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智慧家庭設備的新推動力-Matter
無縫連結不同設備和平台

【作者: 盧傑瑞】   2024年01月24日 星期三

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Matter 1.0版本在2022年10月發表,期望作為新一代智慧家庭的新通用標準,具有無縫連結不同設備和平台,來表現出更友善性的能力來讓用戶感受煥然一新的體驗。「Matter」是由連接標準聯盟(CSA)(Connectivity Standards Alliance ;以前的ZigBee聯盟)針對智慧家庭制定的IoT通用標準,該聯盟是一個由蘋果、谷歌、亞馬遜等280多家美國IT公司組成的無線通訊標準組織。


因此也可以勉強將Matter視為ZigBee革新後的通訊標準。在這裡先以ZigBee作為範例來解釋,透過Matter可以達到什麼功能或目標。


就目前市場上銷售的產品而言,亞馬遜的Echo系列有支援ZigBee的型號、飛利浦的智慧照明Hue也支援ZigBee。基本上,只需要透過Hue橋接Hue橋接,就可以利用無線網路操控飛利浦Hue智慧照明,但如果使用支援ZigBee的Echo,則不需要使用Hue橋接器即可操作Hue。


同樣的,IKEA的智慧照明Trodofuri也支援ZigBee,因此消費者也可以透過同樣的方式來使用。但要透過網路操作Trodfuri,需要新增單獨的Gateway,如果沒有Gateway,也可以透過Echo操作它。再即使沒有Echo的話,也可以使用Hue橋接器作為Gateway。


比起ZigBee,Matter對於各家電間可以有更大範圍的相容程度,來讓智慧家電之間的連接更加順暢,這對消費者來說是非常好的一個消息,因為在購買智慧家電時,不必局限於目前已經使用的製造商。而製造商的優勢性,因為Matter擴大了消費者的選擇,並擴大市場。


智慧家庭市場將因Matter進一步成長

接下來透過世界各地智慧家庭市場規模的現狀、未來的預測,來觀察Matter預計帶來的變化。


經過一年之後的2023年10月,Matter 1.2版也被發表出來,新增支援包括冰箱、空氣清淨機等9種大型家電,可透過手機控制更多種聯網家電及設備。Matter 1.0只能支援智慧門鎖、照明設備、手機等小型聯網智慧家電或產品,而Matter 1.2則擴及大型家電,包括電冰箱、冷暖氣機、洗碗機、洗衣機、吸塵器、煙霧及一氧化碳警示設備、空氣品質偵測、空氣清淨機以及電風扇等9類。


日本LIVING TECH協會在2022年7月表示,在Covid-19大流行結束後,智慧家庭相關產品的市場正呈現成長加速,預計到2022年將會來到1,157億美元。另一方面,根據德國Statista的《2021年智慧家庭報告》顯示,在2026年,全球智慧家庭市場規模更是高達1952億美元,其中智慧應用產品的市場占比超過了1/3,來到750億美元(圖一)。



圖一 : 全球智慧家庭市場規模。(source:Statista;作者整理)
圖一 : 全球智慧家庭市場規模。(source:Statista;作者整理)

透過Matter Gateway連接不同協定和技術

在技術方面,Matter基於互聯網協議構建,支援了智慧家庭產品和生態系統之間透過Wi-Fi和乙太網路等網路技術進行通訊。更進一步的透過使用Matter,可以排除阻礙智慧家庭產品協調的製造商特定連接規範和協議。根據CSA網站的描述,在上述背景下誕生的Matter具有以下四個特點(表一)。


表一:Matter可以歸納出4特點(source:CSA網站,作者整理)
特徵 說明
簡單 簡單。消費者購買後可以立即使用。
互通性 互操作性。無縫連接不同製造商的物聯網設備。
可靠性 可靠性。即使互聯網斷開,您也可以在本地連接。
安全 安全。憑藉強大的安全性,開發者和消費者都可以放心 使用。
作為通用的智慧家庭協議,Matter協議提供了廣泛的解決方案來連接各種設備和網路。它支援連接Wi-Fi終端設備、Thread終端設備、Thread邊界路由器和Matter Gateway(圖二)。


圖二 : Wi-Fi、Thread、乙太網路等終端設備均可透過Matter Gateway向外連接到雲端(source:EBYTE;作者整理)
圖二 : Wi-Fi、Thread、乙太網路等終端設備均可透過Matter Gateway向外連接到雲端(source:EBYTE;作者整理)

首先,Matter協定透過Wi-Fi連接,讓智慧家庭設備可以輕鬆存取家中的無線網路。這樣,使用者就可以透過Wi-Fi網路控制和管理各種智慧設備,實現智慧家庭的自動化和一體化。


其次,Matter協定支援Thread網絡,這是一種低功耗、自組織的無線網路技術。透過連接Thread終端設備和Thread邊界路由器,Matter協定實現了設備之間的可靠通訊和跨裝置的互通性,這為智慧家庭提供了更穩定和可擴展的網路環境。



圖三 : 採用Matter協定的Thread網路連接圖(source:GRANITE RIVER LABS;作者整理)
圖三 : 採用Matter協定的Thread網路連接圖(source:GRANITE RIVER LABS;作者整理)

此外,Matter協定也引入了Matter Gateway的概念。可透過Matter Gateway充當連接不同協定和技術的橋樑,使各種智慧設備能夠在Matter生態系統中協同工作。利用連接Matter Gateway,用戶可以在Matter協定的統一管理下無縫整合現有的智慧家庭設備。


開放智慧型手機作為Matter網路管理員

Matter應用層協定的軟體基礎設施允許使用者透過掃描二維碼的簡單操作將新的Matter裝置連接到其家庭網路。實現透過Matter設備的QR碼中內建的幾個關鍵資訊包括:Version、Vendor ID、Product ID、Custom Flow、Discovery Capabilities、Discriminator、Passcode、Padding、TLV Data。


智慧型手機和Matter裝置之間的通訊,透過密碼驗證會話建立協定(PASE)進行保護。密碼是透過嵌入在QR碼中的基於密碼的密鑰派生函數(PBKDF)創建的。建立的密碼金鑰將依序用於加密、驗證和保護Matter網路上兩個裝置之間交換的訊息的隱私。


在這種情況下,智慧型手機充當了管理員,會將請求傳入設備提供設備證明憑證(DAC),以驗證其合法性和身分。獲得批准後,智慧型手機將在裝置上建立並安裝節點操作憑證(NOC),該憑證稍後將用於身分驗證和通訊目的(圖四)。



圖四 : 智慧型手機和新連接的Matter裝置之間的調試工作流程。(source:GRANITE RIVER LABS;作者整理)
圖四 : 智慧型手機和新連接的Matter裝置之間的調試工作流程。(source:GRANITE RIVER LABS;作者整理)

由於BLE不會用作主要通訊模式,因此也必須向無線網路提供憑證(目前支援Wi-Fi和Thread)。為了實現這一點,智慧型手機將被定義成管理員新增到存取控制清單中;基本上會向網路上的所有裝置授予執行特定操作的權限的清單。


調試完成後,新裝置將新增至網路(執行緒或Wi-Fi),並且BLE會話將關閉。之前連接的所有Matter設備現在都可以與新設備安全通訊。


現在,包括谷歌、亞馬遜、蘋果和三星在內的大品牌已經透過將一套通用的協議和指南納入其製造程序來支援Matter標準。


新製造商還可以透過遵循Matter的預定義協議集輕鬆加入智慧家庭潮流,而無需擔心相容性或互通性問題。最終消費者還可以透過簡單地尋找Matter認證的標誌來識別智慧家庭相容設備,而不必擔心技術規格的具體細節。


CSA Matter 1.1 更新與認證升級

從外觀上看來,雖然Matter擁有相當強大不同協定間的相容能力,和作為家庭設備產品通訊解決方案,但是對於設備商來說,在初期開發的時候就需要多方面的考量。


由於Matter 1.1支援的ICD主要依靠間歇性連接運行,並且依賴電池。屬於此類別的產品包括運動感測器、光感測器,甚至門鎖。它們通常還具有一些功能,例如在不使用時進入睡眠模式以達到節能目的。在先前的 Matter 1.0 下,ICD面臨著在智慧家庭環境中保持無縫連接和整合的挑戰。然而,Matter 1.1透過引入後端調整來解決這個問題,最大限度地減少這些設備在智慧家庭系統面向使用者的介面中出現離線的可能性。


已經獲得Matter 1.0認證的製造商應注意,升級到Matter 1.1需要重新認證流程。好消息是,如果製造商的設備沒有添加新功能,則可以利用CSA提供的「快速重新認證計劃」。透過重新認證計劃,製造商可以將其與Matter生態系統相容的設備保留在市場上,同時節省時間和資源。此外,製造商可以受益於最新的更新和功能,而不會出現不必要的延遲。


Matter 1.1和快速重新認證計劃進一步強調了CSA透過為設備製造商提供高效、靈活的認證流程來支援智慧家庭發展的承諾。透過簡化的採用流程和簡化的認證,Matter 1.1為設備製造商和開發人員進入、跟上和駕馭互聯家庭的世界鋪平了道路。擴大對ICD的支持,包括電池供電設備和門鎖,增強了Matter生態系統的整體範圍和可靠性。


Matter會被成功的推廣嗎?

雖然大型平台供應商可以看到通用標準的好處,但他們不會向競爭對手開放對其設備的完全控制權。到目前為止,Matter的功能是有限的,製造商正在保留某些功能的專有性。例如,消費者可以使用Google Assistant語音命令開啟或關閉Apple設備,但您必須使用Siri或Apple應用程式來調整某些設定或存取進階功能。簽署Matter的製造商沒有義務實施整個規範,因此支援的程度可能參差不齊。


到目前為止,Matter被全球的媒體視為智慧家庭的靈丹妙藥,但只有時間才能證明一切。很少有創新能夠讓一切順利進行。但是,在裝置上看到Matter標誌並知道它將與您現有的智慧家庭設定配合使用,尤其是在擁有iPhone、Android手機和Alexa裝置的家庭中,具有潛在的價值。能夠自由地混合和匹配您的設備和語音助理是很誘人的。


遺憾的是,到目前為止,現實與承諾有些差距。Matter設備的設定很簡單,但多個Thread網路存在問題,我們在嘗試同時使用多個平台來控制設備時遇到了故障。沒有人願意根據相容性來選擇設備。我們希望選擇具有最佳功能、最高品質和最理想設計的設備。Matter正在慢慢地讓這變得更容易,但它還有很長的路要走。


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