Im Jahr 2025 wird der globale Markt für Smart-Home-Technologie einen Wert von 47,5 Milliarden US-Dollar haben, mit einer jährlichen Wachstumsrate von 21,4 % bis 2034. Dieser Anstieg ist teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Mate-Standard Geräteinteroperabilität ermöglicht.
Der Master-Standard startet mit dem Projekt IP Connected Home (CHIP) im Jahr 2019, einem Zusammenschluss von Unternehmen, die zusammenarbeiten, um ein Open-Source-Smart-Home-Netzwerk aufzubauen. Der Standard wurde mit Version 1.0 im Jahr 2022 und Version 1.5 im November 2025 herausgegeben. Das Kernprinzip ist die Verpflichtung, dass Mater-zertifizierte Produkte untereinander und mit dem Smart Home Hub eines jeden Mitglieds der Mater-Alliance, einschließlich Google, Amazon, Apple und Samsung, verbunden werden können.
Jede neue Version des Standards unterstützt mehr Gerätetypen und ermöglicht lokale Konnektivität über IPv6 und Netzwerke mit geringem Stromverbrauch und geringer Latenz, ohne dass ein Cloud-Gateway erforderlich ist.- g. Die aktuelle Liste der Geräte, die Mater unterstützen, umfasst intelligente Lampen und Steckdosen, Haushaltsgeräte, Sensoren, Vorhänge, Klimaanlagen und Wärmepumpeneinheiten, Solarmodule, WLAN-Router, Lautsprecher und Videoplayer.
Verbraucher erwarten nahtlose Konnektivität und sofortigen Betrieb, wenn sie solche Geräte zu ihrem Smart-Home-Netzwerk hinzufügen. Dazu müssen OEMs die Matrix-Architektur von Anfang an in ihre Produkte integrieren.
Zusammensetzung des Materialsystems
Geräte im Master Smart Home System können eine oder mehrere der folgenden Rollen spielen: Gateways, Controller, Edge-Knoten, Terminalknoten und Bridges. Das Gateway verbindet das System mit dem Internet und nutzt WLAN für die Interaktion mit Controllern, Edge-Knoten und Bridges. Der Controller sendet Befehle an den Randknoten und den Endknoten, während der Randknoten und die Brücke nur Informationen zwischen dem Knoten und dem Gateway oder Controller weiterleiten, ohne Logik anzuwenden.
Ein weiteres Kernprinzip der Matrix-Architektur besteht darin, eine hohe Energieeffizienz durch Hochfrequenzkommunikation (RF) mit geringem Stromverbrauch zu erreichen. Für die Erstinbetriebnahme des Gerätezugangsnetzwerks wird die Bluetooth-Verbindung verwendet, das Netzwerk selbst besteht jedoch aus anderen Protokollen, die dasselbe Frequenzband nutzen. Das Master-Netzwerk verwendet das Thread-Protokoll mit geringem Stromverbrauch, um ein selbstheilendes Mesh-Netzwerk mit geringer Latenz zu erstellen. Die Brücke fungiert als Übersetzer und verbindet Geräte, die andere Protokolle wie Zigbee verwenden, mit dem Netzwerk (Abbildung 1).
Skizzenkarte des intelligenten Heimnetzwerks „Master“ (zum Vergrößern anklicken)
Abbildung 1: Das Master-Smart-Home-Netzwerk umfasst Gateway (blauer Kreis), Controller (hellblauer Kreis), Thread Border Router (roter Kreis), Bridge (lila Kreis), Edge-Knoten (grüner Kreis) und Terminalknoten (orangefarbener Kreis). Bildquelle: NXP)
Geräte im Mater-Netzwerk müssen über drahtlose Kommunikationsfunktionen (Schmalband, Wi-Fi oder beides) und einen Single-Chip-Computer (MCU) verfügen, um Anwendungen auszuführen, die Kommunikation zu verwalten und die Gerätesicherheit zu gewährleisten. Die Auswahl der Kommunikationsprotokolle und MCU-Spezifikationen hängt von der Netzwerkrolle des Geräts, den Energieverbrauchseigenschaften und seiner Verwendung für Verbraucher ab. Beispielsweise kann eine intelligente Glühbirne als Endknoten eine einfache Struktur haben und nur Ein-/Aus-Befehle empfangen und ausführen, während ein Router viel komplexer ist.
Intelligentes Heim-Ein-Chip-System
Der Thread Border Router muss die vom Mate-Netzwerk gewünschte Energieeffizienz und geringe Latenz mit der Komplexität der Verwaltung der Thread- und Wi-Fi-Kommunikation, der Gerätesicherheit und der Anwendungsausführung in Einklang bringen. Das RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio von NXP Semiconductor integriert einen Verarbeitungskernel auf einem Chip, ein Wi-Fi-Radio, das 20-MHz-Kanäle in den 2,4-GHz- und 5-GHz-Bändern übertragen kann, ein Schmalbandradio für die Inbetriebnahme und Mesh-Netzwerke sowie eine sichere Enklave für die Verwaltung von Geräteschlüsseln und Vertrauenskonfigurationen und benötigt für den Betrieb nur 3,3 V externe Stromversorgung (Abbildung 2).
NXP RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio arbeitet in zwei Wi-Fi-Radiobandbildern
Abbildung 2: RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio nutzt eine externe 3,3-V-Stromversorgung, um zwei Wi-Fi-Funkbänder, ein Schmalband-Lokalradio, eine 260-MHz-MCU und integrierte Sicherheitsfunktionen zu betreiben. Bildquelle: NXP)
Das MCU-Subsystem des RW61X verwendet einen 260-MHz-Arm®-Cortex®-M33-Kernel mit TrustZone™-M Hardware Secure und 1,2 MB statischem Direktzugriffsspeicher (SRAM). Die MCU kann über die serielle Peripherieschnittstelle (SPI) und den universellen asynchronen Transceiver (UART) mit dem Gerät kommunizieren, über die I²C-Schnittstelle (Integrated Circuit Bus) mit dem Sensor kommunizieren und über die I²S-Schnittstelle (Integrated Circuit Built-in Audio Bus) mit Audioeingabegeräten kommunizieren. Das Precise Time Protocol (PTP) ermöglicht die Netzwerksynchronisierung über die physikalische Schicht (PHY) des 100-Mbps-Ethernet-Moduls des Chips.
Der RW61X-Chip unterstützt Wi-Fi 6-basiertes Mat-Wi-Fi, um die Netzwerkleistung und Energieeffizienz zu verbessern. Der integrierte HF-Leistungsverstärker (PA) und der rauscharme Verstärker (LNA) des RW61X kombinieren 125 mW Sendeleistung, um eine stabile Kommunikation zu gewährleisten. Wi-Fi Protected Access (WPA) der Klasse 3 bietet Verschlüsselung und Sicherheit.
Diese Chips können auch Mater-over-THREAD über Low-Power-Bluetooth oder IEEE 802.15.4 unterstützen. Sie sind außerdem Bluetooth 5.2- und 5.4-zertifiziert und unterstützen eine Vielzahl von Bluetooth-Betriebsmodi, darunter den Hochgeschwindigkeitsmodus mit 2 Mbit/s, den Remote-Modus zur Übertragung von Daten mit niedrigeren Raten über größere Entfernungen über codiertes PHY und den Broadcast-Erweiterungsmodus. Im Broadcast-Erweiterungsmodus kann das Gerät größere Datenpakete senden und ist leichter auffindbar. Dieses Schmalband-Funkmodul nutzt außerdem RF PA und LNA, um eine Sendeleistung von 32 mW zu erreichen.
Bei RW61X-Chips wird die Sicherheit, ein wichtiger Teil des Material Smart Home-Ökosystems, über die EdgeLock Secure-Enklave verwaltet. Diese manipulationssichere Hardware authentifiziert das Gerät mit seinem Zertifikat, seinem Verschlüsselungsschlüssel und seiner Identität, um einen Root einzurichten.- g. Sicherheitsstart, Debugging- und Update-Schutz, Hardwareverschlüsselung und physische Nicht-Klonfunktionen (PUF) tragen dazu bei, dass RW61X-Chips die Anforderungen des Level 3 Assurance of the Internet of Things Platform Security Assessment Standard (Level 3 Assurance and Platform Security Architecture (PSA) Level 3 Certification Framework) erfüllen.