跟我来！用i.MX 8M和JN5189，快速实现Zigbee和Matter的网络桥接

 

本文将介绍Matter对网络桥接功能的支持，并探讨在Matter提供的例程基础上如何使用i.MX 8M和JN5189实现Zigbee网络和Matter网络之间的桥接，从而将Zigbee设备连接到Matter网络。快来一探究竟吧！

 

 

Matter桥接原理

 

Matter是新一代的物联网技术协议，与传统的Z-Wave或Zigbee网络协议相比，它在安全性、互操作性方面有很大的改进。特别是对多种物理层的支持，让Matter几乎能够运行在所有的网络产品中。

 

当然，传统的Z-Wave或Zigbee产品并不会很快退出市场，如何将这些产品连接到Matter网络，从而实现它们和Matter产品之间的互连互通，是目前急需解决的一个问题。我们可以通过Matter桥接设备（Bridge）实现Matter和传统网络之间的互连。 

 

 

图1：Matter桥接示意图

 

幸运的是，Matter开发组织已经提供了一些Matter桥接设备的例程。在这些例程中，Matter桥接设备作为一个Matter设备可以加入到Matter网络，而Z-Wave或Zigbee设备需要被映射到它的动态端点（dynamic endpoint）中。这样Matter网络的其它设备就可以通过Matter桥接设备的动态端点来跟Z-Wave或Zigbee设备通信，如下图所示。这些端点被称为“动态端点”的原因是Zigbee设备随时可能离网，原先映射端点也就不再有效。

 

本文将以Zigbee网络为例，以i.MX 8M EVK和JN5189 DK6 EVK为硬件开发平台，介绍如何在例程基础上添加代码，来实现Zigbee网络的桥接功能。                          

 

图2：将Zigbee设备映射到Matter桥接设备

 

i.MX 8M和JN5189介绍

 

i.MX 8M系列应用处理器基于Arm Cortex-A53和Cortex-M4内核，具有业界领先的音频，语音和视频处理功能，适用于从消费家庭音频到工业楼宇自动化及移动计算机等广泛应用。作为Matter设备，i.MX 8M EVK配合其板载的蓝牙、Wi-Fi以及LAN接口，可以轻松实现Matter over Wi-Fi和Matter over Ethernet通讯。借助于外挂的K32W061 USB dongle，还可以实现Matter over Thread通讯。本文使用其Matter over Wi-Fi方式作为Matter设备。

 

JN5189是为极低功耗无线设备设计的高性能超低功耗微控制器，搭载了802.15.4 PHY和MAC，以及AES 128硬件加解密模块，支持Zigbee、Thread以及Matter等多种协议。本文使用Zigbee协议，将其作为Zigbee协调器来实现桥接功能。

 

硬件连接

 

本文中我们使用两块i.MX 8M EVK和一个Wi-Fi路由器组件Matter网络，其中一块i.MX 8M EVK作为Matter网络控制器 (Commissioner) 运行chip-tool，另外一块i.MX 8M EVK作为Matter网桥设备，运行Matter桥接设备软件imx-chip-brige-app。

 

Matter网桥设备中通过USB端口连接了一个JN5189的Zigbee协调器，Matter桥接设备软件需要同时支持Matter设备的功能以及管理Zigbee网络的功能。另外，我们使用JN5189 DK6 EVK的OM15076-3 / OM15081-2组合板充当Zigbee设备。 

 

 

图3：硬件搭建示意图

 

软件设计

 

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Zigbee设备管理

 

本文的设计中，Matter桥接设备作为Zigbee网络的协调器，因此它需要管理Zigbee网络的组建和Zigbee设备的入网，离网，命令控制及绑定等操作。同时它需要维护一个Zigbee设备的本地数据库。如图4中的ZCB模块。

 

为了便于本文的讨论，我们将Zigbee设备简单地分为两类。一类是控制设备，它接受协调器的命令并做出动作，这类设备通常是Zigbee 路由器（Router）。另外一类是传感器设备，这类设备通常是Zigbee 终端设备（End Device），常常处于睡眠状态，有时会利用唤醒的间隔发送数据包到协调器。

 

2

Matter桥接设备对Zigbee设备的控制

 

下面分别讨论Matter桥接设备对这两类设备的不同处理:

 

Matter桥接设备对Zigbee控制设备

的命令解析及传递

 

已入网的Zigbee设备会被映射到Matter设备的动态端点中，这样Matter网络控制器对Zigbee设备的控制会发送到这些端点。对于Zigbee控制类设备，桥接设备需要通过Zigbee协调器正确地将这些命令转发给它们。

 

如图4中的Level Control和OnOff Control命令。需要注意的是由于Level Control Cluster里的MoveToLevel命令具有延时特性，如下图的Transition time，我们可以利用Matter协议栈里的PreCommandCallback回调函数来获取命令的详细参数。

 

对于不带延时特性的命令，我们可以直接从例程提供的AttributeChangeCallback接口里获取。 

 

 

图4：Zigbee cluster规范里的MoveToLevel命令参数图

 

对于这类Zigbee控制设备，设计的软件框图如下：

 

 

图5：发送控制命令到Zigbee 路由设备的桥接设备软件框图

 

Matter桥接设备对Zigbee传感器设备

属性汇报的管理

 

对于Zigbee传感器类设备，可以在设备入网时就进行绑定（bind）操作，这样Zigbee协调器就能定期收到属性数据汇报（attribute report）。同时，Matter控制设备也需要通过subscribe命令将其映射的端点和Cluster绑定到Matter控制设备。这样通过两次绑定，Zigbee传感器的数据最终会被推送到Matter控制设备。

 

对于这类Zigbee传感器设备，设计的软件框图如下：     

 

 

图6：处理Zigbee 终端设备属性汇报的桥接设备软件框图

 

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软件测试

 

Matter桥接设备软件的设计基于例程中的Linux平台，它通过Wi-Fi路由器加入到运行Matter chip-tool的Matter控制设备，从而组建一个本地的Matter网络。

 

配合Zigbee AN，我们分别利用：

 

• AN1247作为Zigbee协调器，组建Zigbee网络并管理Zigbee设备

• AN1244里的照明设备作为Zigbee控制设备接收OnOff、MoveToLevel、MoveToColor等命令

• AN1246里的温度传感器作为Zigbee传感器设备采集温度数据

 

通过Matter桥接设备，实现了Matter控制器对Zigbee照明设备的控制，同时获取到由Zigbee传感器推送的实时温度数据。

 

 

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原文标题：跟我来！用i.MX 8M和JN5189，快速实现Zigbee和Matter的网络桥接

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