跟我來！用i.MX 8M和JN5189，快速實現(xiàn)Zigbee和Matter的網絡橋接

本文將介紹Matter對網絡橋接功能的支持，并探討在Matter提供的例程基礎上如何使用i.MX 8M和JN5189實現(xiàn)Zigbee網絡和Matter網絡之間的橋接，從而將Zigbee設備連接到Matter網絡。快來一探究竟吧！

Matter橋接原理

Matter是新一代的物聯(lián)網技術協(xié)議，與傳統(tǒng)的Z-Wave或Zigbee網絡協(xié)議相比，它在安全性、互操作性方面有很大的改進。特別是對多種物理層的支持，讓Matter幾乎能夠運行在所有的網絡產品中。

當然，傳統(tǒng)的Z-Wave或Zigbee產品并不會很快退出市場，如何將這些產品連接到Matter網絡，從而實現(xiàn)它們和Matter產品之間的互連互通，是目前急需解決的一個問題。我們可以通過Matter橋接設備（Bridge）實現(xiàn)Matter和傳統(tǒng)網絡之間的互連。 

圖1：Matter橋接示意圖

幸運的是，Matter開發(fā)組織已經提供了一些Matter橋接設備的例程。在這些例程中，Matter橋接設備作為一個Matter設備可以加入到Matter網絡，而Z-Wave或Zigbee設備需要被映射到它的動態(tài)端點（dynamic endpoint）中。這樣Matter網絡的其它設備就可以通過Matter橋接設備的動態(tài)端點來跟Z-Wave或Zigbee設備通信，如下圖所示。這些端點被稱為“動態(tài)端點”的原因是Zigbee設備隨時可能離網，原先映射端點也就不再有效。

本文將以Zigbee網絡為例，以i.MX 8M EVK和JN5189 DK6 EVK為硬件開發(fā)平臺，介紹如何在例程基礎上添加代碼，來實現(xiàn)Zigbee網絡的橋接功能。                          

圖2：將Zigbee設備映射到Matter橋接設備

i.MX 8M和JN5189介紹

i.MX 8M系列應用處理器基于Arm Cortex-A53和Cortex-M4內核，具有業(yè)界領先的音頻，語音和視頻處理功能，適用于從消費家庭音頻到工業(yè)樓宇自動化及移動計算機等廣泛應用。作為Matter設備，i.MX 8M EVK配合其板載的藍牙、Wi-Fi以及LAN接口，可以輕松實現(xiàn)Matter over Wi-Fi和Matter over Ethernet通訊。借助于外掛的K32W061 USB dongle，還可以實現(xiàn)Matter over Thread通訊。本文使用其Matter over Wi-Fi方式作為Matter設備。

JN5189是為極低功耗無線設備設計的高性能超低功耗微控制器，搭載了802.15.4 PHY和MAC，以及AES 128硬件加解密模塊，支持Zigbee、Thread以及Matter等多種協(xié)議。本文使用Zigbee協(xié)議，將其作為Zigbee協(xié)調器來實現(xiàn)橋接功能。

硬件連接

本文中我們使用兩塊i.MX 8M EVK和一個Wi-Fi路由器組件Matter網絡，其中一塊i.MX 8M EVK作為Matter網絡控制器 (Commissioner) 運行chip-tool，另外一塊i.MX 8M EVK作為Matter網橋設備，運行Matter橋接設備軟件imx-chip-brige-app。

Matter網橋設備中通過USB端口連接了一個JN5189的Zigbee協(xié)調器，Matter橋接設備軟件需要同時支持Matter設備的功能以及管理Zigbee網絡的功能。另外，我們使用JN5189 DK6 EVK的OM15076-3 / OM15081-2組合板充當Zigbee設備。 

圖3：硬件搭建示意圖

軟件設計

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Zigbee設備管理

本文的設計中，Matter橋接設備作為Zigbee網絡的協(xié)調器，因此它需要管理Zigbee網絡的組建和Zigbee設備的入網，離網，命令控制及綁定等操作。同時它需要維護一個Zigbee設備的本地數(shù)據庫。如圖4中的ZCB模塊。

為了便于本文的討論，我們將Zigbee設備簡單地分為兩類。一類是控制設備，它接受協(xié)調器的命令并做出動作，這類設備通常是Zigbee 路由器（Router）。另外一類是傳感器設備，這類設備通常是Zigbee 終端設備（End Device），常常處于睡眠狀態(tài)，有時會利用喚醒的間隔發(fā)送數(shù)據包到協(xié)調器。

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Matter橋接設備對Zigbee設備的控制

下面分別討論Matter橋接設備對這兩類設備的不同處理:

Matter橋接設備對Zigbee控制設備

的命令解析及傳遞

已入網的Zigbee設備會被映射到Matter設備的動態(tài)端點中，這樣Matter網絡控制器對Zigbee設備的控制會發(fā)送到這些端點。對于Zigbee控制類設備，橋接設備需要通過Zigbee協(xié)調器正確地將這些命令轉發(fā)給它們。

如圖4中的Level Control和OnOff Control命令。需要注意的是由于Level Control Cluster里的MoveToLevel命令具有延時特性，如下圖的Transition time，我們可以利用Matter協(xié)議棧里的PreCommandCallback回調函數(shù)來獲取命令的詳細參數(shù)。

對于不帶延時特性的命令，我們可以直接從例程提供的AttributeChangeCallback接口里獲取。 

圖4：Zigbee cluster規(guī)范里的MoveToLevel命令參數(shù)圖

對于這類Zigbee控制設備，設計的軟件框圖如下：

圖5：發(fā)送控制命令到Zigbee 路由設備的橋接設備軟件框圖

Matter橋接設備對Zigbee傳感器設備

屬性匯報的管理

對于Zigbee傳感器類設備，可以在設備入網時就進行綁定（bind）操作，這樣Zigbee協(xié)調器就能定期收到屬性數(shù)據匯報（attribute report）。同時，Matter控制設備也需要通過subscribe命令將其映射的端點和Cluster綁定到Matter控制設備。這樣通過兩次綁定，Zigbee傳感器的數(shù)據最終會被推送到Matter控制設備。

對于這類Zigbee傳感器設備，設計的軟件框圖如下：     

圖6：處理Zigbee 終端設備屬性匯報的橋接設備軟件框圖

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軟件測試

Matter橋接設備軟件的設計基于例程中的Linux平臺，它通過Wi-Fi路由器加入到運行Matter chip-tool的Matter控制設備，從而組建一個本地的Matter網絡。

配合Zigbee AN，我們分別利用：

• AN1247作為Zigbee協(xié)調器，組建Zigbee網絡并管理Zigbee設備

• AN1244里的照明設備作為Zigbee控制設備接收OnOff、MoveToLevel、MoveToColor等命令

• AN1246里的溫度傳感器作為Zigbee傳感器設備采集溫度數(shù)據

通過Matter橋接設備，實現(xiàn)了Matter控制器對Zigbee照明設備的控制，同時獲取到由Zigbee傳感器推送的實時溫度數(shù)據。