從Zigbee到Matter
Zigbee 是基于 IEEE 802.15.4 標準構建的無線通信協議，強調低功耗通信和可靠性， 2003年就被連接標準聯盟（Connectivity Standards Alliance即Zigbee聯盟）提出。Zigbee協議從設計之初就加入了高可用自組網mesh功能。這使得使用 Zigbee 的智能家居設備可以「接力」傳遞數據，即便某些節點出現狀況，冗余路徑也能保證整個網絡的穩定，同時在在較大范圍內保證數據傳輸低延遲。
在相當長一段時間里憑借這一特點在智慧制造、生活的應用中自成一系。
mesh自組網帶來的市場機遇也引起了Bluetooth技術聯盟的注意，2017年開始，跟進實現了藍牙Mesh功能。這讓藍牙的生態系統進一步擴大，而Zigbee的缺陷卻越來越明顯。
Zigbee 協議的早期版本（以 Zigbee 1.2 為代表）為每個智能家居品類設計了獨立、互不兼容的協議，這意味著不同品類的設備基本不可能通過 mesh 組網。這導致了一些廠商借助Zigbee協議設置了通信壁壘，第三方設備接入某些Zigbee網絡受到各種限制，這讓智能家居市場變得更加零碎，在應用層面落后于更加開放的WiFi和Bluetooth協議設備。
Zigbee期望在3.0版本扭轉局勢，但可能出于工業應用以及安全的角度，只是稍稍簡化了不同制造商或者類型的設備之間認證的復雜程度，并未從根本上改變這一局面。
同樣基于IEEE 802.15.4的Thread協議，針對物聯網應用進行了相當多的優化，由Google旗下Nest Labs于2014年7月提出，與Zigbee3.0版本前后腳出現。Thread協議是一種基于IP的無線網絡協議， 通過 6LoWPAN 技術支持 IPv6，優化了通信能耗，超低的功耗可使設備運行數年，更為重要的事摒棄了Zigbee飽受詬病的通信壁壘，Thread Group變得更具包容性，強調讓廣泛物聯網解決方案互通的網絡層（networkinglayer）設計。憑借Google強大的生態系統，Thread協議在智慧生活的應用中成長越來越快，加入Thread Group的成員也越來越多。
不過Thread 沒有定義頂層的應用層協議，而是需要繼承其它頂層的應用層協議來使用，如蘋果的 HAP（HomeKit Accessory Protocol）等公開協議，或者是制造商自行設計的私有協議。這也就意味著設計人員僅靠Thread協議無法獨立形成完整的解決方案。
但是在智慧生活應用中，由于各家大廠幾乎都有自己的智能家居設備通信協議或者解決方案，在保護自身技術的同時也形成了技術壁壘，比如google的Thread、蘋果HAP，三星Smart things,無論是設計人員還是消費者，已經被這些不完整或者兼容性不佳的設備弄得十分疲憊，智能家居市場碎片化嚴重，使用不同類型的智能家居設備可能需要在手機里面安裝多個專用的APP軟件，智能家居設備的易用性問題顯得日益突出，嚴重阻礙了市場的成長與發展。
2019年，Apple、Amazon、Goolge、CSA（Connectivity StandardsAlliance原Zigbee聯盟）等諸多科技公司和組織聯合發起了智能家居互聯協議 CHIP (Connected Home over IP)，致力于打造一個基于開源生態的新智能家居協議，打破平臺間的割裂和開發路徑的差異。這是在智能家居、物聯網市場各自為戰多年以后，領先科技公司達成的妥協，畢竟獨占這一前景廣闊且日漸龐大的市場并不現實。
這個項目里面的很多內容與Google的Thread協議重合，很可能是為了真正推動整個智慧生活的生態系統，Google與CSA達成了某種協議。
2021年5月11日，Zigbee聯盟宣布改名為CSA聯盟，同時將CHIP項目更名為Matter，并發布了一個正式版本的協議規范。新規范版本基于現有的網絡技術，以太網 (IEEE 802.3)、Wi-Fi (IEEE 802.11) 和 Thread，可應用低功耗無線連接技術，如藍牙協議簡化設備接入和調試。
圖說：Matter協議結構 圖片來源：csa-iot.org
Matter協議在傳輸層實現 IPv6 支持，支持足夠多的低功耗設備直接接入互聯網，而不必像使用IPv4地址那樣，通過NAT協議轉換接入公共網絡。相較于1983年提出IPv4規范，早在2012年已經耗盡了43億個地址，IPv6可以支持約340萬億個，以目前地球約70億人來算，平均每人可以擁有接近5萬個互聯網IP地址，是IPv4時代的近萬倍。
什么是Matter協議？
Matter 協議利用現有 IP 技術（包括 Wi-Fi 和 Thread）為智能家居構建統一的無線連接生態系統。基于 IP 的網絡為制造商提供簡化的開發，同時提高消費者的設備兼容性。
連接標準聯盟 (CSA)在于合作伙伴們共同推出Matter協議就強調了，互聯體驗應該變得更加可靠、安全和有效協同工作這一理念。Matter 作為統一的應用層，使用統一的語言，用于使在不同 IP 協議下運行的設備在不同的平臺上進行通信，并可協調物聯網的開發路徑。
Matter 使設備制造商更容易制造與智能家居和語音服務（如 Amazon Alexa、Apple® Siri®、Google Assistant™ 等）兼容的設備。Matter 在 Thread 和 Wi-Fi® 網絡層上運行，并使用低功耗藍牙®進行調試。通過提供基于成熟技術的統一應用層，制造商可以利用這種開源協議來加速其開發。Matter還提高了消費者的兼容性，并實現了快速擴展的物聯網生態系統的互操作性，因此來自不同制造商的智能交換機，智能集線器和智能恒溫器都可以在家中協同工作。
“雖然Matter同樣由CSA主導，但它不能取代Zigbee。該聯盟將繼續開發Zigbee協議。Matter 應用程序對象和交互在很大程度上受到 Zigbee Cluster Library 的啟發。就差異而言，Matter需要IP承載網絡協議，而Zigbee則指定了自己的網絡協議。此外，Matter 還通過低功耗藍牙和 Wi-Fi QR 碼定義了最適合預期用戶設置方案的配置方案。Zigbee的標準調試過程使用其本機802.15.4無線電。” 德州儀器 (TI) 產品營銷工程師 Kevin Koestler表示。
Matter協議網絡結構 圖片來源:silabs.com
從協議網絡結構圖中可以看出，各種通信協議接入Matter網絡是非常簡便的。如設備通過藍牙加入到到matter網絡，通過Wi-Fi 或Thread相互連接，Wi-Fi組成星形網絡，Thread組成Mesh網絡，Thread設備又可以通過邊界路由器(Border Routers)連接到其它的基于IP的網絡網橋可以連接到其他協議的設備，例如Zigbee 和 Z-Wave或者將來出現的其他通信協議。
圖說：Matter是應用層協議 圖片來源:silabs.com
Matter 的優勢
Matter 協議構建在 IP 的基礎上，因此它可以無縫地跨各種網絡傳輸。除了現有的WiFi、藍牙、Thread協議之外，為未來可能出現的新的通信協議預留了接入空間。Matter 使用一個通用的應用層和數據模型來提供設備之間的互操作性，這些設備以此實現相互通信。因此，IP 被證明是在一個設備與另一個設備、應用程序或服務之間安全地提供端到端通信的理想方式。
Matter 可以抵御多種威脅。Matter 的安全架構基于安全的實踐構建，如“設計安全”和“零信任”。其中包括 Matter 內置的安全措施，可確保每條消息都受到保護。
除了在 Matter 內支持 IP 網絡之外，開發人員還可以利用供應商提供的廣泛的物聯網接入方案（涵蓋樓宇自動化、智能家居、工業物聯網和智能市場），連接各種網絡和設備，而無需考慮底層網絡協議。
對消費者來說，Matter協議的產品易于購買、設置并方便使用，多個品牌的設備實現本機協同工作，而無需像以前那樣在各種設置與APP之間切換。同時，與設備交互時，由消費者控制隱私和授權。
對開發人員來說，Matter統一了應用層：簡化了開發，降低開發和運營成本。借助開源社區，不僅可以提升軟件代碼的質量，而且還能夠加快開發流程并獲取更為廣泛的用例，充分利用現有方案，加快產品上市的時間。在安全性方面，透過開源、可信的標準加密算法，使得設備密鑰得到良好保護。
Matter 定義了將部署在設備和控制器上的應用層，以及支持基于 IPv6 的網絡協議，從而實現設備間的互操作性。Matter 最初將支持基于 Wi-Fi 和 Thread 的核心通信，并支持通過低功耗藍牙（Bluetooth LE）來簡化設備配網和設置。
2021年5月，Google已確認所有Android及Nest設備都會支持 Matter協議；Amazone在2021年7月Alexa Live上表示將通過遠程升級，讓旗下的 Echo 設備支持 Matter，且Alexa已實現支持Matter協議。蘋果在WDC 2022期間正式宣布HomeKit將在2022年晚些時候開始兼容matter協議，并將 Siri 服務向第三方硬件廠商開放，從iOS到iPadOS、watchOS、TV OS，以及M2芯片與兩款Macbook系列新品，無一例外地將開始向Matter靠攏。
CSA 首席執行官 Tobin Richardson 表示：“我們的成員在 2022 年 CES 展會上大聲疾呼，Matter技術最終會為消費者的利益而統一，他們將看到智能家居技術的更多選擇、更簡單的設置和新的創新體驗。” “我們新的虛擬協作方法允許全球成員參與測試活動，加速認證計劃的開發并增加新的 Matter 設備即將上市。
2022年秋天，CSA計劃正式推出最新標準 Matter，一種用于物聯網的通用語言和基于 IP 的協議。采用 Matter 標準的產品將具有獨特的徽標，表示與任何制造商的認證 Matter 產品具備互操作性。
根據 ABI給出的數據，在未來五年內，全球超過一半的關鍵智能家居設備將支持 Matter。預計從2022年至2030年，將有超過200億個無線互聯智能家居設備在全球出售，其中很大一部分設備類型將滿足Matter規范。
2026年智能家居市場規模將達1389億美元
智能家居的概念很早就被提出，發展也經歷了幾十年的時間，已經從一個小眾市場慢慢成長為一個規模龐大的市場。近些年，在“雙碳”大背景下，節能和低碳排放解決方案的需求不斷增長，偏遠地區家庭監控的重要性日益增加、人們對安全性和便利性的日益關注，以及發展中國家民眾可支配收入的增加等因素都在加速了智能家居市場的增長
從出貨量來看，據IDC公布的數據顯示，盡管新冠疫情對世界經濟造成了嚴重沖擊，2020年全球智能家居設備出貨量仍將保持增長，達8.54億臺，同比增長4.1%。據Strategy Analytics公布數據顯示，2020年，全球智能家居設備市場規模達1210億美元，全球擁有智能家居設備的家庭數達2.35億戶。
2021年，智能家居市場繼續成長，根據IDC的數據，隨著客戶在家中尋求更多的連接體驗，智能家居設備出貨量達到8.95億， 2021年比前一年增長了11.7%。這個市場增長的主要原因之一是，更多的人比以前擁有良好的寬帶連接，并且更多的人在使用無線網絡而不是有線連接。
根據IDC的分類，將智能家居類別分為視頻娛樂、家庭監控/安全、照明和其他四個主要領域。
2021年數據顯示，視頻娛樂智能家居設備占智能家居市場的35%，家庭監控/安全占21%，照明占10%，而其他類型型用占最后的35%。隨著各種新產品出現，預計2026年視頻娛樂產品占比將下降26%，而照明可能會躍升到17%，其他類型應用升至36%。智能家居的出貨量將會從2021年的8.95億上升到2026年的14.4億?？傮w來看，視頻娛樂設備市場仍是智能家居的最大細分市場。
另據MarketsandMarkets預測報告顯示，全球智能家居市場規模預計將從2021年的845億美元增長到2026年的1389億美元，從2021年到2026年，智能家居市場預計將以10.4%的復合年增長率（CAGR）增長。
盡管戰爭、供應鏈、物流和全球經濟預期存在不確定性，但是，以智慧生活為理念的智能家居設備，在幫助實現保持安全距離，加強家庭安全，提供便捷生活以及更好的娛樂功能方面給人們帶來良好體驗。智能家居市場仍然能夠在不利的大環境下保持快速穩定的增長勢頭，成長為物聯網行業最具潛力的細分市場之一。
包括亞馬遜、Aqara (Lumi)、Arlo Technologies、Belkin Wemo、Comcast、Eve Systems、GE Lighting、a Savant Company、Google、英飛凌、LEEDARSON、LG Electronics、mui Lab、Nanoleaf、Nordic Semiconductor、NXP Semiconductors、Qorvo、三星 SmartThings、Schlage (Allegion)、Sengled、德州儀器、涂鴉智能、環球電子和 Veea等一大批公司，都先后表示將在支持的 IP 網絡（如 Wi-Fi、Thread 和以太網）上部署Matter技術。
“毫無疑問，這是技術的拐點。 2022年，Matter 將標志著智能家居圍墻花園的終結，并為任何制造商提供更好的體驗，并得到全球、安全和開放的互操作性標準的支持，” CSA 首席執行官 Tobin Richardson說。
參考資料：
