Matter的前世今生

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）產(chǎn)品“碎片化”的問題不僅讓消費者和開發(fā)者們頭疼不已，也阻礙了家庭智能硬件產(chǎn)品的進一步發(fā)展。目前，主導物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品發(fā)展的科技巨頭們，都有各自獨立的智能家居生態(tài)系統(tǒng)，如Amazon Alexa，Apple HomeKit和Google Home等等。消費者在挑選智能產(chǎn)品的過程中，不僅需要關注的是產(chǎn)品的功能、特性和價格，還需要去在意它是否兼容家中已有的生態(tài)系統(tǒng)，這難免造成了他們在選擇上的困難以及使用中的不便。

同時，第三方開發(fā)者們在開發(fā)一款智能產(chǎn)品之前，也必須考慮該產(chǎn)品需要支持哪一種生態(tài)系統(tǒng)，以便于滿足該產(chǎn)品目標用戶的需求。如果，開發(fā)者們不滿足于將自己的產(chǎn)品限制于某一種生態(tài)系統(tǒng)中，想要滿足不同的消費者的多樣化的需求并拓展自己的市場占有率。他們可能需要改造已有的設備支持更多的生態(tài)系統(tǒng)，或者重新開發(fā)支持更多智能生態(tài)系統(tǒng)的設備，而這兩種選項都可能會讓他們面臨極大的困境。一方面，不得不花費更多的時間和精力去完成產(chǎn)品的軟件層和不同智能生態(tài)系統(tǒng)的適配工作；另一方面，甚至要為了滿足某些生態(tài)系統(tǒng)的要求，去改動底層硬件或者外觀的設計。各方都希望能形成一套共同接受并遵循的“標準”，去解決以上的“碎片化”的問題。

為了滿足這一共同需求，包括Amazon，Apple，Google等物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建者們與Zigbee聯(lián)盟走到了一起，在2019 年 12 月 宣布成立了Connected Home over IP（CHIP）項目工作組，致力于打造一個基于開源生態(tài)的全新智能家居協(xié)議。2021年5月，隨著Zigbee聯(lián)盟更名為連接標準聯(lián)盟（Connectivity Standards Alliance），項目工作組協(xié)商制定出這個局域網(wǎng)內(nèi)的應用層標準協(xié)議的初稿，并將CHIP改名為：Matter。

Matter 的架構(gòu)

Matter設備將工作在統(tǒng)一的應用層中，且僅僅依賴傳輸層中的 IPv6 標準所構(gòu)成的TCP/IP和UDP協(xié)議，從而兼容不同的物理介質(zhì)和數(shù)據(jù)鏈路標準。因為IP網(wǎng)絡是一個Mesh結(jié)構(gòu)，所以Matter也將呈現(xiàn)為Mesh拓撲結(jié)構(gòu)（由不同通信技術的子網(wǎng)絡組成）。

在計劃于今年秋季正式發(fā)布的第一版Matter協(xié)議中，它將首先支持Ethernet，Wi-Fi和Thread網(wǎng)絡進行設備間通信；并且利用藍牙低功耗（BLE）技術作為Matter設備配網(wǎng)（Commissioning）的通道，以簡化Matter設備的配置步驟。其中，Thread協(xié)議基于IEEE 802.15.4技術，其網(wǎng)絡中的設備無法直接與Wi-Fi或以太網(wǎng)設備通信，因此在Matter拓撲結(jié)構(gòu)中需要增加Thread邊界路由器，使Thread網(wǎng)絡中的Matter設備與其他網(wǎng)絡中的設備可以互聯(lián)。比如，一個僅支持Thread網(wǎng)絡的Matter設備，可以通過Border Router（如HomePod Mini），來和其他的僅支持Wi-Fi網(wǎng)絡的設備（如iPhone）進行通信。

Matter 的特性

Matter網(wǎng)絡中將擁有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和交互模型。Matter協(xié)議把網(wǎng)絡當作共享資源處理，沒有設定排他性的網(wǎng)絡所有權(quán)和訪問權(quán)，這就使得多個不同協(xié)議的網(wǎng)絡可以共存于同一組IPv6的網(wǎng)絡中。

以往兩個智能設備需要處于同一個物理網(wǎng)絡中的才可以實現(xiàn)互相通訊。而Matter協(xié)議將構(gòu)建起多個虛擬的網(wǎng)絡，允許不同物理網(wǎng)絡中的智能設備實現(xiàn)互相通訊。這里虛擬的網(wǎng)絡是一群Matter設備的集合，被稱作一個Fabric。在實現(xiàn)中，一個Fabric往往對應一個智能生態(tài)系統(tǒng)所構(gòu)成的網(wǎng)絡。一個物理設備被叫做Node（相當于HomeKit中的Accessory），一個Node可以被加入到一個或多個Fabrics之中。

Node下面用擁有獨立地址的Endpoint（端點）來表示不同功能模塊，比如上圖中Endpoint 1和Endpoint 2來表示一個空調(diào)的不同功能模塊；Endpoint 0是必須保留的根端點，用來描述設備特性。Endpoint中用若干個Cluster（繼承于Zigbee Cluster Library，ZCL）來表述具體功能，如開關，風力，溫度測量和溫度控制。而Matter設備之間的交互（Interaction），則是由一個設備的某個Endpoint和另一個設備的某個Endpoint之間的通訊來完成的。

除此之外，Matter協(xié)議所構(gòu)建的網(wǎng)絡還具有以下特性：

Multi-Admin，支持把Matter設備同時加入到不同生態(tài)系統(tǒng)中的能力，被不同F(xiàn)abrics中的管理員（Administrator）所管理，從而實現(xiàn)廣泛的兼容性。

通過分布式合規(guī)設備總賬（Distributed Compliance Ledger, DCL）來共享Matter廠商及設備的信息。每個生態(tài)系統(tǒng)都可以向DCL查詢Matter配網(wǎng)，OTA等過程中所需要的信息。

允許使用者在無需連接到云端的情況下，進行本地設備的控制。

已經(jīng)大量存在的非Matter的智能設備，也有機會通過Matter Bridge設備被添加到Matter Fabric之中。這個Matter Bridge設備負責和非Matter設備通信，它會將非Matter設備虛擬成對應的Endpoint，就像一個Node里面有多個不同功能的Endpoints，從而讓Matter網(wǎng)絡中的Matter設備可以和非Matter設備實現(xiàn)通信。

Matter 的功能

Matter協(xié)議主要是面向智能家居市場，其主要支持的設備類型有：

照明，開關等照明設備

加熱，制冷等空氣處理設備

探測器，報警器等安全設備

門禁，門鎖等進入控制設備

音箱，電視等影音娛樂設備

窗戶，窗簾等采光通風設備

熱點，網(wǎng)橋等網(wǎng)絡中繼設備

隨著Matter協(xié)議的發(fā)展和演化，在未來還會支持更多的智能設備。

Matter 的未來

Matter 項目獲得如此高的關注，并不僅僅是因為它在概念和標準上的先進，而是源于三位智能家居巨頭的承諾。在 Matter 項目立項之初，Amazon，Apple和Google就承諾使用該協(xié)議的設備將可以兼容他們的生態(tài)。在Matter協(xié)議推出之后，IoT產(chǎn)品的開發(fā)者們將能夠做到一次開發(fā)同時支持多個生態(tài)系統(tǒng)（Amazon Alexa，Apple HomeKit和Google Home等）的接入?yún)f(xié)議，這將大大簡化開發(fā)者的工作，使得智能設備能無縫地連接到任何Matter兼容的智能生態(tài)系統(tǒng)中。消費者也可以更容易地選購產(chǎn)品，而不用特別擔心買到的設備和已有的生態(tài)系統(tǒng)的適配問題。

關 于 泰 凌

泰凌微電子致力于為客戶提供一站式的低功耗高性能無線連接SoC芯片解決方案，包括經(jīng)典藍牙，藍牙低功耗，藍牙Mesh，Zigbee，Thread，Matter，Apple HomeKit，Apple“查找（Find My）”，和私有協(xié)議等低功耗2.4GHz多協(xié)議無線連接系統(tǒng)級芯片和豐富的固件協(xié)議棧。公司產(chǎn)品廣泛應用于智能照明，智能家居/樓宇，智能遙控，無線外設，智能零售，穿戴設備，無線音頻，智能玩具，物流追蹤，智慧城市等各類消費和商業(yè)應用場景中。

審核編輯 ：李倩