Matter 系列 #4 I Matter 協(xié)議中的橋接機(jī)制

2022-04-12 10:11 作者:樂鑫信息科技 0人讀過 | 我要投稿

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持續(xù)更新中......?

目前，亞馬遜、蘋果、谷歌和三星等多家大型物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)供應(yīng)商已宣布支持 Matter。可以預(yù)見的是，在逐漸擴(kuò)展的 Matter 生態(tài)下，未來還將有更多廠商推出越來越多 Matter 設(shè)備。這不僅會(huì)加速推動(dòng)智能設(shè)備品類的增長(zhǎng)，而且進(jìn)一步賦能設(shè)備間的互聯(lián)互通，為共同構(gòu)建一個(gè)更豐富的 Matter 生態(tài)系統(tǒng)貢獻(xiàn)力量。

此時(shí)大家可能有疑問：我們家里已經(jīng)有很多基于 Zigbee、Z-Wave、Bluetooth LE Mesh 等協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。這些非 Matter 設(shè)備可以與 Matter 設(shè)備協(xié)同工作嗎？答案是肯定的。

在這篇文章中，我們將聊聊 Matter 的橋接功能。

Matter 橋接設(shè)備是什么？

Matter 橋接設(shè)備可以讓非 Matter 設(shè)備加入 Matter 生態(tài)系統(tǒng)（即下圖中的 Matter Fabric），允許用戶無差別得控制自己的 Matter 和非 Matter 設(shè)備。

在 Matter 生態(tài)系統(tǒng)中，非 Matter 設(shè)備可以作為“被橋接設(shè)備”節(jié)點(diǎn)，通過橋接設(shè)備完成其他協(xié)議（如 Zigbee）和 Matter 協(xié)議之間的映射，從而與系統(tǒng)中的 Matter 設(shè)備進(jìn)行通信。

下圖所示 Matter-Zigbee 橋接設(shè)備可以讓兩個(gè) Zigbee 燈泡加入 Matter 生態(tài)系統(tǒng)：

Matter 橋接設(shè)備的數(shù)據(jù)模型

我們?cè)谥暗奈恼轮薪榻B了 Matter 的數(shù)據(jù)模型，下面是一個(gè) Matter 橋接設(shè)備的數(shù)據(jù)模型示例。

Endpoint 0 中的設(shè)備類型為 Bridge。PartsList 字段列出橋接設(shè)備的所有端點(diǎn)，每個(gè)端點(diǎn)代表一個(gè)非 Matter 設(shè)備。
每個(gè)端點(diǎn)上的 Descriptor（描述符）Cluster 可以提供有關(guān)特定被橋接設(shè)備的信息。

Matter 橋接設(shè)備除了充當(dāng)協(xié)議“翻譯”外，還可以具有 Matter 原生功能：比如一個(gè)智能恒溫器設(shè)備既可以作為橋接設(shè)備，完成 Zigbee 等協(xié)議與 Matter 生態(tài)的通信，也可以同時(shí)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 Matter 智能恒溫器設(shè)備，通過 Matter 協(xié)議向暖通系統(tǒng)發(fā)送控制指令。下圖中的 Endpoint 1 即為智能溫控，而其他端點(diǎn)代表“被橋接設(shè)備”。

現(xiàn)在，讓我們回到上文中提到的 Matter-Zigbee 橋接設(shè)備示例。

以下是使用 Matter 協(xié)議在手機(jī)上控制 Zigbee 設(shè)備的工作流程：

第一步：Matter 橋接設(shè)備，作為一個(gè) Matter 協(xié)議中定義的設(shè)備類型，需要首先遵循標(biāo)準(zhǔn)的 Matter 配網(wǎng)流程，使其加入 Matter 網(wǎng)絡(luò)（即 Matter fabric）。

第二步：這個(gè) Matter-Zigbee 橋接設(shè)備需要同時(shí)加入 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)。與 Matter 協(xié)議不同的是，Zigbee 協(xié)議并沒有用定義標(biāo)準(zhǔn)的配網(wǎng)流程，而是由各廠商自行決定如何分發(fā)網(wǎng)絡(luò)密鑰。（Zigbee 3.0 以來最常見的入網(wǎng)方式是通過Install Code 來完成設(shè)備認(rèn)證并入網(wǎng)。）

第三步：橋接設(shè)備一旦加入 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)，就會(huì)通過廣播 Match Descriptor Request 命令的方式，來發(fā)現(xiàn) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。該命令包括所需的配置文件、In-Clusters（相當(dāng)于服務(wù)器）和 Out-Clusters（相當(dāng)于客戶端）。在這個(gè)例子中，橋接設(shè)備加入 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)后，會(huì)廣播一個(gè)類似“誰(shuí)是支持 OnOff Cluster 的燈泡？”的問題。相應(yīng)地，滿足條件的 Zigbee 設(shè)備將回復(fù)一個(gè) Match Descriptor Response 并附上自己的網(wǎng)絡(luò)地址。之后，橋接設(shè)備將為每一個(gè)匹配的 Zigbee 設(shè)備添加一個(gè)動(dòng)態(tài)端點(diǎn)，使其作為被橋接設(shè)備加入 Matter 網(wǎng)絡(luò)。

第四步：Matter 系統(tǒng)將通過 Matter 規(guī)范中定義的 Operational Discovery（設(shè)備發(fā)現(xiàn)）機(jī)制發(fā)現(xiàn)這些橋接設(shè)備。（更多有關(guān) Matter 規(guī)范中設(shè)備發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容，請(qǐng)關(guān)注我們即將發(fā)布的后續(xù)文章。）

第五步：這樣一來，Matter 系統(tǒng)中的控制器就可以在橋接設(shè)備的幫助下，控制 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中的燈泡。

注意事項(xiàng)：

注 1：第二步和第三步中交互方式主要由設(shè)備供應(yīng)商和具體協(xié)議決定，不在 Matter 協(xié)議定義的范疇。

注 2：橋接設(shè)備可以根據(jù)非 Matter 網(wǎng)絡(luò)中的心跳等機(jī)制動(dòng)態(tài)添加或刪除被橋接的端點(diǎn)。

以上為橋接設(shè)備連接 Matter 網(wǎng)絡(luò)和 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的典型工作流程。我們也可以通過類似工作流程，將其他生態(tài)系統(tǒng)中的設(shè)備加入 Matter 網(wǎng)絡(luò)。

樂鑫 Matter 橋接解決方案

樂鑫自 Matter 發(fā)起之初就積極加入并開發(fā) Matter 項(xiàng)目，現(xiàn)已能夠?yàn)橛脩籼峁┤δ艿?Matter 協(xié)議解決方案，包括使用 Wi-Fi/Thread 連接的 Matter 終端設(shè)備，以及使用樂鑫 SoC 組合搭建的 Thread 邊界路由器/Zigbee 橋接設(shè)備。

我們可以提供完整的 Matter-Zigbee 和 Matter-BLE Mesh 橋接解決方案，并提供全功能的軟件 SDK 支持。Matter-Zigbee 橋接設(shè)備的實(shí)現(xiàn)需要將一顆 Wi-Fi 芯片和一顆 802.15.4 芯片通過 UART 或 SPI 等串口相連；而 Matter-BLE Mesh 橋接設(shè)備則僅需一顆同時(shí)擁有 Wi-Fi 和 Bluetooth LE 接口的單芯片即可實(shí)現(xiàn)。