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    Matter 个中奥妙

Matter 个中奥妙

Nordic Semiconductor

统一连接标准 Matter 不仅能够为不同设备实现互操作性,并在其中融入协调一致的系统级智能,正在大力推动下一代智能家居蓬勃发展。

统一连接标准 Matter 不仅能够为不同设备实现互操作性,并在其中融入协调一致的系统级智能,正在大力推动下一代智能家居蓬勃发展。

人们的家居正变得越来越智能。英特尔市场研究公司最近发表数据,显示发达市场超过35%的家庭至少使用一台智能家居设备,且普及率每年增长12%至15%。但总体而言,智能家居的全面普及并非一蹴而就,而是循序渐进的。连接标准联盟 (CSA) 早在2022年便推出了统一的连接标准 Matter,目标是提供跨生态系统的互操作性以打破碎片化和不兼容所造成的障碍,最终实现智能家居愿景。

因此,Matter 规范的每一次更新都按部就班地支持更多设备类别,从照明和门锁等控制设备,到扫地机器人和烟雾报警器,再到后来的冰箱、洗碗机、洗衣机和烤箱等大型家电。每新增一种设备类型,都推动着整个行业朝着通用互操作性的目标迈进。一直以来,虽然取得了实在的进展,但衡量标准仍然主要集中在覆盖的产品类别上;就是哪些以前无法连接的设备现在可以连接了?但最近,人们关注的焦点发生了变化。大家讨论的重点不再是 Matter 支持哪些设备,而是这些设备如何协同工作。互操作性曾经是遥远的目标,但现在已成为了不可或缺的基本要求。

不仅是连接

过去几年,Matter 对复杂设备类别的支持持续快速增长。Matter 1.4 新增了对电池、热泵和热水器等新型设备的支持;Matter 1.5 改进了智能门锁的支持,并加入了可测量湿度和温度的土壤传感器。Matter 的其他重要新功能包括电动汽车充电、太阳能集成和增强的功耗跟踪。

与此同时,Matter 也从设备互操作层发展成为更广泛的智能家居平台。

Matter 1.4 连同 Matter 1.5 实现了长足进展,不仅导入了新的设备类型,还实现了设备之间更丰富的交互。

Matter 1.4 版本更新的一项关键是 “增强的多管理员功能”,它允许设备通过单一的授权流程在多个生态系统中无缝运行。改进后的多管理员功能虽然在实际应用中仍未完美,但已使得用户在构建智能家居时不再需要 “选边站队”。

Matter 1.5 为数据密集型设备 (如相机) 引入了更高效、更可靠的传输控制协议 (TCP) 传送,并改进了固件更新功能。

这些更新标志着 Matter 正从孤立的设备控制演变成为协调一致的系统行为。在实际应用中,这一点明显地体现在新兴的全屋能源协同控制。早期人们讨论 Matter 时,将智能插头、恒温器和电动汽车充电器等能源设备视为独立的终端。

如今,在管理家庭能源流动的动态系统中,它们的地位日益重要。Matter 1.5 支持动态能源价格和共享能源数据模型,使各种设备不仅能够报告能耗,还能根据能耗进行协调。太阳能发电、电动汽车充电、暖通空调运行和家用电器的使用,都可以按照实时信号 (例如电价或碳排放强度) 进行调整。

这反映了更广大行业正向着家庭能源管理系统 (HEMS) 转变,这些系统的价值在于优化而非控制。系统不再询问智能插座是否可以远程开启,而是判断何时开启才能最大限度地降低成本或提高可持续性。

在日常的全屋自动化发展中,也可以看到类似的趋势。以往 ”开灯、放下百叶窗、调节温度” 是一连串独立的指令,但如今已演变为对实际情境的同步组合响应。重点在于 “场景” 和 “指令批次处理”,使用户能够使多个终端相来配合来营造所需的情景。

对于开发者和制造商而言,这改变了产品设计的本质。设备的设计理念不再是孤立的终端,而是更广泛生态系统中的成员,能够共享数据、响应外部信号并参与协同行为。实际上,智能家居变成了一个分布式系统。总而言之,这些发展标志着一个清晰的主题转变:问题不再是“它是否能连接?”,而是“它是否能协调?”

为 Matter 而设计

这种演进源于 Matter 对网络基础设施挑战的应对,以及对跨平台控制的正常化。早期 Matter 的用户常常受到各种不便所困扰,比如不一致的 Thread设置、网络碎片化以及不同生态系统间差异显著的导入流程。

Thread 1.4 规范已应对了这些问题。Thread 1.4 的主要特性是各个边界路由器共享凭证:当两个支持 Thread 1.4 的边界路由器位于同一 IP 网络和 Matter 架构上时,其中一个会被选为凭证授权机构,并与其他路由器共享其网络数据集。这样,各个平台不再各自创建独立的 Thread 网络,而是加入并扩展一个共享的网状网络。通过一个平台配置的设备现在可以更可靠地跨平台运行,因为它位于共享的网络架构中,而不是孤立的环境中。多个边界路由器共同构建同一个网状网络,也提高了覆盖范围和韧性,减少了单点故障的风险。

主要生态系统正紧锣密鼓完成向 Thread 1.4 的过渡,早期采用者所面临的碎片化多网络情况应该会显著减少,不再普遍发生。

Matter 和 Thread 的更新也简化了导入流程,引入了更强大的发现功能、更清晰的配置流程以及更完善的极端情况处理方式。即使底层系统变得更加复杂,用户也可以享受到更符合预期的更友好设置体验。

另一项关键进展是 Matter 认证路由器和接入点的出现。这些设备将传统的 Wi-Fi功能与集成的 Thread 边界路由器功能相结合,有效地将家庭 IP 主干网络与其低功耗网状网络合而为一。通过将 Thread 支持直接嵌入到广泛部署的基础设施 (例如家用路由器) 中,业界从源头上降低了网络碎片化的可能性。虽然这些改进发生在最终用户难以看见的系统底层,但它们确实解决了障碍 Matter 成功的其中一个关键:网络本身的可靠性。

满足需求

如果 Matter 将智能家居重新定义为一个协调完善的系统,那么支撑该系统的硬件便要具备连接以外的其他必须功能,比如管理并发的无线协议、处理更丰富的数据模型,并在边缘端支持日益复杂的应用逻辑;对于电池供电设备,所有这些功能都必须以超低功耗运行。随着规范的成熟,终端设备越来越需要能够解读当前的情况,包括能量信号、占用情况和环境数据,并据此作出判断和采取行动,而不仅仅是响应命令。支持 Matter 需要处理安全通信,在更广泛的系统中维护设备状态,并实现跨生态系统的实时响应。

Nordic 提供支持 Matter 的集成解决方案来支持这一转变,帮助开发者打造安全、低功耗且面向未来的智能家居产品。nRF54L 系列芯片采用先进的工艺技术,并同时支持 Thread 1.4、Matter 和 低功耗蓝牙,是这一集成的下一步。例如 nRF54LM20AnRF54LM20BnRF54L15 SoC 为复杂的固件提供了更大的空间,使开发者能够将更多智能功能直接嵌入到设备中,十分适合必须兼顾性能、内存和能效的高要求 Thread 应用。

至关重要的是,Nordic 的核心优势是其丰富的多协议技术和产品组合。Matter over Thread 依靠低功耗、自愈式网状网络实现设备间通信,而低功耗蓝牙确保了无缝的导入和用户交互。这些协议能够并行运行,且不影响功耗,这使得开发者能够构建响应迅速且节能的设备,这是现代智能家居基础架构中的传感器、门锁和其他电池供电节点的必要条件。

展望未来,Matter 与 Aliro 等新兴标准的融合预示着更深层次的集成。由 CSA 开发的 Aliro 以标准化方案取代专有且不兼容的移动凭证系统,解决了行业碎片化问题。Matter 与 Aliro 相辅相成,实现了可靠的指挥控制功能。Nordic 的 nRF54L 系列支持 Aliro 和 Matter 同步运行,不仅降低了硬件复杂性,并提高了互操作性,其全新的参考设计也展示了这些技术如何相互支持。

实际上,这可以实现在智能家居系统中动态集成访问权限的场景。例如向访客授予解锁门和触发预设自动化状态的临时访问权限。Matter 1.5 加入实时视频流、双向音频和云台变焦 (PTZ) 等控制功能以强化安防系统,将使摄像头成为智能家居系统中的重要一环。

目前,智能家居仍处于演进阶段。尽管 Matter 技术突飞猛进,但其推广应用和实际应用成熟度仍落后于预期。然而,这个领域的发展轨迹清晰可见。Matter 正从连接标准进化发展,变得更接近智能家居系统框架。Matter 如今不仅存在于单个设备的边缘,而且日益成为各种设备交互、协调以及响应更广泛环境的核心。

 

 

 


短距离

适用于短距离物联网的蓝牙低功耗及多协议系统级芯片(支持Thread、Matter、Zigbee协议)

长距离

适用于LTE-M/NB-IoT、GNSS、DECT NR+和NTN的蜂窝物联网系统级封装

Wi-Fi

低功耗Wi-Fi 6协同ICs,支持2.4 GHz/5 GHz频段选项及WPA3加密协议

电源管理ICs

适用于电池供电设备的电源管理IC(PMIC),nPM系列提供充电与稳压功能选项。

AI及软件工具

工具与NPU加速边缘人工智能开发和部署

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