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 智能家居 Matter 生態系(xi)統 互聯互通
1引言
近年(nian)來(lai)，智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)(jia)居產業的(de)(de)(de)(de)快速發展，推動(dong)了原(yuan)有家(jia)(jia)居產業園區的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)型(xing)升級(ji)，同時，不(bu)斷擴大(da)的(de)(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)(jia)居市(shi)場(chang)(chang)需求，以及(ji)傳(chuan)統家(jia)(jia)居產業的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)移，為很多(duo)地方(fang)布局新(xin)的(de)(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)(jia)居產業園建設(she)帶來(lai)了機會。在2019年(nian)底中(zhong)(zhong)(zhong)國已成為全(quan)球(qiu)(qiu)最大(da)的(de)(de)(de)(de)物聯網市(shi)場(chang)(chang)，全(quan)球(qiu)(qiu)15億臺蜂窩(wo)網絡連接設(she)備中(zhong)(zhong)(zhong)9.6億臺來(lai)自中(zhong)(zhong)(zhong)國，占比64%。中(zhong)(zhong)(zhong)國將成為全(quan)球(qiu)(qiu)最大(da)的(de)(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)(jia)居市(shi)場(chang)(chang)消(xiao)費國，占據全(quan)球(qiu)(qiu)50%-60%的(de)(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)(jia)居市(shi)場(chang)(chang)消(xiao)費份額，利潤占據全(quan)球(qiu)(qiu)20%-30%的(de)(de)(de)(de)市(shi)場(chang)(chang)份額。根(gen)據預測，到2025年(nian)，中(zhong)(zhong)(zhong)國智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)(jia)居市(shi)場(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)規(gui)模將達到數千億人民幣(bi)。智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)(jia)居產品和解決(jue)方(fang)案的(de)(de)(de)(de)普及(ji)程度不(bu)斷提高(gao)，消(xiao)費者對智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)(jia)居設(she)備的(de)(de)(de)(de)需求也不(bu)斷增(zeng)加。
但(dan)是多種IoT技(ji)術(shu)和(he)眾多生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)統并存，互(hu)相競爭，彼此(ci)之間(jian)不能(neng)(neng)(neng)互(hu)聯(lian)互(hu)通也成為智能(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)居行業最(zui)大的(de)(de)(de)(de)弊病。對于消費者來說(shuo)(shuo)，在購(gou)買智能(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)居設備(bei)(bei)時，很難(nan)(nan)確定這(zhe)個設備(bei)(bei)是否跟自己選(xuan)定的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)統兼(jian)容(rong)，并且生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)統一旦選(xuan)定就(jiu)很難(nan)(nan)換成其他的(de)(de)(de)(de)廠家(jia)(jia);對于開發者來說(shuo)(shuo)，開發人員需要(yao)針對要(yao)支持的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)統開發相應的(de)(de)(de)(de)產品，費時費力。Matter的(de)(de)(de)(de)出現就(jiu)是解決各個生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)統之間(jian)的(de)(de)(de)(de)互(hu)通性(xing)，讓您的(de)(de)(de)(de)設備(bei)(bei)可以(yi)通過(guo)單一協議與(yu)任何(he)Matter認證的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)統兼(jian)容(rong)。Matter由(you)CSA聯(lian)盟引入，這(zhe)是一個由(you)數百(bai)家(jia)(jia)為智能(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)居和(he)物聯(lian)網創建(jian)產品的(de)(de)(de)(de)公(gong)司組成的(de)(de)(de)(de)組織。Matter的(de)(de)(de)(de)目標(biao)是成為一個促進技(ji)術(shu)采(cai)用和(he)創新的(de)(de)(de)(de)互(hu)操作標(biao)準，逐步取代智能(neng)(neng)(neng)家(jia)(jia)居生(sheng)(sheng)態(tai)系(xi)統中(zhong)的(de)(de)(de)(de)專有協議，簡化配(pei)置(zhi)和(he)操作的(de)(de)(de)(de)復(fu)雜(za)性(xing)，提高用戶的(de)(de)(de)(de)體驗。
2 Matter介紹
2.1 Matter標準介紹
Matter是(shi)一套基于(yu)IPV6的(de)(de)應用層協議(yi)，Matter采用了開(kai)源軟件開(kai)發工具(ju)包(SDK)來實現(xian)，該工具(ju)包不僅包含規范的(de)(de)實現(xian)，還包括(kuo)豐富的(de)(de)示例(li)和(he)可互操作的(de)(de)代碼(ma)。在(zai)OSI模型(xing)(xing)(xing)的(de)(de)上(shang)三層中，核心Matter協議(yi)適用于(yu)任何類型(xing)(xing)(xing)的(de)(de)IPv6傳輸和(he)網絡。控制和(he)其他操作通信是(shi)通過IPv6進(jin)行的(de)(de)，而藍牙低功(gong)耗(hao)(Bluetooth? Low Energy)和(he)NFC可以用于(yu)設(she)備(bei)的(de)(de)配置。Matter具(ju)有(you)靈活(huo)性(xing)和(he)互操作性(xing)。它建立在(zai)多年(nian)來低功(gong)耗(hao)802.15.4網絡和(he)Wi-Fi智能家居設(she)備(bei)的(de)(de)挑戰(zhan)和(he)成功(gong)的(de)(de)基礎上(shang)。與(yu)Thread類似(si)，Matter構建在(zai)IPv6之上(shang)，它包括(kuo)強大(da)的(de)(de)加密功(gong)能，對(dui)設(she)備(bei)類型(xing)(xing)(xing)及(ji)其數據進(jin)行了明確定義，并(bing)支持多個生態系統。
Matter還支(zhi)持橋(qiao)接其它智能家居技(ji)術(shu)，如Zigbee、藍牙Mesh和Z-Wave，這意(yi)味著(zhu)基于這些協議的設(she)備可以通過橋(qiao)接器作為Matter設(she)備運行。
圖(tu)1 Matter協(xie)議(yi)與TCP/IP和OSI協(xie)議(yi)并列(lie)圖(tu)
2.2 Matter標準的關鍵點
Matter比云(yun)對云(yun)連接具有(you)更低的(de)延遲和更高的(de)可靠性(xing)，因為(wei)它(ta)是基于(yu)IP的(de)本地連接協議。
較低的(de)開發成本：只需構建一次，就可以(yi)在所有Matter認證的(de)生態系統中使用。
數據模型是基(ji)于Zigbee的ZCL協議上擴展(zhan)得到。
在所有(you)支(zhi)持(chi)Matter的設(she)備上具有(you)一(yi)致(zhi)的設(she)置體驗。
通過其他支持Matter的生態(tai)系統進行設備共享(xiang)和控制。
支持多(duo)種不同(tong)硬件平(ping)臺(Wi-Fi-Thread-Ethernet)的(de)設備之間的(de)互操作性廣泛(fan)。
目前支持(chi)的通信(xin)協議：Ethernet/Wi-Fi/Wi-Fi + BLE/Thread + BLE(BLE只用于配網)
綁定配網：需要(yao)帶(dai)外信息(配對碼(ma)、二維碼(ma)、NFC等)建立安全通路(lu)，單(dan)項認證(zheng)設(she)備，非對稱(cheng)證(zheng)書鏈
通過DCL來存放公共信息，部(bu)署在基于(yu)區(qu)塊鏈技術的平臺(tai)上防止篡改
2.3 Matter智能家居生態介紹
在(zai)Matter智能家居生(sheng)態中(zhong)，各種設(she)備可以通(tong)過使用相(xiang)同(tong)的(de)Matter協議進行通(tong)信(xin)和互動。這些設(she)備可以包括智能燈具、智能插座、溫度控制器、門鎖、攝像頭(tou)、揚聲器等。通(tong)過遵循Matter標準，這些設(she)備能夠無縫協作，實(shi)現統(tong)一的(de)用戶體驗(yan)和功能。
不同品(pin)牌和(he)設備之間的互操(cao)作性是Matter生態的核心(xin)。無(wu)論來自不同廠商(shang)的設備還(huan)是不同類型的智能(neng)家居設備，只要它們都符(fu)合Matter標準，就能(neng)夠在同一個生態系(xi)統中相(xiang)互連接和(he)通(tong)信(xin)。
Matter生(sheng)態系(xi)統不僅限(xian)于單(dan)個(ge)設備(bei)，還(huan)可以(yi)擴展到多個(ge)設備(bei)、服務和(he)平臺的(de)(de)集合，這樣(yang)用戶可以(yi)通過添(tian)加更(geng)多的(de)(de)Matter設備(bei)來構(gou)建更(geng)為復雜和(he)全面的(de)(de)智能家居系(xi)統。
Matter智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)居(ju)生(sheng)態系(xi)(xi)統的(de)目標是為用戶提(ti)供(gong)更便捷、靈(ling)活和綜合的(de)智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)居(ju)體驗，通過建立一個(ge)統一的(de)生(sheng)態系(xi)(xi)統，Matter使用戶能(neng)(neng)夠選擇和使用各種(zhong)Matter認證的(de)設(she)備，實現智(zhi)能(neng)(neng)家(jia)居(ju)的(de)集成和控制。
圖2 Matter智能(neng)家居布局示(shi)例
3 基于PSoC?的Matter 方案介紹
3.1 PSoC?介紹
PSoC? 6系列采用(yong)超低功耗架(jia)構(gou)(gou)構(gou)(gou)建，微(wei)控(kong)制(zhi)器采用(yong)低功耗設計(ji)技術(shu)，非常適用(yong)于電(dian)(dian)池(chi)供電(dian)(dian)應用(yong)。雙(shuang)核Arm? Cortex?-M4和(he)Cortex-M0+架(jia)構(gou)(gou)使設計(ji)人員能夠同時優化(hua)功耗和(he)性(xing)能。借助雙(shuang)核結(jie)構(gou)(gou)和(he)可配置的(de)內存和(he)外設保護單(dan)元，PSoC? 6微(wei)控(kong)制(zhi)器提(ti)供了由Arm的(de)平臺安全架(jia)構(gou)(gou)(PSA)定義的(de)最高級別(bie)的(de)保護。
設計人員(yuan)可(ke)以(yi)利用(yong)該微控制器(qi)豐富的(de)模擬(ni)和數字(zi)外設，為創新(xin)的(de)系統組(zu)件(如MEMS傳感(gan)器(qi)、電子墨(mo)水顯(xian)示器(qi))創建(jian)自定義模擬(ni)前(qian)端(duan)(AFE)或數字(zi)接(jie)口。PSoC? 6微控制器(qi)采用(yong)最新(xin)一代(dai)行(xing)業領先的(de)CAPSENSE?電容感(gan)應技術(shu)，實(shi)現了穩健可(ke)靠(kao)的(de)現代(dai)觸摸和手勢界面(mian)。搭配Infineon的(de)AIROC? Wi-Fi、AIROC? Bluetooth?或AIROC?組(zu)合無(wu)線模塊，PSoC? 6微控制器(qi)是安(an)全(quan)、低功耗、功能(neng)豐富的(de)物聯網產品的(de)完美(mei)解決方(fang)案。
3.2 方案介紹
圖(tu)3 基于PSoC? 6的Matter解決方案系統框(kuang)圖(tu)
該(gai)方案為Matter生(sheng)態系統展示了一個家庭(ting)的自動化演示，展示了智能門鎖、人體(ti)感(gan)應(ying)傳感(gan)器(qi)和智能照明節點如何無縫協同工作(zuo)，實(shi)現家庭(ting)自動化例程。
Matter生態系(xi)統解(jie)決(jue)方案可以通過Ethernet、WIFI和Thread 15.4三種協(xie)議進(jin)行通信(xin)。該解(jie)決(jue)方案展示(shi)了(le)Matter over WiFi和Matter over Thread。使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)Matter over Wi-Fi進(jin)行通信(xin)的(de)智能門鎖使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)了(le)PSoC? 6作為應用(yong)(yong)(yong)(yong)處理器(qi)。演示(shi)中(zhong)的(de)安全元(yuan)件(jian)采用(yong)(yong)(yong)(yong)了(le)OPTIGA? Trust M，配備了(le)一(yi)個(ge)NFC讀卡器(qi)，并且(qie)使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)AIROC?系(xi)列(lie)超低功耗藍牙? Wi-Fi組合模塊
演示中的人(ren)體感應傳(chuan)感器節點使(shi)用了XENSIV?傳(chuan)感器系列中的60 GHz雷(lei)達傳(chuan)感器，通(tong)過Matter over Wi-Fi與PSoC? 6和AIROC? WIFI進(jin)行連接(jie)，以傳(chuan)輸人(ren)體存(cun)在(zai)狀態。
系統中的(de)(de)第三(san)個節點是一個使用(yong)Matter over Thread進行通信的(de)(de)照明節點。
當(dang)(dang)居住者靠近門時，正(zheng)在運行Matter over Wi-Fi的60 GHz傳感器(qi)會檢測到存在，并使用(yong)Matter over Thread觸發(fa)門廊(lang)燈的開啟。在此演示中，蘋(pin)果(guo)(guo)電視充(chong)當(dang)(dang)Matter中樞，完(wan)成所有的轉換工作，但也可以使用(yong)來自其他(ta)廠商的Matter中樞替代蘋(pin)果(guo)(guo)電視。
解鎖門的(de)(de)方法有三(san)種：可(ke)以(yi)使用(yong)來自(zi)CIPURSE?系(xi)列的(de)(de)NFC卡，可(ke)以(yi)在由PSoC? 6上(shang)運行的(de)(de)CAPSENSE技(ji)術驅動的(de)(de)鍵盤(pan)上(shang)輸入PIN碼(ma)，或者可(ke)以(yi)使用(yong)像Apple Home應用(yong)程序這樣的(de)(de)移動應用(yong)程序打開門鎖。
在Apple Home應用程序中，當我們點擊解鎖(suo)時，可(ke)以(yi)看到門(men)(men)被解鎖(suo)。作為家庭自(zi)動化序列的(de)一部分，當門(men)(men)解鎖(suo)時，客廳的(de)燈光也會(hui)打開(kai)。這種類型的(de)家庭自(zi)動化還可(ke)以(yi)觸(chu)發(fa)其(qi)他(ta)下游(you)事(shi)件，比(bi)如關閉家庭安(an)全系統(tong)或與恒(heng)溫器(qi)進(jin)行(xing)互動。
當用戶(hu)關閉門(men)(men)時(shi)，客(ke)廳中的人體感(gan)應(ying)傳感(gan)器不(bu)再檢測(ce)到存在(zai)，門(men)(men)鎖將自動鎖上(shang)。然后，當居住者離開門(men)(men)口一(yi)段距離時(shi)，存在(zai)檢測(ce)會起(qi)作用，門(men)(men)廊燈將關閉。這個演(yan)示(shi)展示(shi)了Matter的重(zhong)要性以及我(wo)們如何無縫連接不(bu)同的智能(neng)家(jia)居設備。
該(gai)演示支持Matter的多(duo)管理(li)員功能，允(yun)許智能家(jia)居設備在蘋果和(he)三星(xing)等智能家(jia)居系統供(gong)應商中同(tong)時運行(xing)。多(duo)管理(li)員功能為(wei)您提供(gong)了配置智能家(jia)居的靈(ling)活(huo)性(xing)，無(wu)需強制選擇單一的控制器、平臺或應用程(cheng)序。
該(gai)方案允許您(nin)將照明、人體感應(ying)傳感器或智(zhi)能門鎖節點添(tian)加到蘋(pin)果(guo)或三星智(zhi)能家居(ju)系統(tong)中的(de)(de)任一系統(tong)中。您(nin)可(ke)以無縫切換使(shi)用(yong)(yong)蘋(pin)果(guo)Home應(ying)用(yong)(yong)程(cheng)(cheng)序和三星SmartThings應(ying)用(yong)(yong)程(cheng)(cheng)序，以向Matter智(zhi)能家居(ju)網絡添(tian)加設(she)備(bei)(bei)、控制設(she)備(bei)(bei)并查看每個(ge)設(she)備(bei)(bei)的(de)(de)狀(zhuang)態。您(nin)可(ke)以使(shi)用(yong)(yong)蘋(pin)果(guo)Home應(ying)用(yong)(yong)程(cheng)(cheng)序解鎖智(zhi)能門鎖，門的(de)(de)狀(zhuang)態將在三星SmartThings應(ying)用(yong)(yong)程(cheng)(cheng)序中更(geng)新(xin)。如果(guo)您(nin)所在的(de)(de)家庭(ting)成員使(shi)用(yong)(yong)iOS和Android設(she)備(bei)(bei)的(de)(de)混合組合，這個(ge)功能會非常有用(yong)(yong)。
方案中的PSoC? 6智能門鎖代碼和(he)移動應用程序使(shi)用來自公(gong)共存儲庫的標準Matter SDK進(jin)行(xing)構建(jian)，展示了Matter如(ru)何(he)簡化開發并(bing)提高智能家居(ju)設備之間的互操作性。
4 結語
Matter作為一(yi)個(ge)開放的(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)標(biao)準，具有廣泛(fan)的(de)(de)(de)支持(chi)、真正(zheng)的(de)(de)(de)互(hu)操(cao)作性(xing)、簡(jian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)設備(bei)(bei)(bei)配(pei)置和控制，以及(ji)安(an)全性(xing)和隱私(si)保護等優勢，因此具備(bei)(bei)(bei)良好的(de)(de)(de)前景和發展潛力。CSA聯(lian)盟在中國成立了CMGC聯(lian)盟，通過組(zu)織和積極參(can)與線下活動，將(jiang)(jiang)聯(lian)盟成員(yuan)聯(lian)合起來并推(tui)廣Matter聯(lian)盟技術。隨著越(yue)來越(yue)多(duo)的(de)(de)(de)公司和設備(bei)(bei)(bei)制造商采用Matter標(biao)準，將(jiang)(jiang)形成一(yi)個(ge)龐大的(de)(de)(de)生態系統(tong)，越(yue)來越(yue)多(duo)的(de)(de)(de)設備(bei)(bei)(bei)類(lei)型和功能(neng)納入標(biao)準中。除了傳統(tong)的(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)設備(bei)(bei)(bei)，如(ru)燈光、開關、鎖、家(jia)電、安(an)防(fang)設備(bei)(bei)(bei)、健康監測(ce)設備(bei)(bei)(bei)等設備(bei)(bei)(bei)類(lei)型均已加入到標(biao)準中，并且(qie)Matter的(de)(de)(de)發展還會帶動云(yun)服務和智(zhi)能(neng)化(hua)(hua)能(neng)力的(de)(de)(de)提(ti)升，為大家(jia)帶來更(geng)便(bian)捷的(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)體驗。
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