智能家居迎來大一統時代

智能家居這一概念提出以來，各品牌之間的生態無法實現互聯互通一直被認為是最大的阻礙。如果你已經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，但卻無法用天貓精靈控制他們，這些所謂智能家居設備就成了一個個的孤島。

只有把設備全換成同一家的，才讓智能家居不“智障”?相信沒有幾個家庭會為了實現全屋智能這么做。想要實現整個智能家居市場的繁榮，真正需要的是一個統一、上下游廠商都認可的互聯協議標準。

Matter 1.0的誕生

2019年12月，智能家居開源標準Matter首次由亞馬遜、蘋果、谷歌、三星 SmartThings 和ZigBee聯盟聯合發起提出，當時還被稱為IP互聯家庭項目(Project Connected Home over IP，簡稱CHIP)。該項目旨在開發、推廣一項免除專利費的新連接協議，將 Zigbee、Thread、藍牙和 Wi-Fi 等不同組件整合到一個總體標準中，以簡化智能家居設備商開發成本，提高產品之間兼容性。

上圖展示了Matter 與ZigBee、藍牙、Wi-Fi的關系。OSI七層網絡模型大家都比較熟悉了，從高到低，依次為：應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。這里簡化了一下，將會話層和表示層合并到應用層，數據鏈路層和物理層合并到底層，形成新的網絡模型：應用層、傳輸層、網絡層、底層。
應用層為Matter、傳輸層為TCP/UDP、網絡層為IPv6、底層為適配IPv6的協議(以太網、Wi-Fi、Thread，等等)。
由此可見，Matter是基于傳輸層之上的應用層協議，它依賴于以太網、Wi-Fi、Thread等底層協議。
Zigbee和藍牙都是不適配IPv6的底層協議，例如ZigBee，它規定了要求的底層協議、專用的網絡層 /傳輸層和專用的應用層。所以Matter與Zigbee、藍牙是互斥的協議，無法共同存在;而與Wi-Fi則是依賴關系。
當時業內人士和媒體普遍不看好這一標準的推進，因為智能家居巨頭早已經建立了基于自家生態的封閉平臺，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?事實確實一波三折，原本CHIP計劃首款支持Matter標準的設備在2020年底發布，一拖再拖后改在了2022年秋季。
2021年5月，Matter取代了原先的CHIP成為該標準的正式名稱，ZigBee聯盟也更名為連接標準聯盟(Connectivity Standards Alliance，簡稱CSA)。官方表示，作為智能家居新的連接標準，Matter提供一種基于IP的統一連接協議，家中來自不同品牌的智能門鎖、智能音箱、智能水壺、空調、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品的實用性和體驗性。

美國西部時間10月2日，CSA連接標準聯盟宣布Matter 1.0技術規范正式發布，認證計劃同時開放。智能家居品牌可以對其產品進行相關測試和認證，一旦獲得認證，公司就可以開始銷售帶有Matter 標志的設備。
據介紹，Matter第一個版本通過 Wi-Fi、Thread 和以太網運行，并使用低功耗藍牙進行設備調試，以支持一系列智能家居設備，包括照明和電氣、HVAC 控制、窗簾、安全傳感器、門鎖和媒體設備。
帶Matter標志的智能家居產品
這是智能家居發展史上的里程碑事件，意味著來自物聯網生態從芯片到零售，各個環節的聯盟成員公司自此擁有了一套完整解決方案，能夠為市場提供跨品牌和跨生態互聯互通的新一代產品，讓消費者體驗更好的隱私保護、安全和便捷。
芯片廠商中，Silicon Labs是Matter主要代碼的貢獻者之一，該公司已針對Matter設備、邊界路由器和橋接應用等需求提供了一站式的資源。開發人員可以地利用Silicon Labs的硬件和軟件工具，包括一體化軟件開發工具包(Unify SDK)、Gecko SDK和Simplicity Studio物聯網開發環境，從而將Matter橋接到其他的IoT開發平臺，比如Wi-Fi、Zigbee、Thread和Z-Wave等。
其實今年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智能家居設備制造商Eve就展示了基于Matter Beta版協議的應用，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，以及手機中三星SmartThings的聯合控制。
這是不同品牌智能家居互聯互通的場景首次真實地呈現在世人眼前，也是Matter在成立之初的承諾——使用Matter協議的設備將可以兼容Alexa、Google Home、HomeKit以及國內的華為、小米等品牌生態。

各大公司已宣布支持Matter計劃

早在CES 2022期間，亞馬遜便宣布 Echo 設備將支持Matter，包括大部分的 Echo、Echo Dots、Echo Plus、Echo Studio 和 Echo Show。在Matter正式發布后，現有的 Echo 設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，使用該協議在自身和 Wi-Fi 網絡之間建立一座橋梁(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，符合條件的客戶只需將 Matter 設備拆箱并打開電源，即可完成設備自動配網。

同樣在CES 2022上宣布支持Matter的還有三星，該標準將允許其Home Hub充當其智能手機、智能電視和智能電器的控制器。另外近期三星 SmartThings 還宣布了一項合作伙伴早期訪問計劃，首批燈、鎖和傳感器類 Matter 智能家居設備已經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 控制器的設備，允許它們連接到所有 Matter 產品并由 Google Home 應用程序、Google Assistant 和安卓智能家居控件控制。在9月的GDS 22開發者大會中，谷歌還分享了其在Matter 項目上的布局和進展。

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的第三方應用，掃碼快速添加、查看狀態、控制Matter智能家居設備。

更貼近“家居”行業的宜家(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產品最大的區別是它支持Matter標準。
宜家特別強調了該產品使用簡單，還具備強大的個性化選項，并且透露，宜家正在開發自己的云端網絡，在2023 年就能遠程訪問其智能家居設備。


萬事俱備，產品四季度批量上市

據悉，兼容Matter的智能家居設備，將于今年第四季度首次大規模上市。而Matter 1.0的重要組成部分也已萬事俱備：授權測試實驗室的認證測試服務同步開放、Matter測試工具齊備、開源參考設計軟件開發套件(SDK)完成。
為了解決智能家居設備的安全和隱私問題，Matter 使用分布式賬本技術和公鑰基礎設施。這些技術驗證設備認證和出處，以確保用戶在家中連接真實和最新的物聯網產品。
這一切都將推動新一代創新產品投放市場。
目前許多國內外智能家居品牌、設備廠商、芯片廠商以及解決方案商，都已經公開表示其產品將全系支持Matter協議，計劃升級現有產品以支持Matter標準的聯盟成員公司一旦獲得相應認證，就能馬上實施升級。
這意味著只要我們購買的智能家居設備支持Matter協議，不論是蘋果用戶還是安卓用戶，或者再細分一點，不論米家用戶還是華為用戶，都可以實現互聯互通操作，智能家居生態壁壘時代的顛覆，對于用戶體驗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在內的超過280家成員公司貢獻他們的技術、經驗和創新，來確保Matter能滿足用戶、設備制造商和生態平臺的各方所需。這些公司協力分析需求、開發技術規范和參考設計、參與大量測試活動、進行最后的規范驗證，終于達成了這項對行業具有重大意義的里程碑。

8家授權實驗室提供測試認證，包括底層通信協議

除了技術規范以外，Matter 1.0發布的同時也為聯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證程序。
百佳泰Allion Labs、必維國際檢驗集團Bureau Veritas、 德凱Dekra、 Element、 Eurofins Digital Testing、 Granite River Labs(GRL)、 德國萊茵TüV Rheinland、 UL Solutions 等8家授權測試實驗室可以提供Matter測試服務，也能夠對Matter底層網絡通信協議進行測試——如Wi-Fi和Thread。
基于Wi-Fi的Matter設備可以在本地網絡進行高速率的通信，也可以讓智能家居設備方便地與云端通信，而Thread能夠構建低功耗高穩定性的網狀網絡家居系統。Wi-Fi聯盟和Thread Group與CSA連接標準聯盟一起實現完整的Matter應用。
Matter網絡堆棧。(圖自：Moore Insight and Strategy)
Matter的安全原則和機制也為物聯網開拓了新領域，比如應用分布式數據庫技術和公鑰基礎設施來驗證設備的認證狀態和來源，以此確保用戶連接到家庭網絡中的設備是真實、經過驗證、且軟件版本最新的。
基于以太網、Wi-Fi和Thread，并可用藍牙低功耗協議進行設備配網的Matter首版標準將支持多種類型的智能家居產品，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)、結合了應用軟件的控制設備、以及網橋設備。

Matter標準問世對物聯網產業意義重大

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

連蘋果這樣以生態封閉著稱的巨頭，都主動擁抱Matter，足見智能家居這個行業不像手機，從單一產品擴充封閉生態的玩法行不通。如今在智能家居行業中，包括亞馬遜、谷歌、蘋果和三星在內的最具影響力的物聯網技術品牌都加入了推動Matter發展的行列，共同為解決分散的智能家居市場提供解決方案。
如此一來單一生態的概念被淡化，生態壁壘也被逐漸打破。一些規模較小的終端廠商，即便無法成為蘋果HomeKit或亞馬遜Alexa的合作廠商，只要遵循Matter協議，就可以通過這些大廠的APP或終端進行控制，這樣一來既擴張了大廠的產品陣容，小廠設備也得以加入更大的生態，越來越多的智能產品能夠實現互聯。
消費者可以從功能、價格和質量上來選擇不同品牌的產品;設備廠商也可以減少對于多種通訊技術的研發，不再需要同時維護多個生態系統或通過多種認證，從而大大節省了時間和人力成本。
根據 ABI Research的數據，在五年內，全球超過一半的關鍵智能家居設備將支持 Matter。

目的不是取代，而是共存

最后是大家比較關心的，之前買的物聯網設備能否加入Matter大家庭?如果無法加入，那么整個智能家居還是碎片化的。其實在Matter協議創立之初就考慮了這個問題，因為現有設備中普遍采用Zigbee、Z-Wave和其他物聯網無線協議，雖然無法直接連接到Matter，但有無線協議連接的基礎，橋接是Matter連接到這些現有設備的關鍵，只需要在新設備中以集成這樣的橋接網關，就可以讓現有傳感器網絡與Matter網絡互操作。
Matter 橋接設備允許用戶無差別控制自己的 Matter 和非 Matter 設備(圖自：樂鑫科技)
在 Matter 生態系統中，非 Matter 設備可以作為“被橋接設備”節點，通過橋接設備完成其他協議(如 Zigbee)和 Matter 協議之間的映射，從而與系統中的 Matter 設備進行通信。
下圖所示 Matter-Zigbee 橋接設備可以讓 Zigbee 燈泡加入 Matter 生態系統：
Matter-Zigbee 橋接設備(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 網絡協議，因此 Thread 網絡中的設備無法直接與 Wi-Fi 或以太網設備通信。為了使 Thread 設備與其他網絡中的設備互聯，需要在 Matter 的拓撲結構中增加Thread 邊界路由器(Thread Border Router)，如下圖所示。
Matter 拓撲結構(圖自：樂鑫科技)

寫在最后

具體的技術實現，我們這篇文章就不展開了。目前，許多物聯網終端制造商已經計劃更新現有網關產品來達成Matter橋接需求，并將推出可同時支持已部署的Zigbee/Z-Wave、Thread設備以及更新的Matter產品。一些非Matter設備也可以通過OTA升級以支持Matter，其余的智能家居產品則可能被排除在Matter陣營之外。
總結下來，Matter不會取代其他物聯網連接技術，而是為生態平臺和設備制造商提供了一種新的通用語言，可以在本地網絡中實現設備間的對話，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，相信經過迭代會越來越好。

來源：EDN電子技術設計

*博客內容為網友個人發布，僅代表博主個人觀點，如有侵權請聯系工作人員刪除。