基于Matter标准的物联网和智能家居解决方案

Matter解决物联网和智能家居难题

Matter是一种针对智能家居、住宅和商业建筑使用的单一统一连接标准，该标准旨在为消费者提供更好的体验，并减轻开发人员的工作量，已经逐渐受到厂商与使用者的关注。本文将为您介绍Matter技术的发展，以及Nordic在相关应用推出的解决方案。

 

彻底改变智能家居应用生态的新标准

纵观当今的物联网和智能家居应用，智能家居行业在过去十年中取得了巨大的增长，一系列无线连接的智能设备涌入家庭，为家庭生活带来自动化和便利，像是可以连网的扬声器、灯泡和百叶窗，它们都可以通过智能手机或专门的家庭助理进行远程激活。据估计，当今世界约有1.75亿个人在使用智能家居，预计到2025年将有超过130亿智能家居设备在使用中。

然而，即使拥有所有最新的设备和创新，最终用户在让他们的设备可靠地通信、互连和协同工作时，仍然感到困惑和沮丧，许多由不同厂家所开发的产品在串联上经常会出现问题，这些问题会降低用户的采用率，加大创新上的难度，难以实现互操作。

随着家庭自动化和智能家居行业多年来的发展，出现了各种连接标准，其中包括Z-Wave和Zigbee，而蓝牙和Wi-Fi等协议也发挥了重要作用。每个协议都开辟了一个利基市场，但没有一个协议能够成功成为智能家居市场的默认或主要标准，这反映在消费者在设备级别体验的碎片化上。

有鉴于此，连接标准联盟（Connectivity Standards Alliance, CSA）联合了世界上最大的品牌，像是亚马逊、苹果、谷歌等公司，进行Matter标准的倡议与开发，这种集中式的标准化工作，将可确保制造商、设计师、消费者和整个社会，都将从易于访问的技术中获益。目前已经有超过220家公司和2100名个人参与Matter标准的制定，Matter由于得到了世界上众多大型科技公司的支持，这种新的统一连接标准，将彻底改变智能家居应用的生态。

提升安全性与互操作的Matter技术

从设备到设备协议的角度来看，Matter标准与其他标准在概念上没有太大区别，但主要区别则在于行业的采用、支持和动力，因为其涉及所有全球和重要的生态系统，这是主要区别之一。特别是在2021年，将Matter集成到其产品中的公司数量大幅增加，如此一来，将增加最终客户的互操作性选择，Matter有可能成为智能家居事实上的标准。

Matter的另一个关键区别之一是建立在互联网协议（IP）之上，IP可实现可扩展性和可寻址性，并将互联网带入物联网设备。Matter可使用Thread、Wi-Fi或以太网等标准进行消息传输，并可使用BLE来简化设备的调试，Wi-Fi则可用于低带宽和高带宽应用，将来还可以连接像是蜂窝物联网设备。Matter规范还支持技术之间的桥接，以确保互操作性，通过桥接设备，使用者将可以保留现有的设备，并继续推进Matter的互操作性。

Matter旨在确保设备和信息的安全和私密性，同时仍然易于使用，基础是建立在确保使用完全透明的开放标准，来将物联网设备与Matter联系起来。Matter严格的安全和隐私原则为开发人员提供了一个安全基准，用于保护新的物联网设备，以及保护数据和信息交易。此外，Matter协议和数据模型涵盖了从设备到移动和云通信的核心操作功能。

Matter规范的“多管理”功能，将使连接的设备能够被多个智能家居生态系统轻松控制。Multi-Admin将客户从单一供应商的围墙花园中解放出来，让他们可以根据喜好自由混合搭配。例如，可以选择使用Apple Siri和Amazon Alexa语音助手之一，甚至同时使用它们来控制Nest恒温器。

满足智能家居应用所需的软件和硬件

Nordic半导体对智能家居市场的投入由来已久，由于Nordic看到每个生态系统都有不同的解决方案，这给作为制造商的Nordic和客户都带来了挑战，不幸的是，它也会给最终消费者带来困惑和挫败感。

有了Matter及其所有领先生态系统的支持，Nordic相信Matter有潜力满足智能家居市场的需求。Nordic半导体是Bluetooth LE和Thread的领先供应商，这些技术也将用于Matter规范。因此，从技术的角度来看，为Nordic的器件提供对Matter的支持将极具意义。

Nordic为Matter开发者提供软件和硬件，其中最值得推荐的是nRF52840或nRF5340系统级芯片（SoC），以及这两种器件的开发套件，包括可在线免费获取的nRF Connect SDK，该SDK包括Matter的开源实现，可通过GitHub获得，并针对Nordic SoC进行了优化，其中还包括针对门锁、灯泡、开关和温湿度侦测的示例，它们为用户提供了一个起点，并进一步简化了基于Matter的新产品的开发。Nordic并与Google、Assa Abloy、Eve和Leedarson合作创建了一个智能家居演示，展示了基于Matter的语音控制、门锁、恒温器和灯泡。Nordic并在YouTube、优酷与DevZone上提供众多的免费资源。

高度集成的多协议系统级芯片

Nordic推出的nRF52840系统级芯片（SoC），是一款具有完全协议并发能力的多协议蓝牙5.2 SoC，可同时支持低功耗蓝牙、蓝牙Mesh、NFC、Thread和Zigbee、802.15.4、ANT和2.4 GHz专有协议栈。nRF52840 SoC是nRF52系列中最先进的一员，它可以满足需要协议并发性、丰富外围设备和复杂应用所面临的挑战。它并为闪存和RAM提供了充足的内存，而这些正是高要求应用的必备条件。

nRF52840基于带有浮点单元的32位ARM Cortex-M4 CPU，主频为64 MHz。内置NFC-A标签可用于简化的配对和支付解决方案。该芯片内置ARM TrustZone CryptoCell密码算法单元，可独立于CPU高效执行密码算法任务。它有许多数字外设和接口，如高速SPI和QSPI接口，用于连接到外部闪存和显示器，PDM和I2S连接数字麦克风和音频。此外还有一个全速USB设备，用于数据传输和作为电源为电池充电，并通过精密的片上自适应电源管理系统，实现了极低的功耗。

Nordic的另一款nRF5340 SoC则是可支持低功耗蓝牙、蓝牙Mesh、NFC、Thread和Zigbee的双核蓝牙5.2 SoC。nRF5340是全球首款拥有两个Arm Cortex-M33处理器的无线连接SoC，拥有两个灵活的处理器、先进的功能，以及高速SPI、QSPI、USB与最高105℃的工作温度，还结合了更高的性能、内存和集成度，同时实现了静态电流的最小化。使其成为低功耗音频、专业照明、高级可穿戴设备和其他复杂物联网应用的理想选择。

该应用处理器还针对性能进行了优化，且可以使用电压频率调节功能以128M或64 MHz时钟频率运行。它有1 MB的闪存、512 KB的RAM，一个浮点单元（FPU）、一个8 KB的双向关联高速缓存和DSP指令。网络处理器的主频为64 MHz，并针对低功耗和效率（101 CoreMark/mA）进行了优化，它有256 KB的闪存和64 KB的RAM。

可扩展的统一软件开发套件

Nordic的nRF Connect SDK则是nRF5340 SoC的软件开发套件，用于构建低功耗蓝牙、Wi-Fi、蜂窝物联网、蓝牙Mesh、Thread、Zigbee和Matter产品的软件开发套件提供完整的解决方案，集成了Zephyr RTOS和范围广泛的应用示例、应用程序协议、协议栈、库和硬件驱动程序。

nRF Connect SDK是一个可扩展的统一软件开发套件，用于构建基于Nordic所有nRF52、nRF53、nRF70和nRF91系列无线器件的产品。它为开发人员提供了一个可扩展的框架，用于为内存受限的设备构建大小优化的软件，以及为更高级的设备和应用构建功能强大且复杂的软件。

为了开发低功耗蓝牙、Wi-Fi、蓝牙Mesh、Thread、Zigbee和Matter产品，nRF Connect SDK包含所有需要的软件，包括协议栈。nRF Connect SDK还提供了HomeKit配件开发套件的独特集成，用于使用HomeKit over Thread和HomeKit over Bluetooth Low Energy开发产品。它是一种高度优化的解决方案，可让电池供电的产品同时在单个芯片上运行HomeKit附件协议（HAP）和应用程序固件。

nRF Connect SDK为Nordic所有的器件和软件组件提供单一代码库，它简化了从一个应用到另一个应用的移植模块、库和驱动程序，从而减少了开发时间。通过使开发人员能够为其应用挑选和选择必要的软件组件，可以保证高内存效率。

nRF5340 DK则是nRF5340 SoC的开发套件，此套件内置单板开发所需的一切工具。这款开发套件支持使用多种无线协议进行产品开发。它支持低功耗蓝牙，具有2 Mbps高数据吞吐量、广播扩展和长距离等功能。蓝牙Mesh、Thread和Zigbee之类的网格协议可以与低功耗蓝牙同时运行，从而使得智能手机能够配网、入网、配置和控制Mesh节点，还支持NFC、ANT、802.15.4和2.4 GHz专有协议。

nRF5340 DK可通过接头连接器和边缘连接器使用所有的模拟和数字接口，以及GPIO端口。该套件与Arduino Uno Rev3硬件兼容，这意味着它可以轻松与外部设备扩展板连接。

结语

Matter技术的应用正在推动物联网和智能家居领域的发展，让不同品牌的设备能够进行互通和互动，提高了物联网和智能家居的互操作性，增加了使用者的方便性和体验。Nordic推出了支持Matter技术的高度集成SoC，以及相关的开发工具套件，将可加快客户的产品开发速度，积极抢进物联网和智能家居市场。

编辑：黄飞