Matter: un unico standard per semplificare la casa smart

Quale problema sta cercando di risolvere Matter?

Una profusione di tecnologie avviate dai produttori

Il mondo della Smart Home e dei dispositivi connessi è giovane, ma già vasto, complesso e piuttosto eterogeneo in termini di tecnologie. In assenza di uno standard definito, ogni produttore (Google, Amazon, Apple) si è affidato alle proprie competenze, alle tecnologie a disposizione dei propri team e alle proprie scelte per sviluppare gamme di prodotti connessi per la domotica. Nel corso degli anni sono emerse numerose tecnologie di comunicazione nel mondo dell'IoT (Internet of Things): Z-wave, IO, Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Thread, LoRaWan, ecc.  

Ognuna di queste tecnologie ha i suoi vantaggi, i suoi svantaggi, i suoi affezionati e i suoi detrattori, ma tutte rispondono a sfide tecnologiche diverse e specifiche: 

• I prodotti alimentati a batteria richiedono tecnologie di comunicazione che consumino poca energia per preservare la durata della batteria.
• Alcuni tipi di prodotti possono essere soddisfatti con lo scambio di volumi di dati molto bassi (ad esempio, l'accensione di una luce richiede pochissime informazioni), mentre altri richiedono volumi di dati elevati (l'esempio più ovvio sono i flussi video).
• Alcuni prodotti sono indipendenti, mentre altri devono far parte di una rete di dispositivi connessi. Ad esempio, una telecamera può funzionare da sola, mentre un interruttore fa generalmente parte di un insieme di prodotti. 
• Anche la portata, in relazione a un punto di accesso a Internet o ad altri prodotti, ha un impatto sulle scelte tecnologiche:

1. Alcune tecnologie sono molto adatte a portate maggiori, ma consumano più energia.
2. Altri sono molto efficaci su brevi distanze, ma devono essere ripetuti con altri prodotti per garantire una copertura ottimale.

• Infine, un criterio importante è il costo di produzione dell'oggetto. È impossibile realizzare un prodotto che soddisfi tutti i requisiti a un costo ragionevole.

Di conseguenza, gli utenti si trovano di fronte a un'offerta variegata e complessa, a volte di difficile comprensione, che spesso deve essere combinata con diversi ecosistemi.  

Assistenti vocali: Ecosistemi altamente indipendenti

Gli assistenti vocali (come Amazon Alexa, Google Nest e Apple Homekit) e altri controller consentono di raggruppare i prodotti connessi in un unico ecosistema e di interagire tra loro. Tuttavia, ogni ecosistema ha sviluppato un proprio metodo di interconnessione con i prodotti di diversi marchi:  

• Da un lato, Apple Homekit utilizza la specifica HAP, che opera a livello locale e ha un impatto sulle scelte materiali dei prodotti.
• D'altra parte, Google Home, Alexa e SmartThings hanno optato per interazioni da cloud a cloud, che richiedono lo sviluppo di API specifiche per ciascuno.
• Altri controller offrono l'integrazione locale di ZigBee3.0, che richiede prodotti Zigbee, test e adattamenti talvolta costosi.
• Infine, alcuni controller, spesso forniti dai distributori, combinano questi diversi protocolli di comunicazione, a volte a scapito della semplicità per l'utente finale.

Quindi un produttore, ad esempio Google, che voglia prodotti compatibili con tutti questi ecosistemi deve padroneggiare ogni tecnologia internamente e sviluppare tante compatibilità per ogni nuovo prodotto quanti sono gli ecosistemi. Questo rappresenta un costo aggiuntivo significativo in termini di tempo e investimenti per un'esperienza che non sarà sempre in grado di rispondere alle sfide future della casa smart.

Nuovi usi

Di fronte alle sfide del mondo di oggi, la domotica continua a evolversi per servire i suoi utenti. Al di là dell'aspetto di "gadget", i prodotti connessi si completeranno a vicenda e interagiranno per semplificare e migliorare la nostra vita quotidiana a casa: 

• Una buona gestione delle tapparelle in base alla luce solare e alla temperatura interna consente di ottenere un notevole risparmio energetico, sia in estate che in inverno. 
• Una migliore integrazione tra il rilevamento dell'apertura delle finestre e il controllo dei radiatori consentirà di ottenere risparmi significativi. 
• Il rilevamento del livello di CO2 o di umidità troppo elevato attiva automaticamente l'apertura di una finestra o l'avvio di un sistema di ventilazione per migliorare la qualità dell'aria interna.

Purtroppo, l'abbondanza di prodotti ed ecosistemi offerti rende difficile il passaggio da una casa connessa a una casa intelligente. Oggi è difficile per gli utenti assicurarsi che un nuovo prodotto si integri facilmente con gli altri dispositivi connessi presenti in casa.

Una risposta a questa diversità e complessità tecnologica

Di fronte a questa situazione, gli attori della Smart Home hanno deciso di unire le forze all'interno di un'unica organizzazione: la Connectivity Standard Alliance (CSA), il cui obiettivo è stabilire uno standard che liberi il mercato da tutti questi ostacoli, rassicuri i consumatori e semplifichi loro la vita. Lo scopo di questo standard è quello di facilitare l'interazione, semplificare l'installazione e garantire un elevato livello di sicurezza per i prodotti futuri, pur rimanendo compatibile con le versioni precedenti.

Che cos'è MATTER?  

Per chiarire cosa sia Matter, facciamo un parallelo con il mondo del linguaggio e della comunicazione umana. 

Una comunicazione efficace si basa su: 

• Una lingua: un alfabeto, un vocabolario e una grammatica comune che ci permettono di capirci. Quindi chiunque conosca una lingua capirà il messaggio, purché segua le regole stabilite.
• I canali di comunicazione che veicolano questo linguaggio. È possibile, ad esempio, scambiare informazioni verbalmente, per iscritto, tramite e-mail o messaggi di testo, o tramite un sistema di videoconferenza...

Lo standard Matter potrebbe essere visto come una lingua parlata da ogni dispositivo connesso. Matter funziona esattamente allo stesso modo:  

• La definizione di un linguaggio e di una grammatica che consenta a diversi prodotti di scambiare ordini e informazioni tra loro, tutti scritti e protetti allo stesso modo: questo è il cosiddetto livello applicativo. 
• La definizione dei canali di comunicazione per trasportare questo linguaggio: il livello di trasporto. 

Inoltre, Matter è stato progettato per integrare le tecnologie esistenti per mezzo di "ponti", che sono "traduttori" che consentono di trasmettere il linguaggio Matter ad altre lingue che possono utilizzare altri canali di comunicazione.  

In che modo Matter consente ai prodotti connessi di interagire?

 Per capirsi, i prodotti devono prima essere autorizzati a comunicare. Quando un prodotto viene aggiunto a una rete Matter, viene avviata una serie di scambi per garantire che il prodotto sia ufficialmente Matter e provenga da un produttore certificato. Inoltre, questo scambio di certificati consente di stabilire comunicazioni perfettamente sicure all'interno di una rete domestica.

Si tratta anche di strutturare le informazioni che passano tra i prodotti. La realizzazione dello standard consiste quindi nel definire e descrivere i tipi di prodotti disponibili all'interno dello standard in un determinato momento per una determinata versione. 

Inoltre, per tutti i tipi di prodotti, è necessario descrivere:  

• le caratteristiche e gli attributi previsti,
• i tipi di ordini che possono inviare o ricevere,
• e, naturalmente, i formati tecnici per lo scambio di informazioni comprensibili a tutti. 

Per usare i termini tecnici descritti nello standard, tutte queste informazioni sono chiamate cluster. Si parlerà quindi, ad esempio, di cluster HVAC e di cluster lighting, all'interno dei quali saranno definiti identificatori di classificazione, caratteristiche, attributi, comandi, eventi, tipi di dati e descrizioni di stato... 

Canali di comunicazione

Questo linguaggio comune scambiato dai prodotti è in grado di diffondersi attraverso diversi canali di comunicazione. Poiché non esiste un'unica soluzione che soddisfi tutte le esigenze, Matter si affida a 3 canali di comunicazione complementari: 

• Wi-Fi,
• Ethernet,
• Thread.

Questi 3 canali sono protocolli basati sull’IP. Il concetto di indirizzo IP e i protocolli associati sono estremamente diffusi e relativamente comuni per gli sviluppatori di software. Un ultimo canale di comunicazione è definito nello standard: Bluetooth Low Energy (o BLE). Per Matter, è dedicato esclusivamente al commissioning, cioè all'installazione iniziale del prodotto.  

Wi-Fi

Il Wi-Fi, acronimo di "Wireless Fidelity" (fedeltà senza fili), è ben noto a tutti, poiché è ampiamente utilizzato in tutte le case dotate di una connessione Internet. Si tratta di una rete senza fili fornita da tutti i fornitori di accesso Internet, con metodi di connessione padroneggiati da tutte le persone coinvolte, dai produttori agli utenti, quindi la scelta sembrava ovvia.

Tuttavia, il Wi-Fi presenta uno svantaggio significativo. Può essere piuttosto avido di energia e non è sempre adatto a prodotti alimentati a batteria. Inoltre, la portata del Wi-Fi potrebbe non essere sufficiente nelle case più grandi. Per ovviare a questo problema, che non è limitato ai dispositivi connessi, i fornitori di servizi Internet offrono generalmente pacchetti per estendere la copertura di rete.

La rete Ethernet 

Ethernet è un protocollo di comunicazione via cavo. Come il Wi-Fi, si tratta di un canale di comunicazione molto presente in casa, in quanto è disponibile per tutti i tradizionali prodotti connessi, come gli Internet box, televisori o semplicemente computer. La sua affidabilità e la sua velocità sono superiori a quelle delle connessioni wireless e la rendono ideale per i prodotti che trasferiscono grandi volumi di dati, come le telecamere di sorveglianza o i televisori. Tuttavia, la connessione via cavo rimane un'esperienza più complicata per gli utenti, che devono installare i cavi nelle loro case.

Thread 

In uso dal 2015, si tratta di una rete mesh a bassa latenza e basso consumo energetico. Questo protocollo è quindi particolarmente complementare al Wi-Fi:  

• Basso consumo energetico: ciò consentirà di gestire i prodotti a batteria con attenzione alla loro durata.
• Bassa latenza: consente scambi rapidi tra i prodotti.
• Meshed: ogni prodotto ha una portata relativamente ridotta, ma trasmetterà il segnale ai prodotti Thread vicini, formando gli anelli di una catena che consentirà di raggiungere la massima portata.

Ogni passaggio è chiamato nodo e in una rete Thread esistono due tipi di nodi:  

• I Thread nodes: nodi con energia sufficiente per ripetere i segnali ricevuti.
• I Thread end devices: nodi che non sono in grado di ritrasmettere i segnali perché sono alimentati a batteria e non hanno energia sufficiente per farlo. 

Mentre i dispositivi sulla stessa rete Thread possono facilmente comunicare tra loro, hanno bisogno di un dispositivo dedicato, chiamato Border Router, che funge da traduttore e permette loro di interagire con i prodotti tramite Wi-Fi o Ethernet.  

Il concetto di ponte 

Come abbiamo spiegato in precedenza, i produttori non hanno aspettato il protocollo Matter per progettare dispositivi connessi e da anni investono in una serie di tecnologie per soddisfare le loro esigenze. 

Questo tipo di investimento è piuttosto costoso: sviluppo delle competenze e creazione di un team, progettazione delle carte, stock di chip elettronici, ecc. Ogni produttore ha un gran numero di dispositivi già presenti sul mercato, già installati, già connessi. È quindi facile capire che non è ovvio, semplice o addirittura rilevante per ogni produttore passare l'intera offerta a uno dei livelli di trasporto offerti da Matter. Quindi, per facilitare l'adozione dello standard e la vita degli utenti, è stato creato il concetto di bridge, ovvero un traduttore che stabilisce un ponte tra il mondo di Matter e quello del produttore. Grazie a questo ponte, i prodotti esistenti possono interagire con la rete Matter.

Conclusioni

Matter sta rivoluzionando la smart home e la domotica. Da un lato, i produttori potranno concentrarsi sull'esperienza dell'utente piuttosto che sull'integrazione della loro tecnologia negli ecosistemi, dall'altro i clienti potranno creare interazioni, automazioni e scenari molto più facilmente. Inoltre, è molto probabile che questo standard consenta lo sviluppo di numerose partnership tra i produttori, offrendo nuove risposte alle esigenze emergenti. Il futuro è delineato con Matter e la casa connessa diventerà una casa veramente intelligente.