應用干貨－如何將現有智能設備與Matter的新產品進行橋接

如今，消費者幾乎不可能創建過于簡單化的智能家居生態系統，除非他們對單一供應商提供的設備進行標準化。但經過兩年多的開發和完善，期待已久的行業統一標準Matter協議已于2022年10月發布，有助于設備開發人員解決智能家居生態系統分散的問題。為了確保人們不會將Matter視為只是增加這些設備碎片化和互操作性問題的另一個協議，確?，F有非Matter智能家居設備和基于Matter的新產品之間能夠橋接以達成互聯互通，是當前推行Matter標準的關鍵所在。閱讀Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）的應用文章詳細了解以下與Matter橋接有關的主題：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，包括使用不同供應商提供的智能照明設備進行的詳細示例介紹

• Silicon Labs 當前為繼續增強其對橋接支持所做工作的相關信息

對于消費者而言，使用各種供應商提供的智能家居和自動化設備歷來是一大痛點。這是因為每家供應商的設備都在使用基于供應商所選的無線物聯網 (IoT) 協議的獨特智能設備生態系統，因此消費者需要使用不同的應用程序來控制不同供應商提供的設備。這也意味著不同供應商提供的設備之間目前無法實現互操作性和通信。然而，全新Matter協議旨在解決此類問題以及其他常見問題，而這些問題是創建智能家居和自動化設備的供應商以及使用此類設備的消費者所面臨的。

雖然使用全新 Matter 規范可輕松設計新設備，但早在 Matter 出現之前，僅在美國就有超過 6000 萬戶家庭目前在使用智能家居設備，而這些設備基于 Z-Wave 和 Zigbee 等其他無線物聯網協議。為了確保人們不會將 Matter 視為只是增加這些設備碎片化和互操作性問題的另一個協議，而是 Matter 能夠幫助現有非 Matter 智能家居設備和基于 Matter 的新設備之間實現橋接——能夠橋接是當前 Matter 1.0 版本的關鍵功能。

在本白皮書中，我們將探討如何通過橋接將非 Matter 設備無縫引入 Matter 生態系統，并探討 Silicon Labs 如何提供使供應商和消費者都可獲取實現橋接所需的硬件、軟件和工具。

什么是橋接？為什么橋接很有必要？

如前所述，智能家居和自動化市場并不規范。如今，有大量設備使用非基于 IP 的 Zigbee、Z-Wave 和其他無線物聯網協議。因此，為了不增加這一碎片化問題，很有必要實現一種允許新 Matter 設備和現有非 Matter 設備在同一生態系統中進行通信和操作的方法。隨著 Matter 協議的開發，這成為關鍵考量因素，也正因此，Matter 不同于其他無線物聯網協議。Matter 是一種基于 IP 的協議，作為除以太網、Wi-Fi、藍牙和 Thread 等技術的應用層運行。

雖然可通過無線下載 (OTA) 更新來為部署在家庭中的一些較新設備添加 Matter 功能，但對于大多數設備而言，橋接器將是使用其他非基于 IP 的協議將現有智能設備引入 Matter 生態系統（也就是所謂的 Matter 交換結構）的最佳選擇。Matter 橋接器可將連接擴展到 Matter 交換結構中的非 Matter 物聯網設備，以便消費者可繼續使用其現有非 Matter 設備，如使用 Zigbee 和 Z-Wave 的設備以及新的 Matter 設備。橋接是 Matter 交換結構的重要組成部分，因為要使 Matter 成為真正統一的協議，必須進行橋接。

還要務必注意，在決定是否橋接時也存在其他考量因素?，F有非 Matter 系統具有多種設備類型，并且在 Matter 中可能并非全都具有一對一等效的設備類型?，F有系統可通過其在 Matter 中尚未復制的非 Matter 設備類型提供自動化，但某些設備類型確實具有 Matter 等效功能，并且非常值得啟用。橋接讓您的生態系統能夠繼續支持其所有非 Matter 設備類型，一旦 Matter 在橋接的生態系統實現了足夠的功能奇偶校驗，就可決定將所有設備都過渡到原生 Matter。

Matter和非 Matter 設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 協議之間執行協議轉換，以便非 Matter 設備顯示為 Matter 交換結構的橋接設備，如圖 1 所示。

圖1 顯示 Matter 橋接器如何在 Matter 交換結構和非 Matter 網絡設備之間創建連接的高級示意圖。

雖然關于該類型統一多協議通信如何發生的細節看起來頗為復雜，但對于最終用戶而言，橋接智能家居設備的流程都經過了簡化。要將 Matter 橋接器添加到網絡，用戶只需掃描橋接器附帶的二維碼。將橋接器添加到網絡后，用戶可在手機上打開橋接器應用程序，即可看到所有智能設備都顯示出來，而無論這些設備使用哪家供應商或何種協議。也就是說，所有設備都可從該中心應用程序或用戶偏好的控制器應用程序進行配置和控制，而不是像如今那樣采用碎片化的方式（即需要使用多個應用程序）。在某些情況下，現有 ZigBee 或 Z-Wave 集線器和網關可升級為 Matter 橋接器。關于此類示例，我們已從主要生態系統參與者那里看到。

UnifySDK 如何支持將非 Matter 設備橋接到 Matter 生態系統中

為了支持橋接解決方案的開發，而無需對每個物聯網設備“內部”的每個可能選項都具備專業知識，需要模塊化且可擴展的軟件框架。也正因此，誕生了 Silicon Labs 的Unify SDK。Unify SDK 是一套旨在簡化物聯網基礎設施開發的軟件組件，其中包括網關、接入點、集線器、橋接器以及基于應用程序處理器的終端產品。

Unify SDK 是一種開放、模塊化、可移植架構，基于普遍使用的輕量級 MQTT 技術而開發。Unify SDK 支持不同無線物聯網協議之間特定于協議的轉換，現已包括 Matter。Unify SDK 本機運行在 Linux 上，但針對可移植性進行了構建，并可為 Raspberry Pi 4 提供軟件源和二進制程序包。

圖 2 此圖示出了Unify控制器的整體架構。借助Unify SDK，一個系統可提供多個物聯網協議棧和物聯網服務之間的互操作性，包括Matter Bridge。

Unify-Matter Bridge 應用程序（如圖 2 所示）是 Unify SDK 的一部分，基于連接標準聯盟(Connectivity Standards Alliance, CSA) 提供的 Matter 應用程序軟件而構建。應用程序接收 Matter 協議接口上的 ZCL 命令，并將其轉化為統一控制器語言 (UCL) 數據模型，然后發布到 MQTT 接口。讓我們更具體地了解下如何使用 Unify SDK中的Unify-Matter 橋接應用程序將子網設備橋接到 Matter。在下圖 3 示意圖中，從右至左為 Zigbee 和 Z-Wave 協議棧、統一協議控制器、MQTT 代理、Matter 橋接器和 Matter 應用程序結構。

圖 3 表示了如何使用Unify SDK中的Unify-Matter 橋接應用程序將使用Zigbee和Z-Wave的子網設備橋接到Matter。

該范式的最終結果是，Z-Wave 和 Zigbee 設備被視為 Matter 交換結構上的橋接設備。這是因為 Matter 協議接口上的 Zigbee 集群庫命令被轉換為 UCL，然后 UCL 驅動終端節點的無線電以及 Z-Wave 和 Zigbee。

實際的Matter橋接示例

現在，我們來看一個使用不同供應商提供的智能照明裝置進行橋接的真實示例。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 協議，我們將使用 Google Nest Hub 作為控制器。在此場景下，Raspberry Pi 運行的是 Unify SDK，基于 Web 的 Unify 用戶界面 (UI) 用于創建包含不同供應商提供的且使用不同無線協議的所有照明裝置的組。此組是通過向兩個端點和橋接器節點端點中的 Matter 照明裝置發送“添加組”命令進行創建的。

要調試 Matter 橋接設備，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應用程序中所看到的內容。

現在，我們可以開始從 Google Home 應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行接收和解釋。然后，橋接器將此消息轉發到相關照明裝置，Unify 將所支持的命令轉換到相應的子網 - 在此情況下，為一個 Zigbee 設備和兩個 Z-Wave 設備。通過向 Z-Wave 設備發送多播消息并向 Zigbee 設備發送單播消息來完成上述操作?？刂破鳜F在可以發送簡單的開/關命令來控制整組照明裝置。

對橋接Matter 和非Matter設備提供持續支持

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

Silicon Labs 最近發布了針對 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備（開/關、可調光功能、彩色燈）以及溫度和感應傳感器。我們還計劃在不久的將來推出針對更多設備類型的支持，并為 Google Home 和 Apple HomeKit 等第三方 Matter 應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線物聯網的差距

如果 Matter 的發布使得配置新產品非常容易，但很難適應消費者家中已有的設備，那么 Matter 就無法真正兌現其對互操作性和簡單性的承諾。因此，如本白皮書中所述，能夠無縫橋接現有非 Matter 設備與新 Matter 設備的多協議解決方案至關重要。Silicon Labs 已做好充分準備，可通過為物聯網產品開發工具提供Unify SDK和全新 Matter 橋接解決方案，確保供應商發布新的 Matter 設備時，橋接技術隨時可用。

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

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