Matter概況
我們知道，Matter標(biāo)準(zhǔn)源于智能家居領(lǐng)域?qū)τ诮y(tǒng)一、開放、安全的設(shè)備連接標(biāo)準(zhǔn)的迫切需求。其前身是由亞馬遜、蘋果、谷歌等科技巨頭共同支持的“Project Connected Home over IP (CHIP)”項(xiàng)目，旨在簡(jiǎn)化智能家居產(chǎn)品的開發(fā)，并提高產(chǎn)品間的兼容性。
目前，Matter 1.2版本已于近期發(fā)布，這一版本包括了九種新設(shè)備類型的支持，并對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品大類進(jìn)行了修訂和擴(kuò)展。這些新設(shè)備類型包括空氣質(zhì)量傳感器、空氣凈化器、風(fēng)扇等，進(jìn)而增強(qiáng)了Matter生態(tài)系統(tǒng)的功能和應(yīng)用范圍。此外，Matter 1.2還對(duì)技術(shù)規(guī)范、SDK、認(rèn)證政策和測(cè)試工具進(jìn)行了重要改進(jìn)，以提升互操作性、簡(jiǎn)單性、可靠性和安全性。
Matter標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展受到了行業(yè)的廣泛關(guān)注和支持。自Matter 1.0發(fā)布以來，CSA聯(lián)盟的參與者已達(dá)到675家公司，認(rèn)證產(chǎn)品數(shù)量達(dá)到1214款，加入Matter工作組的成員增加了24%。CSA聯(lián)盟還設(shè)立了專門的互操作測(cè)試設(shè)施，以確保不同品牌和生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)備能夠無(wú)縫協(xié)作。
Matter標(biāo)準(zhǔn)的核心優(yōu)勢(shì)在于其基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP），能夠?qū)崿F(xiàn)跨品牌和跨生態(tài)的設(shè)備互聯(lián)互通。Matter設(shè)備可以使用Wi-Fi、Thread和以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，并通過藍(lán)牙低功耗協(xié)議進(jìn)行設(shè)備配網(wǎng)。此外，Matter還注重安全性，采用了分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和公鑰基礎(chǔ)設(shè)施來驗(yàn)證設(shè)備的認(rèn)證狀態(tài)和來源，確保設(shè)備的真實(shí)性和安全性。
隨著Matter標(biāo)準(zhǔn)的不斷演進(jìn)和推廣，預(yù)計(jì)未來將有更多的智能家居產(chǎn)品和應(yīng)用支持Matter，為消費(fèi)者帶來更加豐富和便捷的智能家居體驗(yàn)。
Matter為智能家居產(chǎn)品開發(fā)商拓展機(jī)遇
圖 1：Matter 提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層，可與各種無(wú)線協(xié)議一起使用
通過保證 Thread、Wi-Fi 和以太網(wǎng)之間的互操作性，Matter 將使開發(fā)人員能夠輕松構(gòu)建創(chuàng)新設(shè)備，以在任何家庭自動(dòng)化生態(tài)系統(tǒng)中實(shí)施。接下來，我們一起探討Matter帶來的各種可能性。
很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，智能家居行業(yè)的發(fā)展都比較緩慢，但近年來行業(yè)還是最終迎來了快速增長(zhǎng)勢(shì)頭。據(jù)調(diào)查分析公司 Statista 預(yù)測(cè)，到 2024 年，智能家居市場(chǎng)將產(chǎn)生1544億美元的收入。其中，約 600 億美元將由智能家電貢獻(xiàn)。蓬勃發(fā)展的市場(chǎng)為智能家居設(shè)備帶來了豐厚的回報(bào)。然而，將產(chǎn)品推向市場(chǎng)并不容易。除了明顯的技術(shù)問題外，開發(fā)人員還面臨著其他挑戰(zhàn)。其中最關(guān)鍵的是采用哪種智能家居生態(tài)系統(tǒng)。亞馬遜的Alexa、蘋果的HomeKit、Google Home 或三星 SmartThings，再加上一些專有選項(xiàng)，往往會(huì)很難決定該往哪個(gè)方向發(fā)力，尤其是對(duì)于智能家居出海企業(yè)來說。而好消息是，這些主要制造商以及服務(wù)于智能家居領(lǐng)域的許多其他制造商都認(rèn)識(shí)到了開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)，并在連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟 (CSA) 的支持下聯(lián)合起來。其結(jié)果就是 Matter——一種基于成熟技術(shù)的統(tǒng)一 IP 連接協(xié)議，它使開發(fā)人員能夠更輕松地構(gòu)建可靠的智能家居產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的無(wú)縫連接。目前，獲得 Matter 認(rèn)證的產(chǎn)品范圍正在不斷擴(kuò)大，據(jù)科技情報(bào)公司 ABI Research 的一份報(bào)告預(yù)測(cè)，到 2030 年，支持Matter協(xié)議的智能家居設(shè)備出貨量將超過 55 億臺(tái)。但 Matter 到底是什么？以及將其整合到智能家居產(chǎn)品中的難易程度如何？Matter深度探索
首先，Matter 是一種無(wú)線協(xié)議，它基于現(xiàn)有的 Thread 和 Wi-Fi 智能家居無(wú)線技術(shù)（以及用于調(diào)試的藍(lán)牙 LE）。它提供了一個(gè)統(tǒng)一的應(yīng)用層，使開發(fā)人員能夠確保他們的產(chǎn)品與其他制造商的產(chǎn)品兼容且可互操作。圖 2：藍(lán)牙 LE 用于調(diào)試 Matter 設(shè)備，但不用于跨網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)
在典型的智能家居設(shè)置中，功率較低的 Matter 設(shè)備將在 Thread 網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，而功率和數(shù)據(jù)帶寬需求較高的設(shè)備將使用 Wi-Fi。Thread 和 Wi-Fi 支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP)，這是一種經(jīng)過驗(yàn)證且廣泛采用的技術(shù)，可作為網(wǎng)絡(luò)層通信標(biāo)準(zhǔn)，用于在互聯(lián)網(wǎng)上快速移動(dòng)數(shù)據(jù)。每個(gè) Thread 或 Wi-Fi 設(shè)備都有自己的 IP 地址，并且與協(xié)議的互操作性使它們可以非常輕松地連接到云。實(shí)施 Matter 是否值得？
對(duì)于供應(yīng)商而言，設(shè)計(jì)與 Matter 兼容的產(chǎn)品會(huì)增加整個(gè)過程的復(fù)雜性，例如因?yàn)橛袊?yán)格的安全要求，但這確實(shí)帶來了使產(chǎn)品更值得信賴和更受保護(hù)的優(yōu)勢(shì)。此外，將 Matter 認(rèn)證的設(shè)備推向市場(chǎng)的成本將高于推出僅與單一全球物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)或?qū)Ｓ刑娲芳嫒莸脑O(shè)備。
此外，兼容 Matter 的設(shè)備需要藍(lán)牙 LE 和 Thread 連接（對(duì)于 Matter-over-Thread 設(shè)備）或 Wi-Fi（對(duì)于 Matter-over-Wi-Fi 設(shè)備），以及足夠的計(jì)算能力和內(nèi)存來運(yùn)行 Matter 堆棧。對(duì)于無(wú)線設(shè)備固件更新 (OTA-DFU) 活動(dòng)，與單獨(dú)的應(yīng)用軟件相比，該解決方案將需要高達(dá)2倍的閃存。根據(jù)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn) Matter 設(shè)備至少需要 1MByte 的內(nèi)置閃存（加上相同數(shù)量的外部閃存）和 256kBytes 的 RAM。如果設(shè)備預(yù)計(jì)要做的不僅僅是運(yùn)行 Matter，則需要更多額外的資源。Matter 依賴于已經(jīng)廣泛實(shí)施的 Wi-Fi 接入點(diǎn) (AP)，這些接入點(diǎn)將支持與符合要求的設(shè)備進(jìn)行交互。對(duì)于需要互聯(lián)網(wǎng)連接才能實(shí)現(xiàn)某些功能（例如語(yǔ)音命令）的 Thread 設(shè)備，Thread 邊界路由器也是必需的。盡管面臨一些挑戰(zhàn)，但 Matter 已證明對(duì)開發(fā)者社區(qū)大有裨益，因?yàn)橥ㄟ^構(gòu)建符合要求的產(chǎn)品，設(shè)備制造商可以擺脫單一生態(tài)系統(tǒng)的限制。這使得其設(shè)備的市場(chǎng)比沒有符合要求時(shí)大 3 倍或 4 倍。Matter 對(duì)消費(fèi)者也有好處，因?yàn)檫@意味著他們所有智能家電都不再受限于單一供應(yīng)商。藍(lán)牙 LE 調(diào)試和 Matter-over-Thread
藍(lán)牙 LE 是一種成熟的低功耗無(wú)線技術(shù)，幾乎所有現(xiàn)代智能手機(jī)都采用了該技術(shù)。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)橹悄苁謾C(jī)是設(shè)置智能家居設(shè)備的理想選擇。因此，藍(lán)牙 LE 在 Matter 標(biāo)準(zhǔn)中受支持，可用于調(diào)試和配置，而藍(lán)牙 LE 的一個(gè)缺點(diǎn)是缺乏與 IPv6 協(xié)議的互操作性。因此，需要智能手機(jī)或其他網(wǎng)關(guān)設(shè)備才能連接到 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)。
相比之下，Thread 是基于 IPv6 的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，基于 IEEE 802.15.4 介質(zhì)訪問控制 (MAC)/物理層 (PHY)。它針對(duì)低帶寬應(yīng)用，并為智能插座或智能燈泡等簡(jiǎn)單設(shè)備帶來良好的能效特性。Thread 是一種自我修復(fù)、低功耗的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，可以適應(yīng)添加到網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中刪除的設(shè)備。它可以帶來低延遲操作（因?yàn)樵O(shè)備可以直接相互通信，而無(wú)需中間集線器）、內(nèi)置冗余以及延長(zhǎng)的電池壽命。圖 3：Thread 是一種基于 IPv6 的網(wǎng)狀協(xié)議，基于 IEEE 802.15.4 MAC 和 PHY
雖然 Thread 產(chǎn)品可以在沒有 Thread 邊界路由器的情況下運(yùn)行，但 Matter-over-Thread 網(wǎng)絡(luò)需要這些路由器。此類路由器允許 Thread 設(shè)備訪問本地網(wǎng)絡(luò)并與其他基于 IP 的設(shè)備（如 Wi-Fi 產(chǎn)品）通信。Wi-Fi AP、智能揚(yáng)聲器和智能燈具可以集成Thread邊界路由器。任何Thread 邊界路由器都可以與同一網(wǎng)絡(luò)上的任何 Thread 設(shè)備通信，就像任何 Wi-Fi 路由器都可以與任何 Wi-Fi 設(shè)備通信一樣。一旦 Thread 設(shè)備成為 Matter-over-Thread 網(wǎng)絡(luò)的一部分，它就可以與任何 Matter 平臺(tái)配合使用。Matter-over-Wi-Fi
Wi-Fi 對(duì) Matter 的成功至關(guān)重要，因?yàn)樵S多兼容該標(biāo)準(zhǔn)的智能家居設(shè)備都使用 Wi-Fi 連接到互聯(lián)網(wǎng)，并與其他設(shè)備和基于云的服務(wù)交換數(shù)據(jù)。例如，兼容 Matter 的智能恒溫器可能會(huì)使用 Wi-Fi 連接到互聯(lián)網(wǎng)，以便訪問天氣信息或能源使用數(shù)據(jù)，從而提高其性能。
目前采用的 Wi-Fi 規(guī)范版本 Wi-Fi 6 使流行的無(wú)線技術(shù)更適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如家庭自動(dòng)化中使用的應(yīng)用。例如，nRF70 系列 Wi-Fi 6 配套 IC 是 Nordic 產(chǎn)品組合的一部分。而nRF7002 是一款節(jié)能的 Wi-Fi 6 設(shè)備，可提供無(wú)縫雙頻（2.4GHz 和 5GHz）連接以及與藍(lán)牙 LE、Thread 和 Zigbee 無(wú)線電的強(qiáng)大共存性。Matter 應(yīng)用層使 Thread 設(shè)備與家庭 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)通信以及從那里與云通信變得更加簡(jiǎn)單。使用 Wi-Fi 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?Matter 設(shè)備不需要內(nèi)置網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)支持，因?yàn)?Wi-Fi 6 的覆蓋范圍使得 Matter 設(shè)備在大多數(shù)情況下都處于覆蓋范圍內(nèi)。圖 4：Thread 邊界路由器允許網(wǎng)絡(luò)中的Thread設(shè)備訪問本地網(wǎng)絡(luò)并與其他基于IP的設(shè)備（如 Wi-Fi 產(chǎn)品）進(jìn)行通信
如何開始使用 Matter
目前，芯片公司正在讓開發(fā)人員更容易地將 Matter 融入到他們的新智能家居產(chǎn)品中。例如，Nordic 提供了幾款超低功耗、多協(xié)議 SoC，它們同時(shí)支持藍(lán)牙 LE 和 Thread 協(xié)議。nRF52840 使藍(lán)牙 LE 可用于調(diào)試，Thread 可用于數(shù)據(jù)傳輸。該公司新推出的 nRF54H 系列和 nRF54L 系列配備 Arm Cortex-M33 應(yīng)用處理器和充足的內(nèi)存，針對(duì)下一代 Matter-over-Thread 終端產(chǎn)品進(jìn)行了優(yōu)化。
nRF Connect 軟件開發(fā)套件 (SDK) 支持 Matter 用例，包括氣象站、燈泡、電燈開關(guān)、門鎖以及 Matter 到藍(lán)牙 LE 橋接器。氣象站選項(xiàng)使用傳感器遠(yuǎn)程收集溫度、氣壓和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)。它作為 Matter 附件設(shè)備運(yùn)行，可以配對(duì)，也可以通過 Matter-over-Thread 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。Matter標(biāo)準(zhǔn)的最新動(dòng)態(tài)
Matter 1.2 版于 2023 年 10 月推出——對(duì)現(xiàn)有類別進(jìn)行了修訂和補(bǔ)充，并對(duì)規(guī)范進(jìn)行了核心改進(jìn)等。它還增加了 9 種新的設(shè)備類型——冰箱、房間空調(diào)、洗碗機(jī)、洗衣機(jī)、機(jī)器人吸塵器、煙霧/一氧化碳報(bào)警器、空氣質(zhì)量傳感器、空氣凈化器和風(fēng)扇。
Matter 1.2 規(guī)范受益的核心改進(jìn)包括：?增強(qiáng)功能可捕捉組合閂鎖和螺栓鎖單元的常見配置。?增加設(shè)備外觀描述。?現(xiàn)在設(shè)備可以由復(fù)雜的端點(diǎn)分層組成，從而實(shí)現(xiàn)精確的建模。?語(yǔ)義標(biāo)簽提供一種可互操作的方式來描述通用 Matter 集群/端點(diǎn)的位置和語(yǔ)義功能，從而實(shí)現(xiàn)不同客戶端之間的一致渲染/應(yīng)用。?允許以通用方式表達(dá)設(shè)備不同操作模式的描述，從而更容易在 Matter 的未來修訂中生成新的設(shè)備類型。圖 5：Matter 使 Thread 和 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)能夠和諧地協(xié)同工作
Matter 1.2 還在測(cè)試和認(rèn)證計(jì)劃方面提供了重要的增強(qiáng)功能。這將幫助企業(yè)更快地將產(chǎn)品（如硬件、軟件、芯片組和支持應(yīng)用程序）推向市場(chǎng)。另外，還包括可用于新平臺(tái)的 Matter 1.2 SDK 和對(duì)開源 Matter Test Harness 的增強(qiáng)。該工具有助于確保正確實(shí)施規(guī)范及其功能。提高智能家居的性能和安全性Matter 的出現(xiàn)預(yù)示著智能家居產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性將長(zhǎng)期持續(xù)改善。隨著互操作性問題的解決，設(shè)備制造商可以更加專注于推動(dòng)產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)和新功能的開發(fā)。隨著 Matter 有望成為事實(shí)上的智能家居標(biāo)準(zhǔn)，為家電實(shí)施更強(qiáng)大、標(biāo)準(zhǔn)化的安全基準(zhǔn)也可能會(huì)變得更加容易。
在Matter出現(xiàn)之前，家庭自動(dòng)化受到精通技術(shù)的早期采用者的歡迎，但對(duì)主流市場(chǎng)來說卻令人困惑。現(xiàn)在，Matter讓消費(fèi)者采用智能家居技術(shù)變得更加簡(jiǎn)單，并成功激活了市場(chǎng)。因此，智能家居概念終于有望實(shí)現(xiàn)其預(yù)期承諾。本文作者：Finn Boetius，Nordic Semiconductor 產(chǎn)品營(yíng)銷工程師 千家網(wǎng)編輯整理
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