La domotique est un concept fort intéressant. Quoi de plus commode en effet que de contrôler à distance le chauffage, l’éclairage, les systèmes de sécurité, les écrans de télévision ou de vidéosurveillance, etc., le tout sans fil, en passant par une passerelle centralisée ou simplement depuis son smartphone. Or, nous le savons maintenant d’expérience, la chose est loin d’être aussi simple. Les diverses technologies de communication n’étant pas toutes compatibles entre elles, contrôler plusieurs appareils depuis une plate-forme unique réclame beaucoup d’efforts tant de la part des fabricants que des utilisateurs finaux.

Malgré ce terrible inconvénient, plusieurs bonnes raisons justifient l’utilisation de normes et de protocoles de transmission différents. La connexion requise pour des détecteurs de fumée ne requiert pas le même débit de données que, par exemple, pour le streaming audio. Une communication lente avec une faible surcharge liée au protocole nécessite également moins de puissance. Si la centralisation semble apporter un certain confort d’utilisation, elle n’est pas forcément une bonne idée.

Matter, pour moins s’en faire

Matter est un standard de connectivité conçu pour la domotique. Il a pour but de réduire la fragmentation entre les différents fournisseurs d’appareils IoT et d’assurer l’interopérabilité entre les plateformes de maison intelligente de divers fournisseurs. Il s’agit plus concrètement d’une couche d’application qui s’exécute sur les protocoles Wi-Fi, Ethernet et Thread et qui s’appuie sur la connectivité Bluetooth Low Energy (LE) pour la mise en service. Cette initiative a été lancée par quelques-uns des principaux acteurs de l’écosystème de la maison intelligente parmi lesquels Amazon, Apple, Google et Comcast. Ces entreprises, rejointes par quelques autres (notamment Silicon Labs), constituent le consortium Connectivity Standards Alliance (CSA).

Les protocoles sans fil existants présentent chacun leurs avantages : une faible consommation d’énergie pour Thread, Zigbee et Z-Wave, une longue portée pour Z-Wave Long Range et Wi-SUN ou un débit de données important pour le Wi-Fi. Grâce à Matter, ces technologies peuvent partager la même couche applicative et communiquer de façon transparente avec le cloud.

Ce standard élaboré par la CSA est basé sur le protocole Internet (IP) et fonctionne via un ou plusieurs routeurs périphériques compatibles de façon à éviter de devoir utiliser plusieurs hubs propriétaires. Les produits Matter fonctionnent localement et ne reposent pas sur une connexion Internet, bien que le standard soit conçu pour communiquer facilement avec le cloud. Il a en effet été élaboré pour permettre le développement multiplateforme d’appareils domotiques, d’applications mobiles et de services cloud et pour définir un ensemble spécifique de technologies réseau basées sur IP pour la certification des appareils.

La version 1.0 de la spécification a été publiée le 4 octobre 2022. Elle introduit la prise en charge des produits d’éclairage (prises d’alimentation secteur, lumières et interrupteurs électriques), des serrures de porte, des thermostats et des commandes de chauffage, de ventilation et de climatisation, des stores et volets, des capteurs pour système de sécurité (capteurs de porte, de fenêtre et détecteurs de mouvement), ainsi que des téléviseurs et des lecteurs vidéo en streaming.

Matter prend initialement en charge les couches réseau Wi-Fi et Thread pour les communications centrales opérationnelles ainsi que le Bluetooth LE afin de simplifier la configuration et la mise en service des appareils. Pour les réseaux qui ne sont pas directement pris en charge, comme Z-Wave et Zigbee, Matter permet à ces appareils de communiquer sur son propre réseau grâce au pontage. Grâce à Matter, les fabricants peuvent créer des appareils compatibles avec des services domotiques et vocaux comme Amazon Alexa, Apple Siri, Google Assistant et autres. Pour ceux qui désirent mettre en œuvre la fonctionnalité Matter, Silicon Labs propose un kit de développement logiciel baptisé Unify SDK. Ce kit a été développé comme une architecture ouverte, modulaire et portable basée sur la technologie MQTT, qui a l’avantage d’être légère et très répandue. Le framework logiciel est conçu et développé sur la base de processeurs d’application exécutant un système d’exploitation compatible POSIX (p. ex. Linux). Il fournit un ensemble extensible de fonctionnalités logicielles afin de permettre la connectivité sans fil IoT dans les passerelles, l’évolutivité multiprotocole et des produits finaux basés sur des processeurs d’application. Le SDK Unify simplifie le développement et la maintenance logicielle continue des passerelles IoT et des terminaux basés sur des processeurs d’application.

Un nouvel appareil Matter peut être contrôlé par et faire partie de plusieurs écosystèmes simultanément. Par exemple, une ampoule peut se connecter à Amazon Alexa, Google Home et Apple HomeKit. La mise en service standardisée par Bluetooth comprend l’authentification de l’appareil et garantit une installation aussi simple que sécurisée. Les consommateurs peuvent ajouter de nouveaux produits et de nouvelles marques à leur système domotique sans avoir à s’interroger préalablement sur l’interopérabilité des appareils.

Le développement de Matter

Parmi les membres du consortium CSA, Silicon Labs se distingue comme étant l’un des plus actifs en matière de développement de systèmes. Leur gamme de systèmes sur une puce (SoC) sans fil Series 2 convient particulièrement pour la connectivité sans fil IoT maillé utilisant les protocoles Matter, OpenThread et Zigbee pour les produits de domotique, d’éclairage et d’automatisation des bâtiments. Grâce à de nombreuses fonctionnalités intéressantes (RF à 2,4 GHz hautes performances, faible consommation électrique, accélérateur matériel IA/ML, suite logicielle Secure Vault), ces SoC permettent aux fabricants d’appareils IoT de créer des produits intelligents, robustes et économes en énergie, qui sont en plus protégés contre les cyberattaques lancées à distance ou localement. Un processeur ARM Cortex-M33 cadencé à 78 MHz avec jusqu'à 1,5 Mo de mémoire Flash et jusqu'à 256 Ko de RAM fournit les ressources nécessaires aux applications exigeantes tout en laissant la possibilité d’une extension ultérieure. Les applications cibles sont aussi diverses que les passerelles et les hubs, les capteurs, les interrupteurs, les serrures de porte, les ampoules LED, les luminaires, les services de localisation, la maintenance prédictive, la détection de bris de glace, la détection de mot d’activation, etc.

Figure 1 : schéma fonctionnel des SoC sans fil Series 2 EFR32MG24.

Le constructeur propose également une plateforme de développement et d’évaluation basée sur ce SoC, à savoir le kit d'exploration xG24. Celle-ci embarque une prise mikroBUS, un connecteur Qwiiic et un débogueur SEGGER J-Link et permet de développer facilement des réseaux IoT maillés à l’aide des protocoles Matter.

Figure 2 : agencement de la carte xG24 Explorer.

Perspectives

L’innovation, la sécurité et la qualité sont d’importants facteurs à ne surtout pas négliger dans le futur. Grâce à Matter, les fabricants ont la possibilité de simplifier la communication entre les différentes plateformes et d’assurer la compatibilité des produits. Vu l’importance que revêt l’interopérabilité dans le développement de nouveaux réseaux IoT, Matter est un grand pas dans la bonne direction. Silicon Labs fournit la technologie, le matériel et les kits de développement (SDK) nécessaires pour relever les défis des réseaux industriels.