Matter概况
我们知道，Matter标准源于智能家居领域对于统一、开放、安全的设备连接标准的迫切需求。其前身是由亚马逊、苹果、谷歌等科技巨头共同支持的“Project Connected Home over IP (CHIP)”项目，旨在简化智能家居产品的开发，并提高产品间的兼容性。
目前，Matter 1.2版本已于近期发布，这一版本包括了九种新设备类型的支持，并对现有产品大类进行了修订和扩展。这些新设备类型包括空气质量传感器、空气净化器、风扇等，进而增强了Matter生态系统的功能和应用范围。此外，Matter 1.2还对技术规范、SDK、认证政策和测试工具进行了重要改进，以提升互操作性、简单性、可靠性和安全性。
Matter标准的发展受到了行业的广泛关注和支持。自Matter 1.0发布以来，CSA联盟的参与者已达到675家公司，认证产品数量达到1214款，加入Matter工作组的成员增加了24%。CSA联盟还设立了专门的互操作测试设施，以确保不同品牌和生态系统的设备能够无缝协作。
Matter标准的核心优势在于其基于互联网协议（IP），能够实现跨品牌和跨生态的设备互联互通。Matter设备可以使用Wi-Fi、Thread和以太网等网络进行通信，并通过蓝牙低功耗协议进行设备配网。此外，Matter还注重安全性，采用了分布式数据库技术和公钥基础设施来验证设备的认证状态和来源，确保设备的真实性和安全性。
随着Matter标准的不断演进和推广，预计未来将有更多的智能家居产品和应用支持Matter，为消费者带来更加丰富和便捷的智能家居体验。
Matter为智能家居产品开发商拓展机遇
图 1：Matter 提供了一个标准应用层，可与各种无线协议一起使用
通过保证 Thread、Wi-Fi 和以太网之间的互操作性，Matter 将使开发人员能够轻松构建创新设备，以在任何家庭自动化生态系统中实施。接下来，我们一起探讨Matter带来的各种可能性。
很长一段时间以来，智能家居行业的发展都比较缓慢，但近年来行业还是最终迎来了快速增长势头。据调查分析公司 Statista 预测，到 2024 年，智能家居市场将产生1544亿美元的收入。其中，约 600 亿美元将由智能家电贡献。
蓬勃发展的市场为智能家居设备带来了丰厚的回报。然而，将产品推向市场并不容易。除了明显的技术问题外，开发人员还面临着其他挑战。其中最关键的是采用哪种智能家居生态系统。亚马逊的Alexa、苹果的HomeKit、Google Home 或三星 SmartThings，再加上一些专有选项，往往会很难决定该往哪个方向发力，尤其是对于智能家居出海企业来说。
而好消息是，这些主要制造商以及服务于智能家居领域的许多其他制造商都认识到了开发人员面临的挑战，并在连接标准联盟 (CSA) 的支持下联合起来。其结果就是 Matter——一种基于成熟技术的统一 IP 连接协议，它使开发人员能够更轻松地构建可靠的智能家居产品，实现与物联网生态系统的无缝连接。
目前，获得 Matter 认证的产品范围正在不断扩大，据科技情报公司 ABI Research 的一份报告预测，到 2030 年，支持Matter协议的智能家居设备出货量将超过 55 亿台。但 Matter 到底是什么？
以及将其整合到智能家居产品中的难易程度如何？
Matter深度探索
首先，Matter 是一种无线协议，它基于现有的 Thread 和 Wi-Fi 智能家居无线技术（以及用于调试的蓝牙 LE）。它提供了一个统一的应用层，使开发人员能够确保他们的产品与其他制造商的产品兼容且可互操作。
图 2：蓝牙 LE 用于调试 Matter 设备，但不用于跨网络传输数据
在典型的智能家居设置中，功率较低的 Matter 设备将在 Thread 网络上运行，而功率和数据带宽需求较高的设备将使用 Wi-Fi。Thread 和 Wi-Fi 支持互联网协议 (IP)，这是一种经过验证且广泛采用的技术，可作为网络层通信标准，用于在互联网上快速移动数据。每个 Thread 或 Wi-Fi 设备都有自己的 IP 地址，并且与协议的互操作性使它们可以非常轻松地连接到云。
实施 Matter 是否值得？
对于供应商而言，设计与 Matter 兼容的产品会增加整个过程的复杂性，例如因为有严格的安全要求，但这确实带来了使产品更值得信赖和更受保护的优势。此外，将 Matter 认证的设备推向市场的成本将高于推出仅与单一全球物联网生态系统或专有替代品兼容的设备。
此外，兼容 Matter 的设备需要蓝牙 LE 和 Thread 连接（对于 Matter-over-Thread 设备）或 Wi-Fi（对于 Matter-over-Wi-Fi 设备），以及足够的计算能力和内存来运行 Matter 堆栈。对于无线设备固件更新 (OTA-DFU) 活动，与单独的应用软件相比，该解决方案将需要高达2倍的闪存。根据实施经验，标准 Matter 设备至少需要 1MByte 的内置闪存（加上相同数量的外部闪存）和 256kBytes 的 RAM。如果设备预计要做的不仅仅是运行 Matter，则需要更多额外的资源。
Matter 依赖于已经广泛实施的 Wi-Fi 接入点 (AP)，这些接入点将支持与符合要求的设备进行交互。对于需要互联网连接才能实现某些功能（例如语音命令）的 Thread 设备，Thread 边界路由器也是必需的。尽管面临一些挑战，但 Matter 已证明对开发者社区大有裨益，因为通过构建符合要求的产品，设备制造商可以摆脱单一生态系统的限制。这使得其设备的市场比没有符合要求时大 3 倍或 4 倍。Matter 对消费者也有好处，因为这意味着他们所有智能家电都不再受限于单一供应商。
蓝牙 LE 调试和 Matter-over-Thread
蓝牙 LE 是一种成熟的低功耗无线技术，几乎所有现代智能手机都采用了该技术。这一点至关重要，因为智能手机是设置智能家居设备的理想选择。因此，蓝牙 LE 在 Matter 标准中受支持，可用于调试和配置，而蓝牙 LE 的一个缺点是缺乏与 IPv6 协议的互操作性。因此，需要智能手机或其他网关设备才能连接到 Wi-Fi 网络。
相比之下，Thread 是基于 IPv6 的网状网络协议，基于 IEEE 802.15.4 介质访问控制 (MAC)/物理层 (PHY)。它针对低带宽应用，并为智能插座或智能灯泡等简单设备带来良好的能效特性。Thread 是一种自我修复、低功耗的网状网络，可以适应添加到网络或从网络中删除的设备。它可以带来低延迟操作（因为设备可以直接相互通信，而无需中间集线器）、内置冗余以及延长的电池寿命。
图 3：Thread 是一种基于 IPv6 的网状协议，基于 IEEE 802.15.4 MAC 和 PHY
虽然 Thread 产品可以在没有 Thread 边界路由器的情况下运行，但 Matter-over-Thread 网络需要这些路由器。此类路由器允许 Thread 设备访问本地网络并与其他基于 IP 的设备（如 Wi-Fi 产品）通信。Wi-Fi AP、智能扬声器和智能灯具可以集成
Thread 边界路由器。任何
Thread 边界路由器都可以与同一网络上的任何 Thread 设备通信，就像任何 Wi-Fi 路由器都可以与任何 Wi-Fi 设备通信一样。一旦 Thread 设备成为 Matter-over-Thread 网络的一部分，它就可以与任何 Matter 平台配合使用。
Matter-over-Wi-Fi
Wi-Fi 对 Matter 的成功至关重要，因为许多兼容该标准的智能家居设备都使用 Wi-Fi 连接到互联网，并与其他设备和基于云的服务交换数据。例如，兼容 Matter 的智能恒温器可能会使用 Wi-Fi 连接到互联网，以便访问天气信息或能源使用数据，从而提高其性能。
目前采用的 Wi-Fi 规范版本 Wi-Fi 6 使流行的无线技术更适合物联网应用，例如家庭自动化中使用的应用。例如，nRF70 系列 Wi-Fi 6 配套 IC 是 Nordic 产品组合的一部分。而nRF7002 是一款节能的 Wi-Fi 6 设备，可提供无缝双频（2.4GHz 和 5GHz）连接以及与蓝牙 LE、Thread 和 Zigbee 无线电的强大共存性。
Matter 应用层使 Thread 设备与家庭 Wi-Fi 网络通信以及从那里与云通信变得更加简单。使用 Wi-Fi 进行网络传输的 Matter 设备不需要内置网状网络支持，因为 Wi-Fi 6 的覆盖范围使得 Matter 设备在大多数情况下都处于覆盖范围内。
图 4：Thread 边界路由器允许网络中的Thread设备访问本地网络并与其他基于IP的设备（如 Wi-Fi 产品）进行通信
如何开始使用 Matter
目前，芯片公司正在让开发人员更容易地将 Matter 融入到他们的新智能家居产品中。例如，Nordic 提供了几款超低功耗、多协议 SoC，它们同时支持蓝牙 LE 和 Thread 协议。nRF52840 使蓝牙 LE 可用于调试，Thread 可用于数据传输。该公司新推出的 nRF54H 系列和 nRF54L 系列配备 Arm Cortex-M33 应用处理器和充足的内存，针对下一代 Matter-over-Thread 终端产品进行了优化。
nRF Connect 软件开发套件 (SDK) 支持 Matter 用例，包括气象站、灯泡、电灯开关、门锁以及 Matter 到蓝牙 LE 桥接器。气象站选项使用传感器远程收集温度、气压和相对湿度数据。它作为 Matter 附件设备运行，可以配对，也可以通过 Matter-over-Thread 网络进行远程控制。
Matter标准的最新动态
Matter 1.2 版于 2023 年 10 月推出——对现有类别进行了修订和补充，并对规范进行了核心改进等。它还增加了 9 种新的设备类型——冰箱、房间空调、洗碗机、洗衣机、机器人吸尘器、烟雾/一氧化碳报警器、空气质量传感器、空气净化器和风扇。
Matter 1.2 规范受益的核心改进包括：
•增强功能可捕捉组合闩锁和螺栓锁单元的常见配置。
•增加设备外观描述。
•现在设备可以由复杂的端点分层组成，从而实现精确的建模。
•语义标签提供一种可互操作的方式来描述通用 Matter 集群/端点的位置和语义功能，从而实现不同客户端之间的一致渲染/应用。
•允许以通用方式表达设备不同操作模式的描述，从而更容易在 Matter 的未来修订中生成新的设备类型。
图 5：Matter 使 Thread 和 Wi-Fi 网络能够和谐地协同工作
Matter 1.2 还在测试和认证计划方面提供了重要的增强功能。这将帮助企业更快地将产品（如硬件、软件、芯片组和支持应用程序）推向市场。另外，还包括可用于新平台的 Matter 1.2 SDK 和对开源 Matter Test Harness 的增强。该工具有助于确保正确实施规范及其功能。
提高智能家居的性能和安全性
Matter 的出现预示着智能家居产品的质量和安全性将长期持续改善。随着互操作性问题的解决，设备制造商可以更加专注于推动产品质量的改进和新功能的开发。随着 Matter 有望成为事实上的智能家居标准，为家电实施更强大、标准化的安全基准也可能会变得更加容易。
在Matter出现之前，家庭自动化受到精通技术的早期采用者的欢迎，但对主流市场来说却令人困惑。现在，Matter让消费者采用智能家居技术变得更加简单，并成功激活了市场。因此，智能家居概念终于有望实现其预期承诺。
本文作者：Finn Boetius，Nordic Semiconductor 产品营销工程师 千家网编辑整理
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