Το 2025, η παγκόσμια αγορά τεχνολογίας έξυπνων κατοικιών θα έχει αξία 47,5 δισεκατομμυρίων USD, με CAGR 21,4% έως το 2034. Αυτή η αύξηση οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι το πρότυπο Mate επιτρέπει τη διαλειτουργικότητα των συσκευών.
Το Master Standard ξεκινά με το έργο IP Connected Home (CHIP) το 2019, μια συμμαχία εταιρειών που συνεργάζονται για τη δημιουργία ενός έξυπνου οικιακού δικτύου ανοιχτού κώδικα. Το πρότυπο εκδόθηκε με την έκδοση 1.0 το 2022 και την έκδοση 1.5 τον Νοέμβριο του 2025. Η βασική αρχή είναι η δέσμευση ότι τα προϊόντα με πιστοποίηση Mater μπορούν να συνδέονται μεταξύ τους και με το Smart Home Hub από οποιοδήποτε μέλος της Mater-Alliance, συμπεριλαμβανομένων των Google, Amazon, Apple και Samsung.
Κάθε νέα έκδοση του προτύπου υποστηρίζει περισσότερους τύπους συσκευών, επιτρέποντας τοπική συνδεσιμότητα μέσω IPv6 και δικτύων χαμηλής κατανάλωσης, χαμηλής καθυστέρησης χωρίς την ανάγκη πύλης cloud.- g. Η τρέχουσα λίστα συσκευών που υποστηρίζουν το Mater περιλαμβάνει έξυπνα φώτα και πρίζες, συσκευές, αισθητήρες, κουρτίνες, μονάδες κλιματισμού και αντλίας θερμότητας, ηλιακούς συλλέκτες, δρομολογητές Wi-Fi, ηχεία και συσκευές αναπαραγωγής βίντεο.
Οι καταναλωτές αναμένουν απρόσκοπτη συνδεσιμότητα και άμεση λειτουργία όταν προσθέτουν τέτοιες συσκευές στο έξυπνο οικιακό τους δίκτυο. Για να γίνει αυτό, οι OEM πρέπει να ενσωματώσουν την αρχιτεκτονική Matrix στα προϊόντα τους από την αρχή.
Σύνθεση Συστήματος Υλικών
Οι συσκευές στο Master Smart Home System μπορούν να παίξουν έναν ή περισσότερους από τους ακόλουθους ρόλους: πύλες, ελεγκτές, κόμβοι ακμών, κόμβοι τερματικού και γέφυρες. Η πύλη συνδέει το σύστημα με το Διαδίκτυο και χρησιμοποιεί Wi-Fi για να αλληλεπιδρά με ελεγκτές, κόμβους άκρων και γέφυρες. Ο ελεγκτής στέλνει εντολές στον κόμβο ακμής και στον τερματικό κόμβο, ενώ ο κόμβος ακμής και η γέφυρα δρομολογούν πληροφορίες μόνο μεταξύ του κόμβου και της πύλης ή του ελεγκτή χωρίς εφαρμογή λογικής.
Μια άλλη βασική αρχή της αρχιτεκτονικής Matrix είναι η επίτευξη υψηλής ενεργειακής απόδοσης μέσω της επικοινωνίας ραδιοσυχνοτήτων χαμηλής ισχύος (RF). Η σύνδεση Bluetooth χρησιμοποιείται για την αρχική θέση σε λειτουργία του δικτύου πρόσβασης της συσκευής, αλλά το ίδιο το δίκτυο αποτελείται από άλλα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούν την ίδια ζώνη συχνοτήτων. Το δίκτυο Master χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο Thread χαμηλής κατανάλωσης για να δημιουργήσει ένα δίκτυο πλέγματος χαμηλής καθυστέρησης και αυτό-θεραπείας. Η γέφυρα λειτουργεί ως μεταφραστής, συνδέοντας συσκευές χρησιμοποιώντας άλλα πρωτόκολλα, όπως το Zigbee, στο δίκτυο (Εικόνα 1).
Σκιαγραφικός χάρτης του Master ευφυούς οικιακού δικτύου (κάντε κλικ για μεγέθυνση)
Εικόνα 1: Το Master Smart Home Network περιλαμβάνει πύλη (μπλε κύκλος), ελεγκτή (γαλάζιο κύκλο), Thread Border Router (κόκκινος κύκλος), γέφυρα (μωβ κύκλος), ακραίο κόμβο (πράσινος κύκλος) και τερματικός κόμβος (πορτοκαλί κύκλος). Πηγή εικόνας: NXP)
Οι συσκευές στο δίκτυο Mater πρέπει να διαθέτουν δυνατότητες ασύρματης επικοινωνίας (στενής ζώνης, Wi-Fi ή και τα δύο) και έναν υπολογιστή με τσιπ (MCU) για την εκτέλεση εφαρμογών, τη διαχείριση της επικοινωνίας και τη διασφάλιση της ασφάλειας της συσκευής. Η επιλογή των πρωτοκόλλων επικοινωνίας και οι προδιαγραφές MCU εξαρτώνται από τον ρόλο δικτύου της συσκευής, τα χαρακτηριστικά κατανάλωσης ενέργειας και τη χρήση της στους καταναλωτές. Για παράδειγμα, ένας έξυπνος λαμπτήρας ως τερματικός κόμβος μπορεί να είναι απλός στη δομή και μπορεί να λαμβάνει και να εκτελεί μόνο εντολές ενεργοποίησης/απενεργοποίησης, ενώ ένας δρομολογητής είναι πολύ πιο περίπλοκος.
Έξυπνο οικιακό σύστημα ενός τσιπ
Το Thread Border Router πρέπει να εξισορροπεί την ενεργειακή απόδοση και τη χαμηλή καθυστέρηση που επιθυμεί το δίκτυο Mate με την πολυπλοκότητα της διαχείρισης των επικοινωνιών Thread και Wi-Fi, της ασφάλειας της συσκευής και της εκτέλεσης εφαρμογών. Το NXP Semiconductor's RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio ενσωματώνει έναν πυρήνα επεξεργασίας σε ένα τσιπ, ένα ασύρματο Wi-Fi ικανό να μεταδίδει κανάλια 20 MHz στις ζώνες 2,4 GHz και 5 GHz, ένα ραδιόφωνο στενής ζώνης για θέση σε λειτουργία και δικτύωση πλέγματος, και ένα κλειδί για επαναδιαμόρφωση της συσκευής και ένα κλειδί για επαναδιαμόρφωση της συσκευής. 3,3 V εξωτερικής ισχύος για λειτουργία (Εικόνα 2).
NXP RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio που λειτουργεί σε δύο εικόνες ραδιοφώνου Wi-Fi
Εικόνα 2: Το RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio χρησιμοποιεί μια εξωτερική τροφοδοσία 3,3 V για τη λειτουργία δύο ραδιοφωνικών μπανών Wi-Fi, ενός τοπικού ραδιοφώνου στενής ζώνης, ενός MCU 260 MHz και ενσωματωμένων λειτουργιών ασφαλείας. Πηγή εικόνας: NXP)
Το υποσύστημα MCU του RW61X υιοθετεί πυρήνα Arm ® Cortex ®- M33 260 MHz με TrustZone ™ - M Hardware Secure και 1,2 MB Στατική μνήμη τυχαίας πρόσβασης (SRAM). Το MCU μπορεί να επικοινωνεί με τον εξοπλισμό μέσω σειριακής περιφερειακής διεπαφής (SPI) και καθολικού ασύγχρονου πομποδέκτη (UART), να επικοινωνεί με τον αισθητήρα μέσω διασύνδεσης διαύλου ολοκληρωμένου κυκλώματος (I ² C) και να επικοινωνεί με εξοπλισμό εισόδου ήχου μέσω διασύνδεσης ενσωματωμένου διαύλου ήχου (I ² S). Το Πρωτόκολλο Ακριβούς Χρόνου (PTP) επιτρέπει το συγχρονισμό δικτύου μέσω του φυσικού επιπέδου (PHY) της μονάδας τσιπ 100 Mbps Ethernet.
Το τσιπ RW61X υποστηρίζει Mat-Wi-Fi που βασίζεται σε Wi-Fi 6 για τη βελτίωση της απόδοσης του δικτύου και της ενεργειακής απόδοσης. Ο ενσωματωμένος ενισχυτής ισχύος ραδιοσυχνοτήτων (PA) και ο ενισχυτής χαμηλού θορύβου (LNA) του RW61X συνδυάζουν ισχύ εκπομπής 125 mW για να εξασφαλίσουν σταθερή επικοινωνία. Η Προστατευμένη Πρόσβαση Wi-Fi (WPA) κατηγορίας 3 παρέχει κρυπτογράφηση και ασφάλεια.
Αυτά τα τσιπ μπορούν επίσης να υποστηρίξουν Mater-over - THREAD μέσω Bluetooth χαμηλής κατανάλωσης ή IEEE 802.15.4. Είναι επίσης πιστοποιημένα Bluetooth 5.2 και 5.4 και υποστηρίζουν μια ποικιλία τρόπων λειτουργίας Bluetooth, συμπεριλαμβανομένης της λειτουργίας υψηλής ταχύτητας 2 Mbps, της απομακρυσμένης λειτουργίας για μετάδοση δεδομένων με χαμηλότερους ρυθμούς σε μεγαλύτερες αποστάσεις μέσω κωδικοποιημένου PHY και της λειτουργίας επέκτασης εκπομπής. Στη λειτουργία επέκτασης εκπομπής, ο εξοπλισμός μπορεί να εκπέμπει μεγαλύτερα πακέτα δεδομένων και μπορεί να βρεθεί πιο εύκολα. Αυτή η μονάδα ραδιοφώνου στενής ζώνης χρησιμοποιεί επίσης RF PA και LNA για να επιτύχει ισχύ μετάδοσης 32 mW.
Στα τσιπ RW61X, η διαχείριση της ασφάλειας, ένα σημαντικό μέρος του οικοσυστήματος Material Smart Home, γίνεται μέσω του θύλακα EdgeLock Secure. Αυτό το αδιάβροχο υλικό ελέγχει την ταυτότητα της συσκευής με το πιστοποιητικό, το κλειδί κρυπτογράφησης και την ταυτότητά της για να δημιουργήσει ένα root.- g. Η εκκίνηση ασφαλείας, η προστασία εντοπισμού σφαλμάτων και ενημέρωσης, η κρυπτογράφηση υλικού και οι λειτουργίες φυσικής μη κλωνοποίησης (PUF) βοηθούν τα τσιπ RW61X να πληρούν τις απαιτήσεις του Προτύπου Αξιολόγησης Ασφαλείας Πλατφόρμας Διασφάλισης Επιπέδου 3 του Διαδικτύου των πραγμάτων (Επίπεδο 3 Assurance και Αρχιτεκτονική Ασφάλειας Πλατφόρμας (PSA) Επίπεδο 3 Πλαίσιο πιστοποίησης.