跟我來！用i.MX 8M和JN5189，快速實現(xiàn)Zigbee和Matter的網(wǎng)絡(luò)橋接

本文將介紹Matter對網(wǎng)絡(luò)橋接功能的支持，并探討在Matter提供的例程基礎(chǔ)上如何使用i.MX 8M和JN5189實現(xiàn)Zigbee網(wǎng)絡(luò)和Matter網(wǎng)絡(luò)之間的橋接，從而將Zigbee設(shè)備連接到Matter網(wǎng)絡(luò)。快來一探究竟吧！

Matter橋接原理

Matter是新一代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)議，與傳統(tǒng)的Z-Wave或Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比，它在安全性、互操作性方面有很大的改進。特別是對多種物理層的支持，讓Matter幾乎能夠運行在所有的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中。

當(dāng)然，傳統(tǒng)的Z-Wave或Zigbee產(chǎn)品并不會很快退出市場，如何將這些產(chǎn)品連接到Matter網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)它們和Matter產(chǎn)品之間的互連互通，是目前急需解決的一個問題。我們可以通過Matter橋接設(shè)備（Bridge）實現(xiàn)Matter和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的互連。

圖1：Matter橋接示意圖

幸運的是，Matter開發(fā)組織已經(jīng)提供了一些Matter橋接設(shè)備的例程。在這些例程中，Matter橋接設(shè)備作為一個Matter設(shè)備可以加入到Matter網(wǎng)絡(luò)，而Z-Wave或Zigbee設(shè)備需要被映射到它的動態(tài)端點（dynamic endpoint）中。這樣Matter網(wǎng)絡(luò)的其它設(shè)備就可以通過Matter橋接設(shè)備的動態(tài)端點來跟Z-Wave或Zigbee設(shè)備通信，如下圖所示。這些端點被稱為“動態(tài)端點”的原因是Zigbee設(shè)備隨時可能離網(wǎng)，原先映射端點也就不再有效。

本文將以Zigbee網(wǎng)絡(luò)為例，以i.MX 8M EVK和JN5189 DK6 EVK為硬件開發(fā)平臺，介紹如何在例程基礎(chǔ)上添加代碼，來實現(xiàn)Zigbee網(wǎng)絡(luò)的橋接功能。

圖2：將Zigbee設(shè)備映射到Matter橋接設(shè)備

i.MX 8M和JN5189介紹

i.MX 8M系列應(yīng)用處理器基于Arm Cortex-A53和Cortex-M4內(nèi)核，具有業(yè)界領(lǐng)先的音頻，語音和視頻處理功能，適用于從消費家庭音頻到工業(yè)樓宇自動化及移動計算機等廣泛應(yīng)用。作為Matter設(shè)備，i.MX 8M EVK配合其板載的藍牙、Wi-Fi以及LAN接口，可以輕松實現(xiàn)Matter over Wi-Fi和Matter over Ethernet通訊。借助于外掛的K32W061 USB dongle，還可以實現(xiàn)Matter over Thread通訊。本文使用其Matter over Wi-Fi方式作為Matter設(shè)備。

JN5189是為極低功耗無線設(shè)備設(shè)計的高性能超低功耗微控制器，搭載了802.15.4 PHY和MAC，以及AES 128硬件加解密模塊，支持Zigbee、Thread以及Matter等多種協(xié)議。本文使用Zigbee協(xié)議，將其作為Zigbee協(xié)調(diào)器來實現(xiàn)橋接功能。

硬件連接

本文中我們使用兩塊i.MX 8M EVK和一個Wi-Fi路由器組件Matter網(wǎng)絡(luò)，其中一塊i.MX 8M EVK作為Matter網(wǎng)絡(luò)控制器 (Commissioner) 運行chip-tool，另外一塊i.MX 8M EVK作為Matter網(wǎng)橋設(shè)備，運行Matter橋接設(shè)備軟件imx-chip-brige-app。

Matter網(wǎng)橋設(shè)備中通過USB端口連接了一個JN5189的Zigbee協(xié)調(diào)器，Matter橋接設(shè)備軟件需要同時支持Matter設(shè)備的功能以及管理Zigbee網(wǎng)絡(luò)的功能。另外，我們使用JN5189 DK6 EVK的OM15076-3 / OM15081-2組合板充當(dāng)Zigbee設(shè)備。

圖3：硬件搭建示意圖

軟件設(shè)計

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Zigbee設(shè)備管理

本文的設(shè)計中，Matter橋接設(shè)備作為Zigbee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，因此它需要管理Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建和Zigbee設(shè)備的入網(wǎng)，離網(wǎng)，命令控制及綁定等操作。同時它需要維護一個Zigbee設(shè)備的本地數(shù)據(jù)庫。如圖4中的ZCB模塊。

為了便于本文的討論，我們將Zigbee設(shè)備簡單地分為兩類。一類是控制設(shè)備，它接受協(xié)調(diào)器的命令并做出動作，這類設(shè)備通常是Zigbee 路由器（Router）。另外一類是傳感器設(shè)備，這類設(shè)備通常是Zigbee 終端設(shè)備（End Device），常常處于睡眠狀態(tài)，有時會利用喚醒的間隔發(fā)送數(shù)據(jù)包到協(xié)調(diào)器。

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Matter橋接設(shè)備對Zigbee設(shè)備的控制

下面分別討論Matter橋接設(shè)備對這兩類設(shè)備的不同處理:

Matter橋接設(shè)備對Zigbee控制設(shè)備

的命令解析及傳遞

已入網(wǎng)的Zigbee設(shè)備會被映射到Matter設(shè)備的動態(tài)端點中，這樣Matter網(wǎng)絡(luò)控制器對Zigbee設(shè)備的控制會發(fā)送到這些端點。對于Zigbee控制類設(shè)備，橋接設(shè)備需要通過Zigbee協(xié)調(diào)器正確地將這些命令轉(zhuǎn)發(fā)給它們。

如圖4中的Level Control和OnOff Control命令。需要注意的是由于Level Control Cluster里的MoveToLevel命令具有延時特性，如下圖的Transition time，我們可以利用Matter協(xié)議棧里的PreCommandCallback回調(diào)函數(shù)來獲取命令的詳細參數(shù)。

對于不帶延時特性的命令，我們可以直接從例程提供的AttributeChangeCallback接口里獲取。

圖4：Zigbee cluster規(guī)范里的MoveToLevel命令參數(shù)圖

對于這類Zigbee控制設(shè)備，設(shè)計的軟件框圖如下：

圖5：發(fā)送控制命令到Zigbee 路由設(shè)備的橋接設(shè)備軟件框圖

Matter橋接設(shè)備對Zigbee傳感器設(shè)備

屬性匯報的管理

對于Zigbee傳感器類設(shè)備，可以在設(shè)備入網(wǎng)時就進行綁定（bind）操作，這樣Zigbee協(xié)調(diào)器就能定期收到屬性數(shù)據(jù)匯報（attribute report）。同時，Matter控制設(shè)備也需要通過subscribe命令將其映射的端點和Cluster綁定到Matter控制設(shè)備。這樣通過兩次綁定，Zigbee傳感器的數(shù)據(jù)最終會被推送到Matter控制設(shè)備。

對于這類Zigbee傳感器設(shè)備，設(shè)計的軟件框圖如下：

圖6：處理Zigbee 終端設(shè)備屬性匯報的橋接設(shè)備軟件框圖

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軟件測試

Matter橋接設(shè)備軟件的設(shè)計基于例程中的Linux平臺，它通過Wi-Fi路由器加入到運行Matter chip-tool的Matter控制設(shè)備，從而組建一個本地的Matter網(wǎng)絡(luò)。

配合Zigbee AN，我們分別利用：

• AN1247作為Zigbee協(xié)調(diào)器，組建Zigbee網(wǎng)絡(luò)并管理Zigbee設(shè)備

• AN1244里的照明設(shè)備作為Zigbee控制設(shè)備接收OnOff、MoveToLevel、MoveToColor等命令

• AN1246里的溫度傳感器作為Zigbee傳感器設(shè)備采集溫度數(shù)據(jù)

通過Matter橋接設(shè)備，實現(xiàn)了Matter控制器對Zigbee照明設(shè)備的控制，同時獲取到由Zigbee傳感器推送的實時溫度數(shù)據(jù)。