Matter概況
我們知道，Matter標準源于智能家居領域對于統(tǒng)一、開放、安全的設備連接標準的迫切需求。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)”項目，旨在簡化智能家居產(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備類型的支持，并對現(xiàn)有產(chǎn)品大類進行了修訂和擴展。這些新設備類型包括空氣質量傳感器、空氣凈化器、風扇等，進而增強了Matter生態(tài)系統(tǒng)的功能和應用范圍。此外，Matter 1.2還對技術規(guī)范、SDK、認證政策和測試工具進行了重要改進，以提升互操作性、簡單性、可靠性和安全性。
Matter標準的發(fā)展受到了行業(yè)的廣泛關注和支持。自Matter 1.0發(fā)布以來，CSA聯(lián)盟的參與者已達到675家公司，認證產(chǎn)品數(shù)量達到1214款，加入Matter工作組的成員增加了24%。CSA聯(lián)盟還設立了專門的互操作測試設施，以確保不同品牌和生態(tài)系統(tǒng)的設備能夠無縫協(xié)作。
Matter標準的核心優(yōu)勢在于其基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP），能夠實現(xiàn)跨品牌和跨生態(tài)的設備互聯(lián)互通。Matter設備可以使用Wi-Fi、Thread和以太網(wǎng)等網(wǎng)絡進行通信，并通過藍牙低功耗協(xié)議進行設備配網(wǎng)。此外，Matter還注重安全性，采用了分布式數(shù)據(jù)庫技術和公鑰基礎設施來驗證設備的認證狀態(tài)和來源，確保設備的真實性和安全性。
隨著Matter標準的不斷演進和推廣，預計未來將有更多的智能家居產(chǎn)品和應用支持Matter，為消費者帶來更加豐富和便捷的智能家居體驗。
Matter為智能家居產(chǎn)品開發(fā)商拓展機遇
圖 1：Matter 提供了一個標準應用層，可與各種無線協(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)人員能夠輕松構建創(chuàng)新設備，以在任何家庭自動化生態(tài)系統(tǒng)中實施。接下來，我們一起探討Matter帶來的各種可能性。
很長一段時間以來，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勢頭。據(jù)調(diào)查分析公司 Statista 預測，到 2024 年，智能家居市場將產(chǎn)生1544億美元的收入。其中，約 600 億美元將由智能家電貢獻。蓬勃發(fā)展的市場為智能家居設備帶來了豐厚的回報。然而，將產(chǎn)品推向市場并不容易。除了明顯的技術問題外，開發(fā)人員還面臨著其他挑戰(zhàn)。其中最關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，往往會很難決定該往哪個方向發(fā)力，尤其是對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于智能家居領域的許多其他制造商都認識到了開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)，并在連接標準聯(lián)盟 (CSA) 的支持下聯(lián)合起來。其結果就是 Matter——一種基于成熟技術的統(tǒng)一 IP 連接協(xié)議，它使開發(fā)人員能夠更輕松地構建可靠的智能家居產(chǎn)品，實現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的無縫連接。目前，獲得 Matter 認證的產(chǎn)品范圍正在不斷擴大，據(jù)科技情報公司 ABI Research 的一份報告預測，到 2030 年，支持Matter協(xié)議的智能家居設備出貨量將超過 55 億臺。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 是一種無線協(xié)議，它基于現(xiàn)有的 Thread 和 Wi-Fi 智能家居無線技術（以及用于調(diào)試的藍牙 LE）。它提供了一個統(tǒng)一的應用層，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：藍牙 LE 用于調(diào)試 Matter 設備，但不用于跨網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)
在典型的智能家居設置中，功率較低的 Matter 設備將在 Thread 網(wǎng)絡上運行，而功率和數(shù)據(jù)帶寬需求較高的設備將使用 Wi-Fi。Thread 和 Wi-Fi 支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP)，這是一種經(jīng)過驗證且廣泛采用的技術，可作為網(wǎng)絡層通信標準，用于在互聯(lián)網(wǎng)上快速移動數(shù)據(jù)。每個 Thread 或 Wi-Fi 設備都有自己的 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。實施 Matter 是否值得？
對于供應商而言，設計與 Matter 兼容的產(chǎn)品會增加整個過程的復雜性，例如因為有嚴格的安全要求，但這確實帶來了使產(chǎn)品更值得信賴和更受保護的優(yōu)勢。此外，將 Matter 認證的設備推向市場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)或專有替代品兼容的設備。
此外，兼容 Matter 的設備需要藍牙 LE 和 Thread 連接（對于 Matter-over-Thread 設備）或 Wi-Fi（對于 Matter-over-Wi-Fi 設備），以及足夠的計算能力和內(nèi)存來運行 Matter 堆棧。對于無線設備固件更新 (OTA-DFU) 活動，與單獨的應用軟件相比，該解決方案將需要高達2倍的閃存。根據(jù)實施經(jīng)驗，標準 Matter 設備至少需要 1MByte 的內(nèi)置閃存（加上相同數(shù)量的外部閃存）和 256kBytes 的 RAM。如果設備預計要做的不僅僅是運行 Matter，則需要更多額外的資源。Matter 依賴于已經(jīng)廣泛實施的 Wi-Fi 接入點 (AP)，這些接入點將支持與符合要求的設備進行交互。對于需要互聯(lián)網(wǎng)連接才能實現(xiàn)某些功能（例如語音命令）的 Thread 設備，Thread 邊界路由器也是必需的。盡管面臨一些挑戰(zhàn)，但 Matter 已證明對開發(fā)者社區(qū)大有裨益，因為通過構建符合要求的產(chǎn)品，設備制造商可以擺脫單一生態(tài)系統(tǒng)的限制。這使得其設備的市場比沒有符合要求時大 3 倍或 4 倍。Matter 對消費者也有好處，因為這意味著他們所有智能家電都不再受限于單一供應商。藍牙 LE 調(diào)試和 Matter-over-Thread
藍牙 LE 是一種成熟的低功耗無線技術，幾乎所有現(xiàn)代智能手機都采用了該技術。這一點至關重要，因為智能手機是設置智能家居設備的理想選擇。因此，藍牙 LE 在 Matter 標準中受支持，可用于調(diào)試和配置，而藍牙 LE 的一個缺點是缺乏與 IPv6 協(xié)議的互操作性。因此，需要智能手機或其他網(wǎng)關設備才能連接到 Wi-Fi 網(wǎng)絡。
相比之下，Thread 是基于 IPv6 的網(wǎng)狀網(wǎng)絡協(xié)議，基于 IEEE 802.15.4 介質訪問控制 (MAC)/物理層 (PHY)。它針對低帶寬應用，并為智能插座或智能燈泡等簡單設備帶來良好的能效特性。Thread 是一種自我修復、低功耗的網(wǎng)狀網(wǎng)絡，可以適應添加到網(wǎng)絡或從網(wǎng)絡中刪除的設備。它可以帶來低延遲操作（因為設備可以直接相互通信，而無需中間集線器）、內(nèi)置冗余以及延長的電池壽命。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行，但 Matter-over-Thread 網(wǎng)絡需要這些路由器。此類路由器允許 Thread 設備訪問本地網(wǎng)絡并與其他基于 IP 的設備（如 Wi-Fi 產(chǎn)品）通信。Wi-Fi AP、智能揚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)絡上的任何 Thread 設備通信，就像任何 Wi-Fi 路由器都可以與任何 Wi-Fi 設備通信一樣。一旦 Thread 設備成為 Matter-over-Thread 網(wǎng)絡的一部分，它就可以與任何 Matter 平臺配合使用。Matter-over-Wi-Fi
Wi-Fi 對 Matter 的成功至關重要，因為許多兼容該標準的智能家居設備都使用 Wi-Fi 連接到互聯(lián)網(wǎng)，并與其他設備和基于云的服務交換數(shù)據(jù)。例如，兼容 Matter 的智能恒溫器可能會使用 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 使流行的無線技術更適合物聯(lián)網(wǎng)應用，例如家庭自動化中使用的應用。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 設備，可提供無縫雙頻（2.4GHz 和 5GHz）連接以及與藍牙 LE、Thread 和 Zigbee 無線電的強大共存性。Matter 應用層使 Thread 設備與家庭 Wi-Fi 網(wǎng)絡通信以及從那里與云通信變得更加簡單。使用 Wi-Fi 進行網(wǎng)絡傳輸?shù)?Matter 設備不需要內(nèi)置網(wǎng)狀網(wǎng)絡支持，因為 Wi-Fi 6 的覆蓋范圍使得 Matter 設備在大多數(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)絡中的Thread設備訪問本地網(wǎng)絡并與其他基于IP的設備（如 Wi-Fi 產(chǎn)品）進行通信
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，它們同時支持藍牙 LE 和 Thread 協(xié)議。nRF52840 使藍牙 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 應用處理器和充足的內(nèi)存，針對下一代 Matter-over-Thread 終端產(chǎn)品進行了優(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、門鎖以及 Matter 到藍牙 LE 橋接器。氣象站選項使用傳感器遠程收集溫度、氣壓和相對濕度數(shù)據(jù)。它作為 Matter 附件設備運行，可以配對，也可以通過 Matter-over-Thread 網(wǎng)絡進行遠程控制。Matter標準的最新動態(tài)
Matter 1.2 版于 2023 年 10 月推出——對現(xiàn)有類別進行了修訂和補充，并對規(guī)范進行了核心改進等。它還增加了 9 種新的設備類型——冰箱、房間空調(diào)、洗碗機、洗衣機、機器人吸塵器、煙霧/一氧化碳報警器、空氣質量傳感器、空氣凈化器和風扇。
Matter 1.2 規(guī)范受益的核心改進包括：?增強功能可捕捉組合閂鎖和螺栓鎖單元的常見配置。?增加設備外觀描述。?現(xiàn)在設備可以由復雜的端點分層組成，從而實現(xiàn)精確的建模。?語義標簽提供一種可互操作的方式來描述通用 Matter 集群/端點的位置和語義功能，從而實現(xiàn)不同客戶端之間的一致渲染/應用。?允許以通用方式表達設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備類型。圖 5：Matter 使 Thread 和 Wi-Fi 網(wǎng)絡能夠和諧地協(xié)同工作
Matter 1.2 還在測試和認證計劃方面提供了重要的增強功能。這將幫助企業(yè)更快地將產(chǎn)品（如硬件、軟件、芯片組和支持應用程序）推向市場。另外，還包括可用于新平臺的 Matter 1.2 SDK 和對開源 Matter Test Harness 的增強。該工具有助于確保正確實施規(guī)范及其功能。提高智能家居的性能和安全性Matter 的出現(xiàn)預示著智能家居產(chǎn)品的質量和安全性將長期持續(xù)改善。隨著互操作性問題的解決，設備制造商可以更加專注于推動產(chǎn)品質量的改進和新功能的開發(fā)。隨著 Matter 有望成為事實上的智能家居標準，為家電實施更強大、標準化的安全基準也可能會變得更加容易。
在Matter出現(xiàn)之前，家庭自動化受到精通技術的早期采用者的歡迎，但對主流市場來說卻令人困惑?，F(xiàn)在，Matter讓消費者采用智能家居技術變得更加簡單，并成功激活了市場。因此，智能家居概念終于有望實現(xiàn)其預期承諾。本文作者：Finn Boetius，Nordic Semiconductor 產(chǎn)品營銷工程師 千家網(wǎng)編輯整理
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