Smart Home – szybko, bezpiecznie i bez kompromisów

Matter^® to nazwa standardu łączności dla urządzeń inteligentnego domu, niezależnego od ich producenta. Został on opracowany przez kilkaset firm zrzeszonych w organizacji „Connectivity Standards Alliance" (CSA, link). Jego głównym celem jest zapewnienie wzajemnej kompatybilności sprzętów różnych marek ze wszystkimi systemami sterowania czy wykorzystywanym platformami wyposażonymi w interfejs Matter^®. W ramach CSA działają wyspecjalizowane grupy robocze, które nieustannie rozwijają standard, publikując nowe specyfikacje rozszerzające lub ulepszające funkcjonalności. Pierwsza wersja standardu, Matter^® 1.0, została opublikowana w październiku 2022 roku. Obecnie standard obejmuje wszystkie kluczowe obszary zastosowań techniki budynkowej – od oświetlenia i zacieniania, poprzez ogrzewanie/klimatyzację, aż po kamery i sprzęt AGD.

Urządzenie działające zgodnie ze standardem Matter^® może być używane z dowolnym sterownikiem, który ten standard obsługuje. Dotyczy to zarówno rozwiązań dla użytkownika końcowego takich jak Amazon Alexa czy Apple Home, jak i profesjonalnych instalacji budynkowych. Co więcej, Matter^® umożliwia równoczesne korzystanie z kilku systemów sterowania. Oznacza to, że w gospodarstwie domowym te same sprzęty mogą obsługiwać różne aplikacje i asystenci głosowi. Za bezpieczeństwo odpowiadają szyfrowane połączenia, a każde urządzenie Matter^® można sterować lokalnie, czyli bez połączenia z Internetem. Płatna certyfikacja CSA zapewnia, że producenci przestrzegają wymagań zawartych w standardzie. Certyfikowane urządzenia można rozpoznać po oficjalnym logo Matter^®.

Matter^® wprowadza uniwersalny język, dzięki któremu urządzenia mogą komunikować się w inteligentnym systemie. Upraszcza to integrację i umożliwia tworzenie prostych instalacji, niewymagających specjalistycznych narzędzi programowych ani wysoko wyszkolonego personelu. Jednocześnie standard nie zastępuje znanych od lat, sprawdzonych systemów sieci obiektowych, takich jak KNX^® czy DALI. Wręcz przeciwnie, klasyczne, przewodowe systemy sterowania budynkiem można rozszerzyć o Matter®^{, aby zapewnić wygodne sterowanie (także głosowe) z poziomu Alexa, Siri i podobnych rozwiązań lub zintegrowanie produktów Matter® z istniejącą instalacją sieciową.}

Komunikacja urządzeń Matter^® opiera się na protokole IP (IPv6). Standard definiuje trzy typy sieci, które mogą służyć jako trasy przesyłu media transmisyjne: Thread^® oraz Wi-Fi^® jako technologie bezprzewodowe oraz LAN (ETHERNET) dla połączeń przewodowych. Każde certyfikowane urządzenie Matter^® wykorzystuje co najmniej jeden z tych trzech sposobów komunikacji, aby porozumiewać się ze swoim odpowiednikiem. Podstawowym warunkiem działania jest więc sprawnie działająca infrastruktura IP. Do konfiguracji i uruchomienia urządzeń potrzebny jest również smartfon z aplikacją obsługującą Matter^®. Podczas uruchamiania aplikacja łączy się z internetową bazą danych CSA i weryfikuje, czy urządzenie istnieje i jest oficjalnie certyfikowane. Dlatego smartfon na etapie konfiguracji musi mieć dostęp do Internetu, nawet jeśli same urządzenia będą później działać lokalnie w zabezpieczonej sieci, bez stałego połączenia z Internetem. Jeżeli do komunikacji jako protokół wykorzystywany jest Thread^® konieczne jest dodatkowe zastosowanie routera brzegowego Thread^®, który łączy sieć Thread® z siecią IP.

Jaka jest różnica między „Matter® over Wi-Fi®

Tak, równoległa praca produktów Thread^® i Wi-Fi^® w jednej instalacji jest możliwa, jednak nie zawsze ma sens z technicznego punktu widzenia. Obie technologie korzystają z pasma 2,4 GHz, co w określonych warunkach może prowadzić do zakłóceń. Sieć Thread^® działa w technologii mesh i składa się z węzłów, które łączą się ze sobą i tworzą strukturę siatki. Urządzenia zasilane sieciowo pełnią w niej rolę węzłów, wzmacniając sygnał radiowy i stabilność całej sieci. Im więcej takich urządzeń, tym lepszy efekt sieciowy i większy zasięg. Pojedynczy moduł Thread^®, otoczony głównie urządzeniami Wi‑Fi®, nie jest w stanie w pełni wykorzystać swoich możliwości. Dlatego produkty Thread^® należy planować i rozmieszczać z uwzględnieniem zasięgu radiowego.

Podstawowym wymogiem jest co najmniej jeden tzw. „Thread^® Border Router" (patrz poniżej). Może on być połączony bezprzewodowo przez Wi‑Fi® lub przewodowo za pomocą kabla LAN z siecią IP, która obsługuje komputery, smartfony, Smart TV i inne urządzenia w gospodarstwie. Zastosowanie dodatkowych routerów brzegowych Thread® zwiększa niezawodność instalacji, ponieważ przejmują one swoje funkcje w razie awarii aktywnego urządzenia.

Co to jest „Thread® Border Router

W przypadku „Matter^® over Wi-Fi^®“ obowiązują te same zasady, co w klasycznej sieci WLAN: wszystko, co poprawia zasięg i stabilność połączenia dla smartfona czy laptopa, jest korzystny również dla urządzeń Matter^®. Martwe strefy można skutecznie wyeliminować za pomocą repeaterów Wi‑Fi® lub systemów Wi‑Fi® Mesh. W przypadku „Matter^® over Thread^®" sytuacja wygląda inaczej – same zainstalowane urządzenia dbają o zasięg sieci. Każde zasilane z sieci urządzenie Thread^® (230 V) działa jak wzmacniacz sygnału, automatycznie przekazując dalej w sieci mesh odebrane dane. Aby objąć zasięgiem bardziej oddalone obszary mieszkania lub domu, wystarczy po drodze zainstalować dodatkowe lampy Thread^®, inteligentne gniazda pośrednie („Smart Plugs“), wyłączniki światła lub moduły podtynkowe.

Każdy produkt Matter^® ma indywidualny kod konfiguracyjny. Jest on nadrukowany bezpośrednio na obudowie w formie kwadratowego kodu QR. Kod ten zawiera informacje o typie urządzenia (np. oświetlenie, włącznik, roleta itp.) oraz dane niezbędne do bezpiecznego nawiązania połączenia. Kod jest skanowany za pomocą aplikacji mobilnej platformy obsługującej Matter^®. Następnie sterownik Matter^® (patrz poniżej) nawiązuje bezpieczne połączenie i dodaje urządzenie do swojej do zaszyfrowanej sieci Matter^®.

Ze względów bezpieczeństwa każdy kod jest unikalny i przypisany bezpośrednio do konkretnego urządzenia Matter^®. Zapobiega to nieautoryzowanemu dostępowi, ponieważ połączenie z urządzeniem można nawiązać wyłącznie przy użyciu tego kodu. Potencjalni hakerzy nie mają do niego dostępu, co w znacznym stopniu wyklucza przejęcie urządzenia przez osoby trzecie. Oznacza to jednak również, że kodu nie wolno zgubić – bez niego nie można ani skonfigurować urządzenia, ani ponownie uruchomić go po przywróceniu ustawień fabrycznych.

Sterownik jest centralną jednostką sterującą dla instalacji Matter^®. Odpowiada za uruchamianie urządzeń, zarządzanie nimi oraz sterowanie. Najczęściej zadanie to realizuje centrala Smart Home. Może to być osobny hub albo funkcja wbudowana w inne urządzenia, takie jak Smart Speaker lub telewizory. Możliwe są również sterowniki programowalne, działające jako serwer na komputerze lub aplikacja na smartfonie. Funkcja sterownika jest zazwyczaj związana z konkretną platformą. Oznacza to, że sterowniki Apple działają wyłącznie w ekosystemie Apple, urządzenia Amazon obsługują tylko Alexę, sterowniki Samsung są przeznaczone dla SmartThings itd. Jeśli w jednym domu mają działać równolegle różne platformy, potrzebny jest co najmniej jeden sterownik dla każdego z tych ekosystemów. W obrębie jednej platformy można jednak korzystać z dowolnej liczby sterowników. W przypadku komunikacji opartej na Thread^® wymagany jest router brzegowy. Co istotne: każdy router brzegowy zawsze wymaga sterownika Matter^®, ale nie każdy sterownik Matter^® posiada funkcjonalność routera brzegowego.

Standard Matter® został zintegrowany z systemami Smart Home przez czterech członków założycieli inicjatywy Matter^®: Amazon, Apple, Google i Samsung (SmartThings), co oznacza, że ich platformy natywnie wspierają ten standard. Matter® nie ogranicza się jednak wyłącznie do tych ekosystemów. Obsługują go również sterowniki wykorzystujące technologię Tuya, a także platforma Homey holenderskiej firmy Athom. Standard Matter^® jest dostępny także w świecie oprogramowania open source, m.in. w rozwiązaniach Home Assistant, ioBroker oraz openHAB. Znalazł on też zastosowanie w profesjonalnych systemach automatyki, takich jak serwery KNX^® firm 1Home, Atios lub Hager, a także w systemie free@home firmy Busch-Jäger.

Tak. Funkcja Multi-Admin (wielu administratorów) umożliwia równoczesne sterowanie urządzeniami w kilku systemach Matter^® równocześnie. Urządzenia, które są już połączone z jedną platformą, można udostępnić do użytku w innym ekosystemie. W tym celu platforma źródłowa generuje nowy, jednorazowy kod Matter^®, który służy do dodania urządzenia w systemie docelowym. Proces udostępniania można powtarzać dla kolejnych platform. Każdy certyfikowany produkt Matter^® musi obsługiwać co najmniej pięć równoległych połączeń.

Urządzenia, które pomyślnie przeszły certyfikację Matter^®, są oznaczone oficjalnym logo z charakterystycznym symbolem i nazwą Matter®. Takie komponenty mogą być stosowane w każdym środowisku Matter^®, o ile spełnione są niezbędne wymagania techniczne. W przypadku urządzeń działających w standardzie „Matter^® over Thread^®" niezbędne jest zastosowanie routera brzegowego.

Obecnie oferta urządzeń zgodnych ze standardem Matter® obejmuje wiele popularnych zastosowań, takich jak oświetlenie i sterowanie żaluzjami, czujniki – m.in. temperatury, ruchu, zużycia energii, wilgotności i jakości powietrza, a także regulację ogrzewania. Dostępne są również urządzenia AGD, w tym oczyszczacze powietrza, roboty sprzątające czy lodówki. Jednocześnie specyfikacje Matter^® są stale rozwijane, regularnie dodawane są nowe kategorie produktów, ostatnio na przykład kamery w ramach Matter^® 1.5. Od wprowadzenia zmian w standardzie do pojawienia się produktów na rynku mija jednak pewien czas. Dlatego rzeczywista dostępność produktów na rynku pozostaje w tyle za specyfikacjami zawartymi w standardzie.

Oficjalna certyfikacja Matter^® gwarantuje, że urządzenia spełniają wymagania i specyfikacje standardu. Ponieważ kod źródłowy Matter^® jest ogólnodostępny, każdy producent może tworzyć produkty w oparciu o ten standard – niezależnie od tego, czy na końcu spełniają one wszystkie jego wymogi. Właśnie dlatego niezależna weryfikacja w procesie certyfikacji ma tak duże znaczenie. Z technicznego punktu widzenia uruchomienie urządzeń bez certyfikatu jest możliwe. Należy jednak pamiętać, że sterowniki Matter^® należące do głównych platform wyraźnie informują użytkownika, gdy urządzenie nie zostało certyfikowane. W takim przypadku integracja odbywa się na własne ryzyko, bez gwarancji pełnej zgodności i niezawodnego działania.

Protokoły radiowe nienależące do standardu Matter^® – a także systemy Smart Home, które nie oferują jego obsługi – mogą zostać zintegrowane z Matter^® za pośrednictwem Bridge. Dobrym przykładem jest Philips Hue. To bezprzewodowe rozwiązanie oświetleniowe wykorzystuje protokół Zigbee, który nie jest bezpośrednio obsługiwany przez Matter^®. Dlatego producent, firma Signify, rozszerzyła Hue Bridge do roli Matter^® Bridge. W tej funkcji centrala systemu Hue udostępnia w środowisku Matter^® swoje lampy oraz akcesoria, takie jak włączniki czy czujniki ruchu. Są one widoczne i obsługiwane na równi z urządzeniami Matter^®, które komunikują się przez WLAN lub Thread^®. Takie podejście działa również w przypadku innych protokołów, takich jak Bluetooth^®, EnOcean^® czy Z-Wave, a także własnych, zastrzeżonych systemów producentów, które dzięki mostowi można zintegrować z ekosystemem Matter®.

Instalacje KNX^® i standard Matter^® można połączyć na dwa sposoby: za pomocą Bridge lub sterownika. W pierwszym przypadku serwer lub bramka KNX^® pełni rolę Bridge Matter^®. Urządzenia z instalacji KNX^® są wtedy udostępniane platformom Matter^®, takim jak Apple Home lub Amazon Alexa. Dzięki temu można nimi sterować z poziomu drugiego ekosystemu – na przykład za pomocą poleceń głosowych lub aplikacji danego dostawcy. W drugim wariancie to KNX^® przejmuje rolę nadrzędną: serwer działa jako sterownik i integruje urządzenia Matter^® bezpośrednio z instalacją KNX^®. Takie podejście umożliwia np. podłączenie robotów sprzątających lub komponentów bezprzewodowych, które komunikują się przez die Thread^® lub Wi‑Fi.

Twórcy standardu Matter^® od samego początku przywiązywali dużą wagę do ochrony przed cyberatakami. Jednym z kluczowych założeń tego standardu jest koncepcja „Security by Design” (czyli bezpieczeństwo wbudowane w architekturę techniczną). Połączenia w sieci Matter® są szyfrowane i zabezpieczone cyfrowymi certyfikatami przed manipulacją. Każde urządzenie otrzymuje unikalny identyfikator, a nowe elementy muszą uwierzytelnić się cyfrowo, zanim uzyskają dostęp do sieci. Dodatkowym atutem w zakresie bezpieczeństwa jest możliwość lokalnej pracy systemu bez konieczności połączenia z Internetem. Należy jednak pamiętać, że połączenia internetowe nie są całkowicie wykluczone. Platformy Matter^® oraz producenci urządzeń mogą korzystać z własnych rozwiązań chmurowych i w ich ramach gromadzić dane użytkowników. Odpowiedzialność za ochronę tych informacji spoczywa wówczas na konkretnym dostawcy usług lub producentach urządzeń.