في عام 2025، سيكون السوق العالمي لتكنولوجيا المنازل الذكية بقيمة 47.5 مليار دولار أمريكي، مع نمو سنوي سنوي قدره 21.4٪ بحلول عام 2034.ويرجع هذا الارتفاع جزئيا إلى حقيقة أن معيار Mate يمكّن من تفاعل الأجهزة.
يبدأ المعيار الرئيسي بمشروع IP Connected Home (CHIP) في عام 2019، وهو تحالف من الشركات التي تعمل معا لبناء شبكة منزلية ذكية مفتوحة المصدر.تم إصدار المعيار مع النسخة 1.0 في عام 2022 والنسخة 1.5 في نوفمبر 2025.المبدأ الرئيسي هو الالتزام بأن المنتجات المعتمدة من قبل ماتر يمكن أن تتصل ببعضها البعض ومع مركز المنزل الذكي من قبل أي عضو في تحالف ماتر، بما في ذلك جوجل، أمازون، أبل وسامسونج.
كل إصدار جديد من المعيار يدعم المزيد من أنواع الأجهزة ، مما يتيح الاتصال المحلي عبر IPv6 وشبكات منخفضة الطاقة ، منخفضة الكمون دون الحاجة إلى بوابة سحابة.القائمة الحالية من الأجهزة التي تدعم ماتر تشمل الأضواء الذكية والمقابس، الأجهزة ، وأجهزة الاستشعار ، والستائر ، وحدة تكييف الهواء ومضخات الحرارة ، وألواح الطاقة الشمسية ، وواصلات Wi-Fi ، والمكبرات الصوتية ، ومشغلات الفيديو.
يتوقع المستهلكون الاتصال السلس والعمل الفوري عند إضافة هذه الأجهزة إلى شبكة المنزل الذكي.يجب على مصنعي المعدات الأولية دمج بنية المصفوفة في منتجاتهم منذ البداية.
تكوين نظام المواد
قد تلعب الأجهزة في نظام المنزل الذكي الرئيسي أحد أو أكثر من الأدوار التالية: بوابات، وحدة تحكم، وعود حافة، وعود محطة، وجسور.البوابة تربط النظام بالإنترنت وتستخدم Wi-Fi للتفاعل مع أجهزة التحكم، العقدة الحافة، والجسور. ويرسل جهاز التحكم الأوامر إلى العقدة الحافة والعقدة النهائية،بينما العقدة الحافة والجسر فقط المعلومات طريق بين العقدة والبوابة أو جهاز التحكم دون تطبيق المنطق.
مبدأ أساسي آخر للهندسة المعمارية المصفوفة هو تحقيق كفاءة طاقة عالية من خلال اتصالات ترددات الراديو منخفضة الطاقة (RF).يتم استخدام اتصال بلوتوث للتشغيل الأولي لشبكة وصول الجهاز، ولكن الشبكة نفسها تتكون من بروتوكولات أخرى تستخدم نفس النطاق الترددي. تستخدم الشبكة الرئيسية بروتوكول Thread منخفض الطاقة لإنشاء شبكة شبكة ذاتية الشفاء ذات تأخير منخفض.الجسر يعمل كمترجم، ربط الأجهزة باستخدام بروتوكولات أخرى، مثل زيغبي، إلى الشبكة (الشكل 1).
خريطة رسمية للشبكة المنزلية الذكية الرئيسية (انقر لتوسيع)
الشكل 1: الشبكة الذكية الرئيسية للمنازل تشمل بوابة (الدوائر الزرقاء) ، وحدة التحكم (الدوائر الزرقاء الخفيفة) ، وموجه الحدود الخيطية (الدوائر الحمراء) ، والجسر (الدوائر الأرجوانية) ،عقدة الحافة (الدوائر الخضراء) والعقدة النهائية (الدوائر البرتقالية)(مصدر الصورة: NXP)
الأجهزة على شبكة Mater يجب أن يكون لديها قدرات الاتصال اللاسلكي (النطاق الضيق، واي فاي، أو كليهما) وحاسوب شريحة واحدة (MCU) لتشغيل التطبيقات، وإدارة الاتصالات،وضمان أمن الجهازيعتمد اختيار بروتوكولات الاتصال ومواصفات MCU على دور الشبكة للجهاز وخصائص استهلاك الطاقة واستخدامها للمستهلكين.يمكن أن تكون المصابيح الذكية كعقدة محطة بسيطة في الهيكل ويمكن أن تستقبل وتنفذ فقط أوامر تشغيل / إيقاف، في حين أن جهاز التوجيه هو أكثر تعقيدا بكثير.
نظام منزل ذكي ذو شريحة واحدة
يجب على جهاز التوجيه الحدودي أن يوازن بين كفاءة الطاقة والبطء المنخفض الذي تريده شبكة Mate مع تعقيد إدارة اتصالات Thread و Wi-Fi ، وأمن الجهاز ،و تنفيذ التطبيقاتريدو RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio من شركة NXP Semiconductor يدمج نواة معالجة على شريحة واحدة، راديو Wi-Fi قادر على إرسال قنوات 20 ميغاهرتز في النطاقات 2.4 GHz و 5 GHz،جهاز لاسلكي ذو نطاق ضيق لتشغيل وشبكة الشبكة، ومحيط آمن لإدارة مفاتيح الجهاز وتكوينات الثقة ، والتي تتطلب فقط 3.3 فولت من الطاقة الخارجية للعمل (الشكل 2).
NXP RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio تعمل في اثنين من صور النطاق الراديوي Wi-Fi
الشكل 2: RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio يستخدم مصدر طاقة خارجي 3.3 فولت لتشغيل نطاقين لاسلكيين لاسلكيين ، ولاسلكي محلي واحد ضيق النطاق ، و MCU واحد 260 MHz ووظائف السلامة الداخلية. مصدر الصورة: NXP)
يعتمد نظام MCU الفرعي لـ RW61X على النواة Arm ® Cortex ®- M33 من 260 MHz مع TrustZone TM- M Hardware Secure و 1.2 MB من ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM).ويمكن لـ MCU التواصل مع المعدات عبر واجهة محيطية متسلسلة (SPI) ومرسلات استقبال غير متزامنة عالمية (UART)، تتواصل مع المستشعر عبر واجهة الحلبة المتكاملة (I 2 C) ، وتتواصل مع معدات المدخلات الصوتية عبر واجهة الحلبة المتكاملة المدمجة للحلبة الصوتية (I 2 S).بروتوكول الوقت الدقيق (PTP) يسمح بمزامنة الشبكة من خلال الطبقة المادية (PHY) من وحدة Ethernet 100 Mbps.
تدعم رقاقة RW61X Wi-Fi 6-based Mat-Wi-Fi لتحسين أداء الشبكة وكفاءة استخدام الطاقة.مكبر الطاقة الراديوية المدمج في RW61X (PA) ومكبر الضوضاء المنخفضة (LNA) يجمع بين 125 ميجاوات من طاقة الإرسال لضمان الاتصال المستقرالوصول المحمي للواي فاي من الدرجة الثالثة (WPA) يوفر التشفير والأمن.
يمكن لهذه الرقائق أيضًا دعم Mater-over - THREAD عبر Bluetooth منخفضة الطاقة أو IEEE 802.15.4كما أنها معتمدة Bluetooth 5.2 و 5.4 وتدعم مجموعة متنوعة من أوضاع التشغيل Bluetooth ، بما في ذلك وضع السرعة العالية 2 Mbps ،الوضع عن بعد لنقل البيانات بمعدلات أقل على مسافات أطول عبر PHY مشفرةفي وضع توسيع البث ، يمكن للمعدات بث حزم بيانات أكبر ويمكن العثور عليها بسهولة أكبر.تستخدم هذه الوحدة الراديوية الضيقة النطاق أيضًا RF PA و LNA لتحقيق طاقة نقل 32 ميجاوات.
في رقائق RW61X ، يتم إدارة الأمن ، وهو جزء مهم من النظام البيئي للمنازل الذكية المادية ، من خلال محيط EdgeLock Secure.هذه الأجهزة مضادة للتلاعب تحقق من صحة الجهاز مع شهادة، مفتاح التشفير، والهوية لإنشاء الجذر. and physical non-cloning functions (PUF) help RW61X chips meet the requirements of Level 3 Assurance of the Internet of Things Platform Security Assessment Standard (Level 3 Assurance and Platform Security Architecture (PSA) Level 3 Certification Framework.