在今天的智能家居領域，新發布的Matter標準無疑是最大的亮點，它作為消費電子產品的通用語言，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，能讓各大企業摒棄孤立的生態體系，轉而支持開放的連接？開發符合Matter標準的產品和方案，在系統架構、芯片、軟件和開發流程上，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領域有所建樹，那么下面這份最新發布的研究報告，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，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有的、廣泛部署的標準和網絡，從而實現互操作性。Matter標準不會創造新的網絡環境。點擊此處免費下載完整的1.0文檔，其中包括內核規范、設備庫規范和應用集群規范。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、Wi-Fi和Thread網絡的行業標準互聯網協議棧構建。Matter標準網絡中的每臺設備都使用該協議棧的一個版本與其他設備交換消息。低功耗藍牙 (Bluetooth LE) 也是協議棧的一部分，但它用于調試 (設置)，而不是數據通信。

?

圖1:MATTER標準協議棧

Matter標準應用層由若干層組成，如下所示：

• 數據模型——維護應用層用于與設備交互的“名詞和動詞”數據結構。

• 操作 (Action) ——構造由數據模型層定義的交互，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——將消息發送到底層傳輸協議 (TCP或Matter標準的UDP消息可靠性協議)。

Matter標準的架構理念基于現有的獨立于域的網絡技術構建，在協議棧的頂部是域專用的層 (即數據模型和交互模型)。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標準的智能家居網絡架構

?

圖2:基于MATTER標準的智能家居網絡原理圖

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、Wi-Fi和Thread連接。除了目前提供以太網和Wi-Fi連接的Wi-Fi路由器外，還有5類Matter標準和Thread標準產品：

• 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網格設備網絡連接到家中的Wi-Fi或以太網網絡。可能有多個邊界路由器。

• Thread網格擴展器——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網格，在執行控制和傳感功能的同時傳輸Thread網絡流量。

• 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標準協議和傳統網絡協議之間進行轉換。

• 傳統設備網格節點——傳統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設備集線器中。

安全設備設置

搭建圖2所示的網絡既快速又簡單。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絡，由與家居自動化平臺相關聯的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。

• 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標準根據其分布式合規設備總帳 (Distributed Compliance Ledger) 對設備進行身份驗證，并執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送網絡憑證 (用于Thread或 Wi-Fi)。

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

已經連接到客戶家居自動化平臺的供應商可預先配置網絡憑證，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?？赏ㄟ^Matter標準的多管理員功能實現，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15年累積的設備定義，基于Zigbee集群庫制定了設備規范和應用集群規范。盡管 Zigbee為Matter標準提供了良好的開端，但設備規范比較復雜、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高優先級、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

連接標準聯盟計劃每半年更新一次Matter標準規范，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

• 環境感測和控制

• 運動和狀態感測

• 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步增長。

認證

標準設立機構向符合正式認證要求的產品頒發標識。產品上有Matter標準標識則表明符合 Matter標準規范，并通過了獨立實驗室關于與其它Matter標準產品互操作性的測試。認證僅適用于連接標準聯盟成員，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上的認證產品列表對所有人開放。選擇 Matter標準為項目類型。

傳統設備——MATTER標準橋接

擁有一個或多個非Matter標準設備生態體系的智能家居愛好者預計將繼續使用現有設備， 同時逐漸采用Matter標準設備。缺乏對傳統產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標準協議和傳統設備協議之間轉換的設備。橋的兩端分別與Matter標準和傳統協議 (如Zigbee或 Z-Wave) 進行通信。如圖所示，如果Matter標準橋支持傳統協議，就可以同時支持制造商 現有的專用應用。

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，因此協議轉換通常不完整。橋開發人員可以選擇使用制造商專用的集群和設備類型向Matter標準生態體系公開獨特的功能，盡管這種方法可能會產生兼容性問題。我們預計Zigbee橋比其他生態體系更易構建，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新，使Matter標準成為可能。2012年，飛思卡爾半導體(現恩智浦半導體) 成為Thread Group的創始公司之一。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攜手創建了“IP互聯家居項目”(CHIP)， 后更名為Matter。如今，恩智浦的Matter標準產品組合體現了基于開放標準的一致行業領先戰略。

恩智浦和其他供應商生產的精密芯片使嵌入式互聯產品“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網絡協議棧和應用軟件。此外，平臺還要價格低廉，符合現有的消費電子產品價格區間，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標準開發和Thread產品認證的安全子系統，前期設計采納而非后期插件

• 完整的解決方案——芯片、開發板和基于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標準的產品組合，了解芯片如何適用于現實世界的智能家居產品，并概要介紹開發過程。

圖4列出了恩智浦的Matter標準芯片產品組合，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)?？缃鏜CU為低功耗、 低成本產品提供了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、低成本的產品 (如Thread邊界路由器)，恩智浦最近發布了單芯片、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管認證，簡化并加速了無線平臺的開發。

恩智浦為定義Matter標準安全規范做出了重要貢獻，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標準產品的一個認證機構， 能夠為Matter標準產品頒發產品認證證書。

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、簡化認證、簡化部署、減少對企業內部安全專業知識的需求，并限制管理開銷。

實現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

>> 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工業物聯網和物聯網技術駐場分析師。想要了解Bill有關Matter標準發展趨勢的更多洞見，請參閱這篇博文>>