Der neue herstellerübergreifende, offene Standard Matter für IoT- und Smart-Home-Geräte hat das Zeug dazu, den Markt zu revolutionieren.

Viele Köche verderben den Brei, sagt der Volksmund. Das trifft auch im Smart-Home-Bereich häufig zu. Mit KNX existiert ein seit Jahrzehnten etablierter Standard für die Gebäudeautomation. Über 400 Hersteller unterstützen ihn, denn er gilt als hochflexibel und extrem leistungsfähig. Doch gleichzeitig ist er auch teuer und komplex. Deswegen entwickeln immer wieder Hersteller geschlossene Lösungen, die zwar einfacher und günstiger ausfallen, aber nur im eigenen Ökosystem richtig funktionieren. Solche Systeme eignen sich vorwiegend für kleine Setups mit 100 oder weniger Geräten, während sich KNX für umfangreiche Projekte mit mehreren Tausend Geräten anbietet.

Der neue Standard namens Matter soll nun für eine Harmonisierung von IoT- und Smart-Home-Geräten verschiedener Hersteller sorgen. Immerhin schlossen sich bereits über 280 Unternehmen zusammen, um ihn zu unterstützen. Version 1.0 von Matter erschien Anfang Oktober 2022, seit Mai 2024 ist Version 1.3 aktuell.

Genau genommen handelt es sich bei Matter um einen Verbindungsstandard, der auf vorhandenen Techniken wie WLAN, Ethernet, Bluetooth LE und Thread aufsetzt. Die Geräte in Matter unterteilen sich in verschiedene Kategorien, die Tabelle “Gerätekategorien in Matter” gibt einen ersten Überblick. Mit jedem Matter-Release kommen neue Kategorien hinzu.

Geräte, die den Matter-Standard unterstützen, sind durch offizielle Prüfstellen zertifiziert und mit einem Logo (Abbildung 1) gekennzeichnet. Sie tragen eine eindeutige Kennung, mit der sie sich am System anmelden müssen. Das verhindert, dass sich fremde Geräte mit dem Smart Home verbinden. Als Kennung dient entweder ein Zahlen- oder ein QR-Code.

Abbildung 1: Ein passendes Logo kennzeichnet Geräte, die Matter unterstützen.

Die Datenübertragung der Geräte untereinander erfolgt immer Ende-zu-Ende-verschlüsselt. Dabei dürfen ausschließlich die für das Funktionieren des Smart Home nötigen Daten übertragen werden. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Matter: Alle Smart-Home-Funktionen müssen ohne eine Verbindung mit dem Internet zur Verfügung stehen. Die komplette Steuerung des Systems läuft in der lokalen Installation. Allerdings erlaubt Matter zum Verwenden zusätzlicher Funktionen wie Spracherkennung oder Software-Updates, Dienste aus dem Internet aufzurufen.

Volle Kontrolle

Die zentrale Komponente in Matter besteht aus einem Controller, der dafür sorgt, dass alle Geräte miteinander kommunizieren. Im Matter-Jargon bezeichnet man den Verbund mehrerer Geräte als Fabric. Innerhalb eines Gebäudes können mehrere Fabrics nebeneinander existieren, wovon jede einen eigenen Controller benötigt. Hier kommt der Multi-Admin-Modus von Matter ins Spiel. Er erlaubt es, mit einer Software unterschiedliche Controller anzusteuern und so sämtliche Funktionen zusammenzuführen. Dabei spielt es keine Rolle, von welchem Hersteller der Controller stammt.

An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass es in der Matter-Spezifikation sogenannte Bindings-Geräte gibt, die sich ohne einen Controller verbinden lassen. Die sind allerdings aktuell noch recht dünn gesät. Zurück zum Controller: Hierbei handelt es sich um eine Software, die auf einer bestimmten Hardware laufen muss, beispielsweise ein Amazon-Echo- oder ein Google-Home-Gerät. Darüber hinaus machen zahlreiche andere Hersteller nach und nach ihre Geräte für Matter fit. Ein einfaches Software-Update genügt häufig, um die neue Funktion bereitzustellen. Zudem verwenden schon die ersten Open-Source-Projekte den Standard.

Der vorliegende Kurztest setzt sich aufgrund der Komplexität nur sehr oberflächlich mit den Einzelheiten auseinander. Daher sollten Sie, wenn Sie noch mehr über Matter erfahren möchten, die Homepage des Projekts [1] besuchen. Dort findet sich unter anderem auch die komplette Spezifikation von Matter.

Praxistest

Um das Einbinden von Matter-Geräten in ein Smart Home zu testen, nutzen wir ein betagtes Google Home als Matter-Controller. Es ist vollständig eingerichtet und mit der Google Home App verbunden. Als Matter-Gerät kommt der Dimmer EDU62NPN-IP-110-240v von Eltako zum Einsatz (Abbildung 2). Er besitzt einen zusätzlichen Eingang, mit dem er sich direkt über einen Taster schalten lässt. Die technischen Daten des EDU62NPN finden Sie im Datenblatt [2].

Abbildung 2: Der Eltako-Dimmer kommt im Versuchsaufbau als Matter-Gerät zum Einsatz.

Als Verbraucher schließen wir eine dimmbare Leuchte an. Beachten Sie bitte, dass sich viele LED-Leuchtmittel nicht zum Dimmen eignen. Ein Sicherheitshinweis: Der Dimmer arbeitet mit Netzspannung und ist für die Unterputzmontage gedacht. Arbeiten mit Netzspannung darf ausschließlich ausgebildetes Personal ausführen.

Starten Sie zunächst die Google-Home-App und fügen Sie ein neues Gerät hinzu. Manchmal meldet sich der Dimmer sogar von alleine. Wählen Sie Matter kompatibles Gerät aus und scannen Sie den Matter-QR-Code. Im nächsten Schritt legen Sie den Raum fest, in dem sich das Gerät befindet. Danach vergeben Sie einen eindeutigen Namen, was die Installation abschließt. Das Leuchtmittel lässt sich jetzt über die Google-App steuern.

Die Sprachsteuerung von Google funktionierte im Test ohne weitere Aktionen. Das Einbinden des Dimmers in das Smart Home war beeindruckend einfach. Das komplette Setup erfolgt menügeführt; die Routine beschreibt sehr genau, was zu tun ist.

Selbst ist der Geek

Um selbst ein Matter-Gerät zu bauen, müssen Sie eine lange Liste von Faktoren bedenken und sich sehr gut mit der Matter-Spezifikation auskennen – ein fast unmögliches Unterfangen. Alternativ verwenden Sie das von Espressif bereitgestellte Tool ESP Zerocode [3]. Damit erstellen Sie ohne Installation irgendeiner Software mithilfe weniger Mausklicks ein lauffähiges Matter-Gerät (Abbildung 3).

Abbildung 3: Der Testaufbau mit einem ESP32-DevKitC.

Wir nutzen ein ESP32-DevKitC [4] von der Stange und schließen an den GPIO-Pin 34 einen Taster an, der gegen 3,3 Volt schaltet. Außerdem spendieren wir dem Pin 34 einen 10-kOhm-Pulldown-Widerstand gegen Masse (GND). Bei den Tests zeigte sich, dass scheinbar die internen Widerstände des ESP32 nicht aktiviert sind. An die GPIOs 26 und 14 schließen wir je eine LED mit passendem Vorwiderstand von 1 kOhm an. Prinzipiell lassen sich die GPIOs frei wählen. Es kommt aber vor, dass bei einer ungeschickten Auswahl der ESP32 abstürzt.

Nun melden wir uns auf der Webseite von Zerocode an und erstellen ein neues Projekt. Für den Anfang entscheiden wir uns für eine einfache Steckdose (Abbildung 4). Im nächsten Schritt fragt der Dialog ab, welches ESP-Modul wir einsetzen – in unserem Fall ein ESP32-DevKitC. Danach definieren wir, wo wir die Bestandteile unserer Schaltung anschließen möchten und ob wir mit normaler oder invertierter Logik arbeiten. Bei der Wahl der GPIOs müssen Sie ein wenig aufpassen, damit Sie keinen Port verwenden, den der ESP32 für eigene Zwecke nutzt. Damit ist das Setup unseres Matter-Projekts bereits komplett.

Abbildung 4: Im Zerocode-Frontend wählen Sie eine Steckdose aus.

Um das Projekt in den ESP32 zu laden, wählen Sie auf der folgenden Seite Evaluate now in ESP Launchpad aus. Hier benötigen Sie einen Browser, der auf USB zugreifen kann, beispielsweise Google Chrome. Wählen Sie danach die USB-Schnittstelle aus, an der der ESP32 hängt. Jetzt beginnt das Hochladen. Nach dessen Abschluss sehen Sie auf der rechten Bildschirmseite (Abbildung 5) die Log-Ausgaben des Controllers, die sich bei der Fehleranalyse als hilfreich erweisen.

Abbildung 5: Die Installation auf dem ESP32 ist abgeschlossen. Neben den Logs zeigt die Seite auch den benötigten QR-Code.

Auf der linken Seite finden Sie den QR-Code, um das Matter-Gerät in Ihr Smart-Home-System einzubinden. Das Einrichten funktioniert bei allen Matter-Geräten immer nach demselben Muster. Bei unserem selbstgebauten Testgerät beschwert sich Google Home einmal kurz über ein Nicht zertifiziertes Gerät. Nach dem Ignorieren der Fehlermeldung lässt es sich wie gewohnt einbinden und mit dem Sprachassistenten ansteuern.

Wenn wir wollten, könnten wir uns nach dem erfolgreichen Test über Zerocode gleich die passenden, schon programmierten Controller bestellen. Grundsätzlich richtet sich das Tool an Hersteller von Smart-Home-Geräten, die auf diesem Weg ohne viel Aufwand zum fertigen Produkt kommen. Zerocode ist noch recht neu, nicht alles klappt auf Anhieb. Mitunter müssen Sie das Projekt mehrfach in den Controller laden oder etwas mit den verwendeten GPIOs spielen. Auch das Einbinden in das Smart Home benötigt hin und wieder mehrere Anläufe. Einige der vordefinierten Geräte arbeiten noch nicht so wie erwartet. Doch unter dem Strich eröffnet Zerocode derzeit den einfachsten Weg zu einem eigenen Matter-Gerät.

Fazit

Matter ist sicherlich ein Schritt in die richtige Richtung und wird es uns in Zukunft vereinfachen, Smart-Home-Komponenten verschiedener Hersteller miteinander zu koppeln. Allerdings spürt man an vielen Stellen, dass dieser Standard noch recht jung ist. Noch laufen zahlreiche Dinge nicht so rund, wie sie vermutlich könnten. Wenngleich man das nicht auf den ersten Blick erkennt, spielen sich bei Matter viele komplexe Vorgänge im Hintergrund ab. Wir haben uns in diesem Artikel lediglich mit den oberflächlichen Themen beschäftigt. Umso überraschender ist, dass sich mit dem Tool Zerocode quasi im Vorbeigehen ein Matter-Gerät erstellen lässt.

Tatsächlich fällt es aktuell noch schwer, gute Informationsquellen zu Matter im Internet zu finden. Viele Akteure beschränken sich auf das Herunterbeten der Hochglanzfolien, ohne wirklich ins Detail zu gehen. Falls Sie vor der Entscheidung stehen, neue Hardware für Ihr smartes Home zu kaufen, sollten Sie auf jeden Fall überprüfen, ob sie ein Matter-Logo trägt. Jedoch sollten Sie jetzt keinesfalls gänzlich auf Matter umstellen und hoffen, dass damit sämtliche Probleme der Vergangenheit angehören. Der Standard wird sich rasant weiterentwickeln und in ein paar Jahren vielleicht wirklich alle Probleme rund um das Smart Home lösen. Es lohnt sich, Matter im Auge zu behalten. (tle)