Matter概況
我們知道，Matter标準源于智能家居領域對于統一、開放、安全的裝置連接配接标準的迫切需求。其前身是由亞馬遜、蘋果、谷歌等科技巨頭共同支援的“Project Connected Home over IP (CHIP)”項目，旨在簡化智能家居産品的開發，并提高産品間的相容性。
目前，Matter 1.2版本已于近期釋出，這一版本包括了九種新裝置類型的支援，并對現有産品大類進行了修訂和擴充。這些新裝置類型包括空氣品質傳感器、空氣淨化器、風扇等，進而增強了Matter生态系統的功能和應用範圍。此外，Matter 1.2還對技術規範、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标準的發展受到了行業的廣泛關注和支援。自Matter 1.0釋出以來，CSA聯盟的參與者已達到675家公司，認證産品數量達到1214款，加入Matter工作組的成員增加了24%。CSA聯盟還設立了專門的互操作測試設施，以確定不同品牌和生态系統的裝置能夠無縫協作。
Matter标準的核心優勢在于其基于網際網路協定（IP），能夠實作跨品牌和跨生态的裝置互聯互通。Matter裝置可以使用Wi-Fi、Thread和以太網等網絡進行通信，并通過藍牙低功耗協定進行裝置配網。此外，Matter還注重安全性，采用了分布式資料庫技術和公鑰基礎設施來驗證裝置的認證狀态和來源，確定裝置的真實性和安全性。
随着Matter标準的不斷演進和推廣，預計未來将有更多的智能家居産品和應用支援Matter，為消費者帶來更加豐富和便捷的智能家居體驗。
Matter為智能家居産品開發商拓展機遇
圖 1：Matter 提供了一個标準應用層，可與各種無線協定一起使用
通過保證 Thread、Wi-Fi 和以太網之間的互操作性，Matter 将使開發人員能夠輕松建構創新裝置，以在任何家庭自動化生态系統中實施。接下來，我們一起探讨Matter帶來的各種可能性。
很長一段時間以來，智能家居行業的發展都比較緩慢，但近年來行業還是最終迎來了快速增長勢頭。據調查分析公司 Statista 預測，到 2024 年，智能家居市場将産生1544億美元的收入。其中，約 600 億美元将由智能家電貢獻。
蓬勃發展的市場為智能家居裝置帶來了豐厚的回報。然而，将産品推向市場并不容易。除了明顯的技術問題外，開發人員還面臨着其他挑戰。其中最關鍵的是采用哪種智能家居生态系統。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力，尤其是對于智能家居出海企業來說。
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人員面臨的挑戰，并在連接配接标準聯盟 (CSA) 的支援下聯合起來。其結果就是 Matter——一種基于成熟技術的統一 IP 連接配接協定，它使開發人員能夠更輕松地建構可靠的智能家居産品，實作與物聯網生态系統的無縫連接配接。
目前，獲得 Matter 認證的産品範圍正在不斷擴大，據科技情報公司 ABI Research 的一份報告預測，到 2030 年，支援Matter協定的智能家居裝置出貨量将超過 55 億台。但 Matter 到底是什麼？ 以及将其整合到智能家居産品中的難易程度如何？
Matter深度探索
首先，Matter 是一種無線協定，它基于現有的 Thread 和 Wi-Fi 智能家居無線技術（以及用于調試的藍牙 LE）。它提供了一個統一的應用層，使開發人員能夠確定他們的産品與其他制造商的産品相容且可互操作。
圖 2：藍牙 LE 用于調試 Matter 裝置，但不用于跨網絡傳輸資料
在典型的智能家居設定中，功率較低的 Matter 裝置将在 Thread 網絡上運作，而功率和資料帶寬需求較高的裝置将使用 Wi-Fi。Thread 和 Wi-Fi 支援網際網路協定 (IP)，這是一種經過驗證且廣泛采用的技術，可作為網絡層通信标準，用于在網際網路上快速移動資料。每個 Thread 或 Wi-Fi 裝置都有自己的 IP 位址，并且與協定的互操作性使它們可以非常輕松地連接配接到雲。
實施 Matter 是否值得？
對于供應商而言，設計與 Matter 相容的産品會增加整個過程的複雜性，例如因為有嚴格的安全要求，但這确實帶來了使産品更值得信賴和更受保護的優勢。此外，将 Matter 認證的裝置推向市場的成本将高于推出僅與單一全球物聯網生态系統或專有替代品相容的裝置。
此外，相容 Matter 的裝置需要藍牙 LE 和 Thread 連接配接（對于 Matter-over-Thread 裝置）或 Wi-Fi（對于 Matter-over-Wi-Fi 裝置），以及足夠的計算能力和記憶體來運作 Matter 堆棧。對于無線裝置固件更新 (OTA-DFU) 活動，與單獨的應用軟體相比，該解決方案将需要高達2倍的閃存。根據實施經驗，标準 Matter 裝置至少需要 1MByte 的内置閃存（加上相同數量的外部閃存）和 256kBytes 的 RAM。如果裝置預計要做的不僅僅是運作 Matter，則需要更多額外的資源。
Matter 依賴于已經廣泛實施的 Wi-Fi 接入點 (AP)，這些接入點将支援與符合要求的裝置進行互動。對于需要網際網路連接配接才能實作某些功能（例如語音指令）的 Thread 裝置，Thread 邊界路由器也是必需的。盡管面臨一些挑戰，但 Matter 已證明對開發者社群大有裨益，因為通過建構符合要求的産品，裝置制造商可以擺脫單一生态系統的限制。這使得其裝置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，因為這意味着他們所有智能家電都不再受限于單一供應商。
藍牙 LE 調試和 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，因為智能手機是設定智能家居裝置的理想選擇。是以，藍牙 LE 在 Matter 标準中受支援，可用于調試和配置，而藍牙 LE 的一個缺點是缺乏與 IPv6 協定的互操作性。是以，需要智能手機或其他網關裝置才能連接配接到 Wi-Fi 網絡。
相比之下，Thread 是基于 IPv6 的網狀網絡協定，基于 IEEE 802.15.4 媒體通路控制 (MAC)/實體層 (PHY)。它針對低帶寬應用，并為智能插座或智能燈泡等簡單裝置帶來良好的能效特性。Thread 是一種自我修複、低功耗的網狀網絡，可以适應添加到網絡或從網絡中删除的裝置。它可以帶來低延遲操作（因為裝置可以直接互相通信，而無需中間集線器）、内置備援以及延長的電池壽命。
圖 3：Thread 是一種基于 IPv6 的網狀協定，基于 IEEE 802.15.4 MAC 和 PHY
雖然 Thread 産品可以在沒有 Thread 邊界路由器的情況下運作，但 Matter-over-Thread 網絡需要這些路由器。此類路由器允許 Thread 裝置通路本地網絡并與其他基于 IP 的裝置（如 Wi-Fi 産品）通信。Wi-Fi AP、智能揚聲器和智能燈具可以內建 Thread 邊界路由器。任何 Thread 邊界路由器都可以與同一網絡上的任何 Thread 裝置通信，就像任何 Wi-Fi 路由器都可以與任何 Wi-Fi 裝置通信一樣。一旦 Thread 裝置成為 Matter-over-Thread 網絡的一部分，它就可以與任何 Matter 平台配合使用。
Matter-over-Wi-Fi
Wi-Fi 對 Matter 的成功至關重要，因為許多相容該标準的智能家居裝置都使用 Wi-Fi 連接配接到網際網路，并與其他裝置和基于雲的服務交換資料。例如，相容 Matter 的智能恒溫器可能會使用 Wi-Fi 連接配接到網際網路，以便通路天氣資訊或能源使用資料，進而提高其性能。
目前采用的 Wi-Fi 規範版本 Wi-Fi 6 使流行的無線技術更适合物聯網應用，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 産品組合的一部分。而nRF7002 是一款節能的 Wi-Fi 6 裝置，可提供無縫雙頻（2.4GHz 和 5GHz）連接配接以及與藍牙 LE、Thread 和 Zigbee 無線電的強大共存性。
Matter 應用層使 Thread 裝置與家庭 Wi-Fi 網絡通信以及從那裡與雲通信變得更加簡單。使用 Wi-Fi 進行網絡傳輸的 Matter 裝置不需要内置網狀網絡支援，因為 Wi-Fi 6 的覆寫範圍使得 Matter 裝置在大多數情況下都處于覆寫範圍内。
圖 4：Thread 邊界路由器允許網絡中的Thread裝置通路本地網絡并與其他基于IP的裝置（如 Wi-Fi 産品）進行通信
如何開始使用 Matter
目前，晶片公司正在讓開發人員更容易地将 Matter 融入到他們的新智能家居産品中。例如，Nordic 提供了幾款超低功耗、多協定 SoC，它們同時支援藍牙 LE 和 Thread 協定。nRF52840 使藍牙 LE 可用于調試，Thread 可用于資料傳輸。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記憶體，針對下一代 Matter-over-Thread 終端産品進行了優化。
nRF Connect 軟體開發套件 (SDK) 支援 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端收集溫度、氣壓和相對濕度資料。它作為 Matter 附件裝置運作，可以配對，也可以通過 Matter-over-Thread 網絡進行遠端控制。
Matter标準的最新動态
Matter 1.2 版于 2023 年 10 月推出——對現有類别進行了修訂和補充，并對規範進行了核心改進等。它還增加了 9 種新的裝置類型——冰箱、房間空調、洗碗機、洗衣機、機器人吸塵器、煙霧/一氧化碳報警器、空氣品質傳感器、空氣淨化器和風扇。
Matter 1.2 規範受益的核心改進包括：
•增強功能可捕捉組合闩鎖和螺栓鎖單元的常見配置。
•增加裝置外觀描述。
•現在裝置可以由複雜的端點分層組成，進而實作精确的模組化。
•語義标簽提供一種可互操作的方式來描述通用 Matter 叢集/端點的位置和語義功能，進而實作不同用戶端之間的一緻渲染/應用。
•允許以通用方式表達裝置不同操作模式的描述，進而更容易在 Matter 的未來修訂中生成新的裝置類型。
圖 5：Matter 使 Thread 和 Wi-Fi 網絡能夠和諧地協同工作
Matter 1.2 還在測試和認證計劃方面提供了重要的增強功能。這将幫助企業更快地将産品（如硬體、軟體、晶片組和支援應用程式）推向市場。另外，還包括可用于新平台的 Matter 1.2 SDK 和對開源 Matter Test Harness 的增強。該工具有助于確定正确實施規範及其功能。
提高智能家居的性能和安全性
Matter 的出現預示着智能家居産品的品質和安全性将長期持續改善。随着互操作性問題的解決，裝置制造商可以更加專注于推動産品品質的改進和新功能的開發。随着 Matter 有望成為事實上的智能家居标準，為家電實施更強大、标準化的安全基準也可能會變得更加容易。
在Matter出現之前，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。現在，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。是以，智能家居概念終于有望實作其預期承諾。
本文作者：Finn Boetius，Nordic Semiconductor 産品營銷工程師 千家網編輯整理