儒卓力无线产品经理Torsten Killinger
智能家居设备因为缺乏通信功能和安全性而令需求停滞不前，但全新Matter标准即将改变这种情况。
2019年12月，全新的开放式智能家居标准Project Connected Home over IP(CHIP 项目)亮相，支持企业包括亚马逊、苹果、谷歌、三星和 Zigbee 联盟(现称为连接标准联盟 (CSA))等众多领先科技企业。2021年5月，他们制定了第一个规范，并将 CHIP 项目命名为 Matter。2022年10月，Matter 1.0的发布标志着首批设备认证的开始。第一个更新版本 Matter 1.1已在 2023年5月18日发布，CSA已经宣布将每年两次采纳新的标准版本。
参与 Matter 的企业都在追求几个目标，包括通过提高不同供应商的智能家居设备之间的互操作性，以实现无缝集成和控制。为此，Matter支持多种通信技术，如 Wi-Fi、以太网和Thread。用户也可以使用蓝牙，快速方便地将新设备集成到现有的Matter网络中。
用户还可以通过互联网直接安全地连接智能家居设备，而无需额外的设备或组件。此外，使用Matter的设备能够在不同平台和应用之间实现无缝通信，提升了智能家居市场的互通性和便捷性 。
多管理员操作是一项有趣的功能。每个支持Matter的智能家居生态系统都具有配对模式，Matter设备不再只与一个控制装置绑定，而是可以通过多个系统并行访问。例如，一名用户使用iPhone把一台智能电视添加到Apple Home，其他家庭成员或室友也可以通过安卓智能手机上的Google Home应用程序使用它。
图 1：各个Matter设备可通过 Apple Home、Amazon Alexa、Google Home 和Samsung SmartThings相互对话。（图片来源：microstock77/stock.adobe.com）
除了互操作性之外，Matter还有许多其他优势。其中包括易用性：凭借友好的用户界面，用户无需使用大量应用程序和平台就能控制智能家居设备。此外，Matter还能整合未来的技术和创新，迎合未来的趋势。
跨供应商的设备数据交换
Matter基于IPv6网络协议，这使得所有设备都能独立联网，它的通用数据模型还有利于各种智能家居设备之间的数据交换。处于同一物理网络中的设备可以直接相互通信，而无需集线器或其他类型的网关。
图 2：Matter协议层 (图片来源：Nordic Semiconductor)
通过Wi-Fi/WLAN (IEEE 802.11)、Thread(IEEE 802.15.4)和以太网/局域网(IEEE 802.3)等开放标准，Matter 支持广泛的设备。第四个新增标准是低功耗蓝牙(BLE)，允许智能手机或平板电脑在安装过程中与 Matter 设备建立初始无线连接，目前许多供应商都已采用这种方法。例如，新的无线局域网(WLAN)扬声器打开后，会自动显示在供应商的应用程序中。然后，智能手机通过蓝牙向扬声器发送 WLAN 访问数据，确保扬声器可以登录家庭网络。
在 Thread 和 Wi-Fi 之间进行通信需要所谓的 Matter 边界路由器。一些供应商已经发布了结合 Matter 控制器和边界路由器的产品，如 Apple TV 4K、Apple Homepod Mini、三星 SmartThings Hub，以及众多亚马逊 Echo 设备。
综合安全性
供应商使用Matter 标准的另一个重要目标是提高安全性，保护用户隐私免受攻击。当黑客试图通过互联网访问智能家居设备时，这些设备往往没有得到充分保护，运行过时的软件，使用可预测的密码，几乎无法抵御攻击者的入侵。
因此，安全问题是人们不购买智能家居设备的首要原因： 2022 年 9 月Bitkom 委托进行的一项调查显示，47% 的非用户担心黑客攻击，37% 的用户担心个人数据滥用，而29% 的用户则担心隐私泄露。
为了解决这些问题，在开发 Matter 的过程中，已经根据“设计安全(Secure by Design)”原则考虑了安全要求：设备认证证书(DAC)通过保证硬件确实来自原始供应商来防止伪造，还提供了由官方认证机构签署的供应商证书。此外，还有防窃听通信和安全控制。通过 PKI 加密和强大的安全协议，Matter 可保证用户隐私和安全。
巿面上仍只有少数设备
不过，尽管 Matter具有很多优点，但巿面上的设备数量仍然有限。由于 Matter 仍然处于相对较新的阶段，兼容设备的选择仍然受到限制，更多设备或软件更新 (适用于具有 IEEE 802.15.4 收发器功能的现有设备) 的推出尚需时日。例如，许多基于 ZigBee 的设备都有望获得软件更新，前提是其内部存储器足够大，能够支持固件无线更新 (FOTA)。
鉴于新标准的优势，一旦更多的智能家居供应商推出相应的产品，市场上就会迅速涌现支持 Matter 的设备。由于 Matter 技术的先进性和易用性，使得采用专有连接技术的其他智能家居设备难有光明前景。毕竟，终端用户不可能愿意为边界路由器、协议和设备配置文件而烦恼，他们更愿意在简单设置后，通过同一界面操作尽可能多的设备。
Matter提供互联网连接、离线功能和跨设备控制能力，使得产品供应商摆脱了开发过程中最具挑战性的环节。与此同时，这也使得供应商在差异化方面的选择更少。就散热阀而言，这可能受到致动器电机的体积、储能装置的尺寸和显示屏的影响限制。因此，在重新设计产品转向Matter协议时，最好对产品进行外形改造提升，向买家表明这是一款极具创新性的产品。这就是显示屏作为人机界面真正发挥作用的地方。
支持Matter的芯片和模块
儒卓力的产品组合中已包括众多用于开发 Matter 设备的产品，相应的芯片和模块供应商包括英飞凌(Infineon)、Nordic Semiconductor、松下(Panasonic)和InsightSiP。
作为 CSA组织成员，英飞凌提供支持 Matter 的组件，如 PSoC-6系列。PSoC 62 和PSoC 64与Wi-Fi IC结合使用时，均可支持 Matter。一般来说，任何支持 Matter 的 Wi-Fi IC均可使用。如果使用英飞凌的 CYW43439、CYW43012 或 CYW4373，集成开发环境 ModusToolbox 完全支持编程。还可用于将 Matter 栈导入并映射到PSoC-6器件。
2024年3月，英飞凌发布了支持 Matter over Thread 的CYW30739芯片。此外，它还将在Matter 网络中使用方便的低功耗蓝牙调试。该芯片可能只会提供给部份选定的供应商，不过，儒卓力可提供集成该芯片的大众市场模块给感兴趣的客户。
英飞凌的安全芯片(如 Optiga Trust)是每个 Matter 认证设备必须具备的客户特定登录信息的理想信任锚。
与英飞凌一样，Nordic Semiconductor 也是 CSA组织成员，针对Matter提供各种芯片，如nRF52840、nRF5340 和全新的 nRF54 系列，以及 Nordic 在 Wi-Fi 领域的最新产品 nRF7002。nRF54 系列于 2024 年上市(图 3)，采用最先进的安全技术，是未来 Matter 设备的理想之选。它专为 PSA 第三级认证而设计，具有基于物理不可克隆功能 (PUF)的信任根、安全启动、固件更新和存储，以及加密加速、侧信道保护和篡改检测等功能。
图 3：Nordic Semiconductor 的 nRF54 系列具有 Matter over Thread 功能和先进的安全技术，于 2024 年上市。（图片来源：Nordic Semiconductor）
nRF54H20 配备两个运作频率高达 320 MHz 的 Arm Cortex-M33 处理器，用于处理计算密集型应用和无线电通信，并且具有两个 RISC-V 协处理器，用于处理超低功耗任务和软件定义外设。2 MB 闪存可在大多数基于 Matter 的应用中实现 FOTA，而无需额外的外部存储器。
nRF54系列以及 nRF5340 和 nRF52840 使用Matter over Thread，而 nRF7002 则使用Matter over Wi-Fi。当与上述低功耗蓝牙SoC 中的一个结合使用时，它还可用于在 Matter 网络中进行便捷的低功耗蓝牙调试。
Nordic nRF Connect SDK v2.4支持各种应用开发，包括基于最新 Matter 1.1 版本的应用。其中包括带响应的定期广告(PAwR)。此外，它还允许接收定期广告的设备也向发送方发送响应信息，从而创建双向通信并实现大型一对多拓扑结构。
此外，Nordic 还在 Github 上提供 KNX 集成，以满足工业楼宇服务标准。这将帮助企业保持未来在智能家居和智能楼宇SoC供应商中的领先地位。
松下提供基于 Nordic Semiconductor 芯片的 Matter 模块。在 Matter over Wi-Fi 领域，PAN9028具有两个型款：带有或不带有集成电源管理集成电路(PMIC)。用于电池供电设备的 PMIC(无论应用是否提供无线电)也是 Nordic 发展非常迅速的产品类型。
PAN9019和PAN9019A分别是新型 Wi-Fi6 和 Wi-Fi6E 模块。这两种模块都使用 Matter over Wi-Fi；PAN9019A 还能使用Matter over Thread。PAN1770 和 PAN1780是单纯Matter over Thread模块。它们基于 Nordic 的 BLE 芯片 nRF52840。松下于 2023 年 12 月宣布推出一款基于 Nordic nRF5340 的PAN1783模块。它是市场上最小的基于nRF5340模块之一，并提供底座天线或芯片天线。
InsightSiP的模块也使用 Nordic 芯片：例如，基于 nRF5340 的 ISP2053-AX。它使用了 Matter-over-Thread 连接，基于 nRF52840 的 ISP1807-LR 也是如此。InsightSiP 的模块还包括晶体和认证，由于体积极小而广受欢迎。得益于已获专利的内部天线，它们看起来仍像一块芯片。
对于价格敏感型设备，儒卓力提供来自创新微的类似模块，创新微已被列为 Nordic 的官方模块合作伙伴。例如，基于 Nordic nRF5340 的 MS-45SF11 就具备 Matter 功能。该产品也采用了 Matter-over-Thread 工艺。创新微全新旗舰产品MS12SF1模块同时内置 nRF5340 和Wi-Fi协同芯片 nRF7002，是首批通过两个芯片同时支持 Matter over Thread (nRF5340) 和 Matter over Wi-Fi (nRF7002) 的组合模块之一。在2024年三季度，创新微还将推出以nRF54L15 为内核的ME54BS01模块，该产品以高算力的M33主核搭载1.5M NVM (Non-Volatile Memory), 是 Matter-over-Thread 的最优之选。
儒卓力将联手Nordic与创新微，在6月5日举办一场线上研讨会，介绍nRF54系列以及ME54BS01模块，详情请关注儒卓力官方微信号。
下载ECAD模型
