既存のスマート・デバイスを新しい Matter ベースのデバイスとブリッジする

今日、消費者が単一のベンダーのデバイスで標準化しない限り、シンプルなスマートホーム・エコシステムを構築することはほぼ不可能です。しかし、2 年以上の開発と改良を経て、2022 年 10 月にリリースされた業界統一の Matter プロトコルは、デバイス開発者がこの問題に対処するのを支援する準備ができています。

Matter がこれらのデバイスとの断片化と相互運用性の問題を増大させる単なる他のプロトコルとして認識されないようにするために、既存の非 Matter スマートホームデバイスと新しい Matter ベースのデバイス間のブリッジ機能を確保することは、現在の Matter 1.0 リリースの重要な部分です。当社の新しいホワイトペーパーをダウンロードして、Matter ブリッジに関連する次のトピックについての詳細をご覧ください。

• ブリッジとは何か、なぜブリッジが必要なのか？
• ブリッジの仕組み
• Silicon Labs の Unify SDKがどのようにブリッジをサポートしているか、さまざまなベンダーのスマートライトを使った詳細な例を含めて紹介します。
• Silicon Labsがブリッジのサポートを継続的に強化するために現在行っている作業についての情報

さまざまなベンダーのスマートホームやオートメーション・デバイスを使用することは、消費者にとって問題となる点でした。これは、各ベンダーのデバイスが、ベンダーが選択したワイヤレス・モノのインターネット（IoT）プロトコルに基づく独自のスマート・デバイス・エコシステムを使用しているた、消費者は異なるベンダーのデバイスを制御するために異なるアプリを使用する必要が生じるからです。これはまた、異なるベンダーのデバイス間の相互運用性と通信が現在不可能であることも意味します。しかし、この新しい Matter プロトコルは、スマートホームやオートメーションデバイスを作成するベンダーや、それらを使用する消費者が直面している、これらの問題やその他の一般的な問題に対処するために登場しました。
 

新しいデバイスは、新しい Matter 仕様を使用して簡単に設計できますが、現在、米国だけで6,000万世帯以上がMatterより前の、Z-WaveやZigbeeなど他のワイヤレスIoTプロトコルに基づくスマートホームデバイスを使用しています。　Matter がこれらのデバイスとの断片化と相互運用性の問題を増大させる単なる他のプロトコルとして認識されないようにするために、既存の非 Matter スマートホームデバイスと新しい Matter ベースのデバイス間のブリッジ機能を確保することは、現在の Matter 1.0 リリースの重要な部分です。
 

このホワイトペーパーでは、ブリッジを通じて非 Matter デバイスを Matter エコシステムにシームレスに導入する方法を検討し、ブリッジをベンダーや消費者が利用できるオプションにするために必要なハードウェア、ソフトウェア、ツールを Silicon Labs がどのように提供しているかを探ります。

ブリッジとは何か、なぜブリッジが必要なのか？

前述のように、スマートホームとオートメーション市場は標準化されていません。現在、IP ベースの Zigbee、Z-Wave、その他のワイヤレス IoT プロトコルを使用するデバイスの大規模なインストール・ベースが存在します。したがって、この断片化の問題をさらに増大させないように、新しい Matter デバイスと既存の非 Matter デバイスが同じエコシステムで通信および動作できるようにする方法が必要です。Matter プロトコルが開発されたことで、これが重要な考慮事項となりました。このような経緯から、Matter は他のワイヤレス IoT プロトコルとは異なります。Matter は、イーサネット、Wi-Fi、Bluetooth、Thread などのテクノロジー上にあるアプリケーション・レイヤーとして動作する IP ベースのプロトコルです。

家庭に導入された新しいデバイスの一部では、無線（OTA）アップデートを通じて Matter 機能を追加することは可能ですが、ほとんどのデバイスでは、ブリッジが他の IP ベースではないプロトコルを使用する既存のスマートデバイスを Matter エコシステム、または Matter ファブリックに導入するための最良のオプションとなります。Matter ブリッジは、Matter ファブリックの非 Matter IoT デバイスへの接続を拡張するため、消費者が Zigbee や Z-Wave などの既存の非 Matter デバイスを新しいMatter デバイスと一緒に使用し続けることができます。ブリッジは、Matterを真に統一されたプロトコルにするために必要なものであり、Matterファブリックの重要な部分です。

また、ブリッジするかどうかを決定する際には、他の考慮事項があることに注意することも重要です。既存の非 Matter システムにはデバイスのタイプが混在しており、すべてが Matter で 1:1 に相当するデバイスのタイプを持つとは限りません。既存のシステムは、Matter でまだ複製できない非 Matter デバイスを使って自動化を提供できますが、特定のデバイスタイプでは Matterと同等のものがあり、有効にすることが非常に望ましいです。ブリッジにより、エコシステムは Matter 以外のすべてのデバイスタイプをサポートし続けるようになり、Matter がブリッジされたエコシステムに十分な機能パリティを達成すると、すべてのデバイスのネイティブ Matter への移行を決定できます。

Matter デバイスと非 Matter デバイスとの間のブリッジはどのように機能しますか？

大まかに言えば、Matter ブリッジは、Matter プロトコルと Matter 以外のプロトコルとの間のプロトコル変換を実行して機能し、図 1 に示すように、Matter 以外のデバイスが Matter ファブリックへのブリッジデバイスとして表示されるようにします。

図 1：Matter ブリッジが Matter ファブリックと非 Matter ネットワークデバイス間の接続を作成する方法を示す概要図。

このタイプの統合マルチプロトコル通信がどのように行われるかの詳細は複雑に見えますが、スマートホームデバイスをブリッジするプロセスは、すべてエンドユーザーにとって簡素化されています。Matter ブリッジをネットワークに追加するには、ブリッジに付属する QR コードをスキャンするだけです。ブリッジがネットワークに追加されると、ユーザーはスマートフォンでブリッジアプリを開き、ベンダーやプロトコルに関係なく、すべてのスマートデバイスを見ることができます。今日必要とされている、複数のアプリを使用する断片化されたアプローチではなく、この中央アプリケーション、またはユーザーが好むコントローラアプリケーションから、すべてのデバイスを構成して制御できます。場合によっては、既存の ZigBee ハブや Z-Wave ハブ、およびゲートウェイが Matter ブリッジにアップグレードできることがあります。 主要なエコシステムプレーヤーから、すでにその事例が見えてきています。

Silicon Labs の Unify SDK が、非 Matter デバイスを Matter エコシステムにブリッジする方法

あらゆるIoTデバイスの「内部」のあらゆるオプションの専門知識を必要とせずにブリッジング・ソリューションの開発を可能にするためには、モジュール式で拡張性のあるソフトウェア・フレームワークが必要です。これが、Silicon Labs の Unify ソフトウェア開発キット（SDK）の役割です。Unify SDK は、ゲートウェイ、アクセス・ポイント、ハブ、ブリッジ、アプリケーション・プロセッサー・ベースの最終製品など、IoT インフラストラクチャの開発を簡素化するために接続された一連のソフトウエアコンポーネントです。

Unify SDK は、ユビキタス軽量 MQTT テクノロジーをベースにしたオープン、モジュラー、ポータブル・アーキテクチャとして開発されました。これは、さまざまなワイヤレス IoT プロトコル間でプロトコル固有の変換をサポートします。現在ではこれに Matter が含まれています。Unify SDK は Linux 上でネイティブに動作しますが、携帯性を考慮して設計されており、Raspberry Pi 4 用のソフトウェアソースとバイナリパッケージを提供します。

図 2 この図は、Unify コントローラの全体的なアーキテクチャを示しています。Unify SDK を使用すると、1 つのシステムが複数の IoT スタックと Matter ブリッジを含む IoT サービス間の相互運用性を提供できます。

Unify SDK の一部である Unify-Matter ブリッジ・アプリケーション（図 2）は、Connectivity Standards Alliance (CSA)の Matter ブリッジ・アプリケーション・ソフトウェアに基づいて構築されています。このアプリケーションは Matter プロトコル・インターフェイスで ZCL コマンドを受信し、Unify Controller Language (ULC) データモデルに変換して、MQTT インターフェイスに公開します。Unify SDK の Unify-Matter ブリッジアプリケーションを使用して、サブネットデバイスを Matter にブリッジする方法を詳しく見てみましょう。図 3 の図では、Zigbee や Z-Wave プロトコル・スタック、統合プロトコル・コントローラー、MQTT ブローカー、Matter ブリッジ、Matter アプリケーション・ファブリックを右から左に見ることができます。

図 3 Unify SDK の Unify-Matter ブリッジ・アプリケーションを使用して、Zigbee および Z-Wave を使用してサブネット・デバイスを Matter にブリッジする方法を示します。

このパラダイムの最終的な結果は、Z-Wave および Zigbee デバイスが Matter ファブリック上のブリッジ・デバイスとして見えることです。これは、Matter プロトコル・インターフェース上の Zigbee クラスタ・ライブラリ・コマンドが UCL に変換され、エンド・ノードと Z-Wave および Zigbee のワイヤレス無線が駆動されるためです。

現実世界の Matter ブリッジの例

では、さまざまなベンダーのスマート電球を使用した。実際のブリッジの例を考えてみましょう。この例では、Matterを使用する照明と、ZigbeeやZ-Waveプロトコルを使用する照明があり、コントローラーとしてGoogle Nest Hubを使用しています。このシナリオでは、Raspberry Pi が Unify SDK を実行し、Web ベースの Unify ユーザ・インターフェイス (UI) を使用して、異なるワイヤレス プロトコルを使用する異なるベンダーのすべての照明を含んだグループを作成します。このグループは、ブリッジのノードエンドポイントのエンドポイントと Matter 照明の両方に「グループの追加」コマンドを送信することで作成されます。

Matter ブリッジ・デバイスをコミッショニングするには、Matter ブリッジに付属の QR コードをスキャンするだけです。ブリッジが接続され、図 4 にある通り、Google Nest Hub アプリから、すべての照明と追加したブリッジが表示されます。

図 4 Matter ブリッジが接続された時の、Unify Web UI と Google Home アプリに表示されるものの比較。

Google Home アプリから照明の制御を開始できます。単一のマルチキャストメッセージは、Matter ブリッジとネイティブ Matter 照明の両方によってグループの一部として受信され、解釈されます。その後、ブリッジはこのメッセージを関連する照明に転送し、Unify はサポートされるコマンドを適切なサブネット、つまりこの場合 1 つの Zigbee デバイスと 2 つの Z-Wave デバイスに変換します。これは、Z-Wave デバイスにマルチキャスト・メッセージを送信し、Zigbee デバイスに単一キャスト・メッセージを送信することによって行われます。コントローラは、簡単なオン/オフコマンドを送信して、この照明グループ全体を制御できるようになります。

Silicon Labs の Matter と非 Matter デバイスのブリッジに対する継続的なサポート

現在、Silicon Labs は、Wi-Fi または Thread 接続を備えた最終製品向けの完全な Matter プロトコル・ソリューション、およびワイヤレス SoC とソフトウェアの組み合わせを使用した Open Thread Boarder Router (OTBR) ソリューションを提供しています。Silicon Labs を含め多くの IoT メーカーは、新しい Matter 製品だけでなく、既存の Zigbee およびZ-Wave 製品と展開された Zigbee/Z-Wave 製品の両方をサポートするブリッジ製品を導入する予定です。

Silicon Labs は最近、完全型の機能を持つ Unify SDK ソフトウェアを使用して、Matter to Zigbee と Matter to Z-Wave ブリッジ・ソリューションのサポートを開始しました。この新しいブリッジ・ソリューションは、現在、照明装置（オン/オフ、調光機能、カラーライト）、温度・占有センサーをサポートしています。また、近い将来、より多くのデバイスタイプのサポートを開始し、Google HomeやApple HomeKitなどのサードパーティの Matter アプリケーションとの相互運用性サポートも提供する予定です。

Matter と新しいブリッジ・ソリューションでワイヤレス IoT ギャップを埋める

Matter のリリースによって新製品の設定が極めて簡単になっても、すでに消費者の家庭にある既存のデバイスを適応させることが難しい場合は、Matter は相互運用性とシンプルさへの約束を果たしたとは言えません。したがって、このホワイトペーパーで説明されているように、既存の非 Matter デバイスを新しい Matter デバイスとシームレスにブリッジできる、マルチプロトコル・ソリューションが不可欠です。Silicon Labs では、Unify SDK と新しい Matter ブリッジ・ソリューションの両方を備えた IoT 製品開発ツールを提供することで、ベンダーが新しい Matter デバイスをリリースする際に、ブリッジ技術がすぐに利用できるようにしました。

Silicon Labs が Matter over Thread および Matter over Wi-Fi 開発向けに提供しているすべてのシリコン、ソフトウェア、ツールについての詳細をご覧ください。