پروتکل Matter متر چیست؟

توضیح پروتکل جدید خانه‌های هوشمند در جهان

این روزها صحبتهای زیادی درباره‌ی Matter به گوش می‌رسد. این پروتکل که مورد حمایت برندهای بزرگ مانند گوگل، آمازون، اپل، ایکیا و سامفی قرار دارد، هدفش یکپارچه‌سازی خانه‌های هوشمند است. اما Matter در واقع چیست؟ این تکنولوژی خانه‌ی هوشمند چگونه کار می‌کند و چه کارهایی می‌تواند انجام دهد؟ در این مقاله از خانه های هوشمند به این پرسش ها و پاسخ آن ها میپردازیم

Matter چیست؟

Matter یک پروتکل است که به دستگاه‌های هوشمند از شرکت‌های مختلف اجازه می‌دهد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. به طور کلی، دستگاه‌هایی که “Matter صحبت می‌کنند” بر اساس دستورات یکسان عمل می‌کنند. جالب است بدانید که این پروتکل یک فناوری جدید شبکه‌ی بی‌سیم نیست، بلکه مجموعه‌ای از دستورات استاندارد است که بر روی شبکه‌های محلی IP ارسال می‌شود. Matter از فناوری‌های Thread، Wi-Fi و Ethernet به عنوان زیرساخت‌های شبکه استفاده می‌کند و می‌تواند از BLE برای جفت‌سازی یا “پِیر کردن” بهره ببرد. جدا کردن فناوری شبکه و پروتکل، Matter را از فناوری‌هایی مانند Z-Wave و Zigbee متمایز می‌کند، زیرا این فناوری‌ها دو را ادغام می‌کنند.

بزرگترین تفاوت‌ها بین این فناوری‌های مختلف خانه‌های هوشمند برای شما به عنوان کاربر، دستگاه‌های پشتیبانی‌شده است. بسیاری از تولیدکنندگان متعهد شده‌اند که برخی از بخش‌های محصولات خود را با Matter سازگار کنند که این موضوع نکته مثبتی است. با این حال، گاهی اوقات هنوز به یک هاب دیگر نیاز دارید. به عنوان مثال، در مورد IKEA Home Smart و Philips Hue که به یک هاب Zigbee نیاز دارند. این به این دلیل است که این برندها همچنان از فناوری Zigbee در خود لامپ‌ها استفاده می‌کنند و از طریق یک هاب از Matter پشتیبانی می‌کنند.

نسخه ۱.۰ پروتکل Matter در تاریخ ۴ اکتبر ۲۰۲۲ معرفی شد. آزمایشگاه‌های معتبر از آن زمان برای صدور گواهی محصولات باز شده‌اند. با اینکه این موضوع حدود یک سال پیش بود، اما اولین دستگاه‌های Matter به تازگی به بازار عرضه می‌شوند. می‌توان گفت Matter با احتیاط پیش می‌رود. Matter وعده‌ی بزرگی است که به تدریج دستگاه‌های سازگار بیشتری را به همراه خواهد داشت. با این حال، در سال‌های آینده شاهد وجود چندین فناوری در فضای خانه‌های هوشمند به طور همزمان خواهیم بود، به طوری که Zigbee در حوزه‌ی روشنایی غالب است، Z-Wave در حسگرها و ماژول‌ها و سایر فناوری‌ها نیز در زمینه‌های دیگر. ایده‌آل این است که بین این فناوری‌ها انعطاف‌پذیر باشید و سیستمی داشته باشید که از چندین فناوری پشتیبانی کند.

مبانی Matter: نحوه‌ی کارکرد آن

Matter یک استاندارد برای لایه‌ی کاربرد است. این پروتکل از اینترنت پروتکل (IPv6) در لایه‌ی شبکه و پروتکل‌های UDP و TCP در لایه‌ی انتقال استفاده می‌کند. Matter 1.0 بر روی Thread (IEEE 802.15.4)، Wi-Fi / WLAN (IEEE 802.11) و Ethernet / LAN (IEEE 802.3) اجرا می‌شود.

حالا! این یعنی چه؟

دستگاه‌های Matter می‌توانند از فناوری‌های مختلفی برای ارتباط استفاده کنند. این فناوری‌ها می‌توانند به صورت سیمی (Ethernet) یا بی‌سیم (Wi-Fi، Thread) باشند. همانطور که در بالا اشاره شد، این موضوع با Zigbee یا Z-Wave متفاوت است، که لایه‌های فیزیکی، شبکه و اپلیکیشن کاربرد را در یک استاندارد (که به آن “فول استک” می‌گویند) ترکیب می‌کنند. همه‌ی این شبکه‌ها محلی یا لوکال هستند، به این معنی که تحت کنترل و مدیریت و مستقل در درون خانه‌ی شما قرار دارند.

بیشتر هاب‌های Matter شامل گزینه‌ای برای اتصال به اینترنت هستند. برخی از دستگاه‌های Matter که بر اساس Ethernet یا Wi-Fi هستند، ممکن است به صورت غیر Matter به ابر یا اینترنت متصل شوند. این ممکن است یک ریسک امنیتی را به همراه داشته باشد که دستگاه‌های محلی خالص فاقد آن هستند.

خوب است بدانید که دستگاه‌های Matter همیشه نمی‌توانند به سادگی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند: در حالی که دستگاه‌های Ethernet و Wi-Fi معمولاً در یک شبکه هستند، Thread یک شبکه‌ی متفاوت است. برای دسترسی به دستگاه‌های Matter در Thread به یک بردر-روتر (border-router) نیاز است.

در ادامه بیشتر درباره‌ی بردر-روترها صحبت خواهیم کرد، وقتی که به بررسی آنچه در یک شبکه‌ی Matter وجود دارد می‌پردازیم.

Thread

Thread یک فناوری شبکه‌ی بی‌سیم مش با مصرف انرژی کم و تأخیر پایین است. این فناوری از IP استفاده می‌کند، به همین دلیل Matter می‌تواند بر روی آن اجرا شود. Thread یک فناوری نسبتاً جدید است که بر اساس زیرساختهای Zigbee ساخته شده است. این فناوری می‌تواند در دستگاه‌های باتری‌دار که نیاز به بالاترین کارایی انرژی دارند، مانند سنسورها و قفل‌های درب، یا دستگاه‌های ساده‌ی متصل به برق مانند پریزهای هوشمند یا لامپ‌ها یافت شود.

به طور خلاصه:

• دستگاه‌های Matter به لطف لایه‌ی اپلیکیشن یکپارچه‌شان می‌توانند به راحتی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
• Matter می‌تواند از Thread، Wi-Fi و Ethernet به عنوان لایه‌ی ارتباطی فیزیکی استفاده کند.
• همه‌ی این لایه‌های ارتباطی به طور خودکار با یکدیگر سازگار نیستند (LAN در مقابل Thread).
• دستگاه‌های Matter در Thread از شبکه‌ی مش استفاده می‌کنند.

شبکه‌ی مش

یک شبکه‌ی مش اساساً یک شبکه است که در آن چندین دستگاه در شبکه نقش روتر یا تقویت‌کننده را ایفا می‌کنند. به جای ارسال سیگنال‌ها به مبدأ، آن‌ها سیگنال‌ها را تکرار کرده و به سایر دستگاه‌های شبکه در محدوده ارسال می‌کنند. این دستگاه‌ها نیز می‌توانند سیگنال‌ها را بیشتر منتقل کنند. این “پرش سیگنال” به شبکه‌های مش دامنه و قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به شبکه‌های سنتی “ستاره‌ای” می‌دهد. این شبکه‌ها به طور خودکار با افزودن دستگاه‌های بیشتر گسترش می‌یابند و به طور کلی یک شبکه قوی‌تر و قابل اعتمادتر را تشکیل می‌دهند.

شبکه مش ، مانند thread، به این معنی است که گره ها می توانند سیگنال ها را رله کنند و دامنه مؤثر را افزایش دهند.
دستگاه های ماده فقط در صورت استفاده از thread به عنوان فناوری بی سیم خود، بخشی از شبکه مش هستند. بیشتر دستگاه های ماده در Wi-Fi هستند و بنابراین شبکه مش ایجاد نمی کنند.

اجزای شبکه‌ی Matter

شبکه‌های Matter از انواع مختلفی از نقش‌های دستگاه استفاده می‌کنند. در کل، می‌توانیم بین پنج نوع مختلف دستگاه تمایز قائل شویم.

هاب Matter: هماهنگ‌کننده‌ و راه‌انداز Matter

هر شبکه‌ای به یک نقطه‌ی مرکزی نیاز دارد. این نقش به عهده‌ی هاب Matter است. مانند زیگبی برای راه‌اندازی شبکه‌ی Matter خود به حداقل یک هاب نیاز دارید، هرچند می‌توانید بیشتر از یکی هم داشته باشید. برخی از هاب‌های Matter همچنین به عنوان بردر-روترهای Matter عمل می‌کنند، اما این مورد الزامی نیست.

هاب Matter مغز متفکر شبکه‌ی شما است. هماهنگ‌کننده می‌تواند دستگاه‌های هوشمند را متصل کند، مجوزها را تنظیم کند، به دیگر دستگاه‌ها دسترسی دهد و شبکه‌ی شما را هماهنگ کند. هاب Matter همچنین رابط‌هایی را ارائه می‌دهد که شما برای کنترل شبکه‌ی Matter خود استفاده می‌کنید. هاب Matter همچنین گیت وی اینترنت برای شبکه‌ی Matter است. و برخی از هاب‌ها، دستگاه‌های Matter شما را به دستگاه‌هایی که از پروتکل‌های دیگر مانند Zigbee، Z-Wave، مادون قرمز یا 433MHz استفاده می‌کنند.

بردر-روترهای Matter: پلی بین دنیای LAN و Thread

به‌طور مختصر ذکر شد که همه‌ی دستگاه‌های Matter نمی‌توانند به‌طور خودکار با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این به این دلیل است که LAN، که شبکه‌ی خانگی شما بر اساس اترنت و Wi-Fi است، شبکه‌ای متفاوت از Thread است.

این دو به‌طور بنیادی متفاوت عمل می‌کنند. بیایید نسخه‌های بی‌سیم را مقایسه کنیم: Thread یک شبکه‌ی مش است که برای مصرف کم انرژی و پهنای باند پایین ساخته شده، در حالی که Wi-Fi یک شبکه با توپولوژی ستاره است که برای پهنای باند بالا (و مصرف بالای انرژی) طراحی شده است.

برای اینکه دستگاه‌های Matter در LAN و Thread بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، به یک دستگاه پل‌زننده نیاز داریم که بتواند بین این دو ترجمه کند. این دستگاه بردر-روتر Matter است که گاهی اوقات به عنوان بردر-روتر Thread نیز شناخته می‌شود. این دستگاه هر دو LAN (اترنت یا Wi-Fi) و Thread را “صحبت” می‌کند، به برق متصل است و می‌تواند سیگنال‌ها را بین دو شبکه جابجا کند و شکاف را پر کند.

گاهی اوقات، یک هاب Matter همچنین یک بردر-روتر Thread است. این مورد زمانی است که هاب Matter خود شامل Thread باشد.

دستگاه‌های Matter

دستگاه‌های Matter همه دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند با استفاده از Matter کنترل شوند و به شبکه LAN شما متصل شوند. آن‌ها یا گزینه اتصال اترنت یا Wi-Fi دارند. این دستگاه‌ها هیچ سیگنالی را تکرار نمی‌کنند و در شبکه مش شرکت نمی‌کنند، زیرا آن‌ها “صحبت” Thread نمی‌کنند.

توجه: با وجود اینکه Matter یک پروتکل محلی است، دستگاه‌های Matter که در شبکه اترنت یا Wi-Fi شما هستند ممکن است همچنین از طریق آن شبکه به اینترنت متصل شوند. این قابلیت‌ها به قابلیت‌های Matter آن‌ها اضافه می‌شود. به عنوان مثال، یک پل Philips Hue که یک دستگاه Matter در شبکه محلی شما است، می‌تواند به سرورهای Philips Hue متصل شود.

اکستندرها یا گسترش‌دهنده‌های مش Thread: دستگاه‌های Thread با منبع تغذیه

گسترش‌دهنده‌های مش Thread مشابه “روترها” در یک شبکه Zigbee یا Z-Wave هستند. این دستگاه‌ها به برق متصل هستند، بنابراین باتری آن‌ها تمام نمی‌شود و به عنوان گسترش‌دهنده‌های مش عمل می‌کنند تا سیگنال‌های Thread را تکرار کنند. آن‌ها با تمام دستگاه‌های دیگر در محدوده شبکه صحبت می‌کنند و سیگنال شبکه را تکرار می‌کنند. گسترش‌دهنده‌های مش Thread فقط “پیام” Thread می‌کنند و نه Wi-Fi یا اترنت. به همین دلیل، آن‌ها نمی‌توانند به اینترنت متصل شوند.

دستگاه‌های انتهایی Thread: دستگاه‌های Thread با باتری

این دستگاه‌ها یا مقصد یا منبع داده‌های منتقل‌شده هستند. اغلب با یک باتری کوچک تغذیه می‌شوند و هیچ سیگنالی را تکرار یا جلو نمی‌برند. به عبارت دیگر، این انتهای شبکه شما است. در اکثر موارد، دستگاه‌های استاندارد Matter یا در LAN (مانند Wi-Fi) خواهند بود یا گسترش‌دهنده‌های مش Thread. مگر اینکه شما دستگاه‌های باتری‌دار مانند چراغ‌های بی‌سیم، کلیدهای ساده و غیره را انتخاب کنید. این‌ها معمولاً دستگاه‌های انتهایی هستند زیرا این امکان را به آن‌ها می‌دهد که مدت زمان بیشتری با یک بار شارژ باتری کار کنند.

چه دستگاه‌هایی از Matter پشتیبانی خواهند کرد؟

نکته مهم این است که Matter یک فناوری کاملاً جدید است. با وجود اینکه هیجان و انتظار زیادی وجود دارد، هنوز تعداد زیادی دستگاه Matter در دسترس و در سبد محصولات شرکت ها نیست. حتی وقتی که تعداد آن‌ها در سال‌های آینده به طور قابل توجهی افزایش یابد، این فناوری تنها یکی از فناوری‌های موجود خواهد بود، زیرا تولیدکنندگان محصولات خانه هوشمند از قبل محصولاتی بر پایه پروتکل های دیگری توسعه داده اند و هرگز به طور کامل تمایل به کوچ به این پروتکل را ندارند.

علاوه بر این، پروتکل Matter 1.0 که در اکتبر ۲۰۲۲ توسط اتحادیه استانداردهای ارتباطی منتشر شد، تنها از انواع دستگاه‌های زیر پشتیبانی می‌کند:

• لامپ‌ها، کلیدهای روشنایی، کنترل‌کننده‌های روشنایی
• پلاگ‌ها و پریزها
• قفل‌های درب
• ترموستات‌ها و سایر کنترل‌کننده‌های HVAC
• پرده‌ها و سایه‌ بان ها
• حسگرهای امنیتی خانگی (سنسورهای حرکتی، سنسورهای دود و کیفیت هوا)
• کنترل‌کننده‌های درب گاراژ
• اکسس پوینت های بی‌سیم و بریج ها
• تلویزیون و پخش‌کننده‌های ویدئویی

این لیست به نظر عالی می‌آید، اما هنوز بسیاری از انواع دستگاه‌های محبوب مانند دوربین‌های امنیتی، سیستم‌های صوتی/اسپیکرها یا جاروبرقی‌های رباتیک را شامل نمی‌شود.

مزایای استفاده از Matter

پروتکل Matter وعده‌های خوبی برای کاربران و دستگاه‌های خانه هوشمند دارد. با این حال، این پروتکل کامل نیست و “بهترین” راه‌حل اتوماسیون خانگی به شمار نمی‌آید. Matter مزایا و معایبی دارد. بیایید با مزایا شروع کنیم.

هم‌کاری بین برندها

بیشتر دستگاه‌های Matter با یکدیگر کار می‌کنند، بدون توجه به اینکه کدام برند آن‌ها را تولید کرده است (با این حال، تفاوت LAN و Thread را در نظر داشته باشید!). اما این فقط به تمام دستگاه‌های Matter مربوط می‌شود و نه به سایر دستگاه‌های هوشمند که از فناوری‌های دیگر استفاده می‌کنند. این ادعای هم‌کاری شبیه به ادعای مشابه Zigbee و Z-Wave در حال حاضر است. Matter برخی پیشرفت‌ها و حمایت‌های زیادی از تولیدکنندگان دارد، هرچند که برخی از شرکت‌های اولیه نیز دوباره از آن خارج می‌شوند. ادعای هم‌کاری کامل آن هنوز به حقیقت نپیوسته است. در نهایت، هاب‌های یونیورسال که Matter و سایر فناوری‌ها را ترکیب می‌کنند، همیشه بیشترین قابلیت همکاری را خواهند داشت.

امنیت

پروتکل Matter از شیوه‌ها و پروتکل‌های امنیتی مدرن و پرکاربرد مانند امنیت به‌طور طراحی و اعتماد صفر استفاده می‌کند. Matter از رمزنگاری مبتنی بر AES بهره می‌برد. دستگاه‌ها فقط در صورتی دستورات را درک می‌کنند که تأیید شده باشند.

تجربه کاربری ساده

بیشتر هاب‌های Matter دارای رابط‌های کاربری بصری برای کنترل و اتوماسیون خانه هوشمند هستند. همچنین، پروتکل Matter شامل یک فرآیند جفت‌سازی یا پِیر کردن ساده است.

لوکال بودن

Matter یک پروتکل محلی است که آن را نسبتاً قابل اعتماد و سریع می‌سازد. علاوه بر این، دستگاه‌های Matter که از Thread استفاده می‌کنند، نمی‌توانند به‌طور مستقیم به اینترنت متصل شوند و این موضوع یک نقطه ورود کمتر برای مهاجمان و تهدیدهای امنیتی فراهم می‌کند. توجه داشته باشید که این مورد برای دستگاه‌های Matter مبتنی بر LAN (Wi-Fi/Ethernet) صدق نمی‌کند. همچنین، دستگاه‌های Zigbee و Z-Wave ویژگی‌های محلی مشابهی دارند.

بهره‌وری انرژی

زیرا Thread بخشی از پروتکل Matter است، دستگاه‌های Matter می‌توانند بسیار کم‌مصرف باشند. دستگاه‌های انتهایی Thread در حالت آماده‌باش انرژی بسیار کمی مصرف می‌کنند که به طور قابل توجهی مصرف برق را کاهش می‌دهد و عمر باتری را در موارد مرتبط بهبود می‌بخشد. این موضوع برای دستگاه‌های Zigbee و Z-Wave نیز صدق می‌کند.

مدیریت چندگانه

Matter از چندین هاب Matter در یک شبکه Matter واحد پشتیبانی می‌کند. به همین دلیل، کاربران می‌توانند رابط‌ها و سیستم‌های مورد علاقه خود را انتخاب کنند و حتی از چندین مورد به‌طور همزمان استفاده کنند. این امر نیاز به جفت‌سازی مجدد دستگاه‌ها با یک سیستم جدید را از بین می‌برد و انعطاف‌پذیری بیشتری را اضافه می‌کند. یک نکته: از یک هاب اصلی Matter برای اتوماسیون استفاده کنید، وگرنه ممکن است بسیار دشوار شود که بفهمید چرا چیزی در خانه شما اتفاق می‌افتد.

معایب Matter

از مزایای متر گفتیم. حالا بیایید به برخی از معایب غیر قابل چشم پوشی این پروتکل بپردازیم.

• محدودیت دستگاه‌ها
  تعداد کمی از دستگاه‌های Matter در بازار موجود است. اگر بخواهید فقط از دستگاه‌های Matter استفاده کنید، انتخاب شما به شدت محدود است.
• حذف برخی دستگاه‌های محبوب
  نسخه اول Matter شامل تمام انواع دستگاه‌ها نمی‌شود. به عنوان مثال، دوربین‌های امنیتی و جاروبرقی‌های رباتیک که از دستگاه‌های محبوب هستند، در این نسخه وجود ندارند.
• عدم ادغام مستقیم برندها
  همه برندها Matter را به‌طور مستقیم در دستگاه‌های خود ادغام نکرده‌اند. برندهایی مانند فیلیپس و ایکیا هنوز نیاز به استفاده از هاب Zigbee دارند.
• هزینه‌های بیشتر
  دستگاه‌های Matter معمولاً از چیپ‌های جدید استفاده می‌کنند و به همین دلیل قیمت آن‌ها بالاتر از دستگاه‌های مشابهی است که از Zigbee استفاده می‌کنند.
• عدم پشتیبانی از دستگاه‌های موجود
  بسیاری از دستگاه‌ها از فناوری‌های دیگر مانند Zigbee، Z-Wave، RF 433MHz، مادون قرمز یا APIهای اختصاصی استفاده می‌کنند و به همین دلیل همه دستگاه‌ها از Matter پشتیبانی نخواهند کرد.

نتیجه‌گیری

Matter یک پیشرفت بسیار امیدوارکننده در دنیای خانه‌های هوشمند است. این پروتکل از پشتیبانی شرکت‌های بزرگ برخوردار است و به خوبی از فناوری‌های موجود مانند اترنت، Wi-Fi و Thread (و BLE برای پِیرکردن) استفاده می‌کند. با این حال، در حال حاضر Matter بیشتر یک وعده است. ما تنها شاهد انتشار نسخه ۱.۰ بوده‌ایم و تعداد کمی از دستگاه‌های Matter در بازار موجود است که معمولاً گزینه‌های ارزان‌تری نیستند و انواع دستگاه ها در آن پشتیبانی نمی‌شود.

در نهایت، محصولات متعددی وجود خواهند داشت که از فناوری‌های مختلف استفاده می‌کنند، به ویژه به این دلیل که برندها به سازگاری با نسخه‌های قبلی نیز توجه دارند. در نهایت، بیشتر فناوری‌های خانه هوشمند قابلیت‌های زیادی دارند و Matter تنها یک گزینه جدید است. با پیشرفت سیستم‌های خانه هوشمند هیچ دلیلی وجود ندارد که همه دستگاه‌های شما از یک پروتکل استفاده کنند. بنابراین، مهم است که هاب مرکزی شما از تمام فناوری‌هایی که برای خودکارسازی خانه‌تان نیاز دارید، پشتیبانی کند.