في مجال المنزل الذكي، كان تطوير الصناعة منذ فترة طويلة محدودًا ليس بسبب “الاتصال”، ولكن بسبب معضلة “التجزئة البيئية”.
من BLE وWi-Fi إلى Thread، أصبحت تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية ناضجة نسبيًا ويمكنها تلبية احتياجات المستهلكين المتنوعة بشكل أساسي من حيث معدل الإرسال ومسافة الإرسال والخصوصية والأمن والاستقرار. لقد نجح بشكل فعال في حل مشكلة “كيفية اتصال الأجهزة بالإنترنت”.
ومع ذلك، مع زيادة عدد الأجهزة المتصلة بالشبكة وانتقال المنازل الذكية من ذكاء المنتج الفردي إلى ذكاء المنزل بأكمله، تنشأ مشاكل جديدة.
هناك اختلافات في أساليب التعبير عن البيانات ومنطق التحكم والسياسات الأمنية وحتى بنيات الشبكات لمختلف الشركات المصنعة للعلامات التجارية، مما يجعل من الصعب تشكيل دلالات تفاعلية موحدة وآليات تعاون.
يؤدي هذا إلى زيادة خطية في تعقيد قابلية التشغيل البيني بين الأجهزة، ويتطور في النهاية إلى نظام منزلي ذكي “مجزأ بيئيًا” بشكل خطير ويصعب صيانته.
في هذا السياق، تم تسليط الضوء على قيمة بروتوكول Matter.
إنه ليس “بروتوكولًا جديدًا” يتم فرضه ببساطة على نظام التكنولوجيا الحالي، ولكنه معيار موحد للمنازل الذكية المبنية على طبقة التطبيق.
ينفذ بروتوكول Matter الاتصال استنادًا إلى طبقة نقل TCP/UDP وطبقة شبكة IPv6، ويمكنه التكيف مع تقنيات الشبكة الأساسية المختلفة مثل Wi-Fi وThread وEthernet.
ستستخدم Matter بنية متعددة الطبقات لفصل المسؤوليات المختلفة وتوفير تغليف جيد بين مجموعات البروتوكولات المختلفة، بحيث يتم فصل منطق التطبيق وتعريف البيانات والسلوك التفاعلي وترميز الرسائل ومعالجة الأمان ونقل الشبكة عن بعضها البعض والعمل معًا.
في بنية الطبقات، تتوافق طبقة التطبيق مع منطق العمل عالي المستوى للجهاز، مثل وظيفة تشغيل/إيقاف مصابيح الإضاءة والتحكم في الألوان في تطبيقات الإضاءة؛ تحدد طبقة نموذج البيانات نموذج البيانات وإجراءات التطبيق، وسيستخدم التطبيق هذه البيانات للتفاعل مع الجهاز؛ تحدد طبقة نموذج التفاعل سلسلة من التفاعلات بين أجهزة العميل وأجهزة الخادم، وتعمل هذه التفاعلات على العناصر المحددة بواسطة طبقة نموذج البيانات. إنها تسمح لأنواع مختلفة من الأجهزة بالحصول على تمثيل ثابت في النظام.
وهذا يعني أن المصابيح أو المفاتيح أو أجهزة الاستشعار من مختلف الشركات المصنعة لم تعد معزولة عن بعضها البعض في النظام، ولكنها تتفاعل وفقًا للنموذج الدلالي نفسه، مما يقضي بشكل أساسي على مشكلة “التجزئة البيئية” التي ابتليت بها الصناعة منذ فترة طويلة.
بمجرد قيام المستخدم بإنشاء إجراء (إجراء) باستخدام نموذج التفاعل، سيتم إجراء تسلسل للإجراء (الإجراء) في التنسيق الثنائي المضغوط المحدد من أجل تشفيره لنقل الشبكة. تتم معالجة هذه العملية في طبقة تأطير الإجراء.
تتم بعد ذلك معالجة إطار الإجراء المشفر بواسطة طبقة الأمان: يتم تشفير الرسالة وإرفاق رمز مصادقة الرسالة. وتضمن هذه العمليات سرية وصحة البيانات بين مرسل الرسالة ومتلقيها.
عندما يتم إجراء تسلسل للتفاعل وتشفيره وتوقيعه، تقوم طبقة الرسالة بإنشاء تنسيق الحمولة النافعة باستخدام حقول الرأس المطلوبة والاختيارية، حيث تحدد حقول الرأس سمات الرسالة ومعلومات التوجيه المنطقية؛ عندما يتم إنشاء الحمولة بواسطة طبقة الرسائل، يتم استخدام بروتوكول نقل البيانات المستند إلى IP (بروتوكول TCP أو بروتوكول Matter’s MRP).
بعد أن يتلقى الجهاز الآخر البيانات، يتحرك تدفق البيانات إلى أعلى حزمة البروتوكول، حيث تقوم كل طبقة بعكس العمليات التي يقوم بها المرسل على البيانات لتسليم الرسالة في النهاية إلى التطبيق.
بالإضافة إلى ذلك، على مستوى الأمان، قام بروتوكول Matter برفع تصميم الأمان إلى متطلب إلزامي. يتطلب الاتصال المادي آلية تشفير شاملة تعتمد على DTLS/TLS، وينفذ مصادقة الجهاز والاتصالات الآمنة من خلال عملية إنشاء جلسة PASE/CASE.
وفيما يتعلق ببنية الشبكة، تُظهر Matter أيضًا درجة عالية من المرونة.
يمكن تشغيل أجهزة Matter في شبكات Wi-Fi، ويمكنها أيضًا تحقيق الاتصال البيني المباشر بين أجهزة Thread وWi-Fi في طبقة شبكة IPv6 من خلال أجهزة توجيه حدود الخيط، وبالتالي بناء شبكة هجينة موحدة من الأجهزة منخفضة الطاقة وعالية النطاق الترددي.
ومع ذلك، بغض النظر عن مدى تقدم معيار البروتوكول، سيكون من الصعب تغيير هيكل الصناعة حقًا إذا كان يفتقر إلى مسار التنفيذ الهندسي. إن مفتاح التطبيق الحقيقي واسع النطاق لبروتوكول Matter هو ما إذا كان من الممكن دمجه بسرعة في المنتجات الفعلية.
وفي هذه العملية، أصبحت الحلول المعيارية بمثابة جسر رئيسي بين “المعايير” و”المنتجات”.
على سبيل المثال، HM-MT2401 الذي أطلقته شركة Huapu Micro عبارة عن وحدة اتصالات لاسلكية “Matter over Thread” تعتمد على نطاق التردد 2.4 جيجا هرتز. ويركز تصميمه على التوازن بين انخفاض استهلاك الطاقة واستقرار الشبكة.
من خلال دمج إمكانيات الخيط وتوفير هوائيات PCB وقواعد الهوائيات الخارجية، يمكن لـ HM-MT2401 تحسين أداء استهلاك الطاقة مع ضمان مسافة الاتصال، وهو مناسب للمحطات المنزلية الذكية النموذجية مثل المصابيح والمفاتيح وأقفال الأبواب وأجهزة الاستشعار المختلفة.
تعد HM-MT7201 مسألة أخرى تتعلق بوحدة الاتصالات اللاسلكية عبر Wi-Fi. إنها مناسبة للأجهزة ذات متطلبات إنتاجية البيانات العالية. يمكن أن يساعد الأجهزة على الاتصال مباشرة بالنظام البيئي Matter مع الحفاظ على أداء نقل البيانات.
يقوم هذا النوع من الوحدات بتغليف مجموعات البروتوكولات المعقدة وآليات الأمان وقدرات إدارة الشبكة في الطبقة السفلية، مما يلغي حاجة الشركات المصنعة للمعدات إلى تنفيذ بروتوكول Matter من البداية. يمكن أن يقلل بشكل كبير من عتبة التطوير ويسرع إطلاق المنتج.
في التطبيقات العملية، وبالاعتماد على آلية الأقمشة المتعددة لبروتوكول Matter نفسه، يمكن توصيل الأجهزة المنزلية الذكية التي تدمج وحدات Matter بالمنصات الرئيسية مثل Apple Home وAmazon Alexa في نفس الوقت دون الحاجة إلى تطوير إصدارات مختلفة من أنظمة البرمجيات. لقد غيرت هذه القدرة بشكل أساسي استراتيجية المنتج السابقة المتمثلة في “ربط بيئة واحدة”، مما يجعل الأجهزة المنزلية الذكية قادرة حقًا على التشغيل البيني عبر الأنظمة الأساسية.
