Standardisierung der Smart-Home-Vernetzung mit Matter

Die Elektronikindustrie liefert einen unglaublichen Strom innovativer Smart-Home-Produkte, hat es aber bisher versäumt, den Verbrauchern die Möglichkeit zu geben, sie alle nahtlos miteinander zu verbinden.

Viele der bekanntesten Plattformanbieter, Gerätehersteller und Halbleiterunternehmen schließen sich um den Matter-Netzwerkstandard zusammen, von dem sie sich erhoffen, dass er endlich die vielen Lücken schließt, die Produktentwickler jahrelang frustriert haben.

Matter zielt darauf ab, die Probleme der Smart-Home-Vernetzung zu überwinden, die bei früheren Standards auftraten, indem es die Steuerung von Geräten durch mehrere Ökosysteme ermöglicht. Silicon Labs unterstützt diese Umstellung mit Chiplösungen, Entwicklungstools und Dienstleistungen, die für das Design, die Erstellung, die Zertifizierung und den Einsatz von Matter-konformen Produkten erforderlich sind.

Die Smart-Home-Landschaft - und die breitere IoT-Umgebung - wurde durch verschiedene Verbindungsstandards geprägt, die jeweils ihre eigenen Stärken und Schwächen haben. Dazu gehören die Notwendigkeit von Zigbee für proprietäre Hubs oder eingebettete Controller, der Stromverbrauch von Wi-Fi, der für batteriebetriebene Geräte unpraktisch ist, und die mangelnde Reichweite und Reaktionsfähigkeit von Bluetooth Low Energy (BLE), die für größere, ständig aktive Umgebungen erforderlich sind. Thread, ein IP-basiertes Maschennetzprotokoll, das für geringen Stromverbrauch und Zuverlässigkeit optimiert ist, eignet sich gut für kleine, ständig eingeschaltete Geräte, hat jedoch eine geringe Bandbreite und erfordert einen Stack auf der Anwendungsebene für die herstellerübergreifende Interoperabilität.

Plattformspezifische Ökosysteme wie Apple HomeKit, Google Home, Amazon Alexa und Samsung SmartThings bieten eine fragmentierte Entwicklerumgebung. Matter wurde 2022 eingeführt, um die Interoperabilität und die lokale Steuerung zu fördern und es Geräten zu ermöglichen, sich gleichzeitig mit mehreren Ökosystemen und Plattformen zu verbinden und von diesen gesteuert zu werden.

Matter ist ein Protokoll auf Anwendungsebene, das über Wi-Fi, Ethernet und Thread läuft und BLE für die Inbetriebnahme und Einrichtung von Geräten verwendet. Sie umfasst Elemente von Google Weave, Apple HomeKit und Zigbee unter der Schirmherrschaft der Connectivity Standards Alliance (CSA), der umbenannten und in ihrem Umfang erweiterten Weiterentwicklung der Zigbee Alliance.

Zu den mehr als 700 CSA-Mitgliedern gehören die Plattform- und Geräteanbieter Apple, Google, Amazon und Samsung, Einzelhändler wie Home Depot und IKEA, zahlreiche Gerätehersteller sowie Chip- und Softwareanbieter wie Silicon Labs.

Die CSA bietet Entwicklern eine sofort einsatzbereite Kernvernetzung, ein einheitliches Open-Source-Softwareentwicklungskit von Matter, standardisierte Gerätemodelle und integrierte Sicherheitsfunktionen wie verschlüsselte Kommunikation und sicheres Onboarding. Dies ermöglicht die Entwicklung einer einzigen Produktversion, die in verschiedenen Ökosystemen eingesetzt werden kann, was Zeit und Kosten für die Prototypenerstellung spart und gleichzeitig eine sofortige Plug&Play-Kompatibilität bietet.

Mit Matter verbindet ein Border-Router stromsparende Thread-Maschennetzwerke mit anderen IP-Netzwerken wie Wi-Fi und Ethernet, ohne dass Nachrichten zwischen inkompatiblen Protokollen übersetzt werden müssen, wie dies bei herkömmlichen IoT-Gateways der Fall ist.

Silicon Labs treibt die Entwicklung voran

Silicon Labs ist ein wichtiger Akteur in der CSA und einer der führenden Mitwirkenden an deren GitHub-Repository. Das Unternehmen verfügt über Expertise bei der Entwicklung von Chips und Entwicklungstools für drahtlose Protokolle, einschließlich Thread, Wi-Fi und Bluetooth.

Mit der Einführung der xG26-Familie (Abbildung 1), einer Reihe von Wireless-SoCs (SoCs: System-on-Chips) und Mikrocontrollern (MCUs), die auf einer gemeinsamen Plattform basieren, hat Silicon Labs diese Fähigkeiten auf Matter übertragen.

Abbildung 1: Die xG26-Produktfamilie umfasst drei Gruppen von Geräten, an deren Spitze das gleichzeitige Multiprotokoll MG26 steht. (Bildquelle: Silicon Labs)

Die xG26-Chips basieren auf einem ARM-Cortex-M33-Kern und unterstützen bis zu 3 MB Flash und 512 kB RAM. Sie bieten Rechenleistung für komplexe Anwendungen mit integrierter KI/ML-Hardwarebeschleunigung für reaktionsschnelles, effizientes Edge-Computing.  

Die SoCs EFR32MG26 (MG26) ermöglichen eine drahtlose IoT-Maschenvernetzung mit Matter-, OpenThread- und Zigbee-Protokollen. Sie verfügen über bis zu 2300 KB Flash und 512 KB RAM, doppelt so viel wie die Komponenten der vorherigen Generation. Sie bieten solide Performance und Sicherheit auf Hardware-Ebene für Smart-Home-, Beleuchtungs- und Gebäudeautomatisierungsprodukte und können mit Ökosystemen wie Google Home oder Apple HomeKit betrieben werden, wobei sie sich an neue Anwendungsfälle anpassen können.

Die xG26-Familie umfasst auch die SoCs EFR32BG26 (BG26), die für Bluetooth LE und Mesh optimiert sind und sich für Anwendungen wie intelligente Beleuchtung und tragbare medizinische Geräte eignen, sowie die universelle MCU-Reihe EFM32PG26 (PG26), die für Anwendungen entwickelt wurde, die eine robuste Verarbeitung ohne drahtlose Vernetzung erfordern. Darüber hinaus gibt es mehrere Evaluierungsboards, darunter das Explorer-Kit XG26-EK2709A (Abbildung 2), eine Entwicklungs- und Evaluierungsplattform mit kleinem Formfaktor für das schnelle Prototyping von IoT-Anwendungen für drahtlose 2,4-GHz-Protokolle, einschließlich Bluetooth LE, Bluetooth Mesh, Zigbee, Thread und Matter.

Abbildung 2: Das XG26-EK2709A verfügt über eine USB-Schnittstelle, einen integrierten SEGGER J-Link-Debugger, zwei Benutzer-LEDs und zwei Tasten sowie Unterstützung für Hardware-Zusatzkarten über eine MikroBUS-Buchse und einen Qwiic-Anschluss. (Bildquelle: Silicon Labs)

Fazit

Die xG26-Familie von Silicon Labs bietet ausreichend Rechenleistung, Speicher und integrierte Funktionen wie die Beschleunigung des maschinellen Lernens und erweiterte Sicherheitsfunktionen, um eine breite Palette von Anwendungen für stromsparende, ständig eingeschaltete Geräte zu unterstützen, die sicher, reaktionsschnell und mit neuen Standards kompatibel sein müssen. Ob Sie nun Geräte mit mehreren Protokollen, reine Bluetooth-Produkte oder nicht drahtgebundene eingebettete Systeme entwickeln – die xG26-Familie deckt mit einer gemeinsamen Architektur, die Rechenleistung, Speicherkonfiguration, Sicherheitsfunktionen und Entwicklungstools umfasst, alle Anforderungen ab.