Matter & thread : Une révolution pour la Maison Intelligente?

Aujourd’hui je vous propose un article un peu plus théorique que d’habitude. Sauf si vous viviez dans une grotte depuis 2019 vous avez probablement entendu parler de Matter. Aujourd’hui nous allons tenter de comprendre son fonctionnement et voir où en est son déploiement un peu plus de 4 ans après ses débuts.

Les réseaux maillés

Avant d’aller plus loin nous devons introduire la notion de réseau maillée (mesh network) dans la domotique. L’un des plus connu est le Zigbee. Ce protocole très répandu est un incontournable. Mais comment cela fonctionne ?

Dans un réseau maillé type zigbee vous avez plusieurs éléments:

• Le contrôleur qui est le donneur d’ordre. C’est lui qui décide de lancer des actions et qui remonte les informations provenant des objets zigbee. Ce dernier est en règle général équipé d’une antenne Zigbee et d’une carte réseau lui permettant de jouer le rôle de passerelle entre votre réseau local IP et le réseau maillé Zigbee. Dans certain cas la connexion Zigbee peut être amenée via l’ajout d’un dongle comme ce produit (dont nous parlons ici) que j’utilise avec mon raspberry Pi et Home Assistant depuis des années.
• Les appareils de type routeur. Ces dernier sont généralement alimentés en permanence car en plus de leur fonction visible (prise connectée par exemple) il vont servir de relai permettant d’étendre la porté de votre réseau. Pour se faire, doivent donc être en permanence à l’écoute.
• Les appareils non routeur. Ces derniers ne vont que jouer le rôle qui leur incombe (capteur divers par exemple température, humidité, etc.). Il pourront alors implémenter des mécanismes de mise en sommeil permettant d’avoir des appareil très économes pouvant fonctionner sur batterie pendant des mois voir des années.

Avantages et inconvénients du Zigbee

Le Zigbee comme d’autre protocole de réseau maillé possèdent de nombreux avantages

• Il est résilient, si un noeud du réseau tombe et qu’il en reste suffisamment le réseau peut continuer à fonctionner
• Il est optimisé. Le protocole n’accepte que des petits messages permettant un usage minime d’énergie
• Il a une très bonne couverture grâce aux routeurs jouant tout le rôle de relai

Cependant il a aussi un certain nombre d’inconvénient

• Si l’émetteur ou le contrôleur est coupé le réseau ne peu plus être accessible
• Chaque appareil zigbee est associé à un est un seul contrôleur
• Les messages du protocole ne supporte pas les besoin à forte bande passante

C’est là qu’entre en jeu Matter.

La Genèse de Matter

Le besoin d’une norme commune dans le domaine de la maison intelligente n’est pas nouveau. C’est d’ailleurs l’une des raisons principale de l’apparition de solutions tels que Home Assistant. Cependant avec les années, la prolifération d’appareils connectés et de protocoles propriétaires s’est accélérée. Cette fragmentation a compliqué l’interopérabilité entre les appareils de différentes marques, créant des silos d’écosystèmes incompatibles.

Dans cette optique, Matter est né d’une collaboration entre plusieurs grandes entreprises technologiques, dont Apple, Google, Amazon, et bien d’autres. L’objectif est clair : créer un standard ouvert et unifié qui permettrait aux fabricants de concevoir des appareils compatibles entre eux, favorisant ainsi une expérience utilisateur plus transparente.

Cette initiative est gérer par la CSA (Connectivity Standards Alliance), anciennement la ZigBee Alliance. Cette organisation regroupe un peu plus de 500 marques ayant divers niveaux d’implication. Vous pouvez en apprendre plus en vous rendant sur le site officiel.

Voici comment Matter est défini par Home assistant.

Les Principes Fondamentaux de Matter

Matter se distingue par des principes fondamentaux, axés sur la simplicité, la sécurité et la flexibilité.

• Simplicité d’Utilisation : Matter vise à simplifier l’expérience utilisateur en éliminant les barrières entre les appareils de différentes marques. Grâce à une norme commune, les consommateurs peuvent s’attendre à une configuration plus aisée et à une interopérabilité transparente.
• Sécurité Renforcée : La sécurité est au cœur de Matter. Le standard intègre des normes de sécurité robustes pour protéger les données et les communications des utilisateurs. Des mécanismes de chiffrement de pointe et des mises à jour régulières renforcent la confiance des consommateurs dans leurs appareils connectés.
• Flexibilité pour l’Innovation : Matter est conçu pour être flexible, permettant aux fabricants d’innover tout en respectant les normes établies. Cela garantit que le protocole reste pertinent face à l’évolution rapide de la technologie, tout en offrant une base solide pour les développeurs et les utilisateurs finaux.

Matter est à la fois un protocole haut niveau (couche applicative du modèle OSI) et un standard définissant les messages que doivent utiliser les différents appareils connectés certifiés.

Types d’objets supportés

A l’heure ou j’écris ces lignes la derniére version disponible est la 1.3 elle prend en charge les types d’appareils suivant:

• Les sources lumineuse (ampoule, led, etc)
  • Lampe on/off
  • Lampe à variateur
  • Lampe à changement de couleur
  • Lampe à changement de chaleur
• Les prises connectées
  • On/Off
  • Pompe
  • Valve (contrôle d’écoulement d’eau)
  • Prise pouvant délivrer un votlatage variable
• Les switch
  • On/Off
  • Variateur
  • Variateur de couleur
  • Generique
• Les capteurs
  • Contact
  • Luminosité
  • Présence
  • Flux
  • Humidité
  • On/Off
  • Fumée
  • Qualité de l’aire
  • Congélation de l’eau
  • Fuite
  • Pluie
• Les appareils de fermeture
  • Porte
  • Volet
• Les appareils de contrôle de l’environnement
  • Thermostat
  • Ventilateur
  • Purificateur d’air
• Les medias players
  • Vidéo
  • Cast vidéo
  • Enceintes
• Les robots
  • Aspirateurs
• L’électroménager
  • Frigo
  • Chambre à atmosphères contrôlée
  • Climatiseur
  • Lave linge
  • Lave vaisselle
  • Four micro-onde
  • Four
  • Sèche linge
  • etc.

La liste et longue et je n’ai pas tout mis. Vous pouvez retrouver la certification complète sur le site de la CSA (ici). Comme vous l’avez surement remarqué la liste et longue et la norme a déjà prévu un bon nombre de cas d’usages. Il n’y a donc plus qu’à attendre que les industriels commencent à exploiter chacune de ces catégories.

Le protocole Thread

Avant de vous en dire plus sur Matter je dois vous présenter Thread. Les plus observateurs l’auront remarquer sur le schéma OSI présenté plus haut. Il est au même niveau que le Wifi.

C’est l’un des protocoles bas niveau privilégié par Matter. Ce dernier s’appui sur le protocole IPV6. Il implémente la norme IEEE 802.15.4 MAC/PHY (qui consomme très peu d’énergie).

L’avantage de ce protocole est que chaque appareil Thread connecté sur le même réseau peut interagir directement entre eux sans avoir à passer par un Hub.

Les avantages

Chaque noeud (rond orange et vert sur le schéma ci-dessus) forme un réseau maillé permettant à chaque élément du réseau de pouvoir interagir avec n’importe quel autre appareil. Cela à plusieurs avantages:

• De meilleurs temps de réponses & moins de dépendance cloud : Aujourd’hui à moins de mettre en place des systèmes tierces (clés zigbee, centralisation via home assistant, etc) vous devrez passer par les cloud de chaque fournisseur de service.
• Simple et efficace: Ce protocole peux gourmand en énergie est idéale pour des appareils sur batterie permettant de fonctionné des années sans rechargement.
• Sécurisé: Tout les noeuds (appareil) du maillage sont authentifié et les communications entre eux sont chiffrées
• Evolutif: Comme la plupart des protocoles maillés il est très simple d’agrandir le réseau en ajoutant jusqu’à des centaines d’appareils
• Fiable: chaque noeud peut communiquer avec son voisin, il n’y a pas de point central ce qui rend ce protocole très fiable puisque qu’il tolère la perte de noeuds

Comme tout protocole seul les appareils supportant ce protocole pourront communiquer directement entre eux. il sera donc nécessaire d’avoir des ponts appelé border router si vous souhaiter discuter avec d’autres réseaux. Ces derniers auront pour but de faire ce que l’on appel une rupture protocolaire c’est à dire que ce router aura un pied dans deux mondes. Dans cet exemple le monde thread et le monde wifi qui sont les deux mondes prix en charge nativement par Matter.

Les Composants Clés de Matter

A ce stade de l’article vous devriez être entre deux état, un peu perdu mais aussi ultra motivé et vous dire « C’est matter qu’il me faut ! ». En effet nous avons vu plein de nouvelles choses il est maintenant temps de tout raccrocher!

Deux mondes unifiés

Pour résumé nous avons parler de zigbee et des concepts derrière un réseau maillé. Des objectifs de Matter et d’un nouveau protocole nommé thread. Comment mettre tout cela en musique ? Il faut bien comprendre que dans l’approche proposée par Matter il y a deux mondes. Le monde wifi/ethernet et le monde Thread. Un premier type d’appareil, les thread border router permettent au deux monde de communiquer.

Tout est sous contrôle

Chacun des deux monde à sa propre façon de fonctionner. Côté Wifi rien de très différent des autre appareils Wifi. Tout le monde se connecte sur un réseau local standard. Seul particularité nous avons sur ce réseau un ou plusieurs contrôleur Matter qui permettront d’utiliser le protocole.

Côté Thread nous auront par contre un réseau maillé un peu comme nous avons vu pour le Zigbee. Ce dernier est optimisée, ne supporte que des cas d’usage ne nécessitant pas de fortes bandes passantes. Il y a des router, des objets sur batteries, etc. La grande différence avec le zigbee est qu’il peut y avoir plusieurs administrateurs. Ce mode de fonctionnement élimine donc une faiblesse que nous avons vu dans le premier paragraphe.

Tout le monde est le bienvenu

L’intérêt de Matter serait très limité si seul Thread était supporté. De plus la promesse de ne pas avoir à renouveler tout son matériel ne serait pas tenu. Mais alors comment réussir à interconnecter tout le monde ?

En fait Matter ne gère pas d’autre protocole nativement. Cependant il existe des ponts qui vont agir comme des traducteurs et qui vont permettre d’intégrer d’autres réseaux. Ainsi si le fabricant de vos objets favoris propose un bridge (pont) vous pourrez intégrer presque toutes les technologies que vous souhaitez à votre réseau Matter. Vous ne profiterez cependant pas de tout les avantages notamment en ce qui concerne la sécurité et la résilience. En effet chaque technologie apportera avec elle ses contraintes et ses défauts sur sont réseaux.

Sécurité

La sécurité est au coeur de Matter. Cependant, ceci est très souvent une grosse contrainte pour l’expérience utilisateur qui est lui aussi un enjeu clé de ces nouveaux protocole. Voyons un peu comment cela fonctionne.

Lorsque vous souhaitez installer un nouveau produit Matter vous allez devoir procéder à ce que l’on appel un commisionning. Cette étape va consister à fournir les différentes clés d’authentifications wifi ou thread qui seront nécessaires pour pouvoir communiquer sur le réseau. Pour ce faire vous allez avoir besoin de votre smartphone.

En effet chaque objet compatible matter dispose d’une puce bluetooth qui va servir uniquement pour cette option de commisioning. Sur chaque produit vous avez aussi un QRcode ou un code (un peu comme homekit). Ce dernier, valide une seule fois, vous permettra de vérifier que vous êtes bien autorisé à commissionner ce produit (que vous n’êtes pas le voisin qui a capté le bluetooth de ce produit en gros). Une fois scanné votre téléphone va envoyer les bonnes clés permettant à votre objet de se connecter en wifi ou en thread selon ses caractéristiques. A ce moment le code de commisionning devient invalide et généralement le bluetooth se désactive.

Ajouter plusieurs contrôleur

On l’a dit plus tôt un produit Matter peut-être contrôlé par plusieurs contrôleur. Cependant comment cela fonctionne si le Qrcode est invalide et le bluetooth coupé ?

C’est très simple chaque plateforme vous offre la possibilité de partager un objet. Les options sont souvent présentes dans les configurations avancé. Une fois activé un nouveau code sera fournis et le bluetooth activé pour un temps donnée. Vous pourrez ainsi donner le contrôle en direct à un second contrôleur Matter.

L’Adoption de Matter dans l’Industrie

On a vu beaucoup de schéma et de théorie il est temps de passer en revu les produits disponibles et leur rôle.

Contrôleur & thread broder router

Même si ce n’est pas obligatoire ces deux éléments sont souvent condensés dans un seul produit.

Ce routeur wifi de chez Google prend en charge Matter et thread. D’autre produits tel que le nest Hub (2eme gen) sont aussi compatible.

Marque: Google
Type: Contrôleur Matter et border router thread
Prix: ~218€

Acheter: https://store.google.com/fr/config/nest_wifi_pro

Le célébre Echo, assistant alexa d’Amazon permet de couvrir les rôles de contrôleur Matter de de border router thread

Marque: Amazon
Type: Contrôleur Matter et border router thread
Prix: ~119€

Acheter: https://amzn.to/3XLv0GK

L’apple TV 4K de chez apple est l’une des options pour vous équiper d’un contrôleur Matter et d’un border router thread. D’autres options existent chez cette marque notamment les Homepod mini.

Marque: Apple
Type: Contrôleur Matter et border router thread
Prix: à partir de 169€

Acheter: https://www.apple.com/fr/shop/buy-tv/apple-tv-4k/64go

Le NSPanel pro de la marque Sonoff se présente sous forme d’une petite tablette encastrable.

Ce contrôleur est aussi un pont zigbee mais n’inclus pas de thread border routeur

Marque: Sonoff
Type: Contrôleur Matter et Zigbee
Prix: ~80$

Acheter: https://itead.cc/product/sonoff-nspanel-pro-smart-home-control-panel-120-type/ref/62/

Pont Matter

Si vous commencer à peine la domotique et que vous n’êtes pas équipé vous ne devriez pas avoir besoin de ces ponts (si vous choisissez bien vos appareils). Cependant si comme moi vous avez un parc domotique important il vous permettrons de ne pas avoir à tout changer.

On commence par le Hub2 de chez switchBot. Il vous permettra bien entendu de faire la passerelle avec l’écosystème switchbot composé principalement de produits bluetooth mais il permet aussi d’émettre des signaux IR. Cette fonctionnalité est très pratique pour intégrer des appareils contrôlé par télécommande.

Marque: SwitchBot
Type: Contrôleur Matter et zigbee
Prix: ~80€

Acheter: https://amzn.to/4ehvk7i

Ici il s’agit d’un solution permettant de faire le lien entre des appareils zigbee et Matter. Officiellement l’appareil ne gère que les objets Zigbee Sonoff mais en règle générale il est possible d’élargir le scope. Je vous le dirais bientôt après un petit test de ce produit.

Marque: SwitchBot
Type: Contrôleur Matter et zigbee
Prix: ~60$

Acheter: https://itead.cc/product/sonoff-zigbee-bridge-ultra/ref/62

La liste est longue. Presque tout les acteurs de la domotique ont fait leur passerelle, il y en a chez aquara, chez hue, etc.

Matter via Wifi

Les produits suivant implémente Matter via le wifi. Cela veux dire qu’il sont utilisables sans Thread border router. Il vous suffit d’un contrôleur comme le NSPanel pro vu ci-dessus ou une installation Home Assistant basique (je vous en dit plus dans un prochain article).

Avec ce produit Sonoff nous propose d’automatiser vos éclairages traditionnelles. Comme nous l’avons vu dans cet article précédent une ampoule connectée n’est pas toujours le moyen le plus adapté pour domotiser son éclairage.

Marque: Sonoff
Type: Matter with Wifi
Prix: ~18$-23$

Acheter: https://itead.cc/product/sonoff-m5-white-matter-version/ref/62

Ce relai est le premier produit matter de chez sonoff. Il à le même rôle que l’interrupteur ci-dessus sauf qu’il peu se loger derrière un interrupteur ou une prise traditionnelle. Cela permet donc de domotiser un interrupteur sans le changer et sans impacter la déco de votre pièce.

Marque: Sonoff
Prix: ~10-15€

Acheter: https://itead.cc/product/sonoff-mini-extreme-wi-fi-smart-switch-matter-enabled/ref/62

Matter via Thread

Enfin voici deux exemples de Matter via thread. Ces derniers on besoin d’un thread border router pour pouvoir fonctionner.

Basique capteur d’ouverture et de fermeture de porte et fenêtre de la marque aqara.

Marque: Aquara
Prix: ~30€

Acheter: https://amzn.to/4gyFYrJ

4ème génération de la célèbre serrure connecté dont nous vous parlions déjà ici en 2017 !

Marque: NUKI
Prix: ~150€

Acheter:https://amzn.to/3ZwxNWS

Conclusion

Matter représente une évolution majeure dans le domaine de la maison intelligente. En éliminant les silos d’écosystèmes propriétaires, ce standard ouvert offre aux consommateurs la promesse d’une expérience utilisateur plus fluide et sécurisée. Pour les moins exigeant il permettra aussi une interconnectivité accrue sans passer par des solutions plus « complexe » tel que home assistant.

J’espère que vous aurez appris autant de chose que j’en ai appris en écrivant cet article. En effet je pensais comprendre Matter et la préparation (très chronophage) de ce poste m’a montré qu’il n’en était rien j’ai donc eu l’occasion de revoir complètement ma perception de cette petite révolution.

Personnellement comme mon installation est déjà bien en place je n’ai pas encore mis à profit Matter. J’ai l’intention de commencer bientôt avec l’aide de mon ami Home assistant (il y aura un article bien entendu). Si vous êtes dans le même cas que moi attention à ne pas tomber dans le piège de la nouveauté. En effet Matter le déploiement de ces nouvelles normes ne fond que commencer et vous pouvez vous retrouver avec certaine limitation pour certain produits. Dans son article Home assistant donne un bon exemple, l’intégration Home assistant/Hue qui existe depuis des années permet une prise en charge de toutes les fonctionnalité et cloudless alors que Matter n’est pas encore exhaustif. La migration est donc un non sens pour le moment.

De mon côté j’ai trois attentes principales, réduire le plus possible ma dépendance au divers services cloud qu’il me reste, retirer le plus de pont possible et améliorer l’intégration de certain de mes appareils avec les assistant vocaux que j’utilise.

Les prochains articles

le rythme de parutions est beaucoup moins bon que par le passé cependant je compte bien mettre à profit l’hiver pour couvrir un peu plus Matter et Thread. Sonoff qui nous suis depuis longtemps devrait d’ailleurs prochainement m’envoyer de nouveaux produits Matter. J’aimerais aussi explorer un peu plus avec vous l’avenir d’Home Assistant vis à vis de ce nouvelle écosystèmes en devenir.

Bref, j’espère que cet article un peu plus technique vous aura plu. Il permet de vous donner les bases permettant de comprendre Matter et Thread que nous devrions mettre en place dans les prochains articles. N’hésitez pas à laisser un petit commentaire pour dire ce que vous en pensez et pour partager vos retours d’expérience si vous en avez !

Sources

Avant de vous laisser je vous laisse toute les ressources que j’ai utiliser pour me documenter sur Matter et Thread! La plupart en anglais elle vous permettrons d’aller plus loin dans la compréhension de ces nouveaux protocoles.

• https://www.threadgroup.org/
• https://www.home-assistant.io/blog/2024/01/25/matter-livestream-blog
• https://youtu.be/sGPRIkqWh3g?si=i_r6rTJR-mADxdg0

Quentin Chapelle

Cadre en informatique dans une multinationale je suis un touche-à-tout passionné de nouvelles technologies.

quentinchapelle.com/