Matter 为智能家居产品开发商拓展了机遇

图 1：Matter 提供了一个标准应用层，可与一组无线协议一起使用

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可在任何家庭自动化生态系统中实施的创新设备。本文探讨了一系列可能性。

经过缓慢的起步后，智能家居行业终于开始受到关注。分析公司 Statista 预测，到 2024 年，该市场将产生 1544 亿美元的收入。其中，约 600 亿美元将用于智能家电。

活跃的市场将为智能家居设备带来丰厚的回报。然而，将产品放到货架上并不容易。除了明显的技术问题外，开发人员还面临其他挑战。其中的关键是采用哪种智能家居生态系统。借助 Amazon Alexa、Apple HomeKit、Google Home 或 Samsung SmartThings，再加上一些专有选项，可能很难决定该走哪条路。

好消息是，这些主要制造商以及许多其他服务于智能家居行业的制造商都认识到开发人员面临的挑战，并在连接标准联盟 (CSA) 的支持下走到了一起。其结果是 Matter——一种基于 IP 的统一连接协议，建立在成熟技术的基础上，使开发人员能够更轻松地构建与物联网生态系统无缝连接的可靠智能家居产品。

经过 Matter 认证的产品种类不断增多 – 科技情报公司 ABI Research 的一份报告预测，到 2030 年，符合该协议的智能家居设备的出货量将超过 55 亿台。但 Matter 到底是什么以及整合起来有多容易进军智能家居产品？

内情

Matter 是一种无线协议，基于现有的 Thread 和 Wi-Fi 智能家居无线技术（加上用于调试的蓝牙 LE）。它提供了一个统一的应用程序层，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并可互操作。

图 2：蓝牙 LE 用于调试 Matter 设备，但不用于通过网络传输数据

在典型的智能家居设置中，较低功耗的 Matter 设备将在 Thread 网络上运行，而具有较高功耗和数据带宽需求的设备将使用 Wi-Fi。 Thread 和 Wi-Fi 支持互联网协议 (IP)，这是一种经过验证、广泛采用的技术，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得将它们连接到云变得非常容易。

实施 Matter 值得吗？

设计与 Matter 兼容的产品会增加整个过程的复杂性，例如因为存在严格的安全要求（这确实带来了使产品更值得信赖和受到保护的优势）。此外，向市场引入经 Matter 认证的设备比引入仅与单一全球物联网生态系统或专有替代方案兼容的设备成本更高。

此外，Matter 兼容设备需要蓝牙 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以及运行 Matter 堆栈的内存。对于无线设备固件更新 (OTA-DFU) 活动，该解决方案需要的闪存容量是单独应用软件的两倍。根据经验，标准 Matter 设备至少需要 1MB 的内置闪存（加上相同数量的外部闪存）和 256KB 的 RAM。如果设备的功能不仅仅是运行 Matter，则需要额外的资源。

Matter 依赖于已经广泛实施的 Wi-Fi 接入点 (AP)，该接入点将能够与适当的合规设备进行交互。对于需要互联网连接来实现某些功能（例如语音命令）的 Thread 设备，也需要 Thread 边界路由器。尽管存在一些挑战，事实证明 Matter 对开发者社区是有益的，因为通过构建合规产品，设备制造商可以摆脱单一生态系统施加的限制。这使得他们的设备的总潜在市场规模是其他情况下的 3 倍或 4 倍。 Matter 对消费者来说也是有利的，因为这意味着他们不必为所有智能家电承诺单一供应商。

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，几乎已融入所有现代智能手机中。这一点至关重要，因为智能手机构成了设置智能家居小工具的完美界面。因此，Matter 标准支持低功耗蓝牙，用于调试和配置目的。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 是一种基于 IPv6 的网状协议，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，为智能插头或灯泡等简单设备带来良好的能效特性。 Thread 是一种自我修复、低功耗的网格，可以适应在网络中添加或删除的设备。它提供低延迟操作（因为设备可以直接相互通信，无需中间集线器）、内置冗余以及更长的电池寿命。

图 3：Thread 是基于 IPv6 的网状协议，并且基于 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（例如 Wi-Fi 产品）进行通信。 Wi-Fi AP、智能扬声器和灯具可以集成线程边界路由器。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。

Wi-Fi 问题

Wi-Fi 对于 Matter 的成功至关重要，因为许多与该标准兼容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，与 Matter 兼容的智能恒温器可以使用 Wi-Fi 连接到互联网，以访问天气信息或能源使用数据，从而提高其性能。

当前采用的 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。 nRF70 系列 Wi-Fi 6 配套 IC 是 Nordic 产品组合的一部分。例如，nRF7002 是一款高能效的 Wi-Fi 6 设备，可提供无缝双频（2.4GHz 和 5GHz）连接，并与蓝牙 LE、Thread 和 Zigbee 无线电实现强共存。

Matter 应用层使 Thread 设备能够更轻松地与家庭 Wi-Fi 网络进行通信，并从那里到云端。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 的覆盖范围足以让 Matter 设备在大多数用例的范围内。

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 Wi-Fi 产品等其他基于 IP 的设备进行通信

开始使用物质

芯片公司正在让开发人员更轻松地在他们的新智能家居产品中采用 Matter。例如，Nordic 提供多种超低功耗、多协议 SoC，支持蓝牙 LE 和 Thread 协议。 nRF52840 支持使用蓝牙 LE 进行调试，并使用 Thread 进行数据传输。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 最终产品进行了优化。

nRF Connect 软件开发套件 (SDK) 支持气象站、灯泡、电灯开关、门锁以及 Matter 到蓝牙 LE 桥接器的 Matter 用例示例。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 配件设备运行，可以通过 Matter-over-Thread 网络进行配对和远程控制。

标准的最新更新

Matter 1.2 版本于 2023 年 10 月推出，对现有类别进行了修改和补充，并对规范进行了核心改进等。还增加了 9 种新设备类型——冰箱、房间空调、洗碗机、洗衣机、扫地机器人、烟雾/一氧化碳警报器、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：

• 捕捉组合闩锁和插销锁单元的常见配置的增强功能。

•增加了设备外观描述。

•设备现在能够由复杂的端点分层组成，从而允许精确建模。

•语义标签，用于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，以实现跨不同客户端的一致渲染/应用。

•允许以通用方式表达设备的不同操作模式的描述，从而使得在Matter的未来修订中更容易生成新的设备类型。