ist in Haushalten fast allgegenwärtig und daher leicht zugänglich. Der Funk kann große Datenmengen übertragen und kommt auch beim Kamera-Streaming zum Einsatz. Für umfangreiche Installationen mit Dutzenden oder gar Hunderten Geräten ist „Matter^® über Wi-Fi^®“ hingegen weniger geeignet – auch weil Heimnetzwerke für dieses Szenario meist nicht ausgelegt sind. Ein Thread^®-Netzwerk arbeitet unabhängig vom WLAN und wächst mit den Anforderungen. Es kann auch große Mengen von Geräten verwalten. Da Thread^® nur wenig Energie zum Senden und Empfangen benötigt, empfiehlt sich das Protokoll außerdem für Batteriebetrieb. Drahtlose Sensoren arbeiten fast immer mit „Matter^® over Thread^®“.

Der gleichzeitige Betrieb innerhalb einer Installation ist möglich – aber nicht immer sinnvoll, da Thread^® und Wi-Fi^® beide im 2,4GHz-Band funken. Ein Thread^®-Netzwerk besteht aus Funkzellen, die wie Maschen eines Gewebes (Mesh) ineinandergreifen. Mit dem Strom verbundene Geräte dienen darin als Knoten, die das Funksignal und mit ihm das Netz verstärken. Der positive Effekt ist umso größer, je mehr solcher Geräte installiert sind. Ein einzelnes Thread^®-Modul, umgeben von lauter WLAN‑Geräten, kann seine Fähigkeiten nicht ausspielen. Darum sollten Thread^®-Produkte auch im Hinblick auf die Funkreichweite positioniert werden.

Voraussetzung ist mindestens ein sogenannter „Thread^® Border Router“ (siehe unten). Er kann drahtlos per WLAN oder LAN-Kabel mit dem IP-Netzwerk verbunden sein, das auch Computer, Smartphones, Smart-TV und andere Geräte im Haushalt versorgt. Zusätzliche Border-Router sorgen für Ausfallsicherheit, da sie gegenseitig einspringen, wenn ein aktives Exemplar ausfällt.

Der Border-Router (auf Deutsch etwa: Grenzrouter) verbindet das drahtlose Mesh-Netzwerk von Thread^®-Produkten mit dem heimischen WLAN- oder LAN-Netzwerk. In der Regel handelt es sich dabei um kein separates Gerät. Die Funktion ist in andere Hardware wie den HomePod mini von Apple, Echo-Modelle von Amazon oder Smart-TV von Samsung eingebaut. Nahezu jedes Matter^®-fähige Ökosystem verfügt über Geräte mit integriertem Border -outer.

Für „Matter^® over Wi-Fi^®“ gelten dieselben Regeln wie im sonstigen WLAN: Jede Maßnahme, die für guten Empfang am Smartphone oder Notebook sorgt, kommt auch den Matter^®-Geräten zugute. Funklöcher lassen sich mit WLAN-Repeatern oder WLAN-Mesh-Systemen schließen. Im Falle von „Matter^® over Thread^®“ können installierte Geräte selbst diese Aufgabe übernehmen. Jedes stromversorgte Thread^®-Produkt (230 V) dient als Verstärker und reicht empfangene Funksignale automatisch weiter. Um entfernte Bereiche der Wohnung zu versorgen, genügt es, auf dem Weg dorthin zusätzliche Thread^®-Lampen, smarte Zwischenstecker („Smart Plugs“), Lichtschalter oder Unterputzmodule zu installieren.

Jedes Matter^®-Produkt verfügt über einen individuellen Einrichtungscode. Er ist als quadratisches QR-Symbol direkt auf das Gehäuse gedruckt. Der Code enthält Informationen zur Anwendung (Licht, Schalter, Rollladen etc.) und für einen sicheren Verbindungsaufbau. Er wird mit der Smartphone-App einer Matter^®-fähigen Plattform gescannt. Der Matter^®-Controller (siehe unten) stellt dann die sichere Verbindung her und fügt das Gerät zu seinem verschlüsselten Matter^®-Netzwerk hinzu.

Aus Sicherheitsgründen ist jeder Code einzigartig und an die Hardware von Matter^®-Geräten geknüpft. Das verhindert unbefugte Zugriffe, weil sich nur mit diesem Code eine Verbindung herstellen lässt. Potenzielle Hacker haben diese Daten nicht, was feindliche Übernahmen weitgehend ausschließt. Das heißt aber auch: Der Code darf nicht verloren gehen – denn ohne ihn ist das Gerät weder einzurichten noch lässt es sich ein weiteres Mal in Betrieb nehmen, nachdem es auf Werkseinstellungen zurückgesetzt wurde.

Der Controller ist die zentrale Steuerungseinheit einer Matter^®-Installation. Er nimmt Geräte in Betrieb, verwaltet und steuert sie. Meist erfüllt eine Smarthome-Zentrale diese Aufgabe. Sie kann als separater Hub in Erscheinung treten oder in andere Geräte wie Smart Speaker oder Fernseher integriert sein. Auch reine Softwarecontroller sind möglich. Sie laufen als Server auf einem Computer oder App auf dem Smartphone. Die Controllerfunktion ist normalerweise an eine Plattform gebunden. So eignen sich Apple-Controller nur für die Steuerung im Apple-Ökosystem, Amazon-Zentralen ausschließlich für Alexa, Samsung-Controller für SmartThings und so weiter. Sollen mehrere Plattformen parallel betrieben werden, ist mindestens ein Controller des jeweiligen Systems vonnöten. Pro Plattform können aber beliebig viele Controller installiert sein. Für das Protokoll Thread^® wird ein Border-Router benötigt. Das bedeutet: Ein Border-Router benötigt immer einen Matter^®-Controller, aber nicht jeder Matter^®-Controller verfügt zwangsläufig auch eine Border-Router-Funktionalität.

Mit Amazon, Apple, Google und SmartThings (Samsung) haben vier Gründungsmitglieder der Matter^®-Initiative den Standard fest in ihre Smarthome-Systeme integriert. Es gibt aber noch weitere. So unterstützen etwa Controller, die Technologie von Tuya verwenden, den Standard. Athom aus den Niederlanden hat seine Homey-Plattform damit ausgestattet und Open-Source-Software von Home Assistant über ioBroker bis hin zu openHAB ist ebenfalls Matter^®-fähig. Hinzu kommen Profilösungen wie KNX^®-Server von 1Home, Atios oder Hager und das free@home-System von Busch-Jäger.

Eine Funktion namens Multi-Admin (auf Deutsch etwa: Mehrfache Administration) erlaubt die Steuerung von mehreren Matter^®-Systemen. Geräte, die bereits mit einer Plattform verbunden sind, lassen sich für die Verwendung in einem anderen Ökosystem freigeben. Die Ausgangsplattform erzeugt dabei einen neuen, einmaligen Matter^®-Code. Mit diesem Code ist die Anmeldung im Zielsystem möglich. Der Freigabeschritt lässt sich mehrfach mit anderen Systemen wiederholen. Mindestens fünf parallele Verbindungen muss jedes zertifizierte Matter^®-Produkt unterstützen.

Das offizielle Logo mit Symbol und Schriftzug weist Geräte aus, die erfolgreich eine Matter^®-Zertifizierung absolviert haben. Solche Komponenten sind in jeder Matter^®-Umgebung verwendbar – sofern die nötigen technischen Voraussetzungen erfüllt sind. So muss etwa für Geräte mit „Matter^® over Thread^®“ ein Border-Router installiert sein.

Aktuell deckt das Angebot viele gängige Anwendungen wie Licht und Beschattung, Sensorik (Temperatur, Bewegung, Energieverbrauch, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität) sowie die Heizungsregelung ab. Hinzu kommen Hausgeräte wie Luftreiniger, Saugroboter oder Kühlschränke. Die Matter^®-Spezifikationen entwickeln sich jedoch weiter und regelmäßig kommen neue Produktkategorien hinzu, zuletzt etwa Kameras mit Matter^® 1.5. Es benötigt Zeit, bis diese Neuerungen in marktreife Produkte münden. Deshalb hinkt das reale Produktsortiment den Spezifikationen im Standard hinterher.

Die offizielle Matter^®-Zertifizierung garantiert, dass Geräte die Spezifikationen des Standards erfüllen. Da der Softwarecode von Matter^® frei zugänglich ist, kann jeder Produkte damit entwickeln – ganz gleich, ob sie am Ende standardkonform sind oder nicht. Das macht eine herstellungsunabhängige Überprüfung im Rahmen der Zertifizierung sinnvoll. Die Inbetriebnahme unzertifizierter Produkte ist prinzipiell möglich. Allerdings weisen Matter^®-Controller der großen Plattformen ausdrücklich darauf hin, wenn es sich um ein ungeprüftes Gerät handelt – die Integration also auf eigenes Risiko geschieht.

Funkprotokolle, die nicht zum Matter^®-Standard gehören – oder Smarthome-Systeme, die selbst keine Unterstützung bieten – finden über eine Bridge den Anschluss an Matter^®. Prominentes Beispiel: Philips Hue. Das drahtlose Lichtsystem nutzt Zigbee als Funkprotokoll, eine Technologie, die in Matter^® nicht vorgesehen ist. Hersteller Signify hat deshalb seine Hue-Bridge zur Matter^®-Bridge weiterentwickelt. Als solche reicht die Funkzentrale des Hue-Systems ihre Leuchten und Zubehör wie Schalter und Bewegungsmelder an Matter^®-Systeme weiter. Sie stehen dort genauso zur Verfügung wie Matter^®-Produkte, die per WLAN oder Thread^® angebunden sind. Diese Methode funktioniert auch mit anderen Protokollen wie Bluetooth^®, EnOcean^® und Z-Wave oder mit proprietären Herstellerfunksystemen.

KNX^®-Installationen und Matter^® können auf zweierlei Weise verbunden werden: per Bridge oder Controller. Im ersten Fall übernimmt ein KNX^®-Server oder Gateway die Aufgabe der Matter^®-Bridge. Geräte aus der KNX^®-Installation werden an Matter^®-Plattformen wie Apple Home oder Amazon Alexa weitergereicht. Sie lassen sich dann auf der anderen Seite steuern, etwa per Sprachbefehl oder mit der App des jeweiligen Ökosystems. Im zweiten Fall übernimmt KNX^® selbst die Kontrolle: Der Server dient dann als Controller und holt Matter^®-Geräte in die KNX^®-Installation – ein Weg, um etwa Saugroboter anzubinden oder Funkkomponenten, die Thread^® und WLAN verwenden.

Die Matter^®-Erfinder legten großen Wert auf den Schutz vor Cyberangriffen. „Security by Design“ (auf Deutsch etwa: Sicherheit durch die technische Ausgestaltung) ist ein Grundkonzept des Standards. Verbindungen im Netzwerk sind verschlüsselt und mit digitalen Zertifikaten vor Manipulation geschützt. Geräte erhalten eine einzigartige Kennung und Neuzugänge müssen sich digital ausweisen, ehe sie Zugang zum Netzwerk erhalten. Die Möglichkeit, das System lokal ohne Internet zu betreiben, erhöht die Sicherheit zusätzlich. Allerdings sind Internetverbindungen nicht völlig ausgeschlossen. Matter^®-Plattformen und Gerätehersteller können eigene Clouds betreiben und darin auch Nutzerdaten sammeln. Der Schutz dieser Informationen obliegt dann dem jeweiligen Anbieter.