W 2025 roku globalny rynek technologii inteligentnego domu będzie wart 47,5 miliarda dolarów, przy CAGR na poziomie 21,4% do 2034 roku. Wzrost ten częściowo wynika z faktu, że standard Mate umożliwia interoperacyjność urządzeń.
Master Standard rozpoczyna się od projektu IP Connected Home (CHIP) w 2019 r., sojuszu firm pracujących razem nad budową inteligentnej sieci domowej typu open source. Standard został wydany w wersji 1.0 w 2022 r. i wersji 1.5 w listopadzie 2025 r. Kluczową zasadą jest zobowiązanie, że produkty z certyfikatem Mater mogą łączyć się ze sobą oraz z Smart Home Hub złożone przez dowolnego członka Mater-Alliance, w tym Google, Amazon, Apple i Samsung.
Każda nowa wersja standardu obsługuje więcej typów urządzeń, umożliwiając łączność lokalną za pośrednictwem protokołu IPv6 oraz sieci o niskim poborze mocy i małych opóźnieniach bez potrzeby stosowania bramy w chmurze.- g. Aktualna lista urządzeń obsługujących Mater obejmuje inteligentne oświetlenie i gniazdka, urządzenia, czujniki, zasłony, klimatyzatory i pompy ciepła, panele słoneczne, routery Wi-Fi, głośniki i odtwarzacze wideo.
Konsumenci oczekują bezproblemowej łączności i natychmiastowego działania po dodaniu takich urządzeń do swojej inteligentnej sieci domowej. Aby to osiągnąć, producenci OEM muszą od początku zintegrować architekturę Matrix ze swoimi produktami.
Skład systemu materialnego
Urządzenia w Systemie Master Smart Home mogą pełnić jedną lub więcej z następujących ról: bramy, kontrolery, węzły brzegowe, węzły końcowe i mosty. Brama łączy system z Internetem i wykorzystuje Wi-Fi do interakcji z kontrolerami, węzłami brzegowymi i mostami. Kontroler wysyła polecenia do węzła brzegowego i węzła końcowego, podczas gdy węzeł brzegowy i most jedynie kierują informacje między węzłem a bramą lub kontrolerem bez stosowania logiki.
Kolejną podstawową zasadą architektury Matrix jest osiągnięcie wysokiej efektywności energetycznej poprzez komunikację radiową (RF) o niskiej mocy. Do pierwszego uruchomienia sieci dostępowej urządzenia wykorzystywane jest połączenie Bluetooth, lecz sama sieć składa się z innych protokołów wykorzystujących to samo pasmo częstotliwości. Sieć Master wykorzystuje protokół Thread o niskim poborze mocy, aby utworzyć samonaprawiającą się sieć kratową o niskim opóźnieniu. Most pełni rolę tłumacza, łącząc z siecią urządzenia korzystające z innych protokołów, np. Zigbee (rysunek 1).
Szkic mapy inteligentnej sieci domowej Master (kliknij, aby powiększyć)
Rysunek 1: Główna sieć inteligentna domowa obejmuje bramę (niebieskie kółko), kontroler (jasnoniebieskie kółko), router graniczny wątku (czerwone kółko), mostek (fioletowe kółko), węzeł brzegowy (zielone kółko) i węzeł końcowy (pomarańczowe kółko). Źródło obrazu: NXP)
Urządzenia w sieci Mater muszą mieć możliwości komunikacji bezprzewodowej (wąskopasmowe, Wi-Fi lub jedno i drugie) oraz komputer z jednym chipem (MCU), aby uruchamiać aplikacje, zarządzać komunikacją i zapewniać bezpieczeństwo urządzenia. Wybór protokołów komunikacyjnych i specyfikacji MCU zależy od roli sieciowej urządzenia, charakterystyki zużycia energii i jego wykorzystania przez konsumentów. Na przykład inteligentna żarówka jako węzeł końcowy może mieć prostą strukturę i może jedynie odbierać i wykonywać polecenia włączenia/wyłączenia, podczas gdy router jest znacznie bardziej złożony.
Inteligentny domowy system jednoukładowy
Router Thread Border musi równoważyć efektywność energetyczną i niskie opóźnienia wymagane przez sieć Mate ze złożonością zarządzania komunikacją Thread i Wi-Fi, bezpieczeństwem urządzenia i wykonywaniem aplikacji. Tri-Radio RW61X Wi-Fi 6 firmy NXP Semiconductor integruje jądro przetwarzające w jednym chipie, radio Wi-Fi zdolne do transmisji kanałów 20 MHz w pasmach 2,4 GHz i 5 GHz, wąskopasmowe radio do uruchamiania i tworzenia sieci mesh oraz bezpieczną enklawę do zarządzania kluczami urządzeń i konfiguracjami zaufania, wymagającą do działania jedynie 3,3 V zewnętrznego zasilania (rysunek 2).
NXP RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio pracujące w dwóch obrazach pasma radiowego Wi-Fi
Rysunek 2: RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio wykorzystuje zewnętrzny zasilacz 3,3 V do obsługi dwóch pasm radiowych Wi-Fi, jednego wąskopasmowego radia lokalnego, jednego MCU 260 MHz i wbudowanych funkcji bezpieczeństwa. Źródło obrazu: NXP)
Podsystem MCU RW61X wykorzystuje jądro Arm ® Cortex ®-M33 260 MHz z TrustZone ™-M Hardware Secure i 1,2 MB statycznej pamięci o dostępie swobodnym (SRAM). MCU może komunikować się ze sprzętem za pośrednictwem szeregowego interfejsu peryferyjnego (SPI) i uniwersalnego asynchronicznego transceivera (UART), komunikować się z czujnikiem za pośrednictwem interfejsu magistrali układów scalonych (I ² C) oraz komunikować się z urządzeniami wejściowymi audio za pośrednictwem wbudowanego interfejsu magistrali audio (I ² S) w obwodzie scalonym. Protokół Precise Time Protocol (PTP) umożliwia synchronizację sieci poprzez warstwę fizyczną (PHY) modułu Ethernet 100 Mb/s.
Układ RW61X obsługuje Mat-Wi-Fi oparty na Wi-Fi 6, aby poprawić wydajność sieci i efektywność energetyczną. Wbudowany wzmacniacz mocy RF (PA) i wzmacniacz niskoszumowy (LNA) RW61X łączą moc nadawczą 125 mW, aby zapewnić stabilną komunikację. Klasa 3 Wi-Fi Protected Access (WPA) zapewnia szyfrowanie i bezpieczeństwo.
Chipy te mogą również obsługiwać Mater-over - THREAD poprzez Bluetooth o niskim poborze mocy lub IEEE 802.15.4. Posiadają również certyfikaty Bluetooth 5.2 i 5.4 i obsługują różne tryby pracy Bluetooth, w tym tryb dużej prędkości 2 Mb/s, tryb zdalny do przesyłania danych z mniejszą szybkością na większe odległości za pośrednictwem kodowanej warstwy PHY oraz tryb rozszerzenia rozgłoszeniowego. W trybie rozszerzania rozgłaszania urządzenie może nadawać większe pakiety danych i można je łatwiej znaleźć. Ten wąskopasmowy moduł radiowy wykorzystuje również RF PA i LNA, aby osiągnąć moc transmisji 32 mW.
W chipach RW61X bezpieczeństwem, ważną częścią ekosystemu Material Smart Home, zarządza się poprzez enklawę EdgeLock Secure. Ten odporny na manipulacje sprzęt uwierzytelnia urządzenie za pomocą certyfikatu, klucza szyfrowania i tożsamości w celu ustalenia konta root.- g. Bezpieczny rozruch, debugowanie i ochrona przed aktualizacjami, szyfrowanie sprzętowe i funkcje fizycznego nieklonowania (PUF) pomagają chipom RW61X spełniać wymagania poziomu 3 zapewnienia standardu oceny bezpieczeństwa platformy Internetu rzeczy (poziom 3 zapewnienia i architektura bezpieczeństwa platformy (PSA) poziom 3).