Розумні будинки стають все більш взаємопов'язаними, керуються інтелектуальними пристроями, які можуть віддалено керувати такими функціями, як освітлення, контроль клімату тощо. Такий доступ стає можливим, коли розумні пристрої інтегруються за допомогою бездротових технологій, таких як Wi-Fi, нитка та Bluetooth, що дозволяє користувачам контролювати, автоматизувати та оптимізувати різні аспекти будинку. У цій статті досліджено, як протокол справи дає змогу подолати між різноманітними екосистемами для забезпечення сумісності та єдиного розумного домашнього досвіду.
Протокол матерії, розроблений Альянсом стандартів підключення (CSA), є універсальним та безпечним стандартом підключення для розумних домашніх пристроїв. Він заснований на Інтернет-протоколі (IP) та підтримує технології Wi-Fi, Ethernet та потоки для підключення пристроїв. Матерія розроблена для простоти, надійності та безпеки, що пропонує стандартний рівень додатків для пристроїв для взаємодії між собою та хмарою. Матерія також забезпечує шифрування кінця до кінця, сертифікацію пристроїв та просте на борту. Він сумісний з голосовими помічниками, такими як Alexa, Siri та Google Assistant та підтримує різні типи пристроїв, включаючи вогні, замки, камери та термостати.
Матерія-це стандартний зв’язок із відкритим кодом, що не містить роялті, розроблений для об'єднання розумної домашньої екосистеми. Це гарантує, що пристрої різних виробників можуть безперешкодно працювати (див. Малюнок 1). З обіцянкою перехресної систем сумісності та простоти використання, Matter-це привабливий вибір для розробників, які створюють розумні домашні рішення.
Матерія побудована на сильному криптографічному номері, який використовує відомі криптографічні примітиви. Безпека та конфіденційність є ключовими проблемами користувачів пристроїв IoT, і стосується матеріалів, надаючи сильну, стійку та просту архітектуру в якості основи для захищених пристроїв IoT. Ключовою метою матерії є спрощення процесу додавання розумних пристроїв до будинків споживачів, усуваючи необхідність визначення сумісності платформи.
Ключові міркування щодо розвитку матерії:
- Сумісність пристрою: Переконайтесь, що вибір апаратного та програмного забезпечення сумісні зі стандартом речовини.
- Безпека: Реалізуйте надійні заходи безпеки для захисту своїх пристроїв та даних користувачів.
- Сумісність: Перевірте свої пристрої за допомогою інших пристроїв, сумісних з речовиною, щоб перевірити безперебійне спілкування.
- Досвід користувача: Пріоритетні для споживачів досвіду для споживачів.
- Сертифікація: Отримайте сертифікацію речовини, щоб забезпечити відповідність вашим пристроям стандарту.
Архітектура мережі матерії
Пристрої речовини використовують рівень програми поверх програмного стеку, що підтримує речовину, проілюстровано на малюнку 2, який працює на апаратній платформі. Ця платформа зазвичай складається з безпечного MCU або SOC, можливо, супроводжується захищеним елементом, і вона пропонує основні послуги безпеки через API, до яких можна отримати доступ до інших програм програмного забезпечення. Ці послуги охоплюють криптографічні примітиви, генерацію випадкових чисел, безпечне зберігання криптографічних ключів та стійкість до підробки. Здатність платформи протистояти атакам змінюється.
Повідомлення в мережі матерії надсилаються та приймаються пристроями IoT та екосистемами за допомогою стандартних протоколів Інтернету, таких як TCP/IP та UDP, використовуючи адресу IPv6. Ці повідомлення передаються продуктам, що підтримуються речовиною, через мережі Wi-Fi та потоків, в той час як Bluetooth LE сприяє додаванням вузлів через смартфони. Продукти речовини розроблені для безшовної інтеграції, що дозволяє функціонувати підключення та ігри з іншими продуктами та екосистемами за допомогою API матерії.
Матерія екосистем
Стратегія матерії зосереджена на розробці додаткового програмного забезпечення для вбудованих пристроїв, таких як мікропроцесори, мікроконтролери та розумні домашні екосистеми. Сюди входять хмарні сервіси, смартфони, вузли, динаміки та контролери речовини. Сучасні продукти побутової електроніки все більше визначаються програмним забезпеченням, що працюють у хмарних екосистемах та взаємодіють локально через контролери та додатки для смартфонів. Стек програмного забезпечення з відкритим кодом, доступний на Github, попередньо інтегрований з апаратними платформами різних постачальників, що дозволяє розробити швидкий розвиток та прогрес для розробників. Наразі є чотири екосистеми з підтримкою матерії: Amazon Alexa, Google Home, Apple Home та Samsung Smartthings. Основою ціннісної пропозиції матерії є сумісність, гарантуючи, що будь -який пристрій, що несе логотип матерії, безперешкодно працює з усіма іншими пристроями речовини.
Тканина речовини являє собою домен безпеки, що містить колекцію вузлів, які можуть ідентифікувати та спілкуватися між собою в межах цього домену. Кожна тканина призначає унікальний ідентифікатор вузла кожному вузлу в тканині та унікальний ідентифікатор тканини до домену. Пристрій речовини може належати до декількох тканин речовини, кожна з яких пов'язана з різними ідентифікаторами вузла та ідентифікаторами тканини залежно від тканини, з якою вона спілкується.
Екосистема матерії включає адміністративний доменний менеджер (ADM), який керує групою пристроїв речовини для створення єдиної тканини пристрою. Ця тканина складається з надійних пристроїв, підключених до спільних оперативних облікових даних, єдиного простору імен та постійних прив'язок пристроїв. З точки зору користувача, ADM виступає в якості комісії з адміністративного контролю Матерії. Контролери – це компоненти програмного забезпечення, які працюють на локальних пристроях, зазвичай популярні продукти побутової електроніки, такі як смартфони, планшети, панелі сенсорного екрану, розумні динаміки, відео -центрі та AV -обладнання.
На малюнку 3 ми можемо побачити, що кожна домашня екосистема утворює власну унікальну тканину, що включає її корінь довіри, оперативні дані, простори імен, прив’язки пристроїв, інтерфейс користувача та оперативні процедури. “Багаторазова” функція “Матеріал” дозволяє декілька екосистем співіснувати, що дозволяє одночасному використанню одних і тих же пристроїв у різних екосистемах. Однак багаторазові специфікації охоплюють лише основи створення цих множинних тканин, специфічних для екосистеми, і не забезпечують безперебійної взаємодії між ними. Всі екосистеми речовини виконують звичайні завдання, такі як на борту пристрою, створення та технічне обслуговування тканин, а також управління пристроями, включаючи включення/вимкнення пристроїв, затемнення, розблокування дверей та інші стандартні операції. Незважаючи на ці загальні функції, багато продуктових компаній прагнуть додати вартість, розробляючи спеціалізовані елементи керування, які потребують спеціального коду додатків на телефонах, хмарних сервісах та контролери речовини. Кожна екосистема надає багаті API для побудови додатків, що стосуються рішень, з можливостями речовини для підтримки цього.
МОДИНА МЕТЕЛЬ НЕ МАТЕЛЬНОГО ТЕХНОЛОГІЇ
Розумні будинки використовують підключені пристрої, які базуються на технологіях Wi-Fi або потоків, кожна з яких виконує певну роль у мережі матерії. Ці пристрої сумісні з протоколами мережевої комунікації, такими як Wi-Fi, Ethernet або Thread та потребують технології низької енергії Bluetooth для введення в експлуатацію. Кінцеві пристрої відповідають за здійснення остаточних програм, тоді як маршрутизатори або мости полегшують передачу даних між різними протоколами.
Багато пристроїв IoT, які зараз підтримують Zigbee, також будуть сумісні з матерією. Підтримуюча інфраструктура вимагає мостового рішення для забезпечення безперебійного спілкування між пристроями на основі речовини та зигбі. Пристрій мосту, як правило, інтегрує високопродуктивну MCU з можливістю Ethernet для підключення різних продуктів підключення. Матеріальні мости також поширюються на інші технології, такі як Zigbee, Bluetooth Mesh та Z-Wave, які підтримуються багатьма пристроями IoT.
На рисунку 4 контролери, такі як смартфони або планшети, показані введенням кінцевих пристроїв в мережу матерії через низьку енергію Bluetooth. Для підтримки подвійної інфраструктури необхідне рішення, що інтегрує високоефективну MCU з можливістю Ethernet. Двоядерний MCU ідеально підходить для вбудовування шару речовини та перекладу його в протокол Zigbee. Виробники пристроїв можуть вибирати безпеку платформи на основі аналізу ризиків та загрози своїх пристроїв, гарантуючи, що вона не загрожує простоті використання та функціональності пристроїв речовини. Вони можуть вибрати платформу, що відповідає їх потребам з точки зору вартості, служб безпеки та стійкості проти атак, що дозволяє їм зосередитись на розробці рівня їх додатків, покладаючись на платформу для основних служб безпеки. Цей модульний підхід також покращує ремонтопридатність, оскільки постачальник платформи може керувати оновленнями криптографічного набору або вимог надійності з мінімальним впливом на виробника пристроїв та не порушуючи досвід користувача. Виробники можуть використовувати апаратну платформу, готову до речовини, або впроваджувати функції низького рівня безпеки на більш загальній платформі.
Матерія над ниткою та речовиною над Wi-Fi-використовуйте випадок за допомогою кремнієвих лабораторій
На ілюстрації відображається налаштування обладнання для речовини+openthread (матониця речовини та пристрій аксесуарів) та речовини+Wi-Fi (пристрій аксесуарів). EFR32MG24/MG26 – це рекомендована відправна точка для речовини MCUS, яка включає в себе речовину RCP та пристрої аксесуарів. Цей MCU забезпечує безпечний сховище і може зберігати оновлене зображення у своїй внутрішній флеш-пам’яті, що робить його добре підходить для запуску речовини над потокою та речовиною над Wi-Fi.
На малюнку 5 Silicon Labs розробила демонстрацію речовини над Wi-Fi за допомогою двох дощок: Радіо-плата Silicon Labs EFR32 для коду речовини, або SIWX917, або інша вказана плата для стека протоколу Wi-Fi. Демо-режим SOC використовує плату SOC SOC SIWX917, яка інтегрує MCU для обробки периферійної та додаткової програми для підтримки речовини над Wi-Fi в одній мікросхемі.
Процес налаштування включає створення простої мережі світла, комутатора та концентратора речовини. Він передбачає налаштування апаратного та програмного забезпечення, створення маточини матерії на Raspberry Pi, компіляції та завантаження програми та перемикання на дві дошки розробки Labs Silicon, створюючи мережу речовини з пристроями аксесуарів для речовин (MADS) та творчістю матерії, перевіряючи світло через речовину речовину, і зв'язує перемикач божевільного до світла. Вимоги є загальними для обох демонстрацій. Демонстрація нитки також вимагає радіопроцесора (RCP) як частину концентратора. Залучені кроки викладені нижче:
- Налаштуйте обладнання та програмне забезпечення.
- Створення концентратора справи на малини PI
- Складайте та завантажте світло і перемикайте застосування на дві дошки розробки кремнієвих лабораторій.
- Створіть мережу речовини з MADS та The Matter Hub
- Тестування світла через концентратор
- Зв’яжіть перемикач з розуму до світла з розуму.
Щоб продемонструвати речовину над Wi-Fi та Matter над ниткою, вам знадобиться просте середовище розробки зі студією Simplicity, двох дощок на основі EFR32MG24 та Raspberry Pi як концентратор. Для концентратора питання вам знадобиться Raspberry Pi 4B та високошвидкісна SD-карта 64 ГБ. Пристрої для аксесуарів для речовини над Wi-Fi включають радіо-плату EFR32 для режиму NCP та плату SOC SOC для режиму SOC для режиму SOC для режиму NCP. Інтегрований MCU присвячений периферійній та додатковій обробці для речовини, тоді як Threadarch запускає бездротові та мережеві стеки протоколу.