摘要 隨著智能家居設備數量的增加，不同產品、生態系統和協議之間的互操作性變得更加混亂。Matter
規范解決了這個困境。Matter是一個智能家居技術和物聯網的開放標準，可以讓您的設備通過單一協議與任何Matter認證生態系統兼容，旨在為眾多智能家居應用提供設備制造商的指導。英飛凌科技、CSA聯盟以及包括谷歌和亞馬遜在內的280多家公司正在引領這個具有突破性的Matter標準，給智能家居解決方案提供了一種開放、互操作和安全的方式來實現智能家居設備的集成和控制，為用戶提供更便捷、靈活和綜合的智能家居體驗
關鍵詞 智(zhi)能家居 Matter 生態系統 互聯互通
1引言
近年(nian)(nian)來(lai)(lai)，智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)(jia)居(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)產業的(de)(de)(de)(de)(de)快速(su)發(fa)展，推動了(le)原有(you)家(jia)(jia)(jia)居(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)產業園區的(de)(de)(de)(de)(de)轉型升級，同時(shi)，不(bu)斷擴大的(de)(de)(de)(de)(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)(jia)居(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)市(shi)(shi)(shi)場(chang)需求(qiu)，以(yi)及傳統家(jia)(jia)(jia)居(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)產業的(de)(de)(de)(de)(de)轉移(yi)，為很(hen)多地方(fang)(fang)布局(ju)新的(de)(de)(de)(de)(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)(jia)居(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)產業園建設(she)帶(dai)來(lai)(lai)了(le)機(ji)會。在(zai)2019年(nian)(nian)底中國已(yi)成(cheng)為全球(qiu)最(zui)大的(de)(de)(de)(de)(de)物聯(lian)網(wang)市(shi)(shi)(shi)場(chang)，全球(qiu)15億(yi)臺蜂(feng)窩網(wang)絡連接設(she)備中9.6億(yi)臺來(lai)(lai)自(zi)中國，占比64%。中國將成(cheng)為全球(qiu)最(zui)大的(de)(de)(de)(de)(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)(jia)居(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)市(shi)(shi)(shi)場(chang)消費國，占據(ju)全球(qiu)50%-60%的(de)(de)(de)(de)(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)(jia)居(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)市(shi)(shi)(shi)場(chang)消費份額，利潤占據(ju)全球(qiu)20%-30%的(de)(de)(de)(de)(de)市(shi)(shi)(shi)場(chang)份額。根據(ju)預測，到2025年(nian)(nian)，中國智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)(jia)居(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)市(shi)(shi)(shi)場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)規模將達到數千億(yi)人民幣。智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)(jia)居(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)產品(pin)和解決方(fang)(fang)案的(de)(de)(de)(de)(de)普(pu)及程度不(bu)斷提高，消費者對智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)(jia)居(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)設(she)備的(de)(de)(de)(de)(de)需求(qiu)也不(bu)斷增加。
但是(shi)(shi)多種(zhong)IoT技(ji)(ji)術(shu)(shu)和(he)(he)眾多生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)(xi)(xi)統(tong)并(bing)存，互(hu)相(xiang)競爭，彼此之間(jian)不能(neng)互(hu)聯(lian)互(hu)通也成(cheng)(cheng)為智(zhi)能(neng)家(jia)居行業最(zui)大(da)的(de)弊病。對(dui)于消費者(zhe)來說，在購買智(zhi)能(neng)家(jia)居設備時，很難確定(ding)這個(ge)設備是(shi)(shi)否跟自(zi)己(ji)選定(ding)的(de)生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)(xi)(xi)統(tong)兼(jian)容(rong)，并(bing)且生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)(xi)(xi)統(tong)一旦選定(ding)就(jiu)很難換成(cheng)(cheng)其他的(de)廠家(jia);對(dui)于開(kai)發(fa)者(zhe)來說，開(kai)發(fa)人員需要針對(dui)要支持的(de)生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)(xi)(xi)統(tong)開(kai)發(fa)相(xiang)應的(de)產品，費時費力。Matter的(de)出現(xian)就(jiu)是(shi)(shi)解決各個(ge)生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)(xi)(xi)統(tong)之間(jian)的(de)互(hu)通性(xing)，讓您(nin)的(de)設備可(ke)以通過單一協議(yi)與任何Matter認證的(de)生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)(xi)(xi)統(tong)兼(jian)容(rong)。Matter由CSA聯(lian)盟引入，這是(shi)(shi)一個(ge)由數百家(jia)為智(zhi)能(neng)家(jia)居和(he)(he)物(wu)聯(lian)網創建產品的(de)公(gong)司組成(cheng)(cheng)的(de)組織。Matter的(de)目標是(shi)(shi)成(cheng)(cheng)為一個(ge)促(cu)進(jin)技(ji)(ji)術(shu)(shu)采(cai)用和(he)(he)創新的(de)互(hu)操作(zuo)標準，逐步取(qu)代智(zhi)能(neng)家(jia)居生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)(xi)(xi)統(tong)中的(de)專有協議(yi)，簡化(hua)配置和(he)(he)操作(zuo)的(de)復雜性(xing)，提(ti)高用戶的(de)體驗。
2 Matter介紹
2.1 Matter標準介紹
Matter是一套(tao)基于(yu)(yu)IPV6的(de)(de)(de)(de)(de)應用層(ceng)協議，Matter采用了開源軟件開發工具(ju)包(SDK)來實現(xian)，該工具(ju)包不(bu)僅(jin)包含(han)規范的(de)(de)(de)(de)(de)實現(xian)，還包括(kuo)豐(feng)富的(de)(de)(de)(de)(de)示例和可(ke)互(hu)操作的(de)(de)(de)(de)(de)代碼。在(zai)(zai)OSI模型的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)三層(ceng)中，核心Matter協議適用于(yu)(yu)任何類(lei)(lei)型的(de)(de)(de)(de)(de)IPv6傳輸和網絡(luo)。控制和其(qi)他操作通(tong)(tong)信是通(tong)(tong)過IPv6進行的(de)(de)(de)(de)(de)，而藍牙低功耗(Bluetooth? Low Energy)和NFC可(ke)以用于(yu)(yu)設備的(de)(de)(de)(de)(de)配置。Matter具(ju)有(you)靈活性和互(hu)操作性。它建立(li)在(zai)(zai)多(duo)年來低功耗802.15.4網絡(luo)和Wi-Fi智(zhi)能家居設備的(de)(de)(de)(de)(de)挑戰和成(cheng)功的(de)(de)(de)(de)(de)基礎上(shang)。與Thread類(lei)(lei)似，Matter構建在(zai)(zai)IPv6之上(shang)，它包括(kuo)強大的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)密功能，對設備類(lei)(lei)型及其(qi)數據(ju)進行了明確定(ding)義，并支持多(duo)個(ge)生態系統(tong)。
Matter還(huan)支(zhi)持橋接(jie)其(qi)它智(zhi)能(neng)家(jia)居技術，如Zigbee、藍牙Mesh和Z-Wave，這意味著基于這些協議(yi)的設(she)備可以通過橋接(jie)器(qi)作為(wei)Matter設(she)備運行。
圖1 Matter協議與TCP/IP和OSI協議并列圖
2.2 Matter標準的關鍵點
Matter比云對云連(lian)接具(ju)有更低的(de)(de)延遲和更高(gao)的(de)(de)可靠性，因(yin)為它是基(ji)于IP的(de)(de)本(ben)地(di)連(lian)接協議。
較低(di)的(de)開發成本：只需構建一次(ci)，就可以在所有Matter認證的(de)生態系統中使(shi)用。
數據模(mo)型是(shi)基于Zigbee的ZCL協(xie)議(yi)上擴展得到。
在所(suo)有支持Matter的(de)設備上具有一致的(de)設置(zhi)體(ti)驗(yan)。
通過其他支持(chi)Matter的生態系統進行(xing)設備共(gong)享(xiang)和控制。
支(zhi)持多種不(bu)同硬件平臺(Wi-Fi-Thread-Ethernet)的(de)設備之間的(de)互操作性廣(guang)泛。
目前支(zhi)持的(de)通(tong)信協議：Ethernet/Wi-Fi/Wi-Fi + BLE/Thread + BLE(BLE只用于(yu)配網(wang))
綁(bang)定配網：需要帶外信息(xi)(配對(dui)碼、二維(wei)碼、NFC等)建立安全通路，單(dan)項認(ren)證(zheng)設備，非對(dui)稱證(zheng)書鏈
通過DCL來存放公共信息，部署在(zai)基于區塊鏈技術(shu)的平臺上防止(zhi)篡改
2.3 Matter智能家居生態介紹
在Matter智能(neng)家居生態中(zhong)，各種設備可(ke)以通(tong)過(guo)使用相同的Matter協(xie)議進行通(tong)信(xin)和互動。這(zhe)些設備可(ke)以包括(kuo)智能(neng)燈具、智能(neng)插座(zuo)、溫度(du)控制器(qi)(qi)、門鎖、攝像(xiang)頭、揚聲(sheng)器(qi)(qi)等。通(tong)過(guo)遵循Matter標準(zhun)，這(zhe)些設備能(neng)夠無縫(feng)協(xie)作(zuo)，實現統(tong)一(yi)的用戶(hu)體驗和功(gong)能(neng)。
不(bu)(bu)同品牌和設(she)(she)備(bei)(bei)之間的(de)互操作性是(shi)Matter生態(tai)的(de)核心。無論來自不(bu)(bu)同廠商的(de)設(she)(she)備(bei)(bei)還(huan)是(shi)不(bu)(bu)同類(lei)型的(de)智能家居設(she)(she)備(bei)(bei)，只(zhi)要它們都符合Matter標(biao)準(zhun)，就能夠在同一(yi)個(ge)生態(tai)系統(tong)中相互連接和通(tong)信。
Matter生態系(xi)統不僅(jin)限于單個設備，還可以擴(kuo)展到多個設備、服務(wu)和平臺的(de)集合(he)，這(zhe)樣用戶(hu)可以通過添(tian)加更多的(de)Matter設備來構建更為(wei)復雜和全面的(de)智能家居系(xi)統。
Matter智能家(jia)居(ju)(ju)生(sheng)態系統的(de)(de)(de)目標是為(wei)用(yong)(yong)戶(hu)提供更便捷、靈活和綜合的(de)(de)(de)智能家(jia)居(ju)(ju)體驗，通過建立一個統一的(de)(de)(de)生(sheng)態系統，Matter使用(yong)(yong)戶(hu)能夠選擇(ze)和使用(yong)(yong)各種(zhong)Matter認證的(de)(de)(de)設備，實現智能家(jia)居(ju)(ju)的(de)(de)(de)集成和控制。
圖2 Matter智(zhi)能家居布局示例
3 基于PSoC?的Matter 方案介紹
3.1 PSoC?介紹
PSoC? 6系列采用超低功(gong)耗(hao)架(jia)構構建，微控制器采用低功(gong)耗(hao)設(she)(she)計技術，非常適用于電(dian)池供(gong)電(dian)應用。雙核Arm? Cortex?-M4和(he)Cortex-M0+架(jia)構使設(she)(she)計人員(yuan)能夠同時優化(hua)功(gong)耗(hao)和(he)性能。借助雙核結(jie)構和(he)可配(pei)置的(de)內存和(he)外設(she)(she)保(bao)護單元，PSoC? 6微控制器提供(gong)了由Arm的(de)平臺安全架(jia)構(PSA)定義的(de)最(zui)高級別的(de)保(bao)護。
設計(ji)人(ren)員可以(yi)利用(yong)該微控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)豐富(fu)的(de)(de)(de)(de)模(mo)擬(ni)和數字(zi)外設，為(wei)創新的(de)(de)(de)(de)系(xi)統組(zu)件(如MEMS傳感(gan)器(qi)(qi)、電子墨水(shui)顯示器(qi)(qi))創建自定義模(mo)擬(ni)前(qian)端(AFE)或數字(zi)接(jie)口。PSoC? 6微控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)采(cai)用(yong)最新一代行業領先的(de)(de)(de)(de)CAPSENSE?電容(rong)感(gan)應(ying)技術，實(shi)現(xian)了穩健(jian)可靠的(de)(de)(de)(de)現(xian)代觸摸(mo)和手勢界面。搭配Infineon的(de)(de)(de)(de)AIROC? Wi-Fi、AIROC? Bluetooth?或AIROC?組(zu)合無線(xian)模(mo)塊(kuai)，PSoC? 6微控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)是(shi)安(an)全、低功耗、功能豐富(fu)的(de)(de)(de)(de)物聯網產品的(de)(de)(de)(de)完(wan)美解決方案。
3.2 方案介紹
圖3 基于PSoC? 6的Matter解(jie)決方案(an)系(xi)統框圖
該(gai)方案(an)為Matter生(sheng)態(tai)系(xi)統展示了一個家庭(ting)的(de)自(zi)(zi)動(dong)化演示，展示了智能(neng)門鎖(suo)、人體感應傳感器和智能(neng)照明節點如何無縫(feng)協同工作(zuo)，實現家庭(ting)自(zi)(zi)動(dong)化例程。
Matter生態系統解決方案可以通(tong)(tong)過Ethernet、WIFI和Thread 15.4三(san)種協議進行通(tong)(tong)信。該解決方案展示了Matter over WiFi和Matter over Thread。使用(yong)Matter over Wi-Fi進行通(tong)(tong)信的智能門(men)鎖使用(yong)了PSoC? 6作為應用(yong)處理器(qi)。演示中(zhong)的安全元件采用(yong)了OPTIGA? Trust M，配備了一個NFC讀卡器(qi)，并且使用(yong)AIROC?系列(lie)超低功(gong)耗藍牙(ya)? Wi-Fi組合模塊
演示中的人體感(gan)應傳感(gan)器(qi)(qi)節(jie)點使用了XENSIV?傳感(gan)器(qi)(qi)系列(lie)中的60 GHz雷(lei)達傳感(gan)器(qi)(qi)，通(tong)過Matter over Wi-Fi與(yu)PSoC? 6和AIROC? WIFI進行連接，以傳輸(shu)人體存(cun)在(zai)狀態。
系(xi)統中(zhong)的第三個節點是一個使用(yong)Matter over Thread進行通信的照明節點。
當(dang)居住者(zhe)靠近(jin)門(men)時(shi)，正(zheng)在(zai)(zai)運(yun)行Matter over Wi-Fi的60 GHz傳(chuan)感(gan)器會檢測(ce)到存在(zai)(zai)，并使用Matter over Thread觸發門(men)廊(lang)燈的開啟(qi)。在(zai)(zai)此(ci)演(yan)示中，蘋(pin)果電視(shi)充當(dang)Matter中樞(shu)，完成(cheng)所有的轉換工(gong)作(zuo)，但(dan)也可以使用來自其他廠(chang)商的Matter中樞(shu)替代蘋(pin)果電視(shi)。
解鎖門(men)的(de)(de)方法有三種：可以使用(yong)來自(zi)CIPURSE?系列的(de)(de)NFC卡，可以在(zai)由PSoC? 6上運(yun)行(xing)的(de)(de)CAPSENSE技術驅動(dong)(dong)的(de)(de)鍵盤上輸入PIN碼，或者可以使用(yong)像Apple Home應用(yong)程(cheng)序這樣(yang)的(de)(de)移動(dong)(dong)應用(yong)程(cheng)序打開(kai)門(men)鎖。
在(zai)Apple Home應用(yong)程序中(zhong)，當我們點擊解鎖(suo)(suo)(suo)時，可(ke)以看到門(men)被解鎖(suo)(suo)(suo)。作為家庭自動(dong)化序列的一部分，當門(men)解鎖(suo)(suo)(suo)時，客(ke)廳的燈光也(ye)會打開。這種(zhong)類型(xing)的家庭自動(dong)化還可(ke)以觸發其(qi)他(ta)下游(you)事件，比如(ru)關閉家庭安全系統或與恒溫(wen)器(qi)進行互動(dong)。
當用戶關閉門(men)時(shi)，客(ke)廳中的人體感(gan)應傳感(gan)器不再(zai)檢測到存(cun)(cun)在，門(men)鎖將自(zi)動鎖上。然后，當居(ju)住者離(li)開門(men)口一(yi)段距離(li)時(shi)，存(cun)(cun)在檢測會起作(zuo)用，門(men)廊燈將關閉。這個演(yan)示(shi)(shi)展示(shi)(shi)了Matter的重要性以及(ji)我們如何(he)無縫連(lian)接不同的智能(neng)家居(ju)設備(bei)。
該(gai)演示支持(chi)Matter的多管理員功(gong)能(neng)，允許(xu)智能(neng)家(jia)居設備(bei)在蘋(pin)果和三星等智能(neng)家(jia)居系統(tong)供(gong)(gong)應(ying)商中同時運行(xing)。多管理員功(gong)能(neng)為您(nin)提供(gong)(gong)了配置智能(neng)家(jia)居的靈活性(xing)，無需強制(zhi)選擇(ze)單一的控制(zhi)器、平(ping)臺或應(ying)用程序。
該方案允(yun)許您(nin)將(jiang)照明、人體(ti)感應(ying)(ying)傳感器或(huo)(huo)智能門(men)鎖節(jie)點添加到蘋果(guo)或(huo)(huo)三星(xing)智能家(jia)居(ju)系(xi)統中的任一系(xi)統中。您(nin)可以(yi)無縫切(qie)換使(shi)用(yong)蘋果(guo)Home應(ying)(ying)用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)和三星(xing)SmartThings應(ying)(ying)用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)，以(yi)向(xiang)Matter智能家(jia)居(ju)網絡添加設備、控制設備并查看每個設備的狀(zhuang)態。您(nin)可以(yi)使(shi)用(yong)蘋果(guo)Home應(ying)(ying)用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)解鎖智能門(men)鎖，門(men)的狀(zhuang)態將(jiang)在(zai)三星(xing)SmartThings應(ying)(ying)用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)中更新。如(ru)果(guo)您(nin)所在(zai)的家(jia)庭成員使(shi)用(yong)iOS和Android設備的混合(he)組合(he)，這個功能會非常有用(yong)。
方案中的(de)(de)PSoC? 6智(zhi)能門(men)鎖代碼和(he)移動應(ying)用(yong)程序使用(yong)來自公(gong)共(gong)存(cun)儲庫的(de)(de)標準Matter SDK進行構建(jian)，展示了Matter如何簡化(hua)開發(fa)并提(ti)高智(zhi)能家(jia)居(ju)設備之間(jian)的(de)(de)互操(cao)作性。
4 結語
Matter作(zuo)為(wei)一個開放的(de)(de)智(zhi)能(neng)家居(ju)標準，具有(you)廣泛的(de)(de)支持、真(zhen)正的(de)(de)互(hu)操作(zuo)性(xing)、簡化(hua)(hua)的(de)(de)設(she)備(bei)(bei)(bei)配置和(he)(he)控制，以及安(an)全性(xing)和(he)(he)隱私保護等(deng)優(you)勢，因此具備(bei)(bei)(bei)良(liang)好的(de)(de)前景(jing)和(he)(he)發展潛(qian)力(li)。CSA聯(lian)(lian)盟在中(zhong)國成立了CMGC聯(lian)(lian)盟，通過(guo)組(zu)織和(he)(he)積極參與線(xian)下活動(dong)，將聯(lian)(lian)盟成員(yuan)聯(lian)(lian)合(he)起來并(bing)推廣Matter聯(lian)(lian)盟技術。隨著(zhu)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多的(de)(de)公司和(he)(he)設(she)備(bei)(bei)(bei)制造商采用(yong)Matter標準，將形成一個龐大的(de)(de)生態系統，越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多的(de)(de)設(she)備(bei)(bei)(bei)類(lei)型和(he)(he)功能(neng)納入標準中(zhong)。除了傳統的(de)(de)智(zhi)能(neng)家居(ju)設(she)備(bei)(bei)(bei)，如燈(deng)光(guang)、開關(guan)、鎖、家電、安(an)防設(she)備(bei)(bei)(bei)、健康監測(ce)設(she)備(bei)(bei)(bei)等(deng)設(she)備(bei)(bei)(bei)類(lei)型均(jun)已加入到(dao)標準中(zhong)，并(bing)且Matter的(de)(de)發展還會帶(dai)(dai)動(dong)云(yun)服務和(he)(he)智(zhi)能(neng)化(hua)(hua)能(neng)力(li)的(de)(de)提升，為(wei)大家帶(dai)(dai)來更便捷的(de)(de)智(zhi)能(neng)家居(ju)體驗(yan)。
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