Jak połączyć system Smart Home różnych producentów (standard Matter)?

Żeby połączyć system Smart Home różnych producentów, musisz kupić urządzenia z logo Matter i sparować je za pomocą jednego głównego kontrolera ze wbudowanym routerem brzegowym Thread, takiego jak Apple TV 4K lub Google Nest Hub. Skanujesz kod QR z obudowy sprzętu w aplikacji wybranego ekosystemu, a protokół automatycznie udostępnia to urządzenie lokalnie pozostałym asystentom głosowym w twoim domu bez instalowania dedykowanych aplikacji producenta.

Cały rynek inteligentnego domu latami opierał się na zamkniętych rezerwatach. Kupiłeś żarówkę Philipsa, potrzebowałems bramki Philipsa. Kupiłeś czujnik Aqara, musiałeś wpiąć do prądu bramkę Aqara. W efekcie pod szafką z telewizorem leżało pięć różnych plastikowych pudełek podłączonych do routera kablami ethernetowymi. Matter po prostu to kasuje. Standard wymusza na producentach, by ich sprzęt rozmawiał w jednym języku opartym na protokole internetowym IPv6. Urządzenia komunikują się ze sobą bezpośrednio w twojej sieci lokalnej. Nie ma tu wysyłania komend na serwery w Chinach czy USA żeby zapalić światło w łazience. Działa to szybko. Nawet po odcięciu kabla od internetu.

Prawda jest zresztą absolutnie taka, że branża musiała to zrobić. Użytkownicy mieli dość instalowania dwudziestu aplikacji na telefonie. Zmieniliśmy te zasady na robocie, bo zwroty sprzętu do sklepów biły rekordy. Ludzie nie rozumieli, dlaczego głośnik Amazona nie widzi dzwonka do drzwi od Google.

Jakich urządzeń potrzebuję na start z protokołem Matter?

Nie musisz wymieniać wszystkiego. Musisz zrozumieć architekturę sieci. Zbudowanie tego wymaga konkretnych elementów sprzętowych. Brak jednego z nich powoduje, że system w ogóle nie ruszy.

• Kontroler Matter. To mózg operacji. Zazwyczaj jest to inteligentny głośnik lub ekran. Wymagane jest, by to urządzenie było na stałe podłączone do zasilania i domowej sieci Wi-Fi.
• Router brzegowy Thread. Często ukryty wewnątrz kontrolera Matter (np. w HomePod mini). Odpowiada za tłumaczenie sygnału z sieci Thread na zwykłe Wi-Fi, by twój telefon mógł sterować akcesoriami.
• Urządzenie wykonawcze. Gniazdko, zamek w drzwiach, roleta. Zawsze ma nadrukowany jedenastocyfrowy kod numeryczny i mały kwadratowy kod QR na obudowie.
• Smartfon z aktywnym modułem Bluetooth włączonym tylko na czas pierwszego parowania akcesorium wyciągniętego z pudełka.

Wielu ludzi myli kontroler z routerem brzegowym. Kontroler trzyma automatyzacje i reguły. Router brzegowy tylko przerzuca pakiety danych między dwiema różnymi częstotliwościami radiowymi. Apple TV 4K najnowszej generacji ma obie te funkcje na pokładzie.

Czasami starsze modele głośników Google Home pełnią funkcję kontrolera Matter, ale nie mają wbudowanego radia Thread. Wtedy obsłużą tylko te akcesoria Matter, które łączą się po zwykłym Wi-Fi. A Wi-Fi zżera baterie. Dlatego czujniki ruchu czy temperatury pracują na energooszczędnym Thread.

Czy stary sprzęt Zigbee zadziała z nowym systemem?

To zależy od producenta twojej obecnej bramki. Urządzenia Zigbee nie dostaną nagle aktualizacji oprogramowania do Matter, bo mają za słabe układy scalone i za mało pamięci operacyjnej. Wymagania kryptograficzne nowego standardu po prostu usmażyłyby te tanie chipy z ubiegłej dekady.

Producenci tacy jak Aqara czy Ikea wypuścili aktualizacje oprogramowania układowego dla swoich centralek. Bramka M2 od Aqary po pobraniu nowej wersji firmware staje się mostkiem Matter. Tłumaczy ona sygnał z twoich starych czujników otwarcia okna Zigbee na język zrozumiały dla Apple HomeKit czy Samsung SmartThings. W aplikacji widzisz ten czujnik jako sprzęt Matter.

W ubiegłym miesiącu montowaliśmy system na krakowskim osiedlu Ruczaj. Nowe bloki, grube żelbetowe ściany. Właściciel kupił bez mała prawie pięćdziesiąt żarówek z Aliexpress i narzekał na opóźnienia w reakcji. Thread to sieć typu mesh. Każde urządzenie podłączone na stałe do prądu w teorii działa jak wzmacniacz sygnału. Ale w tamtym mieszkaniu na Ruczaju deweloper zastosował jakieś dziwne ekrany akustyczne w ścianach działowych. Zwykły sygnał 2.4 GHz po prostu tam ginął. Rozwiązaliśmy to wpinając tanie inteligentne gniazdka z funkcją routera w przedpokoju. Zadziałały jak repeatery. (Zresztą, prawda jest taka, że bez analizatora widma w takich budynkach robota to zgadywanka, czasem mam ochotę wyrzucić te wszystkie smart zabawki przez okno, bo na papierze masz zasięg sto metrów, a w rzeczywistości pakiety dławią się po przejściu przez jedną szafę wnękową z lustrem na korytarzu). Dodaliśmy też starą bramkę Philips Hue. Po aktualizacji połączyła wszystkie żarówki Zigbee z siecią Apple.

Jak krok po kroku dodać akcesorium do Apple HomeKit i Google Home jednocześnie?

Udostępnianie urządzeń między ekosystemami to funkcja Multi-admin. Pozwala ona jednemu czujnikowi wysyłać raporty o temperaturze do dwóch różnych asystentów głosowych w tym samym czasie. Konfiguracja tego wymaga poprawnej kolejności działań.

Zaczynasz od włączenia sprzętu do prądu. Otwierasz aplikację pierwszego ekosystemu, na przykład Dom na iPhonie. Klikasz plus w prawym górnym rogu. Skanujesz kod QR z obudowy gniazdka. System łączy się po Bluetooth, przekazuje poświadczenia sieci radiowej i dodaje sprzęt do twojego konta iCloud. To trwa zwykle kilkanaście sekund.

Teraz wchodzisz w ustawienia tego konkretnego gniazdka w aplikacji Apple. Szukasz opcji “Włącz tryb parowania” lub “Udostępnij inne aplikacje”. System wygeneruje dla ciebie nowy, tymczasowy kod numeryczny ważny przez kilka minut. Kopiujesz go do schowka.

Zamykasz aplikację Apple. Otwierasz Google Home. Wybierasz dodawanie nowego urządzenia. Zamiast skanować kod aparatem, wybierasz wpisywanie ręczne. Wklejasz skopiowany ciąg cyfr. Google Home połączy się z tym samym gniazdkiem po sieci lokalnej. Od tego momentu możesz sterować nim za pomocą Siri na zegarku i ekranu Google w kuchni. Reguły automatyzacji ustawiasz niezależnie w obu aplikacjach.

Zdarzają się sytuacje, kiedy pierwsza próba kończy się błędem. Czasami aplikacja wywala komunikat o braku odpowiedzi. Wtedy po prostu RESTARTUJESZ telefon i router główny od dostawcy internetu. Zwykły reset sprzętowy rozwiązuje większość zatorów w tablicach routingu.

Dlaczego sieć Thread gubi urządzenia po restarcie routera?

Problem leży w obsłudze protokołu mDNS (Multicast DNS) przez twój sprzęt sieciowy. Urządzenia Matter muszą bezustannie ogłaszać swoją obecność w sieci lokalnej. Robią to rozsyłając pakiety rozgłoszeniowe. Zamiast bawić się w ręczne wpisywanie adresów IP, akcesorium krzyczy w eter “Halo, jestem inteligentną roletą, mój adres to FE80::1”.

Tanie routery dostarczane przez operatorów kablowych bardzo często wycinają te pakiety. Robią to, by oszczędzać zasoby procesora. Nazywa się to izolacją klientów w sieci bezprzewodowej albo błędnie wdrożonym IGMP Snooping. Jeśli twój telefon podłączony do pasma 5 GHz nie widzi gniazdka zapiętego na paśmie 2.4 GHz, to wina leży w konfiguracji routera.

Musisz zalogować się do panelu administracyjnego swojego domowego modemu. Poszukaj zakładki związanej z routingiem multicastowym. Wyłącz izolację punktów dostępowych (AP Isolation). Włącz obsługę IPv6 na interfejsie LAN. Matter bez IPv6 po prostu nie działa. To techniczny wymóg standardu.

Widziałem na wdrożeniach u klientów dziesiątki przypadków, gdzie sprzęt za grube tysiące złotych stawał się bezużyteczny przez router z marketu za sto złotych. Wymiana głównego punktu dostępowego na system Mesh od Ubiquiti lub TP-Link Deco z poprawnej półki cenowej załatwiała problem gubienia sygnału od ręki.

Tabela podstawowych wymagań sprzętowych kontrolerów

Poniższe zestawienie pokazuje, które popularne urządzenia z rynku pełnią pełną funkcję kontrolera połączonego z routerem brzegowym Thread.

Nazwa urządzenia	Ekosystem	Wbudowany router Thread
Apple HomePod (2. generacja)	Apple Home	Tak
Apple TV 4K (wersja 128GB + Ethernet)	Apple Home	Tak
Google Nest Hub (2. generacja)	Google Home	Tak
Amazon Echo (4. generacja)	Alexa	Tak
Samsung SmartThings Station	SmartThings	Tak
Apple TV 4K (wersja 64GB z 2022 roku)	Apple Home	Nie (tylko Matter po Wi-Fi)

Zwróć uwagę na Apple TV z mniejszą pojemnością dysku. Apple celowo wycięło z niego moduł radia Thread by obniżyć cenę w sklepach. Ludzie kupują to pudełko, próbują sparować czujnik zalania wodą i odbijają się od ściany z błędem parowania. Zawsze czytajcie specyfikację techniczną przed zakupem kontrolera.

Jak poprawić czas reakcji w systemie obsługującym wiele marek?

Opóźnienia wynikają z topologii sieci. Jeśli masz pięć urządzeń na krzyż, system przerzuca pakiety bezpośrednio z routera brzegowego do żarówki. Problem pojawia się, gdy dodasz do domu kilkadziesiąt punktów oświetleniowych.

Sieć Thread sama wybiera optymalną ścieżkę komunikacji. Jeśli żarówka w sypialni ma słaby sygnał bezpośrednio z HomePoda w salonie, wyśle komendę przez gniazdko w przedpokoju. To gniazdko nazywane jest węzłem routera (Router Node). Urządzenia zasilane bateryjnie, jak czujniki ruchu, to węzły końcowe (End Devices). One usypiają swoje radia by oszczędzać prąd i budzą się co kilka sekund by sprawdzić, czy nie czeka na nie jakaś komenda.

Zastanawiacie się zresztą, dlaczego to na produkcji tak wyje na testach po drodze u klientów? Sam się nad tym borykałem dzisiaj u siebie we wtorek. Wystarczy, że jedno urządzenie zasilane z gniazdka ma wadliwe oprogramowanie układowe. Zaczyna gubić pakiety. Cała sieć próbuje ominąć ten uszkodzony węzeł, ciągle przeliczając trasy. Czas reakcji rośnie z ułamków sekundy do pięciu sekund. Wciskasz przycisk na ścianie i czekasz.

Lekarstwo na to jest brutalne. Odłączasz wszystkie urządzenia z prądu. Czekasz minutę. Podłączasz najpierw kontroler główny. Potem urządzenia zasilane z gniazdka. Na końcu budzisz czujniki bateryjne. Sieć zbuduje tablicę routingu od nowa, opierając się na najbardziej stabilnych połączeniach.

Zarządzanie kodami i migracja na nowe telefony

Gubienie naklejek z kodami QR to plaga. Zrywamy je z obudowy, bo psują estetykę białego gniazdka na ścianie. Gdy po dwóch latach zmieniasz router na nowy i musisz zresetować system, brak kodu oznacza wyrzucenie sprzętu do kosza.

Matter nie pozwala na proste wyciągnięcie głównego kodu parowania z pamięci urządzenia po jego zresetowaniu do ustawień fabrycznych. Ten kod z naklejki jest zaszyty sprzętowo na etapie produkcji.

Zapisuj kody w menedżerze haseł. iOS pozwala na automatyczne skanowanie i zapisywanie kodów akcesoriów bezpośrednio w systemowym pęku kluczy. Zrobiliśmy u siebie w biurze prosty arkusz kalkulacyjny. Nazwa urządzenia, lokalizacja pokoju, kod numeryczny. To ratuje życie podczas awarii bazy danych w telefonie. To jest bez mała najgorsza opcja z wszystkich, gdy stoisz pod drzwiami klienta z drabiną i nie możesz zresetować rolety, bo malarz zamalował naklejkę farbą emulsyjną pół roku wcześniej.

Dlaczego niektórzy producenci celowo opóźniają wdrażanie standardu?

Chodzi o pieniądze z analizy danych. Aplikacje producentów zbierały informacje o tym, o której godzinie wstajesz, kiedy gasisz światło i jak często otwierasz lodówkę. Te dane z logów serwerów szły do działów marketingu.

Matter ucina ten proceder u źródła. Cała komunikacja zostaje w twoim domu na lokalnym routerze. Producent żarówki nie widzi już statystyk jej użycia, o ile nie zmusisz użytkownika do założenia konta w jego autorskiej aplikacji. Dlatego firmy takie jak Belkin czy Wemo wycofywały się z obietnic aktualizacji, zasłaniając się problemami technicznymi z kodem. Zwyczajnie przestało im się to opłacać biznesowo.

Mimo to giganci technologiczni wymusili zmianę. Jeśli nie masz logo Matter na pudełku w sklepie stacjonarnym, klient po prostu wybierze produkt konkurencji. Nikt nie chce wracać do konfigurowania mostków, wklepywania haseł Wi-Fi do chińskich aplikacji i modlenia się o to, by serwer w Azji nie miał dzisiaj przerwy technicznej.

Sprawdź swój sprzęt już teraz. Weź do ręki telefon, otwórz aplikację domową i spróbuj wygenerować kod parowania Multi-admin dla żarówki, którą zamontowałeś rok temu. Jeśli aplikacja wyrzuci błąd braku zgodności, wiesz od czego zacząć wymianę podczas najbliższego remontu.

Źródła i bibliografia

1. Connectivity Standards Alliance – https://csa-iot.org
2. Thread Group – https://www.threadgroup.org
3. Instytut Łączności – Państwowy Instytut Badawczy – https://www.gov.pl/web/instytut-lacznosci
4. Urząd Komunikacji Elektronicznej – https://uke.gov.pl
5. Apple Support – https://support.apple.com