應(yīng)用干貨－如何將現(xiàn)有智能設(shè)備與Matter的新產(chǎn)品進(jìn)行橋接

如今，消費(fèi)者幾乎不可能創(chuàng)建過(guò)于簡(jiǎn)單化的智能家居生態(tài)系統(tǒng)，除非他們對(duì)單一供應(yīng)商提供的設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。但經(jīng)過(guò)兩年多的開發(fā)和完善，期待已久的行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)Matter協(xié)議已于2022年10月發(fā)布，有助于設(shè)備開發(fā)人員解決智能家居生態(tài)系統(tǒng)分散的問(wèn)題。為了確保人們不會(huì)將Matter視為只是增加這些設(shè)備碎片化和互操作性問(wèn)題的另一個(gè)協(xié)議，確?，F(xiàn)有非Matter智能家居設(shè)備和基于Matter的新產(chǎn)品之間能夠橋接以達(dá)成互聯(lián)互通，是當(dāng)前推行Matter標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵所在。閱讀Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）的應(yīng)用文章詳細(xì)了解以下與Matter橋接有關(guān)的主題：https://cn.silabs.com/wireless/matter/matter-bridge-for-non-matter-devices

• 什么是橋接？為什么橋接很有必要？

• 橋接的工作原理

• Silicon Labs Unify SDK 如何支持橋接，包括使用不同供應(yīng)商提供的智能照明設(shè)備進(jìn)行的詳細(xì)示例介紹

• Silicon Labs 當(dāng)前為繼續(xù)增強(qiáng)其對(duì)橋接支持所做工作的相關(guān)信息

對(duì)于消費(fèi)者而言，使用各種供應(yīng)商提供的智能家居和自動(dòng)化設(shè)備歷來(lái)是一大痛點(diǎn)。這是因?yàn)槊考夜?yīng)商的設(shè)備都在使用基于供應(yīng)商所選的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 協(xié)議的獨(dú)特智能設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)，因此消費(fèi)者需要使用不同的應(yīng)用程序來(lái)控制不同供應(yīng)商提供的設(shè)備。這也意味著不同供應(yīng)商提供的設(shè)備之間目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)互操作性和通信。然而，全新Matter協(xié)議旨在解決此類問(wèn)題以及其他常見(jiàn)問(wèn)題，而這些問(wèn)題是創(chuàng)建智能家居和自動(dòng)化設(shè)備的供應(yīng)商以及使用此類設(shè)備的消費(fèi)者所面臨的。

雖然使用全新 Matter 規(guī)范可輕松設(shè)計(jì)新設(shè)備，但早在 Matter 出現(xiàn)之前，僅在美國(guó)就有超過(guò) 6000 萬(wàn)戶家庭目前在使用智能家居設(shè)備，而這些設(shè)備基于 Z-Wave 和 Zigbee 等其他無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。為了確保人們不會(huì)將 Matter 視為只是增加這些設(shè)備碎片化和互操作性問(wèn)題的另一個(gè)協(xié)議，而是 Matter 能夠幫助現(xiàn)有非 Matter 智能家居設(shè)備和基于 Matter 的新設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)橋接——能夠橋接是當(dāng)前 Matter 1.0 版本的關(guān)鍵功能。

在本白皮書中，我們將探討如何通過(guò)橋接將非 Matter 設(shè)備無(wú)縫引入 Matter 生態(tài)系統(tǒng)，并探討 Silicon Labs 如何提供使供應(yīng)商和消費(fèi)者都可獲取實(shí)現(xiàn)橋接所需的硬件、軟件和工具。

什么是橋接？為什么橋接很有必要？

如前所述，智能家居和自動(dòng)化市場(chǎng)并不規(guī)范。如今，有大量設(shè)備使用非基于 IP 的 Zigbee、Z-Wave 和其他無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。因此，為了不增加這一碎片化問(wèn)題，很有必要實(shí)現(xiàn)一種允許新 Matter 設(shè)備和現(xiàn)有非 Matter 設(shè)備在同一生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行通信和操作的方法。隨著 Matter 協(xié)議的開發(fā)，這成為關(guān)鍵考量因素，也正因此，Matter 不同于其他無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。Matter 是一種基于 IP 的協(xié)議，作為除以太網(wǎng)、Wi-Fi、藍(lán)牙和 Thread 等技術(shù)的應(yīng)用層運(yùn)行。

雖然可通過(guò)無(wú)線下載 (OTA) 更新來(lái)為部署在家庭中的一些較新設(shè)備添加 Matter 功能，但對(duì)于大多數(shù)設(shè)備而言，橋接器將是使用其他非基于 IP 的協(xié)議將現(xiàn)有智能設(shè)備引入 Matter 生態(tài)系統(tǒng)（也就是所謂的 Matter 交換結(jié)構(gòu)）的最佳選擇。Matter 橋接器可將連接擴(kuò)展到 Matter 交換結(jié)構(gòu)中的非 Matter 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以便消費(fèi)者可繼續(xù)使用其現(xiàn)有非 Matter 設(shè)備，如使用 Zigbee 和 Z-Wave 的設(shè)備以及新的 Matter 設(shè)備。橋接是 Matter 交換結(jié)構(gòu)的重要組成部分，因?yàn)橐?/span> Matter 成為真正統(tǒng)一的協(xié)議，必須進(jìn)行橋接。

還要?jiǎng)?wù)必注意，在決定是否橋接時(shí)也存在其他考量因素?，F(xiàn)有非 Matter 系統(tǒng)具有多種設(shè)備類型，并且在 Matter 中可能并非全都具有一對(duì)一等效的設(shè)備類型?，F(xiàn)有系統(tǒng)可通過(guò)其在 Matter 中尚未復(fù)制的非 Matter 設(shè)備類型提供自動(dòng)化，但某些設(shè)備類型確實(shí)具有 Matter 等效功能，并且非常值得啟用。橋接讓您的生態(tài)系統(tǒng)能夠繼續(xù)支持其所有非 Matter 設(shè)備類型，一旦 Matter 在橋接的生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了足夠的功能奇偶校驗(yàn)，就可決定將所有設(shè)備都過(guò)渡到原生 Matter。

Matter和非 Matter 設(shè)備之間橋接是如何工作的？

在高層次上，Matter 橋接器的工作原理是在 Matter 和非 Matter 協(xié)議之間執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，以便非 Matter 設(shè)備顯示為 Matter 交換結(jié)構(gòu)的橋接設(shè)備，如圖 1 所示。

圖1 顯示 Matter 橋接器如何在 Matter 交換結(jié)構(gòu)和非 Matter 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間創(chuàng)建連接的高級(jí)示意圖。

雖然關(guān)于該類型統(tǒng)一多協(xié)議通信如何發(fā)生的細(xì)節(jié)看起來(lái)頗為復(fù)雜，但對(duì)于最終用戶而言，橋接智能家居設(shè)備的流程都經(jīng)過(guò)了簡(jiǎn)化。要將 Matter 橋接器添加到網(wǎng)絡(luò)，用戶只需掃描橋接器附帶的二維碼。將橋接器添加到網(wǎng)絡(luò)后，用戶可在手機(jī)上打開橋接器應(yīng)用程序，即可看到所有智能設(shè)備都顯示出來(lái)，而無(wú)論這些設(shè)備使用哪家供應(yīng)商或何種協(xié)議。也就是說(shuō)，所有設(shè)備都可從該中心應(yīng)用程序或用戶偏好的控制器應(yīng)用程序進(jìn)行配置和控制，而不是像如今那樣采用碎片化的方式（即需要使用多個(gè)應(yīng)用程序）。在某些情況下，現(xiàn)有 ZigBee 或 Z-Wave 集線器和網(wǎng)關(guān)可升級(jí)為 Matter 橋接器。關(guān)于此類示例，我們已從主要生態(tài)系統(tǒng)參與者那里看到。

UnifySDK 如何支持將非 Matter 設(shè)備橋接到 Matter 生態(tài)系統(tǒng)中

為了支持橋接解決方案的開發(fā)，而無(wú)需對(duì)每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備“內(nèi)部”的每個(gè)可能選項(xiàng)都具備專業(yè)知識(shí)，需要模塊化且可擴(kuò)展的軟件框架。也正因此，誕生了 Silicon Labs 的Unify SDK。Unify SDK 是一套旨在簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)的軟件組件，其中包括網(wǎng)關(guān)、接入點(diǎn)、集線器、橋接器以及基于應(yīng)用程序處理器的終端產(chǎn)品。

Unify SDK 是一種開放、模塊化、可移植架構(gòu)，基于普遍使用的輕量級(jí) MQTT 技術(shù)而開發(fā)。Unify SDK 支持不同無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議之間特定于協(xié)議的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)已包括 Matter。Unify SDK 本機(jī)運(yùn)行在 Linux 上，但針對(duì)可移植性進(jìn)行了構(gòu)建，并可為 Raspberry Pi 4 提供軟件源和二進(jìn)制程序包。

圖 2 此圖示出了Unify控制器的整體架構(gòu)。借助Unify SDK，一個(gè)系統(tǒng)可提供多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)之間的互操作性，包括Matter Bridge。

Unify-Matter Bridge 應(yīng)用程序（如圖 2 所示）是 Unify SDK 的一部分，基于連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟(Connectivity Standards Alliance, CSA) 提供的 Matter 應(yīng)用程序軟件而構(gòu)建。應(yīng)用程序接收 Matter 協(xié)議接口上的 ZCL 命令，并將其轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一控制器語(yǔ)言 (UCL) 數(shù)據(jù)模型，然后發(fā)布到 MQTT 接口。讓我們更具體地了解下如何使用 Unify SDK中的Unify-Matter 橋接應(yīng)用程序?qū)⒆泳W(wǎng)設(shè)備橋接到 Matter。在下圖 3 示意圖中，從右至左為 Zigbee 和 Z-Wave 協(xié)議棧、統(tǒng)一協(xié)議控制器、MQTT 代理、Matter 橋接器和 Matter 應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)。

圖 3 表示了如何使用Unify SDK中的Unify-Matter 橋接應(yīng)用程序?qū)⑹褂?/span>Zigbee和Z-Wave的子網(wǎng)設(shè)備橋接到Matter。

該范式的最終結(jié)果是，Z-Wave 和 Zigbee 設(shè)備被視為 Matter 交換結(jié)構(gòu)上的橋接設(shè)備。這是因?yàn)?/span> Matter 協(xié)議接口上的 Zigbee 集群庫(kù)命令被轉(zhuǎn)換為 UCL，然后 UCL 驅(qū)動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電以及 Z-Wave 和 Zigbee。

實(shí)際的Matter橋接示例

現(xiàn)在，我們來(lái)看一個(gè)使用不同供應(yīng)商提供的智能照明裝置進(jìn)行橋接的真實(shí)示例。在此示例中，一些照明裝置使用 Matter，而其他照明裝置使用 Zigbee 和 Z-Wave 協(xié)議，我們將使用 Google Nest Hub 作為控制器。在此場(chǎng)景下，Raspberry Pi 運(yùn)行的是 Unify SDK，基于 Web 的 Unify 用戶界面 (UI) 用于創(chuàng)建包含不同供應(yīng)商提供的且使用不同無(wú)線協(xié)議的所有照明裝置的組。此組是通過(guò)向兩個(gè)端點(diǎn)和橋接器節(jié)點(diǎn)端點(diǎn)中的 Matter 照明裝置發(fā)送“添加組”命令進(jìn)行創(chuàng)建的。

要調(diào)試 Matter 橋接設(shè)備，只需掃描 Matter 橋接器上附帶的二維碼。然后，橋接器將連接，如圖 4 所示，從 Google Nest Hub 應(yīng)用程序中可看到我們添加的所有照明裝置和橋接器。

圖 4 連接Matter橋接器后，并排比較在Unify WebUI和Google Home應(yīng)用程序中所看到的內(nèi)容。

現(xiàn)在，我們可以開始從 Google Home 應(yīng)用程序控制照明裝置。單條多播消息由 Matter 橋接器和原生 Matter 照明裝置作為組的一部分進(jìn)行接收和解釋。然后，橋接器將此消息轉(zhuǎn)發(fā)到相關(guān)照明裝置，Unify 將所支持的命令轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的子網(wǎng) - 在此情況下，為一個(gè) Zigbee 設(shè)備和兩個(gè) Z-Wave 設(shè)備。通過(guò)向 Z-Wave 設(shè)備發(fā)送多播消息并向 Zigbee 設(shè)備發(fā)送單播消息來(lái)完成上述操作?？刂破鳜F(xiàn)在可以發(fā)送簡(jiǎn)單的開/關(guān)命令來(lái)控制整組照明裝置。

對(duì)橋接Matter 和非Matter設(shè)備提供持續(xù)支持

如今，Silicon Labs 為具有 Wi-Fi 或 Thread 連接功能的終端產(chǎn)品提供完整的 Matter 協(xié)議解決方案，以及采用無(wú)線片上系統(tǒng) (SoC) 和軟件選項(xiàng)組合的開放線程邊界路由器 (OTBR) 解決方案。除了較新的 Matter 產(chǎn)品外，包括 Silicon Labs 在內(nèi)的許多物聯(lián)網(wǎng)制造商現(xiàn)在還將推出支持現(xiàn)有和已部署 Zigbee 和 Z-Wave 產(chǎn)品的橋接產(chǎn)品。

Silicon Labs 最近發(fā)布了針對(duì) Matter 到 Zigbee 和 Matter 到 Z-Wave 橋接解決方案的支持，其中包括功能齊全的 Unify SDK 軟件。該全新橋接解決方案目前支持照明設(shè)備（開/關(guān)、可調(diào)光功能、彩色燈）以及溫度和感應(yīng)傳感器。我們還計(jì)劃在不久的將來(lái)推出針對(duì)更多設(shè)備類型的支持，并為 Google Home 和 Apple HomeKit 等第三方 Matter 應(yīng)用程序提供互操作性支持。

利用 Matter 和全新橋接解決方案縮小無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)的差距

如果 Matter 的發(fā)布使得配置新產(chǎn)品非常容易，但很難適應(yīng)消費(fèi)者家中已有的設(shè)備，那么 Matter 就無(wú)法真正兌現(xiàn)其對(duì)互操作性和簡(jiǎn)單性的承諾。因此，如本白皮書中所述，能夠無(wú)縫橋接現(xiàn)有非 Matter 設(shè)備與新 Matter 設(shè)備的多協(xié)議解決方案至關(guān)重要。Silicon Labs 已做好充分準(zhǔn)備，可通過(guò)為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)工具提供Unify SDK和全新 Matter 橋接解決方案，確保供應(yīng)商發(fā)布新的 Matter 設(shè)備時(shí)，橋接技術(shù)隨時(shí)可用。

詳細(xì)了解 SiliconLabs 為Matterover Thread 和 Matter over Wi-Fi 開發(fā)提供的所有芯片、軟件和工具：https://cn.silabs.com/wireless/matter

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