Matter降落成就智慧家庭　跨平台/跨標準掃平破碎化(1)

2022年10月4日，連接標準聯盟(Connectivity Standards Alliance, CSA)正式發表Matter 1.0版，宣告聯網裝置進入跨標準、跨平台互連互通時代，Matter具備簡化連結、靈活管理等特性，可望終結物聯網長期以來的破碎化現象，為智慧家庭(Smart Home)與智慧物聯網(AIoT)的發展大添柴火。

市調機構ABI Research預估2022~2030年與Matter相容的智慧家庭裝置將出貨超過55億台。不僅智慧家庭，包括智慧樓宇(Smart Building)、機場、購物中心、體育館、博物館等場域的智慧化都蓄勢待發，多技術共存的混合聯網環境包括：Wi-Fi、藍牙(Bluetooth)、Thread、Zigbee、Z-Wave等異質標準不再阻礙產業發展，背後隱含的商機不可小覷。

CSA簡化物聯網複雜性Matter肩負重任

物聯網將顯著提升人們的生活、工作和娛樂，然而其發展卻受阻於複雜的系統、封閉的生態、接入的困難和對安全隱私的擔憂。連接標準聯盟(CSA)中華區代表商瑞云表示，CSA自2002年成立以來，一直致力於應對這些挑戰，目標是簡化物聯網的複雜性，為物聯網應用和創新創建基礎，發展統一的開放標準，讓設備可以安全地互聯互通。而根據GSM的分析，全球物聯網終端設備正在經歷快速的成長，截至2019年，連接設備數量已經達到110億。預計到2025年，將達到250億。大家都對物聯網的發展潛力充滿信心，但是也體會到物聯網面對的種種挑戰，特別是智慧家庭。

Matter是什麼？商瑞云說明，Matter是基於IP的應用層開放標準(圖1)，讓物聯網設備可以安全地互相連接，並且互聯互通。透過簡化配置與操作，並強調MCU等級的運算能力即可處理，跨所有相容網路通訊協定的融合層，固定與行動設備通用的協定，可延伸至雲端，目前第一版首先會支援的通訊協定包括，乙太網Ethernet、Wi-Fi(4及以上版本)、Thread(1.3)、藍牙低功耗技術等。目前全球已有8家聯盟授權服務提供商的16個測試實驗室開放測試Matter產品。

物聯網破碎化特性　通用型MCU有解

物聯網面臨破碎化的特性，NXP選擇以通用型的MCU為核心，恩智浦半導體大中華區行銷經理李宜儒指出，透過完整的開發平台、軟體與支援更多樣化的周邊，以一般的智慧家庭應用來說，隨著智慧化與物聯網的發展，家中的物聯網裝置超過100種，各式協定超過20種(圖2)。尤其是歐美國家家中空間比較大，場域更多元化，除了廚房、客廳、浴室、房間之外，還有遊戲間、車庫、花園等。

在家庭環境中，李宜儒說，以裝置類型分為閘道器(Gateway)、集線器(Hub)這類路由型的裝置，像是智慧電視、保全系統，需要處裡較多資料，NXP就會以處理能力較高的i.MX 8系列的解決方案為主；另外，具路由功能的邊緣裝置，如空調、智慧恆溫器(Smart Thermostat)等，建議採用處理能力較差的iMX RT解決方案；而終端節點(End Node)如燈光開關、遙控器、窗簾、門鎖、感測器與致動器等，就會建議採用運算能力較低的即時處理器。

家用電池裝置　低待機電流不可或缺

物聯網終端有很多裝置搭載電池，所以希望可以延長裝置使用時間，不需頻繁更換電池，TI資深應用工程師郭錦誠提到，一般聯網裝置會要求Tx與Rx的省電，事實上，許多物聯網裝置大部分時間都處於待機的狀態，TI的Thread連接方案，待機電流低於1μA，因此一顆鈕扣電池可以使用超過四年。另外，這些裝置長期布署於終端節點，支援空中更新(Over the Air, OTA)可透過遠端維修升級，TI支援大部分裝置的OTA，提升長期使用便利性。

在軟體開發平台部分，郭錦誠說明，TI已經在GitHub上面發表照明與門鎖應用的App，支援Matter、Thread與BLE標準，並導入動態多協定管理(Dynamic Multiprotocol Manager, DMM)技術，讓硬體達成不同協定間的無縫切換。目前TI可以提供組態(Configuration)設定、框架和示例原始碼、設定描述檔(Setup Scripts)、協力廠的原始碼；TI的SDK包括BLE協議棧、驅動程式與DMM。

在低功耗的設計部分，郭錦誠說，Matter的底層使用Thread與Wi-Fi協定，從底層下手才可以降低耗電量，一般而言，Thread的耗電量會低於Wi-Fi，所以如果功能需求不需要太高的傳輸速率，建議可以直接使用Thread。若終端是搭載電池的裝置，也要特別注意待機電流，可以挑選待機電流較低的MCU，有助於系統的省電效果。

Matter網路資料蒐集　成就AIoT

在Matter的架構中主要分為裝置(Device)、控制器(Controller)與橋接(Bridge)三種類型。Nordic資深軟體工程師蔡名岳解釋，Matter裝置是支援Matter協議的智慧家庭裝置，並接受Matter Controller控制；Matter控制器負責控制Matter裝置，可以是支援Matter協議的裝置，例如HomePod mini、Google Nest Hub或是軟體如手機App，使用者透過不同使用者介面操作Matter控制器，例如手機App、語音命令、觸控螢幕或是網頁；Matter Bridge扮演與非Matter裝置溝通(如Zigbee)的角色，讓Matter控制器得以控制既有的智慧家庭裝置。

在應用案例上，蔡名岳進一步說明，機器學習(Machine Learning)透過演算法將收集到的資料進行模型訓練，部署訓練後的模型，Matter裝置可以利用模型預測新蒐集的資料，應用在電腦視覺、手勢辨識等功能，應用領域包括：醫學、語音辨識、智慧農業，電腦視覺等，Matter裝置可透過BLE快速蒐集資料/部署模型。

Nordic已能提供開發平台，蔡名岳說，nRF52840開發板是基礎Matter裝置開發平台，基於nRF52840系統單晶片，搭載64MHz Cortex M4處理器，內建1M Flash和256KB RAM，能同時支援BLE/802.15.4多協議，具備J-Link除錯器，方便硬體的燒錄與除錯，帶有外部QSPI Flash方便擴展與裝置韌體升級，適合用於開發Matter over Thread裝置。另外，nRF5340開發板為高階Matter裝置開發平台，基於nRF5340多核心系統單晶片，其他與nRF52840開發板一樣。

Matter降落成就智慧家庭　跨平台/跨標準掃平破碎化(1)

Matter降落成就智慧家庭　跨平台/跨標準掃平破碎化(2)