在今天的智能家居領域，新發(fā)布的Matter標準無疑是最大的亮點，它作為消費電子產(chǎn)品的通用語言，正在突破困擾智能家居領域多年的互操作性的瓶頸。

Matter標準是什么？它能做什么，不能做什么？它有何神奇之處，能讓各大企業(yè)摒棄孤立的生態(tài)體系，轉而支持開放的連接？開發(fā)符合Matter標準的產(chǎn)品和方案，在系統(tǒng)架構、芯片、軟件和開發(fā)流程上，應該如何進行技術布局？……

如果你對這些有關Matter標準的問題充滿了好奇，或者是希望借助這個新標準在未來智能家居安全互聯(lián)領域有所建樹，那么下面這份最新發(fā)布的研究報告，將給你一個完整的闡釋。

《MATTER標準——讓智能家居更智能》白皮書

中文版上線，歡迎下載

↓↓↓

點擊下載

本文將節(jié)選《MATTER標準——讓智能家居更智能》白皮書中有關Matter標準技術架構的精華章節(jié)，與大家分享，也歡迎大家下載完整中文版，仔細研讀！

?

Matter標準明確如何使用現(xiàn)有的、廣泛部署的標準和網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)互操作性。Matter標準不會創(chuàng)造新的網(wǎng)絡環(huán)境。點擊此處免費下載完整的1.0文檔，其中包括內核規(guī)范、設備庫規(guī)范和應用集群規(guī)范。文件共有1347頁，內容豐富，技術信息密集，需要煮上一壺咖啡慢慢品讀。但不用擔心，本文將進行簡要介紹。

核心架構

Matter標準的核心是定義了一種基于IPv6的通信協(xié)議，適用于智能家居應用。如圖1所示， Matter標準是一個應用層，基于具有以太網(wǎng)、Wi-Fi和Thread網(wǎng)絡的行業(yè)標準互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧構建。Matter標準網(wǎng)絡中的每臺設備都使用該協(xié)議棧的一個版本與其他設備交換消息。低功耗藍牙 (Bluetooth LE) 也是協(xié)議棧的一部分，但它用于調試 (設置)，而不是數(shù)據(jù)通信。

?

圖1:MATTER標準協(xié)議棧

Matter標準應用層由若干層組成，如下所示：

• 數(shù)據(jù)模型——維護應用層用于與設備交互的“名詞和動詞”數(shù)據(jù)結構。

• 操作 (Action) ——構造由數(shù)據(jù)模型層定義的交互，即讀寫設備屬性。

• 操作構架 (Action framing) ——將交互序列化為指定的二進制消息，并將其編碼進行網(wǎng)絡傳輸。

• 安全——對消息進行加密并附加身份驗證代碼。

• 消息——使用消息屬性和路由信息構造有效負載格式。

• IP構架和傳輸管理——將消息發(fā)送到底層傳輸協(xié)議 (TCP或Matter標準的UDP消息可靠性協(xié)議)。

Matter標準的架構理念基于現(xiàn)有的獨立于域的網(wǎng)絡技術構建，在協(xié)議棧的頂部是域專用的層 (即數(shù)據(jù)模型和交互模型)。這種方法簡化了添加和維護智能家居領域專用的設備定義、交互和行為。

基于MATTER標準的智能家居網(wǎng)絡架構

?

圖2:基于MATTER標準的智能家居網(wǎng)絡原理圖

圖2展示了一個典型的智能家居場景，各種設備通過以太網(wǎng)、Wi-Fi和Thread連接。除了目前提供以太網(wǎng)和Wi-Fi連接的Wi-Fi路由器外，還有5類Matter標準和Thread標準產(chǎn)品：

• Matter標準控制器——智能音箱和集線器等設備直接與所有Matter標準設備進行通信。不同家居自動化平臺的控制器可以共存并連接到相同的Matter標準設備。

• Matter標準高性能設備——通常通過Wi-Fi連接。

• Thread邊界路由器——將Thread網(wǎng)格設備網(wǎng)絡連接到家中的Wi-Fi或以太網(wǎng)網(wǎng)絡。可能有多個邊界路由器。

• Thread網(wǎng)格擴展器——常開、市電供電的邊緣設備 (例如，燈開關) 有助于在全屋擴展Thread網(wǎng)格，在執(zhí)行控制和傳感功能的同時傳輸Thread網(wǎng)絡流量。

• 低功耗設備——小型低功耗邊緣設備通常由電池供電，甚至是紐扣電池，通常不能用作擴展器。

具有舊 (非Matter標準) 設備網(wǎng)絡的家庭可能還有其它兩種類型的組件。

• Matter標準橋——在Matter標準協(xié)議和傳統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)議之間進行轉換。

• 傳統(tǒng)設備網(wǎng)格節(jié)點——傳統(tǒng)設備通過橋接功能連接到Matter標準，制造商通常將其集成到傳統(tǒng)設備集線器中。

安全設備設置

搭建圖2所示的網(wǎng)絡既快速又簡單。下文從用戶的角度概要介紹了典型的設備設置過程。

• 打開設備并連接。

• 使用智能手機獲取設備的設置ID (二維碼、NFC或手動輸入)。方法因設備而異。

• 其余的操作自動完成。該設備加入用戶的家庭網(wǎng)絡，由與家居自動化平臺相關聯(lián)的Matter標準控制器進行識別。

下文提供了設備設置過程幕后情況的更多細節(jié)。

• 客戶實際安裝一臺新的Matter標準設備，通常通過連接操作或安裝電池來完成。

• 使用智能手機應用或其他支持Matter標準的設備，客戶通過掃描二維碼、NFC或手動輸入等方式輸入設置ID。(設備專用)

• 如有必要，用戶將設備置于調試模式。(設備專用)

• 然后應用連接到設備，通常通過低功耗藍牙 (Bluetooth LE ) 連接。

• 在幕后，Matter標準根據(jù)其分布式合規(guī)設備總帳 (Distributed Compliance Ledger) 對設備進行身份驗證，并執(zhí)行其他安全相關功能。

• 在身份驗證后，Matter標準通過低功耗藍牙連接發(fā)送網(wǎng)絡憑證 (用于Thread或 Wi-Fi)。

• 然后，該設備加入客戶的網(wǎng)絡，智能家居平臺的家居Matter標準控制器開始使用它。

已經(jīng)連接到客戶家居自動化平臺的供應商可預先配置網(wǎng)絡憑證，無需“掃描二維碼”。在這種情況下，唯一的手動操作是連接設備并將其打開。設置過程非常簡單。

設置完成后，用戶可通過相同的流程將Matter標準設備與其他智能家居平臺連接起來。可通過Matter標準的多管理員功能實現(xiàn)，讓用戶可以控制哪些應用可以訪問哪些設備。

設備類別

Matter標準于2023年初推出，客戶需要知道哪些類別的設備最先進入市場。Matter標準根據(jù)15年累積的設備定義，基于Zigbee集群庫制定了設備規(guī)范和應用集群規(guī)范。盡管 Zigbee為Matter標準提供了良好的開端，但設備規(guī)范比較復雜、難以制定、測試緩慢， 有時還存在爭議。Matter標準將功能域的初始集群限制在少數(shù)高優(yōu)先級、常用設備類型， 這種做法非常睿智。一些分析師希望在第一個版本中涵蓋更多設備，但我們很高興Matter標準團隊更重視質量，而不是設備覆蓋率。從長遠來看，在添加更多設備之前應確保核心功能正常運行。Matter 1.0支持7種設備類別:

• 照明和電氣控制

• 控制器和橋

• 窗簾

• 門鎖

• 暖通空調控制

• 電視和媒體設備

• 安全傳感器

連接標準聯(lián)盟計劃每半年更新一次Matter標準規(guī)范，添加新設備和功能，我們無需等待太久便能看到新設備。工作組目前正在處理下列新設備類別：

• 攝像頭

• 家電——白色家電

• 能源管理

• 環(huán)境感測和控制

• 運動和狀態(tài)感測

• 機器人吸塵器

• 接入點

• 門窗傳感器

• 安全傳感器——檢測煙霧、一氧化碳

某些設備類型可能需要比預期更長的時間才能添加。例如，與安全有關的傳感器和告警器通常需要額外的認證。但Matter標準承諾定期更新升級，因此我們預計設備覆蓋率將穩(wěn)步增長。

認證

標準設立機構向符合正式認證要求的產(chǎn)品頒發(fā)標識。產(chǎn)品上有Matter標準標識則表明符合 Matter標準規(guī)范，并通過了獨立實驗室關于與其它Matter標準產(chǎn)品互操作性的測試。認證僅適用于連接標準聯(lián)盟成員，由全球多家獨立測試機構授權。Matter標準認證還需要Wi-Fi和Thread等相關認證的證明。csa-iot.org上的認證產(chǎn)品列表對所有人開放。選擇 Matter標準為項目類型。

傳統(tǒng)設備——MATTER標準橋接

擁有一個或多個非Matter標準設備生態(tài)體系的智能家居愛好者預計將繼續(xù)使用現(xiàn)有設備， 同時逐漸采用Matter標準設備。缺乏對傳統(tǒng)產(chǎn)品的支持可能會很大程度阻礙已有智能家居設備的用戶選擇Matter設備，而Matter標準需要迎合他們的需求。

Matter標準規(guī)范包括“橋接”功能，如圖3所示，它使制造商能夠構建在Matter標準協(xié)議和傳統(tǒng)設備協(xié)議之間轉換的設備。橋的兩端分別與Matter標準和傳統(tǒng)協(xié)議 (如Zigbee或 Z-Wave) 進行通信。如圖所示，如果Matter標準橋支持傳統(tǒng)協(xié)議，就可以同時支持制造商 現(xiàn)有的專用應用。

許多特性和功能都能夠輕松轉換，例如開關燈。然而，專用設備功能通常很難 (或不可能) 映射到可互操作的Matter標準模型上，因此協(xié)議轉換通常不完整。橋開發(fā)人員可以選擇使用制造商專用的集群和設備類型向Matter標準生態(tài)體系公開獨特的功能，盡管這種方法可能會產(chǎn)生兼容性問題。我們預計Zigbee橋比其他生態(tài)體系更易構建，也更全面，因為Matter標準利用了Zigbee的集群和設備規(guī)范，因此需要進行的轉換更少。

?

圖3:MATTER標準橋

恩智浦的領導地位——芯片和和軟件

十多年來，恩智浦一直支持技術創(chuàng)新，使Matter標準成為可能。2012年，飛思卡爾半導體(現(xiàn)恩智浦半導體) 成為Thread Group的創(chuàng)始公司之一。自2015年與飛思卡爾合并以來， 恩智浦一直是Thread標準的主要貢獻者。恩智浦認識到需要一個通用的、基于IP的智能家居應用層，并于2019年與其他幾家大型企業(yè)攜手創(chuàng)建了“IP互聯(lián)家居項目”(CHIP)， 后更名為Matter。如今，恩智浦的Matter標準產(chǎn)品組合體現(xiàn)了基于開放標準的一致行業(yè)領先戰(zhàn)略。

恩智浦和其他供應商生產(chǎn)的精密芯片使嵌入式互聯(lián)產(chǎn)品“融入我們周圍的世界中”，讓Matter標準成功問世。智能家居技術的“融入”，嵌入式器件必須體積小、功耗低 (通常由電池供電)、安全、支持無線，并且能夠運行IP網(wǎng)絡協(xié)議棧和應用軟件。此外，平臺還要價格低廉，符合現(xiàn)有的消費電子產(chǎn)品價格區(qū)間，而不會大幅提高價格。70美元智能燈開關的時代即將結束。

Matter標準芯片需要具有以下四個特點：

• 支持Matter標準——具有片上無線網(wǎng)絡、安全性、“物理世界”接口以及充足的 處理能力、內存和閃存的SoC

• 方便嵌入——小型低功耗平臺，可輕松集成到家中的所有設備

• 安全——可簡化Matter標準開發(fā)和Thread產(chǎn)品認證的安全子系統(tǒng)，前期設計采納而非后期插件

• 完整的解決方案——芯片、開發(fā)板和基于Matter標準的軟件包，“開箱即用”

我們深入研究一下恩智浦基于Matter標準的產(chǎn)品組合，了解芯片如何適用于現(xiàn)實世界的智能家居產(chǎn)品，并概要介紹開發(fā)過程。

圖4列出了恩智浦的Matter標準芯片產(chǎn)品組合，并展示了芯片如何映射到本白皮書“基于 Matter標準的智能家居架構”部分定義的五個Matter設備類別。

?

圖4：恩智浦面向MATTER和THREAD的芯片

圖4的最上方是高性能Matter標準平臺。開發(fā)人員將i.MX 8M Mini微處理器 (MPU) 與各種無線芯片相結合，具體取決于Thread應用的類型和產(chǎn)品的價格目標。雙芯片無線靈活性延伸至下一個性能較低的選項，即i.MX RT“跨界”微控制器 (MCU)。跨界MCU為低功耗、 低成本產(chǎn)品提供了MPU級性能。恩智浦還提供4種單芯片Matter標準平臺，具有各種性能 和無線選項，適用于要求低功耗、小尺寸和低成本的應用。

恩智浦為Matter標準應用開發(fā)了領先的三頻技術，提供完全集成的Wi-Fi、Thread和低功耗藍牙雙芯片和單芯片配置。IW612三頻芯片，與i.MX 8M Mini MPU相結合，創(chuàng)建了完整的平臺，適用于Matter標準控制器和其他高性能應用。對于低功耗、低成本的產(chǎn)品 (如Thread邊界路由器)，恩智浦最近發(fā)布了單芯片、三頻RW612。三頻技術通過集成的硬 件和軟件、預先設計的無線共存邏輯和快速的監(jiān)管認證，簡化并加速了無線平臺的開發(fā)。

恩智浦為定義Matter標準安全規(guī)范做出了重要貢獻，是為Matter標準認證平臺提供所有芯片、軟件、參考設計和服務的第一批半導體公司，助力客戶構建和部署安全產(chǎn)品。

恩智浦為客戶提供全套的安全技術。例如，恩智浦是Matter標準產(chǎn)品的一個認證機構， 能夠為Matter標準產(chǎn)品頒發(fā)產(chǎn)品認證證書。

此外，恩智浦還可以將憑證預注入嵌入式安全芯片和驗證芯片，通過無線方式 (OTA) 安全地交付憑證，并通過EdgeLock 2GO服務協(xié)助證書部署和配置。對于消費電子制造商來說， 恩智浦的預認證平臺和服務可加速開發(fā)、簡化認證、簡化部署、減少對企業(yè)內部安全專業(yè)知識的需求，并限制管理開銷。

實現(xiàn)智能家居的無縫互操作

提供端到端解決方案，請訪問恩智浦官網(wǎng)

>> Matter技術中心 <<

>> 智能家居方案中心<<

本文作者

《MATTER 標準：讓智能家居更智能》研究報告的作者為Bill Curtis，Moor Insights & Strategy工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術駐場分析師。想要了解Bill有關Matter標準發(fā)展趨勢的更多洞見，請參閱這篇博文>>