智能家居
智能家居市场正在快速增长，越来越多的家庭采用联网设备来实现家庭自动化。然而，由于这些联网设备通常运行在不同的通信协议上，极大地阻碍了智能家居系统内的互联互通，市场上几乎没有一家公司的产品能满足所有智能家居市场的需求。
新兴的Matter智能家居协议就是为了解决这一挑战而创建的。它为智能家居设备提供了一个通用的开源解决方案，即使是不同的制造商，他们的产品也能够相互通信。有了Matter，任何智能家居制造商都可以创造出一款完美融入终端用户智能家居生态系统的产品。
本文通过10个问题，对Matter标准进行一次全景式的介绍，帮助大家全面了解这一将深刻影响智能家居行业未来的标准。
什么是Matter？
Matter由连接标准联盟（CSA）于2022年11月开发并推出的一种新的智能家居互操作性标准，它为连接的设备提供了一种通用语言，可以在家中进行本地通信，而无需依赖云连接。CSA联盟的成员包括Amazon、Apple、Google、Samsung、LG、Nanoleaf等企业。Matter的关键功能之一是使智能设备能够跨平台和生态系统运行，极大地增加了物联网软件解决方案之间的兼容性。
Matter使用Wi-Fi和Thread无线协议，目前支持智能传感器、智能照明、智能插头和开关、智能恒温器、智能锁和媒体设备。这也意味着，如果你购买的智能家居设备上有Matter标志，你就可以设置它并将其与任何Matter兼容设备、Matter平台和控制器一起使用。
Matter是一个应用层，它将统一在各种IP协议下运行的设备，允许它们跨平台通信。通过连接标准联盟的Matter认证，该产品将与亚马逊的Alexa、苹果的HomeKit和谷歌的智能家居生态系统兼容，首批Matter设备预计将于今年晚些时候上市。除了更容易与常见的智能家居产品和语音助手集成外，它们还将基于“安全优先”设计理念的架构，来抵御各种新出现的网络威胁。简化制造商的智能家居设备开发，让消费者更容易引入新设备——这就是Matter标准化的主要驱动因素。
Matter将带来哪些好处？
Matter智能家居标准是一种功能强大的通信协议，它的主要目标是互操作性，无论是哪个品牌所生产，所有符合Matter标准的设备都将协同工作。因此，Matter为消费者带来三大好处，包括：在使用的产品和生态系统中有更多的选择；在设置和安全等方面简化用户体验；在工程和制造等方面更高效，成本更低。
事实上，Matter的好处还不止于此，它在改善智能家居体验方面还有如下优势：
- 易用性
Matter的设计易于使用和配置，具有用户友好的界面，可以轻松设置和管理智能家居设备。此外，Matter用户不需要大量的应用程序来管理家庭中的智能设备，仅使用一个应用程序即可控制所有设备，非常有助于简化智能家居系统的安装和操作，尤其利好那些刚刚接触智能家居技术的用户。
- 多管理员功能
Matter还侧重于为家庭提供方便的家庭自动化系统。无论家庭规模如何，每个成员都可以通过安装在智能手机上的应用程序访问Matter认证的设备。这意味着Matter产品可以通过多个应用程序进行控制。此外，每个用户都可以配置他们需要保持连接的设备。
- 本地控制
在家庭网络上而不是通过互联网进行家居设备的控制，意味着与智能家居设备之间的交互，如开灯或关灯等行为会更顺畅、更快地发生。即便制造商倒闭或突然决定关闭其服务器，Matter设备也能继续工作，免去消费者的后顾之忧。
- 增强的安全性
Matter具有内置的安全功能，有助于保护用户数据并维护智能家居生态系统的隐私。当然，符合Matter协议的设备必须遵守安全指南，以确保设备之间的安全通信，并保护用户信息免受未经授权的访问。
- 经济高效的产品开发
Matter是一个开源标准，智能家居产品开发人员无需支付任何版税即可使用。因此，Matter常常被看作是一项革命性的技术，它不仅改善了用户体验，更为智能家居市场提供了新的发展可能性。
Matter标准得到了世界上很强大的科技公司的支持，同时也为亚马逊、苹果、谷歌和三星等四大智能家居系统带来更多的竞争。正是因为Matter解决了智能家居设备的兼容问题，那些支持Matter的小企业的产品今后可以轻松实现与亚马逊和苹果等智能家居科技巨头的产品相融合的应用。
哪些智能家居设备将率先进入Matter发展计划？
目前，Matter将支持照明产品（如插头、灯泡、开关等）、门锁、恒温器和暖通空调控制器、窗帘、家庭安全传感器（如门窗传感器、运动传感器等）、电视和流媒体视频播放器等产品。
CSA计划在今年晚些时候将Matter纳入到智能洗衣机、吸尘器以及摄像头、烟雾探测器和空气质量监测设备中。Matter在未来的迭代中，预计将增加对安全摄像头、智能音箱、家用电器、扫地机器人、烟雾和一氧化碳探测器、车库门控制器、无线接入点、环境传感器和能源管理产品（如太阳能电池板、电动汽车充电器和家用电池组）的支持。
为什么说Matter对智能家居市场很重要？
如果用户想建立一个由Zigbee和Z-Wave设备组成的智能家居系统，那么，他们可能会购买一个Zigbee智能烟雾探测器、数个智能灯泡和一个Z-Wave智能门锁，并计划将它们连接并配置在一起工作。因支持的协议不同，设备之间的通信只能借助网关。这种组网方式不仅繁琐而且成本也会高出很多。
Matter协议主要面向无线通信协议设备的应用层，通过Wi-Fi、Thread通信协议和以太网工作。该协议建立在IPv6之上，并使用UDP和TCP进行数据传输。在智能家居系统中，Matter可以成为所有设备统一的集中点，使用不同通信协议的设备由此变得可以互联互通。
不过，Z-Wave设备仍属例外，目前还没有提供这样的选项。用户如果想要将Z-Wave设备集成到家庭自动化系统中，还需使用特定的网关。好在CSA已经分享了未来为Z-Wave设备提供Matter支持的计划。
Matter对Zigbee、Z-Wave和Thread有什么影响？
Matter是智能家居通信协议的统一标准，包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、Thread和Z-Wave，Matter使它们能够彼此合作，并确保智能家居设备作为一个单一系统工作。那么，有了Matter，Zigbee、Z-Wave和Thread的发展会受到影响吗？
现有的智能家居设备都是通过当前的主导力量Zigbee和Z-Wave连接的，包括蓝牙以及许多其他较小的无线协议不会因为Matter的出现而突然停止连接现有的智能设备。考虑到Zigbee联盟在Matter创建过程中发挥的作用，以及Zigbee无线标准的代理功能，有观点认为它很可能会继续与Matter一起发展，甚至在某个阶段与Matter合并。
不过，Z-Wave的未来还需要进一步的观察，尽管它可能看起来不是Matter的积极参与者，但在某种程度上仍然与Matter进行积极的沟通与合作。Z-Wave和ZigBee是许多智能家居设备正在使用的两种无线协议，如智能锁、传感器、照明产品等，所有设备均需要Z-Wave或ZigBee集线器来控制它们。
目前，虽然Z-Wave和ZigBee设备不能直接与Matter互操作，但它们可以通过桥接连接到Matter系统。例如，飞利浦Hue智能灯和宜家智能家居设备都使用ZigBee，这两个ZigBee集线器都在更新，以便它们都能连接到Matter中。
Thread是一种网状网络协议，专门为低功耗、低带宽的智能家居设备设计，正在成为电池供电的智能家居设备（如传感器、智能灯和门锁）通用的连接协议。随着Matter的进一步发展，Thread在智能家居系统中将发挥越来越重要的作用。
苹果公司在其旗舰智能手机中增加了对Thread智能家居协议的支持，新发布的iPhone 15 Pro和Pro Max就是第一款使用Thread的智能手机。Thread在iPhone中的一个潜在用途是，它可以用作Thread边缘路由器，该路由器将连接到互联网和其他基于IP的网络，使您能够在家外控制它们并连接到非Thread设备。甚至，它还可以在Apple HomeKit中启用设备到设备的连接。
图1：显示了Wi-Fi和Thread设备如何在Matter网络中连接，以及Z-Wave设备如何桥接到Matter网络。（图源：Z-Wave Alliance）
Matter标准发布为什么被多次推迟？
Matter于2019年12月被宣布为“CHIP项目”，是一种基于IP的统一连接，旨在为开发人员构建物联网（IoT）设备提供标准通用协议。CSA联盟此前曾试图在2020年底发布该标准，但在2021年8月时宣布将推迟到2022年的年中。而在2022年3月，Matter再次被推迟，直到2022年秋季才推出。
是什么原因让Matter标准被多次延迟推出？除了新冠疫情的原因，更多的还是联盟自身工作量的问题。Matter的第一个版本被推迟了几次，其中的主要原因是Matter软件开发工具包（SDK）的工作量太大，所有公司均需使用该工具包以使其产品符合Matter标准。
CSA表示，它现在有190种兼容产品正在接受认证或者已经获得Matter认证。在过去的一年里，包括Arlo、Comcast、Belkin/Wemo、Eve、GE Lighting、宜家和Yale在内的许多公司都宣布了支持Matter标准的计划。
第二次延迟的原因是必须保证Matter的软件代码尽可能稳定，并容纳更多的开发平台，这些平台是由各供应商提供的软件和硬件集成的，需要大量的沟通和准备工作，以便让更多与Matter兼容的设备更快地进入市场。CSA于2022年秋季发布了Matter 1.0规范，并启动了Matter认证计划。
Matter 1.0规范为设备制造商提供了一个统一的标准，可用于许多智能家居应用，包括智能锁、照明、恒温器、安全系统、传感器和媒体设备，从而有助于缓解不同设备生态系统、产品和协议通信的挑战。Matter 1.0标准还为联盟成员推出了测试用例和全面的测试工具，并推出了一个全球认证计划，其中包括八个授权测试实验室，他们不仅准备测试Matter，还准备测试Matter底层网络技术Wi-Fi和Thread。
哪些公司在支持Matter？
Matter工作组目前有大约280家公司，除了Amazon、Apple、Google、Samsung外，该联盟还包括英飞凌、NXP、Silicon Labs、ADT、Assa Abloy（August Home和Yale智能锁的制造商）、Ecobee、Facebook、海尔、海信、宜家、松下、iRobot、特斯拉和惠而浦等企业。
英飞凌是早期加入CSA的280家公司之一，其Matter解决方案包括新的PSoC 62S2 Wi-Fi BT Pioneer Kit，该套件可帮助开发人员和工程师实现可靠的超低功耗Matter over Wi-Fi解决方案。PSoC 6x ULP MCU和PSoC 62S2 Wi-Fi BT Pioneer Kit（CY8CKIT-062S2-43012）支持通过Wi-Fi低功耗地实现Matter over Wi-Fi，同时通过蓝牙/蓝牙低功耗（BLE）进行配置。
AIROC无线SoC、与Matter兼容的OPTIGA安全解决方案和用于物联网设计的ModusToolBox开发平台也可用于Matter系统。其中，高性能、低功耗的AIROC CYW30739多协议SoC（BLE5.3、IEEE802.15.4）已完成Thread1.3认证，这是第一款支持Matter over Thread的芯片。兼容Matter的OPTIGA安全解决方案可轻松集成到嵌入式系统中，以保护信息和设备的机密性、完整性和真实性。
图2：已完成Thread1.3认证的AIROC CYW30739 SoC（图源：英飞凌）
NXP为各种Matter应用（从终端节点到网关）提供了可扩展、灵活的安全平台，让设备制造商可以专注于产品创新并加快产品上市速度。
NXP支持终端节点Matter标准的Thread开发平台包括使用K32W0x MCU和i.MX RT1060 MCU创建边缘节点所需的硬件、软件和开发工具。
利用IOTZTB-DK06和MIMXRT1060-EVK开发板（以及可选板OM-SE051ARD或OM-A5000ARD），研发人员可以使用位于GitHub的beta Matter软件进行产品的快速开发。
图3：NXP MIMXRT1060-EVK开发板（图源：NXP）
Silicon Labs也宣布了一系列硬件和软件解决方案，为所有生态系统和无线协议提供完整的端到端Matter开发套件。
其平台的核心组件是Silicon Labs 2.4 GHz无线MG24 SoC，其中的EFR32MG24系列2多协议无线SoC是使用Matter、OpenThread 和Zigbee协议实现网状物联网无线连接的理想选择，适用于智能家居、照明和楼宇自动化产品。
图4：EFR32MG24系列2多协议无线SoC（图源：Mouser）
Nordic半导体是BLE和Thread的供应商，这些技术也将用于Matter规范。该公司推荐的是nRF52840或nRF5340片上系统（SoC）以及这两款芯片的开发套件，包括在线免费提供的nRFConnect SDK。该SDK包括Matter的开源实现，可通过GitHub获得。
nRF52840 SoC是一款具有全协议并发能力的多协议蓝牙5.2 SoC，可同时支持BLE、蓝牙Mesh、NFC、Thread和Zigbee、802.15.4、ANT和2.4GHz专有协议栈。nRF5340 SoC是双核蓝牙5.2 SoC，可支持BLE、蓝牙Mesh、NFC、Thread和Zigbee。
此外，Nordic还与谷歌、Assa Abloy、Eve和Leedarson合作，创建了一个智能家居演示，展示基于Matter的语音控制、智能门锁、恒温器和智能灯泡等示例。
图5：nRF52840的动态多协议特性支持并发Bluetooth 5和Thread无线连接（图源：贸泽电子）
现有哪些设备符合Matter标准？
所有经Matter认证的设备均符合Matter标准。在2022年CES上，Amazon、Apple、Google、Samsung以及NXP和Tuya等关键零部件和服务提供商均发布了Matter的关键产品。目前，Amazon Alexa、Google Nest、Apple HomeKit和Samsung SmartThings都有符合Matter的设备。
- Google Nest：谷歌是早首先详细概述其Matter计划的公司之一。据其透露，所有Nest智能音箱都将进行更新，使其能够控制Matter设备。这意味着谷歌助手将能够控制任何带有Matter标签的设备。在谷歌I/O 2022上，该公司再次宣布，包括谷歌家庭智能音箱、谷歌Mini、NestMini、Nest Hub Max、Nest Audio以及Nest Wi-Fi等都将支持Matter。
- Amazon Alexa：亚马逊正在升级他的Echo和其他连接设备以与Matter合作。该公司智能家居总监Marja Koopmans在一篇博客文章中写道：“从一开始，我们的目标就是让Alexa与尽可能多的智能家居设备兼容，无论它们是基于什么协议构建的。”
- Apple HomeKit：苹果公司是Matter的积极参与者，并计划从iOS 15开始支持Matter，意味着接下来我们将能够使用HomeKit来管理Matter设备。目前，苹果已在其旗舰智能手机iPhone 15 Pro和Pro Max中增加了对Thread智能家居协议的支持。
- Samsung SmartThings：三星一直是Matter的有力支持者，其SmartThings平台中的集线器正在升级以支持Matter，并将作为智能手机、电视和智能家电的控制器。
有了Matter，现有的智能家居设备怎么办？
前面我们一直在讨论Matter的发展以及如何简化生态系统的话题，到这里你可能要问，有了Matter，我现有的智能家居设备怎么办？它们还能继续使用吗？
虽然许多公司相继宣布他们的部分产品进行了的Matter认证（目前产品数量超过190种），那些未经认证的产品能否继续使用实际上主要取决于他们的硬件。通过Wi-Fi或Thread运行的新设备，无论是通过软件更新还是通过桥接，都应该比较容易升级到Matter。较旧的设备似乎不太可能单独升级，它们只能寄望于通过集线器才有可能升级或桥接到Matter。例如，飞利浦Hue和Signify公司正在以软件更新的形式进行Hue设备的更新，以便通过Hue Bridge与Matter打通。
Matter的未来如何？
CSA对Matter有着宏伟的计划，但其中的不确定性也很大。首先，宣布的Matter功能都没有严格的截止日期或发布日期，难免会出现延迟。庆幸的是，大多数大牌公司都表示仍然支持Matter。就在人们对Matter寄予厚望时，CSA曾经的积极参与者Belkin宣布退出联盟，一石激起千层浪，即使是一家公司的退出，多少都会让人对Matter的前景有一丝担忧。
综合来看，目前关于Matter的消息喜忧参半。喜的是，对HomePod和HomePod mini的支持是Matter平台的一大胜利；忧的是，Matter的发展并没有人们预期的那样快，产品类型比较单一。由于大多数公司仍在继续支持Matter，对于寻求互联家庭的人们来说，Matter仍然是一个美好的期盼。
结语：Matter的机遇与挑战
尽管Matter比Zigbee、Z-Wave和Wi-Fi有很多优势，但Matter存在两个主要缺点，这也是目前它正在努力克服和解决的问题。
- 一是采用率。虽然Matter协议得到了许多主要科技公司和行业团体的支持，但设备制造商实施该标准和消费者采用与Matter协议兼容的设备仍需要较长的时间。
- 二是来自既有协议的竞争。Matter面临着来自Zigbee和Z-Wave等既定无线协议的竞争，这些协议已在智能家居设备中广泛使用多年，且已经安装了大量设备，Matter很难完全取代它们。
根据市场研究公司ABI research的数据，到2030年，每年将有超过15亿台经过Matter认证的设备发货。此外，在此期间，预计将有大量的消费机器人、智能家电和其他新兴的智能家居设备类型被引入到智能家居系统。许多主要参与者、技术供应商和合作伙伴已经承诺提供符合Matter标准的产品，预计该规范将在五年内主导智能家居市场，今年将有超过一亿台设备支持该规范，五年内，全球约一半以上的关键智能家居设备将支持Matter。
Matter规范将为整个智能家居价值链的参与者提供新的激励措施，它还将带来更多的竞争和重新调整的竞争环境。此外，Matter具有很高的数据安全性，它使用端到端加密来保护设备之间的通信。除了对智能家居设备和消费者的直接影响外，该规范还将使消费者和许多行业能够更多地参与到智能家居生态系统中。
Matter，这种新型无线互操作标准，未来有可能颠覆整个智能家居行业。
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