智能家居迎来大一统时代

智能家居这一概念提出以来，各品牌之间的生态无法实现互联互通一直被认为是最大的阻碍。如果你已经有一台天猫精灵智能音箱，又买了一款昕诺飞的智能灯泡和小米的空调，但却无法用天猫精灵控制他们，这些所谓智能家居设备就成了一个个的孤岛。

只有把设备全换成同一家的，才让智能家居不“智障”?相信没有几个家庭会为了实现全屋智能这么做。想要实现整个智能家居市场的繁荣，真正需要的是一个统一、上下游厂商都认可的互联协议标准。

Matter 1.0的诞生

2019年12月，智能家居开源标准Matter首次由亚马逊、苹果、谷歌、三星 SmartThings 和ZigBee联盟联合发起提出，当时还被称为IP互联家庭项目(Project Connected Home over IP，简称CHIP)。该项目旨在开发、推广一项免除专利费的新连接协议，将 Zigbee、Thread、蓝牙和 Wi-Fi 等不同组件整合到一个总体标准中，以简化智能家居设备商开发成本，提高产品之间兼容性。

上图展示了Matter 与ZigBee、蓝牙、Wi-Fi的关系。OSI七层网络模型大家都比较熟悉了，从高到低，依次为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。这里简化了一下，将会话层和表示层合并到应用层，数据链路层和物理层合并到底层，形成新的网络模型：应用层、传输层、网络层、底层。
应用层为Matter、传输层为TCP/UDP、网络层为IPv6、底层为适配IPv6的协议(以太网、Wi-Fi、Thread，等等)。
由此可见，Matter是基于传输层之上的应用层协议，它依赖于以太网、Wi-Fi、Thread等底层协议。
Zigbee和蓝牙都是不适配IPv6的底层协议，例如ZigBee，它规定了要求的底层协议、专用的网络层 /传输层和专用的应用层。所以Matter与Zigbee、蓝牙是互斥的协议，无法共同存在;而与Wi-Fi则是依赖关系。
当时业内人士和媒体普遍不看好这一标准的推进，因为智能家居巨头早已经建立了基于自家生态的封闭平台，他们怎么会心平气和地坐在一起想办法解决智能家居“碎片化”的顽疾呢?事实确实一波三折，原本CHIP计划首款支持Matter标准的设备在2020年底发布，一拖再拖后改在了2022年秋季。
2021年5月，Matter取代了原先的CHIP成为该标准的正式名称，ZigBee联盟也更名为连接标准联盟(Connectivity Standards Alliance，简称CSA)。官方表示，作为智能家居新的连接标准，Matter提供一种基于IP的统一连接协议，家中来自不同品牌的智能门锁、智能音箱、智能水壶、空调、电视、窗帘、电灯都可以在这个写一下更顺畅地交互，从而提供更好的家居产品的实用性和体验性。

美国西部时间10月2日，CSA连接标准联盟宣布Matter 1.0技术规范正式发布，认证计划同时开放。智能家居品牌可以对其产品进行相关测试和认证，一旦获得认证，公司就可以开始销售带有Matter 标志的设备。
据介绍，Matter第一个版本通过 Wi-Fi、Thread 和以太网运行，并使用低功耗蓝牙进行设备调试，以支持一系列智能家居设备，包括照明和电气、HVAC 控制、窗帘、安全传感器、门锁和媒体设备。
带Matter标志的智能家居产品
这是智能家居发展史上的里程碑事件，意味着来自物联网生态从芯片到零售，各个环节的联盟成员公司自此拥有了一套完整解决方案，能够为市场提供跨品牌和跨生态互联互通的新一代产品，让消费者体验更好的隐私保护、安全和便捷。
芯片厂商中，Silicon Labs是Matter主要代码的贡献者之一，该公司已针对Matter设备、边界路由器和桥接应用等需求提供了一站式的资源。开发人员可以地利用Silicon Labs的硬件和软件工具，包括一体化软件开发工具包(Unify SDK)、Gecko SDK和Simplicity Studio物联网开发环境，从而将Matter桥接到其他的IoT开发平台，比如Wi-Fi、Zigbee、Thread和Z-Wave等。
其实今年9月2日至6日在柏林举办的欧洲知名科技盛会IFA 2022上，苹果HomeKit智能家居设备制造商Eve就展示了基于Matter Beta版协议的应用，他们的智能球形灯泡可以同时接受苹果、谷歌、亚马逊智能音箱，以及手机中三星SmartThings的联合控制。
这是不同品牌智能家居互联互通的场景首次真实地呈现在世人眼前，也是Matter在成立之初的承诺——使用Matter协议的设备将可以兼容Alexa、Google Home、HomeKit以及国内的华为、小米等品牌生态。

各大公司已宣布支持Matter计划

早在CES 2022期间，亚马逊便宣布 Echo 设备将支持Matter，包括大部分的 Echo、Echo Dots、Echo Plus、Echo Studio 和 Echo Show。在Matter正式发布后，现有的 Echo 设备也可以通过软件更新支持 Matter。同时亚马逊还表示，其第四代 Echo 将成为 Thread 边界路由器，使用该协议在自身和 Wi-Fi 网络之间建立一座桥梁(支持 Matter over Thread)。

更重要的是，亚马逊宣布将推出适用于 Matter over Wifi 的 FFS(Frustration Free Setup)体验，符合条件的客户只需将 Matter 设备拆箱并打开电源，即可完成设备自动配网。

同样在CES 2022上宣布支持Matter的还有三星，该标准将允许其Home Hub充当其智能手机、智能电视和智能电器的控制器。另外近期三星 SmartThings 还宣布了一项合作伙伴早期访问计划，首批灯、锁和传感器类 Matter 智能家居设备已经开始接受跨平台兼容测试。

在今年5月召开的谷歌2022年I/O大会上，谷歌明确透露了将被更新为Matter 控制器的设备，允许它们连接到所有 Matter 产品并由 Google Home 应用程序、Google Assistant 和安卓智能家居控件控制。在9月的GDS 22开发者大会中，谷歌还分享了其在Matter 项目上的布局和进展。

苹果也在2022年6月初的 WWDC 2022上正式宣布，其智能家居平台HomeKit将无缝兼容Matter。在未来，用户将可以通过苹果Home App或集成Homekit的第三方应用，扫码快速添加、查看状态、控制Matter智能家居设备。

更贴近“家居”行业的宜家(IKEA)，也在2022年5月底宣布推出 Matter-ready 智能家居中心Dirigera(瑞典语中意为“指挥家”)，形状像一颗小小的冰球，与其前身Tradfri产品最大的区别是它支持Matter标准。
宜家特别强调了该产品使用简单，还具备强大的个性化选项，并且透露，宜家正在开发自己的云端网络，在2023 年就能远程访问其智能家居设备。


万事俱备，产品四季度批量上市

据悉，兼容Matter的智能家居设备，将于今年第四季度首次大规模上市。而Matter 1.0的重要组成部分也已万事俱备：授权测试实验室的认证测试服务同步开放、Matter测试工具齐备、开源参考设计软件开发套件(SDK)完成。
为了解决智能家居设备的安全和隐私问题，Matter 使用分布式账本技术和公钥基础设施。这些技术验证设备认证和出处，以确保用户在家中连接真实和最新的物联网产品。
这一切都将推动新一代创新产品投放市场。
目前许多国内外智能家居品牌、设备厂商、芯片厂商以及解决方案商，都已经公开表示其产品将全系支持Matter协议，计划升级现有产品以支持Matter标准的联盟成员公司一旦获得相应认证，就能马上实施升级。
这意味着只要我们购买的智能家居设备支持Matter协议，不论是苹果用户还是安卓用户，或者再细分一点，不论米家用户还是华为用户，都可以实现互联互通操作，智能家居生态壁垒时代的颠覆，对于用户体验的改善也将是颠覆性的。
包括亚马逊、苹果公司、康卡斯特有线、谷歌、昕诺飞和SmartThings在内的超过280家成员公司贡献他们的技术、经验和创新，来确保Matter能满足用户、设备制造商和生态平台的各方所需。这些公司协力分析需求、开发技术规范和参考设计、参与大量测试活动、进行最后的规范验证，终于达成了这项对行业具有重大意义的里程碑。

8家授权实验室提供测试认证，包括底层通信协议

除了技术规范以外，Matter 1.0发布的同时也为联盟成员提供了测试用例和综合测试工具，以及向全球开放的认证程序。
百佳泰Allion Labs、必维国际检验集团Bureau Veritas、 德凯Dekra、 Element、 Eurofins Digital Testing、 Granite River Labs(GRL)、 德国莱茵TÜV Rheinland、 UL Solutions 等8家授权测试实验室可以提供Matter测试服务，也能够对Matter底层网络通信协议进行测试——如Wi-Fi和Thread。
基于Wi-Fi的Matter设备可以在本地网络进行高速率的通信，也可以让智能家居设备方便地与云端通信，而Thread能够构建低功耗高稳定性的网状网络家居系统。Wi-Fi联盟和Thread Group与CSA连接标准联盟一起实现完整的Matter应用。
Matter网络堆栈。(图自：Moore Insight and Strategy)
Matter的安全原则和机制也为物联网开拓了新领域，比如应用分布式数据库技术和公钥基础设施来验证设备的认证状态和来源，以此确保用户连接到家庭网络中的设备是真实、经过验证、且软件版本最新的。
基于以太网、Wi-Fi和Thread，并可用蓝牙低功耗协议进行设备配网的Matter首版标准将支持多种类型的智能家居产品，包括照明电工、暖通控制、窗帘幕帘、安全安防、门锁、媒体播放(比如电视机)、结合了应用软件的控制设备、以及网桥设备。

Matter标准问世对物联网产业意义重大

在Matter协议诞生前，各大品牌只支持自家协议，智能家居行业山头林立、彼此封闭。拥有不同品牌家电设备消费者的使用体验也处于割裂状态，各设备之间基本上是鸡同鸭讲。
“大一统”的Matter协议标准，加速了全球智能家居生态以及企业的融合，可以实现跨系统、跨平台进行连接、控制、数据共享。通过Matter极强的兼容性也得以让不同类型、品牌、生态的设备间实现高效通信(如 iOS/安卓手机、语音助手、智能音箱等)，整个过程无需特定的“转发”设备。
例如，Matter 智能开关或传感器可以直接“打开/关闭”Matter 灯泡，而无需借助任何 APP、云服务或其他特别操作。一旦完成配置，Matter 设备间的通信和控制都可以直接在本地局域网络中实现，这在过去的生态系统协议中是不太容易实现的。
基于Matter的多源管理功能(Multi Admin)，用户可以将设备连接任何支持Matter的生态系统，为每个设备分别设置与哪些系统共享，也可轻松地将多个设备添加到新的生态系统中。这意味着，一款 Matter 设备可以同时支持多个平台的多种生态系统，消除大量使用体验上的混乱与障碍，让用户的智能家居使用体验更自由。
这些也正是大多数消费者需要的，原先手机里可能有亚马逊Alexa、苹果HomeKit和谷歌Nest等一堆控制APP，现在只需要保留一个就可以。

连苹果这样以生态封闭著称的巨头，都主动拥抱Matter，足见智能家居这个行业不像手机，从单一产品扩充封闭生态的玩法行不通。如今在智能家居行业中，包括亚马逊、谷歌、苹果和三星在内的最具影响力的物联网技术品牌都加入了推动Matter发展的行列，共同为解决分散的智能家居市场提供解决方案。
如此一来单一生态的概念被淡化，生态壁垒也被逐渐打破。一些规模较小的终端厂商，即便无法成为苹果HomeKit或亚马逊Alexa的合作厂商，只要遵循Matter协议，就可以通过这些大厂的APP或终端进行控制，这样一来既扩张了大厂的产品阵容，小厂设备也得以加入更大的生态，越来越多的智能产品能够实现互联。
消费者可以从功能、价格和质量上来选择不同品牌的产品;设备厂商也可以减少对于多种通讯技术的研发，不再需要同时维护多个生态系统或通过多种认证，从而大大节省了时间和人力成本。
根据 ABI Research的数据，在五年内，全球超过一半的关键智能家居设备将支持 Matter。

目的不是取代，而是共存

最后是大家比较关心的，之前买的物联网设备能否加入Matter大家庭?如果无法加入，那么整个智能家居还是碎片化的。其实在Matter协议创立之初就考虑了这个问题，因为现有设备中普遍采用Zigbee、Z-Wave和其他物联网无线协议，虽然无法直接连接到Matter，但有无线协议连接的基础，桥接是Matter连接到这些现有设备的关键，只需要在新设备中以集成这样的桥接网关，就可以让现有传感器网络与Matter网络互操作。
Matter 桥接设备允许用户无差别控制自己的 Matter 和非 Matter 设备(图自：乐鑫科技)
在 Matter 生态系统中，非 Matter 设备可以作为“被桥接设备”节点，通过桥接设备完成其他协议(如 Zigbee)和 Matter 协议之间的映射，从而与系统中的 Matter 设备进行通信。
下图所示 Matter-Zigbee 桥接设备可以让 Zigbee 灯泡加入 Matter 生态系统：
Matter-Zigbee 桥接设备(图自：乐鑫科技)
Thread 的桥接稍有不同，这是一套基于 IPv6 (IEEE 802.15.4)的低功耗 mesh 网络协议，因此 Thread 网络中的设备无法直接与 Wi-Fi 或以太网设备通信。为了使 Thread 设备与其他网络中的设备互联，需要在 Matter 的拓扑结构中增加Thread 边界路由器(Thread Border Router)，如下图所示。
Matter 拓扑结构(图自：乐鑫科技)

写在最后

具体的技术实现，我们这篇文章就不展开了。目前，许多物联网终端制造商已经计划更新现有网关产品来达成Matter桥接需求，并将推出可同时支持已部署的Zigbee/Z-Wave、Thread设备以及更新的Matter产品。一些非Matter设备也可以通过OTA升级以支持Matter，其余的智能家居产品则可能被排除在Matter阵营之外。
总结下来，Matter不会取代其他物联网连接技术，而是为生态平台和设备制造商提供了一种新的通用语言，可以在本地网络中实现设备间的对话，让大家“和平共处”。小编对1.0版本的性能不抱太大期望，但迈出这一步很重要，相信经过迭代会越来越好。

来源：EDN电子技术设计

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