智能家居迎來大一統(tǒng)時代

智能家居這一概念提出以來，各品牌之間的生態(tài)無法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通一直被認(rèn)為是最大的阻礙。如果你已經(jīng)有一臺天貓精靈智能音箱，又買了一款昕諾飛的智能燈泡和小米的空調(diào)，但卻無法用天貓精靈控制他們，這些所謂智能家居設(shè)備就成了一個個的孤島。

只有把設(shè)備全換成同一家的，才讓智能家居不“智障”?相信沒有幾個家庭會為了實(shí)現(xiàn)全屋智能這么做。想要實(shí)現(xiàn)整個智能家居市場的繁榮，真正需要的是一個統(tǒng)一、上下游廠商都認(rèn)可的互聯(lián)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

Matter 1.0的誕生

2019年12月，智能家居開源標(biāo)準(zhǔn)Matter首次由亞馬遜、蘋果、谷歌、三星 SmartThings 和ZigBee聯(lián)盟聯(lián)合發(fā)起提出，當(dāng)時還被稱為IP互聯(lián)家庭項(xiàng)目(Project Connected Home over IP，簡稱CHIP)。該項(xiàng)目旨在開發(fā)、推廣一項(xiàng)免除專利費(fèi)的新連接協(xié)議，將 Zigbee、Thread、藍(lán)牙和 Wi-Fi 等不同組件整合到一個總體標(biāo)準(zhǔn)中，以簡化智能家居設(shè)備商開發(fā)成本，提高產(chǎn)品之間兼容性。

上圖展示了Matter 與ZigBee、藍(lán)牙、Wi-Fi的關(guān)系。OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型大家都比較熟悉了，從高到低，依次為：應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。這里簡化了一下，將會話層和表示層合并到應(yīng)用層，數(shù)據(jù)鏈路層和物理層合并到底層，形成新的網(wǎng)絡(luò)模型：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、底層。
應(yīng)用層為Matter、傳輸層為TCP/UDP、網(wǎng)絡(luò)層為IPv6、底層為適配IPv6的協(xié)議(以太網(wǎng)、Wi-Fi、Thread，等等)。
由此可見，Matter是基于傳輸層之上的應(yīng)用層協(xié)議，它依賴于以太網(wǎng)、Wi-Fi、Thread等底層協(xié)議。
Zigbee和藍(lán)牙都是不適配IPv6的底層協(xié)議，例如ZigBee，它規(guī)定了要求的底層協(xié)議、專用的網(wǎng)絡(luò)層 /傳輸層和專用的應(yīng)用層。所以Matter與Zigbee、藍(lán)牙是互斥的協(xié)議，無法共同存在;而與Wi-Fi則是依賴關(guān)系。
當(dāng)時業(yè)內(nèi)人士和媒體普遍不看好這一標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)，因?yàn)橹悄芗揖泳揞^早已經(jīng)建立了基于自家生態(tài)的封閉平臺，他們怎么會心平氣和地坐在一起想辦法解決智能家居“碎片化”的頑疾呢?事實(shí)確實(shí)一波三折，原本CHIP計(jì)劃首款支持Matter標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備在2020年底發(fā)布，一拖再拖后改在了2022年秋季。
2021年5月，Matter取代了原先的CHIP成為該標(biāo)準(zhǔn)的正式名稱，ZigBee聯(lián)盟也更名為連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟(Connectivity Standards Alliance，簡稱CSA)。官方表示，作為智能家居新的連接標(biāo)準(zhǔn)，Matter提供一種基于IP的統(tǒng)一連接協(xié)議，家中來自不同品牌的智能門鎖、智能音箱、智能水壺、空調(diào)、電視、窗簾、電燈都可以在這個寫一下更順暢地交互，從而提供更好的家居產(chǎn)品的實(shí)用性和體驗(yàn)性。

美國西部時間10月2日，CSA連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟宣布Matter 1.0技術(shù)規(guī)范正式發(fā)布，認(rèn)證計(jì)劃同時開放。智能家居品牌可以對其產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)測試和認(rèn)證，一旦獲得認(rèn)證，公司就可以開始銷售帶有Matter 標(biāo)志的設(shè)備。
據(jù)介紹，Matter第一個版本通過 Wi-Fi、Thread 和以太網(wǎng)運(yùn)行，并使用低功耗藍(lán)牙進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，以支持一系列智能家居設(shè)備，包括照明和電氣、HVAC 控制、窗簾、安全傳感器、門鎖和媒體設(shè)備。
帶Matter標(biāo)志的智能家居產(chǎn)品
這是智能家居發(fā)展史上的里程碑事件，意味著來自物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)從芯片到零售，各個環(huán)節(jié)的聯(lián)盟成員公司自此擁有了一套完整解決方案，能夠?yàn)槭袌鎏峁┛缙放坪涂缟鷳B(tài)互聯(lián)互通的新一代產(chǎn)品，讓消費(fèi)者體驗(yàn)更好的隱私保護(hù)、安全和便捷。
芯片廠商中，Silicon Labs是Matter主要代碼的貢獻(xiàn)者之一，該公司已針對Matter設(shè)備、邊界路由器和橋接應(yīng)用等需求提供了一站式的資源。開發(fā)人員可以地利用Silicon Labs的硬件和軟件工具，包括一體化軟件開發(fā)工具包(Unify SDK)、Gecko SDK和Simplicity Studio物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)環(huán)境，從而將Matter橋接到其他的IoT開發(fā)平臺，比如Wi-Fi、Zigbee、Thread和Z-Wave等。
其實(shí)今年9月2日至6日在柏林舉辦的歐洲知名科技盛會IFA 2022上，蘋果HomeKit智能家居設(shè)備制造商Eve就展示了基于Matter Beta版協(xié)議的應(yīng)用，他們的智能球形燈泡可以同時接受蘋果、谷歌、亞馬遜智能音箱，以及手機(jī)中三星SmartThings的聯(lián)合控制。
這是不同品牌智能家居互聯(lián)互通的場景首次真實(shí)地呈現(xiàn)在世人眼前，也是Matter在成立之初的承諾——使用Matter協(xié)議的設(shè)備將可以兼容Alexa、Google Home、HomeKit以及國內(nèi)的華為、小米等品牌生態(tài)。

各大公司已宣布支持Matter計(jì)劃

早在CES 2022期間，亞馬遜便宣布 Echo 設(shè)備將支持Matter，包括大部分的 Echo、Echo Dots、Echo Plus、Echo Studio 和 Echo Show。在Matter正式發(fā)布后，現(xiàn)有的 Echo 設(shè)備也可以通過軟件更新支持 Matter。同時亞馬遜還表示，其第四代 Echo 將成為 Thread 邊界路由器，使用該協(xié)議在自身和 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)之間建立一座橋梁(支持 Matter over Thread)。

更重要的是，亞馬遜宣布將推出適用于 Matter over Wifi 的 FFS(Frustration Free Setup)體驗(yàn)，符合條件的客戶只需將 Matter 設(shè)備拆箱并打開電源，即可完成設(shè)備自動配網(wǎng)。

同樣在CES 2022上宣布支持Matter的還有三星，該標(biāo)準(zhǔn)將允許其Home Hub充當(dāng)其智能手機(jī)、智能電視和智能電器的控制器。另外近期三星 SmartThings 還宣布了一項(xiàng)合作伙伴早期訪問計(jì)劃，首批燈、鎖和傳感器類 Matter 智能家居設(shè)備已經(jīng)開始接受跨平臺兼容測試。

在今年5月召開的谷歌2022年I/O大會上，谷歌明確透露了將被更新為Matter 控制器的設(shè)備，允許它們連接到所有 Matter 產(chǎn)品并由 Google Home 應(yīng)用程序、Google Assistant 和安卓智能家居控件控制。在9月的GDS 22開發(fā)者大會中，谷歌還分享了其在Matter 項(xiàng)目上的布局和進(jìn)展。

蘋果也在2022年6月初的 WWDC 2022上正式宣布，其智能家居平臺HomeKit將無縫兼容Matter。在未來，用戶將可以通過蘋果Home App或集成Homekit的第三方應(yīng)用，掃碼快速添加、查看狀態(tài)、控制Matter智能家居設(shè)備。

更貼近“家居”行業(yè)的宜家(IKEA)，也在2022年5月底宣布推出 Matter-ready 智能家居中心Dirigera(瑞典語中意為“指揮家”)，形狀像一顆小小的冰球，與其前身Tradfri產(chǎn)品最大的區(qū)別是它支持Matter標(biāo)準(zhǔn)。
宜家特別強(qiáng)調(diào)了該產(chǎn)品使用簡單，還具備強(qiáng)大的個性化選項(xiàng)，并且透露，宜家正在開發(fā)自己的云端網(wǎng)絡(luò)，在2023 年就能遠(yuǎn)程訪問其智能家居設(shè)備。


萬事俱備，產(chǎn)品四季度批量上市

據(jù)悉，兼容Matter的智能家居設(shè)備，將于今年第四季度首次大規(guī)模上市。而Matter 1.0的重要組成部分也已萬事俱備：授權(quán)測試實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證測試服務(wù)同步開放、Matter測試工具齊備、開源參考設(shè)計(jì)軟件開發(fā)套件(SDK)完成。
為了解決智能家居設(shè)備的安全和隱私問題，Matter 使用分布式賬本技術(shù)和公鑰基礎(chǔ)設(shè)施。這些技術(shù)驗(yàn)證設(shè)備認(rèn)證和出處，以確保用戶在家中連接真實(shí)和最新的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。
這一切都將推動新一代創(chuàng)新產(chǎn)品投放市場。
目前許多國內(nèi)外智能家居品牌、設(shè)備廠商、芯片廠商以及解決方案商，都已經(jīng)公開表示其產(chǎn)品將全系支持Matter協(xié)議，計(jì)劃升級現(xiàn)有產(chǎn)品以支持Matter標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)盟成員公司一旦獲得相應(yīng)認(rèn)證，就能馬上實(shí)施升級。
這意味著只要我們購買的智能家居設(shè)備支持Matter協(xié)議，不論是蘋果用戶還是安卓用戶，或者再細(xì)分一點(diǎn)，不論米家用戶還是華為用戶，都可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通操作，智能家居生態(tài)壁壘時代的顛覆，對于用戶體驗(yàn)的改善也將是顛覆性的。
包括亞馬遜、蘋果公司、康卡斯特有線、谷歌、昕諾飛和SmartThings在內(nèi)的超過280家成員公司貢獻(xiàn)他們的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新，來確保Matter能滿足用戶、設(shè)備制造商和生態(tài)平臺的各方所需。這些公司協(xié)力分析需求、開發(fā)技術(shù)規(guī)范和參考設(shè)計(jì)、參與大量測試活動、進(jìn)行最后的規(guī)范驗(yàn)證，終于達(dá)成了這項(xiàng)對行業(yè)具有重大意義的里程碑。

8家授權(quán)實(shí)驗(yàn)室提供測試認(rèn)證，包括底層通信協(xié)議

除了技術(shù)規(guī)范以外，Matter 1.0發(fā)布的同時也為聯(lián)盟成員提供了測試用例和綜合測試工具，以及向全球開放的認(rèn)證程序。
百佳泰Allion Labs、必維國際檢驗(yàn)集團(tuán)Bureau Veritas、 德凱Dekra、 Element、 Eurofins Digital Testing、 Granite River Labs(GRL)、 德國萊茵TüV Rheinland、 UL Solutions 等8家授權(quán)測試實(shí)驗(yàn)室可以提供Matter測試服務(wù)，也能夠?qū)atter底層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行測試——如Wi-Fi和Thread。
基于Wi-Fi的Matter設(shè)備可以在本地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速率的通信，也可以讓智能家居設(shè)備方便地與云端通信，而Thread能夠構(gòu)建低功耗高穩(wěn)定性的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)家居系統(tǒng)。Wi-Fi聯(lián)盟和Thread Group與CSA連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟一起實(shí)現(xiàn)完整的Matter應(yīng)用。
Matter網(wǎng)絡(luò)堆棧。(圖自：Moore Insight and Strategy)
Matter的安全原則和機(jī)制也為物聯(lián)網(wǎng)開拓了新領(lǐng)域，比如應(yīng)用分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)和公鑰基礎(chǔ)設(shè)施來驗(yàn)證設(shè)備的認(rèn)證狀態(tài)和來源，以此確保用戶連接到家庭網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備是真實(shí)、經(jīng)過驗(yàn)證、且軟件版本最新的。
基于以太網(wǎng)、Wi-Fi和Thread，并可用藍(lán)牙低功耗協(xié)議進(jìn)行設(shè)備配網(wǎng)的Matter首版標(biāo)準(zhǔn)將支持多種類型的智能家居產(chǎn)品，包括照明電工、暖通控制、窗簾幕簾、安全安防、門鎖、媒體播放(比如電視機(jī))、結(jié)合了應(yīng)用軟件的控制設(shè)備、以及網(wǎng)橋設(shè)備。

Matter標(biāo)準(zhǔn)問世對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)意義重大

在Matter協(xié)議誕生前，各大品牌只支持自家協(xié)議，智能家居行業(yè)山頭林立、彼此封閉。擁有不同品牌家電設(shè)備消費(fèi)者的使用體驗(yàn)也處于割裂狀態(tài)，各設(shè)備之間基本上是雞同鴨講。
“大一統(tǒng)”的Matter協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，加速了全球智能家居生態(tài)以及企業(yè)的融合，可以實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺進(jìn)行連接、控制、數(shù)據(jù)共享。通過Matter極強(qiáng)的兼容性也得以讓不同類型、品牌、生態(tài)的設(shè)備間實(shí)現(xiàn)高效通信(如 iOS/安卓手機(jī)、語音助手、智能音箱等)，整個過程無需特定的“轉(zhuǎn)發(fā)”設(shè)備。
例如，Matter 智能開關(guān)或傳感器可以直接“打開/關(guān)閉”Matter 燈泡，而無需借助任何 APP、云服務(wù)或其他特別操作。一旦完成配置，Matter 設(shè)備間的通信和控制都可以直接在本地局域網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)，這在過去的生態(tài)系統(tǒng)協(xié)議中是不太容易實(shí)現(xiàn)的。
基于Matter的多源管理功能(Multi Admin)，用戶可以將設(shè)備連接任何支持Matter的生態(tài)系統(tǒng)，為每個設(shè)備分別設(shè)置與哪些系統(tǒng)共享，也可輕松地將多個設(shè)備添加到新的生態(tài)系統(tǒng)中。這意味著，一款 Matter 設(shè)備可以同時支持多個平臺的多種生態(tài)系統(tǒng)，消除大量使用體驗(yàn)上的混亂與障礙，讓用戶的智能家居使用體驗(yàn)更自由。
這些也正是大多數(shù)消費(fèi)者需要的，原先手機(jī)里可能有亞馬遜Alexa、蘋果HomeKit和谷歌Nest等一堆控制APP，現(xiàn)在只需要保留一個就可以。

連蘋果這樣以生態(tài)封閉著稱的巨頭，都主動擁抱Matter，足見智能家居這個行業(yè)不像手機(jī)，從單一產(chǎn)品擴(kuò)充封閉生態(tài)的玩法行不通。如今在智能家居行業(yè)中，包括亞馬遜、谷歌、蘋果和三星在內(nèi)的最具影響力的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)品牌都加入了推動Matter發(fā)展的行列，共同為解決分散的智能家居市場提供解決方案。
如此一來單一生態(tài)的概念被淡化，生態(tài)壁壘也被逐漸打破。一些規(guī)模較小的終端廠商，即便無法成為蘋果HomeKit或亞馬遜Alexa的合作廠商，只要遵循Matter協(xié)議，就可以通過這些大廠的APP或終端進(jìn)行控制，這樣一來既擴(kuò)張了大廠的產(chǎn)品陣容，小廠設(shè)備也得以加入更大的生態(tài)，越來越多的智能產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)。
消費(fèi)者可以從功能、價格和質(zhì)量上來選擇不同品牌的產(chǎn)品;設(shè)備廠商也可以減少對于多種通訊技術(shù)的研發(fā)，不再需要同時維護(hù)多個生態(tài)系統(tǒng)或通過多種認(rèn)證，從而大大節(jié)省了時間和人力成本。
根據(jù) ABI Research的數(shù)據(jù)，在五年內(nèi)，全球超過一半的關(guān)鍵智能家居設(shè)備將支持 Matter。

目的不是取代，而是共存

最后是大家比較關(guān)心的，之前買的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能否加入Matter大家庭?如果無法加入，那么整個智能家居還是碎片化的。其實(shí)在Matter協(xié)議創(chuàng)立之初就考慮了這個問題，因?yàn)楝F(xiàn)有設(shè)備中普遍采用Zigbee、Z-Wave和其他物聯(lián)網(wǎng)無線協(xié)議，雖然無法直接連接到Matter，但有無線協(xié)議連接的基礎(chǔ)，橋接是Matter連接到這些現(xiàn)有設(shè)備的關(guān)鍵，只需要在新設(shè)備中以集成這樣的橋接網(wǎng)關(guān)，就可以讓現(xiàn)有傳感器網(wǎng)絡(luò)與Matter網(wǎng)絡(luò)互操作。
Matter 橋接設(shè)備允許用戶無差別控制自己的 Matter 和非 Matter 設(shè)備(圖自：樂鑫科技)
在 Matter 生態(tài)系統(tǒng)中，非 Matter 設(shè)備可以作為“被橋接設(shè)備”節(jié)點(diǎn)，通過橋接設(shè)備完成其他協(xié)議(如 Zigbee)和 Matter 協(xié)議之間的映射，從而與系統(tǒng)中的 Matter 設(shè)備進(jìn)行通信。
下圖所示 Matter-Zigbee 橋接設(shè)備可以讓 Zigbee 燈泡加入 Matter 生態(tài)系統(tǒng)：
Matter-Zigbee 橋接設(shè)備(圖自：樂鑫科技)
Thread 的橋接稍有不同，這是一套基于 IPv6 (IEEE 802.15.4)的低功耗 mesh 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此 Thread 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備無法直接與 Wi-Fi 或以太網(wǎng)設(shè)備通信。為了使 Thread 設(shè)備與其他網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備互聯(lián)，需要在 Matter 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中增加Thread 邊界路由器(Thread Border Router)，如下圖所示。
Matter 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(圖自：樂鑫科技)

寫在最后

具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，我們這篇文章就不展開了。目前，許多物聯(lián)網(wǎng)終端制造商已經(jīng)計(jì)劃更新現(xiàn)有網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品來達(dá)成Matter橋接需求，并將推出可同時支持已部署的Zigbee/Z-Wave、Thread設(shè)備以及更新的Matter產(chǎn)品。一些非Matter設(shè)備也可以通過OTA升級以支持Matter，其余的智能家居產(chǎn)品則可能被排除在Matter陣營之外。
總結(jié)下來，Matter不會取代其他物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)，而是為生態(tài)平臺和設(shè)備制造商提供了一種新的通用語言，可以在本地網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的對話，讓大家“和平共處”。小編對1.0版本的性能不抱太大期望，但邁出這一步很重要，相信經(jīng)過迭代會越來越好。

來源：EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)

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