在今天的智能家居領(lǐng)域，新發(fā)布的Matter標(biāo)準(zhǔn)無疑是最大的亮點(diǎn)，它作為消費(fèi)電子產(chǎn)品的通用語言，正在突破困擾智能家居領(lǐng)域多年的互操作性的瓶頸。

Matter標(biāo)準(zhǔn)是什么？它能做什么，不能做什么？它有何神奇之處，能讓各大企業(yè)摒棄孤立的生態(tài)體系，轉(zhuǎn)而支持開放的連接？開發(fā)符合Matter標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和方案，在系統(tǒng)架構(gòu)、芯片、軟件和開發(fā)流程上，應(yīng)該如何進(jìn)行技術(shù)布局？……

如果你對(duì)這些有關(guān)Matter標(biāo)準(zhǔn)的問題充滿了好奇，或者是希望借助這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)在未來智能家居安全互聯(lián)領(lǐng)域有所建樹，那么下面這份最新發(fā)布的研究報(bào)告，將給你一個(gè)完整的闡釋。

《MATTER標(biāo)準(zhǔn)——讓智能家居更智能》白皮書

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本文將節(jié)選《MATTER標(biāo)準(zhǔn)——讓智能家居更智能》白皮書中有關(guān)Matter標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)架構(gòu)的精華章節(jié)，與大家分享，也歡迎大家下載完整中文版，仔細(xì)研讀！

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Matter標(biāo)準(zhǔn)明確如何使用現(xiàn)有的、廣泛部署的標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)互操作性。Matter標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)創(chuàng)造新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。點(diǎn)擊此處免費(fèi)下載完整的1.0文檔，其中包括內(nèi)核規(guī)范、設(shè)備庫規(guī)范和應(yīng)用集群規(guī)范。文件共有1347頁，內(nèi)容豐富，技術(shù)信息密集，需要煮上一壺咖啡慢慢品讀。但不用擔(dān)心，本文將進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

核心架構(gòu)

Matter標(biāo)準(zhǔn)的核心是定義了一種基于IPv6的通信協(xié)議，適用于智能家居應(yīng)用。如圖1所示， Matter標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)應(yīng)用層，基于具有以太網(wǎng)、Wi-Fi和Thread網(wǎng)絡(luò)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧構(gòu)建。Matter標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)設(shè)備都使用該協(xié)議棧的一個(gè)版本與其他設(shè)備交換消息。低功耗藍(lán)牙 (Bluetooth LE) 也是協(xié)議棧的一部分，但它用于調(diào)試 (設(shè)置)，而不是數(shù)據(jù)通信。

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圖1:MATTER標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧

Matter標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層由若干層組成，如下所示：

• 數(shù)據(jù)模型——維護(hù)應(yīng)用層用于與設(shè)備交互的“名詞和動(dòng)詞”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

• 操作 (Action) ——構(gòu)造由數(shù)據(jù)模型層定義的交互，即讀寫設(shè)備屬性。

• 操作構(gòu)架 (Action framing) ——將交互序列化為指定的二進(jìn)制消息，并將其編碼進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。

• 安全——對(duì)消息進(jìn)行加密并附加身份驗(yàn)證代碼。

• 消息——使用消息屬性和路由信息構(gòu)造有效負(fù)載格式。

• IP構(gòu)架和傳輸管理——將消息發(fā)送到底層傳輸協(xié)議 (TCP或Matter標(biāo)準(zhǔn)的UDP消息可靠性協(xié)議)。

Matter標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)理念基于現(xiàn)有的獨(dú)立于域的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建，在協(xié)議棧的頂部是域?qū)Ｓ玫膶?(即數(shù)據(jù)模型和交互模型)。這種方法簡(jiǎn)化了添加和維護(hù)智能家居領(lǐng)域?qū)Ｓ玫脑O(shè)備定義、交互和行為。

基于MATTER標(biāo)準(zhǔn)的智能家居網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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圖2:基于MATTER標(biāo)準(zhǔn)的智能家居網(wǎng)絡(luò)原理圖

圖2展示了一個(gè)典型的智能家居場(chǎng)景，各種設(shè)備通過以太網(wǎng)、Wi-Fi和Thread連接。除了目前提供以太網(wǎng)和Wi-Fi連接的Wi-Fi路由器外，還有5類Matter標(biāo)準(zhǔn)和Thread標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品：

• Matter標(biāo)準(zhǔn)控制器——智能音箱和集線器等設(shè)備直接與所有Matter標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行通信。不同家居自動(dòng)化平臺(tái)的控制器可以共存并連接到相同的Matter標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

• Matter標(biāo)準(zhǔn)高性能設(shè)備——通常通過Wi-Fi連接。

• Thread邊界路由器——將Thread網(wǎng)格設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接到家中的Wi-Fi或以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)?？赡苡卸鄠€(gè)邊界路由器。

• Thread網(wǎng)格擴(kuò)展器——常開、市電供電的邊緣設(shè)備 (例如，燈開關(guān)) 有助于在全屋擴(kuò)展Thread網(wǎng)格，在執(zhí)行控制和傳感功能的同時(shí)傳輸Thread網(wǎng)絡(luò)流量。

• 低功耗設(shè)備——小型低功耗邊緣設(shè)備通常由電池供電，甚至是紐扣電池，通常不能用作擴(kuò)展器。

具有舊 (非Matter標(biāo)準(zhǔn)) 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的家庭可能還有其它兩種類型的組件。

• Matter標(biāo)準(zhǔn)橋——在Matter標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

• 傳統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)——傳統(tǒng)設(shè)備通過橋接功能連接到Matter標(biāo)準(zhǔn)，制造商通常將其集成到傳統(tǒng)設(shè)備集線器中。

安全設(shè)備設(shè)置

搭建圖2所示的網(wǎng)絡(luò)既快速又簡(jiǎn)單。下文從用戶的角度概要介紹了典型的設(shè)備設(shè)置過程。

• 打開設(shè)備并連接。

• 使用智能手機(jī)獲取設(shè)備的設(shè)置ID (二維碼、NFC或手動(dòng)輸入)。方法因設(shè)備而異。

• 其余的操作自動(dòng)完成。該設(shè)備加入用戶的家庭網(wǎng)絡(luò)，由與家居自動(dòng)化平臺(tái)相關(guān)聯(lián)的Matter標(biāo)準(zhǔn)控制器進(jìn)行識(shí)別。

下文提供了設(shè)備設(shè)置過程幕后情況的更多細(xì)節(jié)。

• 客戶實(shí)際安裝一臺(tái)新的Matter標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，通常通過連接操作或安裝電池來完成。

• 使用智能手機(jī)應(yīng)用或其他支持Matter標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，客戶通過掃描二維碼、NFC或手動(dòng)輸入等方式輸入設(shè)置ID。(設(shè)備專用)

• 如有必要，用戶將設(shè)備置于調(diào)試模式。(設(shè)備專用)

• 然后應(yīng)用連接到設(shè)備，通常通過低功耗藍(lán)牙 (Bluetooth LE ) 連接。

• 在幕后，Matter標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其分布式合規(guī)設(shè)備總帳 (Distributed Compliance Ledger) 對(duì)設(shè)備進(jìn)行身份驗(yàn)證，并執(zhí)行其他安全相關(guān)功能。

• 在身份驗(yàn)證后，Matter標(biāo)準(zhǔn)通過低功耗藍(lán)牙連接發(fā)送網(wǎng)絡(luò)憑證 (用于Thread或 Wi-Fi)。

• 然后，該設(shè)備加入客戶的網(wǎng)絡(luò)，智能家居平臺(tái)的家居Matter標(biāo)準(zhǔn)控制器開始使用它。

已經(jīng)連接到客戶家居自動(dòng)化平臺(tái)的供應(yīng)商可預(yù)先配置網(wǎng)絡(luò)憑證，無需“掃描二維碼”。在這種情況下，唯一的手動(dòng)操作是連接設(shè)備并將其打開。設(shè)置過程非常簡(jiǎn)單。

設(shè)置完成后，用戶可通過相同的流程將Matter標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備與其他智能家居平臺(tái)連接起來。可通過Matter標(biāo)準(zhǔn)的多管理員功能實(shí)現(xiàn)，讓用戶可以控制哪些應(yīng)用可以訪問哪些設(shè)備。

設(shè)備類別

Matter標(biāo)準(zhǔn)于2023年初推出，客戶需要知道哪些類別的設(shè)備最先進(jìn)入市場(chǎng)。Matter標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)15年累積的設(shè)備定義，基于Zigbee集群庫制定了設(shè)備規(guī)范和應(yīng)用集群規(guī)范。盡管 Zigbee為Matter標(biāo)準(zhǔn)提供了良好的開端，但設(shè)備規(guī)范比較復(fù)雜、難以制定、測(cè)試緩慢， 有時(shí)還存在爭(zhēng)議。Matter標(biāo)準(zhǔn)將功能域的初始集群限制在少數(shù)高優(yōu)先級(jí)、常用設(shè)備類型， 這種做法非常睿智。一些分析師希望在第一個(gè)版本中涵蓋更多設(shè)備，但我們很高興Matter標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)隊(duì)更重視質(zhì)量，而不是設(shè)備覆蓋率。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，在添加更多設(shè)備之前應(yīng)確保核心功能正常運(yùn)行。Matter 1.0支持7種設(shè)備類別:

• 照明和電氣控制

• 控制器和橋

• 窗簾

• 門鎖

• 暖通空調(diào)控制

• 電視和媒體設(shè)備

• 安全傳感器

連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟計(jì)劃每半年更新一次Matter標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，添加新設(shè)備和功能，我們無需等待太久便能看到新設(shè)備。工作組目前正在處理下列新設(shè)備類別：

• 攝像頭

• 家電——白色家電

• 能源管理

• 環(huán)境感測(cè)和控制

• 運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)感測(cè)

• 機(jī)器人吸塵器

• 接入點(diǎn)

• 門窗傳感器

• 安全傳感器——檢測(cè)煙霧、一氧化碳

某些設(shè)備類型可能需要比預(yù)期更長(zhǎng)的時(shí)間才能添加。例如，與安全有關(guān)的傳感器和告警器通常需要額外的認(rèn)證。但Matter標(biāo)準(zhǔn)承諾定期更新升級(jí)，因此我們預(yù)計(jì)設(shè)備覆蓋率將穩(wěn)步增長(zhǎng)。

認(rèn)證

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立機(jī)構(gòu)向符合正式認(rèn)證要求的產(chǎn)品頒發(fā)標(biāo)識(shí)。產(chǎn)品上有Matter標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)則表明符合 Matter標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并通過了獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室關(guān)于與其它Matter標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品互操作性的測(cè)試。認(rèn)證僅適用于連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟成員，由全球多家獨(dú)立測(cè)試機(jī)構(gòu)授權(quán)。Matter標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證還需要Wi-Fi和Thread等相關(guān)認(rèn)證的證明。csa-iot.org上的認(rèn)證產(chǎn)品列表對(duì)所有人開放。選擇 Matter標(biāo)準(zhǔn)為項(xiàng)目類型。

傳統(tǒng)設(shè)備——MATTER標(biāo)準(zhǔn)橋接

擁有一個(gè)或多個(gè)非Matter標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備生態(tài)體系的智能家居愛好者預(yù)計(jì)將繼續(xù)使用現(xiàn)有設(shè)備， 同時(shí)逐漸采用Matter標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。缺乏對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品的支持可能會(huì)很大程度阻礙已有智能家居設(shè)備的用戶選擇Matter設(shè)備，而Matter標(biāo)準(zhǔn)需要迎合他們的需求。

Matter標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括“橋接”功能，如圖3所示，它使制造商能夠構(gòu)建在Matter標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和傳統(tǒng)設(shè)備協(xié)議之間轉(zhuǎn)換的設(shè)備。橋的兩端分別與Matter標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)協(xié)議 (如Zigbee或 Z-Wave) 進(jìn)行通信。如圖所示，如果Matter標(biāo)準(zhǔn)橋支持傳統(tǒng)協(xié)議，就可以同時(shí)支持制造商 現(xiàn)有的專用應(yīng)用。

許多特性和功能都能夠輕松轉(zhuǎn)換，例如開關(guān)燈。然而，專用設(shè)備功能通常很難 (或不可能) 映射到可互操作的Matter標(biāo)準(zhǔn)模型上，因此協(xié)議轉(zhuǎn)換通常不完整。橋開發(fā)人員可以選擇使用制造商專用的集群和設(shè)備類型向Matter標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)體系公開獨(dú)特的功能，盡管這種方法可能會(huì)產(chǎn)生兼容性問題。我們預(yù)計(jì)Zigbee橋比其他生態(tài)體系更易構(gòu)建，也更全面，因?yàn)镸atter標(biāo)準(zhǔn)利用了Zigbee的集群和設(shè)備規(guī)范，因此需要進(jìn)行的轉(zhuǎn)換更少。

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圖3:MATTER標(biāo)準(zhǔn)橋

恩智浦的領(lǐng)導(dǎo)地位——芯片和和軟件

十多年來，恩智浦一直支持技術(shù)創(chuàng)新，使Matter標(biāo)準(zhǔn)成為可能。2012年，飛思卡爾半導(dǎo)體(現(xiàn)恩智浦半導(dǎo)體) 成為Thread Group的創(chuàng)始公司之一。自2015年與飛思卡爾合并以來， 恩智浦一直是Thread標(biāo)準(zhǔn)的主要貢獻(xiàn)者。恩智浦認(rèn)識(shí)到需要一個(gè)通用的、基于IP的智能家居應(yīng)用層，并于2019年與其他幾家大型企業(yè)攜手創(chuàng)建了“IP互聯(lián)家居項(xiàng)目”(CHIP)， 后更名為Matter。如今，恩智浦的Matter標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品組合體現(xiàn)了基于開放標(biāo)準(zhǔn)的一致行業(yè)領(lǐng)先戰(zhàn)略。

恩智浦和其他供應(yīng)商生產(chǎn)的精密芯片使嵌入式互聯(lián)產(chǎn)品“融入我們周圍的世界中”，讓Matter標(biāo)準(zhǔn)成功問世。智能家居技術(shù)的“融入”，嵌入式器件必須體積小、功耗低 (通常由電池供電)、安全、支持無線，并且能夠運(yùn)行IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和應(yīng)用軟件。此外，平臺(tái)還要價(jià)格低廉，符合現(xiàn)有的消費(fèi)電子產(chǎn)品價(jià)格區(qū)間，而不會(huì)大幅提高價(jià)格。70美元智能燈開關(guān)的時(shí)代即將結(jié)束。

Matter標(biāo)準(zhǔn)芯片需要具有以下四個(gè)特點(diǎn)：

• 支持Matter標(biāo)準(zhǔn)——具有片上無線網(wǎng)絡(luò)、安全性、“物理世界”接口以及充足的 處理能力、內(nèi)存和閃存的SoC

• 方便嵌入——小型低功耗平臺(tái)，可輕松集成到家中的所有設(shè)備

• 安全——可簡(jiǎn)化Matter標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)和Thread產(chǎn)品認(rèn)證的安全子系統(tǒng)，前期設(shè)計(jì)采納而非后期插件

• 完整的解決方案——芯片、開發(fā)板和基于Matter標(biāo)準(zhǔn)的軟件包，“開箱即用”

我們深入研究一下恩智浦基于Matter標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品組合，了解芯片如何適用于現(xiàn)實(shí)世界的智能家居產(chǎn)品，并概要介紹開發(fā)過程。

圖4列出了恩智浦的Matter標(biāo)準(zhǔn)芯片產(chǎn)品組合，并展示了芯片如何映射到本白皮書“基于 Matter標(biāo)準(zhǔn)的智能家居架構(gòu)”部分定義的五個(gè)Matter設(shè)備類別。

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圖4：恩智浦面向MATTER和THREAD的芯片

圖4的最上方是高性能Matter標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。開發(fā)人員將i.MX 8M Mini微處理器 (MPU) 與各種無線芯片相結(jié)合，具體取決于Thread應(yīng)用的類型和產(chǎn)品的價(jià)格目標(biāo)。雙芯片無線靈活性延伸至下一個(gè)性能較低的選項(xiàng)，即i.MX RT“跨界”微控制器 (MCU)?？缃鏜CU為低功耗、 低成本產(chǎn)品提供了MPU級(jí)性能。恩智浦還提供4種單芯片Matter標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，具有各種性能 和無線選項(xiàng)，適用于要求低功耗、小尺寸和低成本的應(yīng)用。

恩智浦為Matter標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用開發(fā)了領(lǐng)先的三頻技術(shù)，提供完全集成的Wi-Fi、Thread和低功耗藍(lán)牙雙芯片和單芯片配置。IW612三頻芯片，與i.MX 8M Mini MPU相結(jié)合，創(chuàng)建了完整的平臺(tái)，適用于Matter標(biāo)準(zhǔn)控制器和其他高性能應(yīng)用。對(duì)于低功耗、低成本的產(chǎn)品 (如Thread邊界路由器)，恩智浦最近發(fā)布了單芯片、三頻RW612。三頻技術(shù)通過集成的硬 件和軟件、預(yù)先設(shè)計(jì)的無線共存邏輯和快速的監(jiān)管認(rèn)證，簡(jiǎn)化并加速了無線平臺(tái)的開發(fā)。

恩智浦為定義Matter標(biāo)準(zhǔn)安全規(guī)范做出了重要貢獻(xiàn)，是為Matter標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證平臺(tái)提供所有芯片、軟件、參考設(shè)計(jì)和服務(wù)的第一批半導(dǎo)體公司，助力客戶構(gòu)建和部署安全產(chǎn)品。

恩智浦為客戶提供全套的安全技術(shù)。例如，恩智浦是Matter標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的一個(gè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)， 能夠?yàn)镸atter標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品頒發(fā)產(chǎn)品認(rèn)證證書。

此外，恩智浦還可以將憑證預(yù)注入嵌入式安全芯片和驗(yàn)證芯片，通過無線方式 (OTA) 安全地交付憑證，并通過EdgeLock 2GO服務(wù)協(xié)助證書部署和配置。對(duì)于消費(fèi)電子制造商來說， 恩智浦的預(yù)認(rèn)證平臺(tái)和服務(wù)可加速開發(fā)、簡(jiǎn)化認(rèn)證、簡(jiǎn)化部署、減少對(duì)企業(yè)內(nèi)部安全專業(yè)知識(shí)的需求，并限制管理開銷。

實(shí)現(xiàn)智能家居的無縫互操作

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本文作者

《MATTER 標(biāo)準(zhǔn)：讓智能家居更智能》研究報(bào)告的作者為Bill Curtis，Moor Insights & Strategy工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)駐場(chǎng)分析師。想要了解Bill有關(guān)Matter標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì)的更多洞見，請(qǐng)參閱這篇博文>>