2025년에 전 세계 스마트 홈 기술 시장은 475억 달러 규모에 달할 것이며, 2034년까지 연평균 성장률(CAGR)은 21.4%에 달할 것입니다. 이러한 증가는 부분적으로 Mate 표준이 장치 상호 운용성을 가능하게 한다는 사실에 기인합니다.
Master Standard는 2019년 오픈 소스 스마트 홈 네트워크를 구축하기 위해 협력하는 기업들의 연합인 CHIP(IP Connected Home) 프로젝트로 시작됩니다. 이 표준은 2022년에 버전 1.0, 2025년 11월에 버전 1.5로 발행되었습니다. 핵심 원칙은 Mater 인증 제품이 서로 연결될 수 있으며 Google, Amazon, Apple 및 Samsung을 포함한 Mater-Alliance 회원이 만든 스마트 홈 허브에 연결할 수 있다는 약속입니다.
각각의 새로운 표준 버전은 더 많은 장치 유형을 지원하므로 클라우드 게이트웨이 없이도 IPv6 및 저전력, 저지연 네트워크를 통한 로컬 연결이 가능합니다.- g. 현재 Mater를 지원하는 장치 목록에는 스마트 조명 및 소켓, 가전제품, 센서, 커튼, 에어컨 및 열 펌프 장치, 태양광 패널, Wi-Fi 라우터, 스피커 및 비디오 플레이어가 포함됩니다.
소비자는 스마트 홈 네트워크에 이러한 장치를 추가할 때 원활한 연결과 즉각적인 작동을 기대합니다. 이를 위해 OEM은 처음부터 Matrix 아키텍처를 자사 제품에 통합해야 합니다.
소재시스템 구성
마스터 스마트 홈 시스템의 장치는 게이트웨이, 컨트롤러, 에지 노드, 터미널 노드 및 브리지 역할 중 하나 이상을 수행할 수 있습니다. 게이트웨이는 시스템을 인터넷에 연결하고 Wi-Fi를 사용하여 컨트롤러, 에지 노드 및 브리지와 상호 작용합니다. 컨트롤러는 엣지 노드와 터미널 노드에 명령을 보내고, 엣지 노드와 브리지는 로직을 적용하지 않고 노드와 게이트웨이 또는 컨트롤러 사이의 정보만 라우팅합니다.
Matrix 아키텍처의 또 다른 핵심 원리는 저전력 RF(무선 주파수) 통신을 통해 높은 에너지 효율성을 달성하는 것입니다. Bluetooth 연결은 장치 액세스 네트워크의 초기 시운전에 사용되지만 네트워크 자체는 동일한 주파수 대역을 사용하는 다른 프로토콜로 구성됩니다. 마스터 네트워크는 저전력 스레드 프로토콜을 사용하여 대기 시간이 짧은 자가 복구 메시 네트워크를 생성합니다. 브리지는 Zigbee와 같은 다른 프로토콜을 사용하는 장치를 네트워크에 연결하는 변환기 역할을 합니다(그림 1).
마스터 지능형 홈 네트워크의 스케치 맵(확대하려면 클릭)
그림 1: 마스터 스마트 홈 네트워크에는 게이트웨이(파란색 원), 컨트롤러(연한 파란색 원), 스레드 보더 라우터(빨간색 원), 브리지(보라색 원), 에지 노드(녹색 원) 및 터미널 노드(주황색 원)가 포함됩니다. 이미지 출처: NXP)
Mater 네트워크의 장치에는 애플리케이션을 실행하고, 통신을 관리하고, 장치 보안을 보장하기 위한 무선 통신 기능(협대역, Wi-Fi 또는 둘 다)과 단일 칩 컴퓨터(MCU)가 있어야 합니다. 통신 프로토콜 및 MCU 사양의 선택은 장치의 네트워크 역할, 에너지 소비 특성 및 소비자에 대한 용도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 터미널 노드인 스마트 전구는 구조가 단순하고 켜기/끄기 명령만 수신하고 실행할 수 있는 반면, 라우터는 훨씬 더 복잡합니다.
지능형 홈 원칩 시스템
스레드 보더 라우터는 스레드 및 Wi-Fi 통신, 장치 보안 및 애플리케이션 실행 관리의 복잡성과 Mate 네트워크가 원하는 에너지 효율성 및 낮은 대기 시간 사이의 균형을 유지해야 합니다. NXP Semiconductor의 RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio는 하나의 칩에 처리 커널, 2.4GHz 및 5GHz 대역에서 20MHz 채널을 전송할 수 있는 Wi-Fi 라디오, 시운전 및 메시 네트워킹을 위한 협대역 라디오, 장치 키 및 신뢰 구성 관리를 위한 보안 엔클레이브를 통합하고 있으며 작동하는 데 3.3V의 외부 전력만 필요합니다(그림 2).
두 개의 Wi-Fi 라디오 대역 이미지에서 작동하는 NXP RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio
그림 2: RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio는 3.3V 외부 전원 공급 장치를 사용하여 Wi-Fi 라디오 대역 2개, 협대역 로컬 라디오 1개, 260MHz MCU 1개 및 온보드 안전 기능을 작동합니다. 이미지 출처: NXP)
RW61X의 MCU 하위 시스템은 TrustZone ™-M 하드웨어 보안 및 1.2MB SRAM(Static Random Access Memory)을 갖춘 260MHz Arm ® Cortex ®- M33 커널을 채택합니다. MCU는 SPI(직렬 주변 장치 인터페이스) 및 UART(범용 비동기 트랜시버)를 통해 장비와 통신하고, I²C(집적 회로 버스) 인터페이스를 통해 센서와 통신하며, I²S(집적 회로 내장 오디오 버스) 인터페이스를 통해 오디오 입력 장비와 통신할 수 있습니다. PTP(Precise Time Protocol)는 칩 100Mbps 이더넷 모듈의 물리 계층(PHY)을 통해 네트워크 동기화를 허용합니다.
RW61X 칩은 Wi-Fi 6 기반 Mat-Wi-Fi를 지원하여 네트워크 성능과 에너지 효율성을 향상시킵니다. RW61X에 내장된 RF 전력 증폭기(PA)와 저잡음 증폭기(LNA)는 125mW의 전송 전력을 결합하여 안정적인 통신을 보장합니다. 클래스 3 WPA(Wi-Fi Protected Access)는 암호화 및 보안을 제공합니다.
이 칩은 저전력 Bluetooth 또는 IEEE 802.15.4를 통해 Mater-over - THREAD를 지원할 수도 있습니다. 또한 Bluetooth 5.2 및 5.4 인증을 받았으며 고속 2Mbps 모드, 코딩된 PHY를 통해 더 낮은 속도로 더 먼 거리에 데이터를 전송하기 위한 원격 모드, 브로드캐스트 확장 모드를 비롯한 다양한 Bluetooth 작동 모드를 지원합니다. 방송 확장 모드에서는 장비가 더 큰 데이터 패킷을 방송할 수 있으며 더 쉽게 찾을 수 있습니다. 이 협대역 무선 모듈은 RF PA 및 LNA를 사용하여 32mW 전송 전력을 달성합니다.
RW61X 칩에서는 Material Smart Home 생태계의 중요한 부분인 보안이 EdgeLock Secure enclave를 통해 관리됩니다. 이 변조 방지 하드웨어는 인증서, 암호화 키 및 ID를 사용하여 장치를 인증하여 루트를 설정합니다.- g. 보안 부팅, 디버깅 및 업데이트 보호, 하드웨어 암호화 및 물리적 비복제 기능(PUF)은 RW61X 칩이 사물 인터넷 플랫폼 보안 평가 표준(레벨 3 보증 및 플랫폼 보안 아키텍처(PSA) 레벨 3 인증 프레임워크의 레벨 3 보증 요구 사항을 충족하는 데 도움이 됩니다.