[정보💡] 매터가 스마트홈에서 비효율적이 돼가는 이유

[스싱마스터(stmaster)]

매터가 2022년에 처음 나왔을때부터 지금 2025년까지 3년동안 개발했는데

여전히 기능적으로 미완성된 부분이 많아서 그동안 스싱갤에서 많은 사람들이 매터의 단점과 문제점을 지적해왔었는데

그것보다 조금 더 구조적으로 매터가 iot시장에서 비효율적으로 변하고 있는것이 보이고, 그것때문에 스마트홈 유저들의 선택지에서 점점 멀어져가고 있다고 그동안 생각했었음

그래서 평소에 매터의 문제에 대해서 조금 더 근본적이고 구조적으로 생각했던것들을 풀어서 써보려고 함

1.매터의 태생적인 무거움

모든 문제의 시작은 매터가 무겁다는 것

먼저 iot시장에 있는 프로토콜을 살펴보면 thread는 네트워크 스택 전용 프로토콜이고 클러스터가 없어서 엄밀히 말해 풀스택 표준이 아닌 특정 네트워크 계층의 데이터링크 프로토콜이므로 제외하고

z-wave, zigbee와 같은 iot시장에서 쓰여왔던 상용화된 프로토콜들은 대부분 경량화된 통신을 지향한다는것을 알수 있음

스마트싱스로 iot 하는 사람이 많은 스싱갤 유저들은 다들 알겠지만 z-wave와 zigbee는 코인 배터리에 의존하는 iot 센서 기기를 초저전력으로 수년 동안 유지할 수 있음

z-wave, zigbee는 허브를 중심으로 뻗어나가는 트리네트워크를 만드는 특징이 있어서 전체 네트워크 자체는 단순한 편에 속함. 네트워크에 참여하는 기기가 많아질수록 메시 네트워크로 전환돼서 얼기설기 네트워크가 얽혀지면 네트워크가 복잡해지지만 매터에 비하면 비교적 간단함

매터의 개발 문서를 보면 매터의 목표는 ipv6 6lowpan/coap 기반의 스마트홈임. 이것을 쉽게 말하면 인터넷 프로토콜로 데이터를 주고 받는 스마트홈임

기본적으로 인터넷 프로토콜인 ip로 wifi나 thread와 bridged zigbee같은 다중 네트워크를 지원함. 매터는 허브와 softap와 thread border router로 이루어진 matter controller와 matter bridge가 참여하고 이론상 모든 matter controller가 네트워크의 호스트가 될수있어 허브가 명령을 내리는 방법인 matter fabric을 발행할 수 있음

따라서 상호운용성이 좋지만 동시에 반작용으로 복잡한 네트워크 구조를 가져서 작은 센서에는 부담이 됨. 작은 센서는 무선 네트워트 자원 자체가 매우 제한적이니까.

2.매터의 큰 페이로드의 크기와 과도한 빈도

먼저 페이로드란 네트워크를 통해서 데이터가 a에서 b로 이동할때 만들어지는 메시지의 뭉텅이를 뜻하는 패킷 안에 정보를 담을 수 있는 슬롯 또는 그릇을 뜻함. 매터의 큰 페이로드를 알아보려면 매터의 네트워크 구조에 대해 들여다봐야함.

매터의 로컬과 클라우드 측면 가운데 로컬을 살펴봐야함. 로컬이라는건 wan이라고 부르는 인터넷으로부터 완전히 격리되어 독자적으로 움직이는 지역적인 네트워크를 뜻함.

모르는 스싱붕이가 있더라도 스마트싱스 허브의 네트워크 = 로컬 네트워크라는 것만 알아도 모든 개념을 다 아는것과 같음. 스마트싱스에서는 스마트싱스 엣지라는 네트워크 설계를 기반으로 모든 허브와 기기 사이의 네트워크를 로컬 네트워크로 돌리고 스마트싱스 엣지를 베이스로 하는 시스템 운영체제 위에서 드라이버를 돌려서 iot 제품을 스마트싱스에 붙임. 이 엣지드라이버는 스싱붕이에게 너무 친숙하지

스마트싱스에서는 로컬네트워크를 표현해주고 있어서 로컬 iot 기기끼리의 자동화를 '허브에서 돌아가는 루틴'이라는 이름으로 표시하고 집이 웃고있는 귀여운 아이콘이 뜨게 됨. 스마트홈에서 로컬은 빠르고 안정성이 높아서 많은 iot 유저들이 사람들이 초경량 iot 센서에 로컬 네트워크를 적용하기를 원하고 있음. 매터는 컨트롤러 중심의 로컬 네트워크를 만들어내면서도 클라우드에 의존적임. 그것은 매터가 pki 라는 클라우드 서버의 보안인증서 발행처를 기반으로 네트워크를 식별하고 가입시키는 특징을 가지고 있기때문임.

pki는 클라우드 서버에 저장되어있다가 새로운 매터기기가 매터 네트워크에 가입할때 유효한 값을 체크하고 보안 암호화의 일도 하고 있음. 매터가 상호운용성을 가지고 있는 것도 matter controller가 pki 서버의 알고리즘의 지휘를 받고 있기 때문임.

이때 iot 네트워크에 불필요하다면 불필요한 통신이 발생함. 스마트싱스 클라우드에서는 클라우드와의 통신으로 ipv6, coap, dtls, oauth같은 여러 ip기반의 헤더를 사용해야함. 따라서 pki에게 패킷당 전송해야 하는 페이로드에 딱히 유효하지않은 페이로드와 pki가 발헹하는 토큰까지 들어가서 페이로드 자체의 크기가 큼. 그리고 매터는 이렇게 큰 페이로드를 보내야하기 때문에 하나의 패킷에 자원이 크고 일반적인 데이터 전송 시간이 많음.

더 자세히 알아보면 스마트싱스에서는 자동화에 쓰이는 조건의 라이브러리인 smartthings capability의 파라미터의 밸류의 타입으로 int, string, enum을 주로 쓰는 경향을 가짐. 이것들은 1바이트 안에서 주로 정의될수있음. 스마트싱스에서 iot기기의 온보딩부터 초기화까지의 모든 스테이트를 정의한 smartthings lifecycle의 한 스테이트 같은 극단적인 페이로드에도 fingerprint와 같은 간단한 yaml 형식의 키와 밸류도 몇 바이트 안에서 모든 유효한 패킷들을  해결할 수 있음. 6lowpan ipv6의 헤더의 크기는 기본적으로 40바이트임. 이미 크기가 큰데 이 크기는 ipv6의 모든 패킷을 담을 수 없다는 한계가 있어서 병렬화를 거치게됨. 이 말은 수시로 패킷을 보내게된다는 뜻임. 한번 리포팅 할때마다 수시로 배터리를 쓰게된다는 거지.

그래서 matter 스택을 제대로 실행하려면 절전 상태에서 완전 슬립이 불가능하고 iot기기의 mcu가 주기적으로 깨워지는 리얼타임으로 전환되는 것을 뜻함

3.매터의 보안의 복잡성

매터 컨트롤러는 매터 네트워크 안에서 어떠한 명령을 동기화할 때 fabric으로 보내는데, 이때 matter message protocol 이라는 보안 프로토콜로 보냄. matter message protocol은 엔드투엔드 암호화인 종단간암호화를 기본으로 함. 종단간암호화는 암호화 복호화와 키 관리와 같은 여러 페이로드를 매번 새로 보낸다는것을 의미하고 당연히 자원을 써야함.

다른 프로토콜 역시 보안계층이 있음. zigbee는 zigbee trust center라는 계층을 허브에 저장하고 aes 알고리즘 기반의 보안키 대칭 방식의 보안을 쓰고 이것의 크기는 128비트로 매터의 pki와 비교하면 상당히 낮은 자원을 쓰고 있음.

그런데 matter는 보안의 구현 복잡도가 높을수밖에 없음. 우선 z-wave와 zigbee와는 다르게 ipv6에 직접 노출되어 이미 몇십년동안 잘 양성된 해커들과 해킹 리소스가 풍부한 인터넷 환경에 있어 작은 기기를 붙여서 쓰저라도 과도하게 높은 보안이 요구되고, matter가 단순히 하나의 프로토콜 뿐만 아니라 thread, wi‑fi, ble와 같은 다양한 데이터링크에서의 보안을 고려해야 하기 때문에 세션 자체가 길어짐.

그래서 ipv6에서의 스마트홈이라는 원대한 꿈이 매터의 앞을 가로막고 있음.

4. 너무 많은 초소형 iot기기들이 매터를 받아들이는 것 자체가 안됨

iot기기의 초저전력 프로세서인 mcu 가운데에서 매터에 호환되는 것들은 적어도 mb 급의 플래시메모리랑 256kb 이상의 램이 들어가는것을 알 수 있음. 근데 z-wave나 zigbee의 mcu는 kb급 플래시메모리랑 64kb 이하의 램이 들어간 것이 많음.

시장의 대부분의 iot센서는 지금도 매터를 적용할수 없음. 그래서 지금도 스마트홈에서 상시 전원을 꽂아넣는 iot 플러그, iot 스위치, iot 전등, iot전구와 같은 상대적으로 전기를 많이 쓰는 제품들에 매터제품이 여럿 있지만 배터리를 쓰는 디바이스들은 여전히 지그비가 대세임.

thread에서도 공식적으로 충분한 메모리가 없으면 iot제품에 매터 펌웨어를 올릴 수 없다고 말하고 있어서 matter가 다소 높은 스펙을 요구하고있다는 것을 확인했음.

그런데 초소형 iot시장은 초저전력을 원하고 있어서 이 제품들이 스펙을 올리지 않을 것으로 보임. iot제품이 낮은 스펙을 가지는건 iot제품이 저전력 통신에 쓰는 자원에 알맞게 들어가기 때문이며, 초저전력 설계에 연관되어 있음. 그런데 단순히 스펙 올리면 작업은 똑같은거 해도 mcu의 컴퓨팅 파워가 올라가면서 전기만 더 쓸 뿐인 비효율적인 설계가 돼버림. 한편 대표적인 스마트싱스의 capability의 일들은 대부분 자원이 적음.

예를들면 off에서 on으로 바꾸는건 밸류를 false에서 true로 바꾸는건데 이거 고작 1바이트짜리임. 그럼 하는 일이 너무 단순한건 똑같은데 낮은 성능의 a제품은 5년가고 높은 성능의 b제품이 2년간다면 누가 b제품을 사겠음

참고로 단순히 제조비용과 단가 문제와는 관계가 없음. 제조비용자체도 저정도 스펙의 mcu는 중국이나 레거시 공정을 쓰는 팹에서 많이 만들고 있고 가격이 하나같이 매우 낮다는 특징이 있음.

5. 매터의 구현체 자체가 점점 비대해지는 경향성

매터는 반년마다 새로운 판올림을 준비하고 있고, 그때마다 점점 매터 자체의 구현체가 커지고 있음. 그리고 이것은 멈출 기미를 보이지 않음.

단일 디바이스 타입의 모듈화된 빌드는 매터 전체 코드를 실행하지 않지만, 매터기기로서 추가되는 sdk의 네임스페이스의 안에는 단일 디바이스에게는 불필요한 헤더들이 오버라이드되어 들어가게됨.

대표적으로 매터의 mcu가 요구하는 자원은 벌브타입은 1.0때만해도 간신히 1mb를 넘기지 않기도 했고 이것도 고작 벌브용으로는 비싼 자원인데 빌드가 올라갈수록 구현이 점점 많아지고 있음

매터는 그동안 지원기기를 늘리고 클러스터를 늘리고 보안을 높여왔는데 그때문에 초저전력 iot 디바이스에게 있어 구현체의 크기가 너무 커졌고 커졌고 앞으로도 커지는 경향을 보이고 있음

그래서 나의 생각 :

이대로 간다면 iot 제품에서 매터는 비효율적이 될 것이다

매터가 처음 나왔을때는 가전제품과 같은 고전력 기기보다는 저전력 iot 기기를 대상으로 나왔는데 가면 갈수록 과도하게 복잡하고 무거워졌음

iot가 본질적으로 저전력 시스템이고 지금의 iot시장도 그 방향으로 가고 있는 이유가 뭘까? 전기를 많이 쓰면 경제성이 너무 떨어져서 한번 스마트홈을 반듯하게 만들어놔도 유지하기가 힘들고 유지하는게 빠듯하면 iot를 할 이유가 없기 때문이지. 그래서 스마트싱스가 세계 최초의 오픈플랫폼으로 iot시장을 연지 10년동안 배터리 기반의 무선 iot 저전력 디바이스들이 시장을 완전히 장악했음.

앞으로 오게 될 미래의 스마트홈 시장도 저전력에 반응하고 있는데, 대표적으로 캄테크라는 개념이 퍼지면서 예전처럼 매번 ai 스피커에 대고 말하는게 아니라 유저가 필요할때 나오고 필요없을때 조용해서 스마트 스피커보다 더 스마트한 지능적인 iot가 대세가 되고 있음. 그리고 캄테크의 핵심은 저전력이지.

친환경 에너지도 국가적이면서 세계적으로 가야할 방향으로 움직이고 있도, 에너지 하베스팅의 대중화도 앞으로의 iot에서 검토할수 있는 부분임. 예를들면 삼성 원 리모컨은 솔라셀로 햇빛을 받거나 wifi 전파로 스스로 충전을 할 수 있음

그리고 매터가 시장과 소비자가 원하는 것과는 정반대의 길을 가고 있는걸 알고있는지 현재 많은 집의 스마트홈에서 zigbee와 같은 프로토콜의 저전력 센서 제품은 찾을 수 있어도 matter 제품은 여전히 드뭄. 매터가 1000개 넘는 제품을 인증했지만 많이 쓰는 제품은 필립스 위즈나 나노리프 정도.

매터가 기술적으로 미완성된 부분이랑 문제점이 여전히 많지만 보다 크게보면 비효율적이라는 구조적 한계가 존재하는거임.

[익명(222.238)]

글 잘 읽었음, 이런 통신규격에 대해서는 내가 무지해서 그런데 지그비 같은 통신규격은 동영상이나 이미지를 주고 받진 못함? 예를 들어 지그비로 동작하는 카메라 같은건 나올 수 없는건가? 재실센서 같은 경우도 성능 좀 좋아지면 대부분 와이파이로 넘어가던데 실제로 지그비가 전송할 수 있는 용량? 같은게 얼마인거임? 그리고 매터로는 동영상이나 이미지 전송이 가능할까?

[스싱마스터(stmaster)]

프로토콜은 영상 사진 전송을 직접 지원하기보다는 데이터 전송 규격인만큼 전송량과 관계가 있음. zigbee와 thread의 기반이되는 ieee 802.15.4 표준의 비트레이트는 250kbps인데 영상에 대해 잘 모르지만 유튜브에서 권장하는 영상의 비트레이트는 480p가 500~2000kbps라고 함.zigbee와 matter over thread는 영상의 라이브 스트리밍이 기술적으로는 가능하지만 거의 무의미해질것으로 예상됨.

[스싱붕이 3(118.39)]

이미 글쓴이가 말했지만 대역폭이 너무 적어서 힘듬. zigbee도 결국 wifi와 같은 2.4ghz로 통신하다보니 대역폭을 늘릴려면 저전력을 포기해야됨. 아니면 초고도의 압축 코덱이 나와서 전송하는 수 밖에 없는데 이럴려면 장치마다 해당 코덱을 처리하는 하드웨어 칩이 필수로 달려야 해서 힘들고.. 이러니 카메라 같은 경우 제약도 많고 로컬통신만 가능한데다 허브까지 따로 사야되는 지그비보단 WIFI를 선호할 수 밖에 없는구조임

[스싱붕이 1(42.23)]

지그비로만 스마트홈 만들고 있어서 매터 표준에 대해 잘 몰랐는데 수준 높은 글이노 양질의 정보글은 개추야

[익명(cassette0267)]

저전력이 안 되는게 너무 크리티컬하다

[스싱붕이 2(211.179)]

결국 CSA는 매터에서 저전력을 포기할수밖에 없겠지 근데 그렇게되면 매터는 (이미 아니긴 하지만)궁극적인 스마트홈을 목표로 할수가 없고 결국 입문용 프로토콜에 그치게되는 한계에 부딪힐수도?

[스싱붕이 6(211.107)]

나도 이렇게 생각함. 기기랑 프로토콜만 많이 지원하지 정작 IoT제품에서 지원되는 capabilty가 적어서 자동화하기 어려운 단점을 해결하려고 capability를 하나씩 추가하다보면 결국 매터는 저전력 IoT 기기에 쓰기에는 터무니없을정도로 무거워지겠지

[패도(animal2079)]

재실 센서 관련 질문있음. 일반적인 지그비 동작 재실 센서 사면 스싱 스테이션에 부하가 많이 갈것 같아서, 현재 딱히 와이파이도 널널해서 일부로 매터 재실 센서로 사서 굴릴려고 하는데, 스싱마스터의 고견이 필요함

[스싱붕이 3(118.39)]

matter over wifi 재실센서는 통신방식은 문제 없는데 관련 제품이 ㅈㄴ 없는게 문제임. 찻집에 matter에 환장한 사람이 matter over wifi 재실센서 추천글 올려놨길래 써봤는데 별로여서 팔았고 당사자도 알고보니 진작에 팔고 투야 wifi 재실센서 HA에 물려서 로컬투야로 갈아탄거보고 쓰으으읍 하고 말았음..

[패도(animal2079)]

@스싱붕이3(118.39) meross ms600 얘기인것 같은데 안그래도 이거 물어보려고.. 별로라는게 그냥 재실 감지 기능이 잘되지 않는다는 말을 말하는거임? 예를들어 자고 있는데 재실로 표시 안해주던가

[스싱붕이 3(118.39)]

@패도 자체앱으로 기기설치할때부터 자기들이 정한 가이드대로 설치 안하면 자꾸 빠꾸 먹이는 것부터 개 짜증나서 별로였고 재실감지 속도는 괜찮은데 미감지가 잘 안되는 편임. 아마 내 생각인데 주변에 에어컨이나 선풍기 때문으로 추측함. 암만 24g재실 센서들이 그런 문제가 있다곤 하지만 좀 심한거 같음 그리고 소개한 당사자는 센서랑 거리인식이 정확하고 빨라서 좋다곤 하는데 이거라도 어떻게 써먹으려다가 거리 정보는 스싱에 매터로 등록시 사용불가라 포기하고 팔았음

[패도(animal2079)]

그러면 5.8G 쓰는 소노프 06p를 사야할까? 카운터 + 재실 센서 더블 혼용으로 재실 감지 사용하려고 하거든. 그래서 무슨 아카라 FP2 처럼 줘낸 비싼건 필요없고, 카운터 오류 바로잡기 용도로만?

[스싱붕이 4(223.55)]

정보 퀄리티가 좋다. iot중에서 스레드 제품은 최대한 거르기로 결정 했음..

[스싱붕이(221.163)]

매터의 단점을 파악하기위해 정독해보겠음

[스싱붕이 5(211.234)]

Matter 프로토콜에 문제점이 심각한게 몇가지 보이네