Matter : tout savoir sur ce protocole de communication de la maison intelligente

IOT & embarqué

Quentin POLLET

Par Quentin POLLET

31.08.2023

Qu'est-ce que Matter ?

Logo de Matter

Matter est un protocole de communication open-source conçu pour la domotique (la maison connectée) et l'Internet des Objets (IoT). Il vise à améliorer leur compatibilité et leur sécurité. Il a été annoncé fin 2019 par un groupe de travail constitué d'Amazon, Apple, Google et la Zigbee Alliance, sous le nom de "Project CHIP" (pour "Connected Home over IP"). Ce groupe s'appelle maintenant le CSA et a sorti Matter dans sa première version fin 2022. Les premiers produits sont arrivés début 2023.

Courte présentation vidéo, en anglais : https://youtu.be/oHsnjZPuqKM

Qu'est-ce que le CSA ? (Ce n'est pas ce que vous croyez)

Et non, dans le cas des protocoles réseaux, notamment Matter et ZigBee, le CSA n'est pas le Conseil Supérieur de l’Audiovisuel !
On parle ici du consortium Connectivity Standards Alliance, anciennement la ZigBee Alliance, qui gérait (et gère toujours) le protocole domotique éponyme le ZigBee.
En plus des membres initiaux de la Zigbee Alliance et d'Amazon, Apple, Google, plusieurs autres membres ont rejoint l'alliance pour participer au développement et accéder à la certification de Matter.
Le CSA compte maintenant plus de 545 membres dont en voici quelques-uns.

Membres promoteurs	Membres participants	Membres adopteurs
ASSA ABLOY Comcast Espressif Huawei IKEA Legrand (dont Netatmo) LG Lutron NXP Samsung Schneider Electric Signify (connu sous le nom de Philips Hue) Somfy Group (dont Overkiz) STMicroelectronics Tuya ... (31 au total)	Altice Labs (propriétaire d'SFR) Aqara ARM Atlantic Group Bosch Bose DEKRA Delta Dore Dyson EDF Enedis Eve EZVIZ Ford Gardena HP Logitech Nabu Casa (Home Assistant) Nanoleaf Netgear NodOn Orange Qualcomm SGS SIEMENS TCL Thales TP-Link VELUX WYZE Xiaomi Yeelight ... (274 au total)	Fibaro Home Control HOOBS Hubitat Mattel Nokia ... (240 au total)

Quel est le but de Matter ?

Matter est construit avec ses mots-clés en tête :

Simplicité : Facile à acheter et à utiliser. Simplifier les expériences connectées.
Interopérabilité : Les appareils de plusieurs marques fonctionnent ensemble de manière native. Fournir une plus grande compatibilité.
Fiabilité : Connectivité locale réactive et robuste.
Sécurité : Maintenir des connexions sécurisées. Robuste et rationalisé pour les développeurs et les utilisateurs.
Flexibilité : Matter permet aux utilisateurs de configurer et de contrôler facilement leurs appareils avec plusieurs écosystèmes simultanément.

L'idée est de simplifier l'accès aux objets connectés pour tous, en garantissant simplicité et sécurité d'utilisation.

Ce n'est pas anodin de la part de ces entreprises qui cherchent à démocratiser un marché qui est encore de niche.

Utiliser un seul est unique protocole de communication domotique permet aussi d'accélérer le développement des produits !

En effet, un produit Matter n'a pas besoin d'être compatible spécifiquement avec Alexa, HomeKit ou Google Home, étant donné que ceux-ci sont eux-mêmes compatibles Matter. Cela permet donc d'abandonner le développement de ces trois autres protocoles et de se concentrer sur un seul. Cela représente un gain de temps immense. En même temps, cela ouvre aussi la compatibilité avec d'autres écosystèmes compatible Matter, comme Home Assistant, Hubitat, Jeedom, OpenHab ...

Quels types d'appareils sont compatibles ?

Actuellement, dans sa première version, Matter est compatible avec ces types d’appareils :

Ampoules
Interrupteurs
Prises
Serrures

Thermostats et contrôleurs CVC (chauffage, ventilation, climatisation)
Stores et volets roulants
Capteurs de mouvement et d'ouverture de porte
Télévisions et appareils multimédia
Ponts/Hubs

Matter 1.0 compatibilités — **Types d'appareils supportés par Matter 1.0 (source : CSA)**

Quels types d'appareils ne sont pas (encore) compatibles ?

Plusieurs types d'appareils ne sont pas encore compatibles, par exemple des appareils très demandés par les consommateurs comme les aspirateurs robots et les caméras de surveillance. Mais le CSA a promis des mises à jour de Matter tous les 6 mois, avec entre autres l'arrivée de nouvelles catégories d'appareils.

Les types d'appareils suivants sont dans la roadmap :

Caméras de surveillance
Aspirateurs robots
Appareils électroménagers (tels que les réfrigérateurs et machines à laver)
Points d'accès sans fil
Gestion de l'énergie (mesure et contrôle de la consommation électrique)

Capteurs de contrôle de porte de garage et de portail (savoir s'il est ouvert ou fermé)
Capteurs et contrôleurs de la qualité de l'environnement (tels que les moniteurs de qualité de l'air intérieur et les purificateurs d'air)
Détecteurs de fumée et de monoxyde de carbone (CO)
Détecteurs de mouvement ambiant et de présence

La compatibilité des caméras, aspirateurs robots et appareils électroménagers sont attendus pour la prochaine version.

Matter prochaines compatibilités — **Types d'appareils annoncés pour une compatibilité future (source : CSA)**

Quels écosystèmes sont compatibles ?

Apple Home, Google Home, Amazon Alexa, Samsung SmartThings, LG ThinQ, Home Assistant, ...

Et aussi des applications comme celles de Aqara, Eve, SwitchBot, TP-Link Tapo, Tuya Smart Life, Wiser (par Schneider Electric).

Si vous avez des appareils ou applications de ces écosystèmes, pensez à les mettre à jour car la compatibilité Matter est arrivée récemment, et va aussi évoluer.

Qu'est-ce qu'un pont ? Pourquoi les rendre compatibles ?

Un pont est un appareil qui relie plusieurs appareils sur un même réseau sans-fil propriétaire, comme ZigBee, Z-Wave ou autre. Il collecte les messages des appareils qui y sont connectés et peut aussi leur envoyer des commandes.

Les ponts font aussi la traduction d'une technologie à une autre, pour rendre compatible les appareils sur ce réseau dans cette technologie.

Exemple : avec le pont Philips Hue, IKEA ou LIDL :
ZigBee -> Alexa, HomeKit, Google Home

L'ajout de Matter sur le pont permettra d'abandonner les autres protocoles. Cela rendra également les anciens appareils compatibles. De plus, seule la mise à jour du pont sera nécessaire, et non des appareils unitairement.

Est-ce que mon appareil installé chez moi peut se mettre à jour vers Matter ?

Oui, et non, cela dépend du constructeur et de la technologie de votre appareil.

peut se mettre à jour
Ponts: les appareils communiquants ne sont pas mis à jour, seulement le pont Appareils communiquants via protocole Wi-Fi ou Ethernet Appareils HomeKit via Thread (généralement) Appareils HomeKit via ZigBee (théoriquement, mais passent par un pont, et il est moins cher de mettre à jour le pont seul)

ne peut pas se mettre à jour
Appareils communiquants via protocole Bluetooth Appareils communiquants via tout autre protocole

La possibilité de mise à jour des appareils existants est théorique car des contraintes techniques, budgétaires ou commerciales peuvent intervenir.

Posez vous ces questions:

Un constructeur a-t-il plutôt intérêt à mettre à jour son appareil ou à vous en faire acheter un nouveau ?
Est-ce que Matter apporterait quelque chose à cette appareil ?

Par quel moyen les appareils Matter communiquent ?

Matter utilise 2 protocoles réseaux pour communiquer : le Wi-Fi et Thread.

Matter utilise aussi le Bluetooth, mais seulement pour la mise en service de nouveaux appareils.

Matter topologie réseau — **Représentation simplifiée de la topologie d'un réseau Matter (source : Nordic Semiconductor)**

D'autres technologies, comme le LoRa et le cellulaire (4G/5G) sont dans le backlog, ce qui ouvrira la possibilité d'objets connectés hors du domicile.

Plus techniquement : dans le modèle OSI, Matter s'exécute dans la couche applicative, et utilise de multiples couches réseaux opérant en IPv6, comme le Wi-Fi, Thread et Bluetooth.

Matter architecture — **Architecture simplifiée de Matter (source : CSA)**

Comment mettre en service un appareil Matter ?

Tout d'abord, on va devoir appairer l'appareil Matter au réseau local Wi-Fi ou Thread pour rejoindre le réseau Matter, et pour se faire, le Bluetooth est utilisé.

Une fois l'appareil en mode appairage (au premier allumage notamment), votre téléphone détecte l'appareil via Bluetooth et affiche un popup. Il suffit ensuite de scanner un QR code fourni sur le produit.

Votre téléphone va alors donner les clés de votre réseau Wi-Fi ou Thread, et de votre réseau Matter.

Ça y est, vous avez ajouté votre appareil à votre réseau Matter !

Le QR code est toujours accompagné d'un code de quelques chiffres et lettres en cas de problème de lisibilité. Il peut aussi être présent dans le manuel ou sur la boite du produit en complément.

Qu'est-ce que le protocole Wi-Fi ? Pourquoi l'utiliser ?

Le protocole Wi-Fi est celui que vous utilisez sur votre téléphone, tablette ou ordinateur potable pour avoir internet.

Utiliser le Wi-Fi dans Matter permet la communication de grande quantité de données, comme pour le flux vidéo d'une caméra, les données cartographiques de votre aspirateur robot ou du casting audio/vidéo depuis votre téléphone à votre téléviseur. Il a aussi l'avantage d'être présent chez tout le monde (qui a une connexion internet) et ne demande donc pas de matériel spécifique pour être compatible.

Si votre matériel est vieux, la norme Wi-Fi a beaucoup changé. La connexion des appareils peut être perturbée sur les anciens routeurs, surtout avec beaucoup d'appareils. De plus, le Wi-Fi consomme beaucoup d'énergie à l'utilisation, ce qui empêche des appareils sur batterie de l'utiliser. Le niveau de portée, de sécurité, de fiabilité et de scalabilité est très dépendant du routeur et/ou de sa configuration.

La plupart de ces problèmes peuvent être résolus avec des routeurs Wi-Fi Mesh (prenant en compte la sécurité WPA3).

Récap'

Avantages

Débit élevé
Matériel connu et répandu

Inconvénients

Consommation élevée : limite l'utilisation d'appareil IoT sur batterie
Sécurité : si mal configuré ou ancien protocole de sécurité utilisé (sans WPA3)
Fiabilité : dû à sa typologie en étoile, le routeur est central, et s'il ne fonctionne plus, tous les appareils qui y sont connectés n'ont plus d'accès au réseau, il n'y a pas de redondance
Scalabilité : supporte un nombre limité d'appareil connecté à un routeur, en général moins de 50 appareils.
Portée faible (sans Wi-Fi Mesh)
Sensible aux interférences

Le Wi-Fi est conçu pour donner accès à internet.

Pour info : le Wi-Fi 7 devrait sortir en 2024, le Wi-Fi 6e (6+) est sorti en 2021, le Wi-Fi 6 est sorti en 2019 et le Wi-Fi 5 est sorti en 2013. Les box opérateurs en 2023 ne sont pas toutes Wi-Fi 6, certaines sont encore au 5. Nous sommes plutôt bien placés car je connais certains pays qui utilisent encore du Wi-Fi 4 de 2009.

Qu'est-ce que le protocole Thread ? Pourquoi l'utiliser ?

Thread est similaire au ZigBee, mais sans la dépendance à un seul et unique contrôleur.

Thread est similaire au Wi-Fi, mais permet uniquement la transmission de petits paquets de données.

Il s’agit d’un réseau maillé pouvant disposer de plusieurs routeurs, et routeurs de bordure ("border router"), la portée et la robustesse du réseau s'améliore au fur et à mesure de l'ajout de routeurs. Un routeur de bordure minimum est requis. Ce dernier fait le lien entre le réseau Thread et Wi-Fi. Cela permet d'accéder aux messages qui transitent dans le réseau Thread et d'en envoyer. Il est conseillé d'avoir au moins deux routeurs (de bordure) pour éviter de perdre l'accès au réseau et d'améliorer sa portée. Un message envoyé sur le réseau Thread peut passer par différentes routes pour arriver d'un point A à un point B.

Néanmoins, Thread étant plus récent et moins connu, peu d'appareil sont compatibles. Il faudra donc au minimum acheter un border router pour utiliser des appareils Thread. Toutefois, l'avantage est que les enceintes connectées actuelles sont équipées de border router Thread. Peu de données peuvent circuler dans un message Thread mais ça ne pose pas de problème dans la mesure où c'est suffisant pour des capteurs, lumières et autres objets connectés.

Récap'

Avantages

Inclus dans certains produits domotiques récents (enceinte connectée et même routeur Wi-Fi, téléviseur, moniteur et frigo)
Un appareil domotique peut aussi être routeur Thread
Consommation faible : favorise l'utilisation d'appareil IoT sur batterie
Sécurité : protocole récent avec les dernières normes de sécurité
Fiabilité : grâce à sa typologie mesh, en multipliant les routeurs dans le réseau, les routes possibles d'accès à la donnée se multiplient et augmentent d'autant la robustesse et la portée
Scalabilité : supporte plusieurs certaines d'appareils connectés à un réseau, chaque appareil à plusieurs adresse IPv6
Grande portée (si plusieurs routeurs)
Peu susceptible aux interférences
Libère de la place dans le réseau Wi-Fi
Fonctionne sans internet

Inconvénients

Débit faible
Requiert un matériel compatible : comme le Wi-Fi, mais pour lui vous possédez déjà des appareils compatibles chez vous (demande à minima un routeur de bordure)

Matter Network topology roles — Représentation d’un réseau Thread (source : Abalava & Thread Group)

Thread est conçu dès le départ pour la maison connectée, pour fonctionner en local et sans accès à internet.

Un problème avec un appareil Matter via Wi-Fi ?

Vous devez activer l'IPv6 dans les réglages de votre routeur Wi-Fi. Tous les routeurs de moins de 10 ans sont compatibles, et sur certains, IPv6 est déjà activé par défaut.

Une fois activé, je vous conseille aussi de débrancher/redémarrer vos appareils connectés au Wi-Fi pour que le changement soit bien pris en compte et éviter les problèmes.

Site officiel de Matter : https://csa-iot.org/all-solutions/matter/
Code source de Matter : https://github.com/project-chip/connectedhomeip