Matter智慧家庭應用上路

作者 : EDN Taiwan編輯部

無線連接是智慧家庭應用和Matter規範的核心。為了符合Matter標準,業界晶片供應商正透過整合802.15.4或擴展其無線產品組合,以單晶片支援多種無線協議的實力推動智慧家庭應用的Matter轉型...

由亞馬遜(Amazon)、蘋果(Apple)和Google等業界多家大廠共同發起的智慧家庭新標準——Matter協議預計將於今年秋天正式推出。

為了實現家電產品的互連互通,Matter扮演各種智慧裝置與系統之間的聯絡道路,目標在於打破特定平台或生態系的限制。未來,現有或新的裝置只要支援Matter就能以任一平台控制,並利用安全優先的設計架構防禦網路攻擊。因此,儘管支援Matter標準的智慧家庭裝置尚未上市,但首波相關應用已從去年底陸續推出。

今年的CES 2022期間,數十家品牌大廠均承諾支援這一新標準,並針對可用於開發支援Thread、Wi-Fi和藍牙低功耗(Bluetooth LE;BLE)等多種無線協議的Matter終端產品,發表各種相關晶片、軟硬體或開發工具等Matter解決方案。

多協平台推動智慧家庭轉型Matter

無線連接是智慧家庭應用和Matter規範的核心。為了符合Matter標準,業界晶片供應商正透過整合802.15.4或擴展其無線產品組合,提供新的多協議解決方案支援,特別是除了Wi-Fi和Bluetooth LE之外的Thread功能,以單晶片支援三種以上無線協議的實力支援並推動智慧家庭應用的Matter轉型。

Matter讓支援Wi-Fi Thread等多種無線協議的裝置協同工作;透過支援Matter的手機即可控制所有裝置。(圖片來源:Infineon Technologies

英飛凌科技(Infineon Technologies)在其Wi-Fi MCU、802.15.4/BLE SoC以及安全晶片產品線方面都計畫推出支援Matter協議的產品,目前主要聚焦於免鑰匙進入/安全監控、家庭自動化以及智慧照明等三大市場領域,其中包括像智慧門鎖、門鈴、視訊監控、溫控器、智慧音箱以及各類智慧家電、開關等都是這幾年非常熱門的消費類產品。英飛凌並建議客戶可以從這些熱門產品和重點領域入手,儘快加入支援Matter標準的行列。

據英飛凌(大中華區)安全互聯系統事業部資深經理江國揚介紹,Matter是通用的應用層規範,目前有兩個分支,即Matter over Thread和Matter over Wi-Fi。其中,Thread是專為物聯網設計的短距離、低功耗且支援IPv6之網狀(Mesh)網路組網協議。

「針對Matter over Wi-Fi的應用場景(典型類似智慧門鎖等裝置),英飛凌提供包括低功耗MCU、低功耗的BT/Wi-Fi Combo、支援人機互動的觸控方案以及NOR Flash記憶體、硬體安全晶片、靜電保護、電池認證的裝置保護方案,以及各類感測器與馬達控制方案。此外,Matter 協議能讓多種支援 IP 網路的裝置協同工作,如 Wi-Fi 和 Thread/802.15.4裝置。使用者的手機透過 Matter 協議即可以控制所有上述裝置。」

典型的Matter使用場景。(資料來源:Infineon Technologies

Matter智慧家庭新標準的一步步前進,讓我們看到了一個產業不斷成熟的過程。智慧家庭產業生態多元且碎片化、標準難以統一的桎梏,正在科技產業眾多參與者的合力下,逐漸出現要被破解的跡象。當然,江國揚並指出,「Matter的落地還面臨著一些不確定性,整個產業要形成標準,牽涉到跨公司、跨國家和地域的協同,背後利益分配以及最後的落地執行,仍需要許多協作與努力。」如今,我們能夠確定的是,智慧家庭市場的發展仍在高歌猛進,而一旦Matter落地,很可能會在全球智慧家庭市場中引起新一輪的洗牌。

支援 Wi-Fi 6Bluetooth 5.2 802.15.4 協議的三頻無線電系列可無安全連接智慧家庭,並支援Matter安全連接標準。(圖片來源:NXP Semiconductors)

為了支援並簡化Matter在智慧家庭OEM的採用,恩智浦半導體(NXP Semiconductors)於今年初推出支援Wi-Fi 6、Bluetooth 5.2和802.15.4協議(Thread和Zigbee)的安全三頻無線電系列IW612。相較於直接堆疊多個晶片的設計,這是一個支援3種無線協議的典型單晶片產品,可望為智慧家庭裝置開發人員提供更好的控制並簡化產品開發任務。

恩智浦介紹其支援Matter的解決方案有三大方向:處理運算方面,包含支援多協議的無線MCU、i.MX RT跨界MCU以及處理器。連接方面,除了最新的IW612,還包括適用於Zigbee、Thread 5.0、Bluetooth LE等連接方式且兼具安全性的高性能MCU。安全性方面則有Edgelock SE051以及EdgeLock 2GO物聯網平台。

整體而言,恩智浦支援Matter智慧家庭閘道器和邊緣節點裝置,透過乙太網路、Wi-Fi或Bluetooth LE、Thread、Zigbee等連接方式,鎖定如門鎖、可視門鈴、室外/室內攝影機、照明開關、智慧插座和恒溫器等裝置應用。

為了整合Matter生態系統,恩智浦並提供SDK擴展現有的Thread、Wi-Fi、Zigbee和Bluetooth LE功能,透過其MCU/MPU組合、Wi-Fi系列解決方案和EdgeLock安全平台,再加上其三頻無線電IW612提供強大的無線電效能,實現安全優先順序管理,從而讓智慧家庭實現真正的互動性與協同工作,並進而克服開發人員面臨的硬體共存挑戰。

此外,「透過多協議無線SoC更易於與Amazon Alexa、Apple Siri、Google Assistant等裝置相互操作,而無需專用集線器/閘道/轉換器。」恩智浦並強調,透過單一平台即可適用於多個生態系統,未來還可應用於智慧插座、照明開關、智慧揚聲器、閘道、掃地機器人、家用電器、能源管理和水資源管理等。

泰凌微電子(Telink Semiconductor)的多協議SoC TLSR9和配套SDK則可支援Matter相容的兩種低功耗的底層通訊協議 — Thread和Bluetooth LE,為實現各類低功耗Matter智慧家庭裝置提供基礎。

Bluetooth LE利用與智慧型手機和平板的相容性,可用於Matter裝置的配網操作。Thread基於IEEE 802.15.4標準,作為一種高效的Mesh網路通訊協議,支援IPV6,是低功耗Matter裝置間的基礎通訊技術,可完成大量智慧家庭產品的互連互通。

得益於Thread技術,Matter還可以實現本地網路控制,將裝置控制轉移到本地網路,從而提供更快的回應時間。泰凌微電子指出,「隨著基於Matter的智慧家庭控制轉移,安裝與調校智慧家庭裝置就像開電燈一樣瞬間完成。」

基於TLSR9晶片平台的Matter SDK已在GitHub正式發佈,目前可實現的智慧家庭應用案例包括智慧照明和智慧遙控等,未來還將持續擴展新應用。

泰凌微電子指出,任何一個成熟的產業都有著明確的產業上下游分工,大家各司其職,發揮自己最擅長的永遠是利益最大化的模式。因此,Matter這個統一標準,對於現階段的智慧家居行業而言,意義或許不在於實現大一統,而是推動智慧家庭產業的完善和成熟。

「Matter的出現讓產業的不同玩家專注於自己擅長的領域,像網際網路科技業者等擅長軟體生態建構的廠商來說,Matter可以讓他們專注於軟體平平以及生態入口的搭建和最佳化,不需要過多操心如何建構完善的硬體生態。而對於廣大硬體裝置業者來說,Matter可以讓他們不用花太多的成本去搭配不同生態平台,只要專心做好符合一個標準的智慧產品就行了。對於終端使用者而言,在選擇智慧家庭裝置時將會有更靈活的選擇,不必再為不同品牌和平台之間的相容性而操心。」

施耐德電機(Schneider Electric)則迅速橋接現有系統和新系統,以因應智慧家庭的Matter轉型。其針對照明、安全監控、空調節能或電器整合控制而設計的Wiser (Asia)智慧家庭解決方案確保符合Matter要求,同時保留本地Zigbee連接的多協議支援。

施耐德電機產品應用顧問李彦承介紹,Wiser Asia以支援Zigbee 3.0、Ethernet及Wi-Fi通訊模式的Hub為核心,搭配智慧音箱的語音控制及手持裝置應用程式Wiser APP,能依照日常居家生活中不同的使用情境,即時整理出不同方向的資訊。向下無線整合則經由兩大面向(Comfort and convenience及Peace of mind)的應用,並與各Zigbee裝置作雙向溝通。

Zigbee 3.0採用Mesh網路架構,此架構的優勢在於保持每個Zigbee裝置間的連線完整,當網路拓蹼中有任何裝置無法服務時,此架構允許以「跳躍式」的方式形成新的路由,再將訊息送達傳輸目的地。

基於Zigbee的現有與新的Wiser裝置將使用升級後的 Wiser Hubs的「橋接」功能加入 Matter 生態系統,裝置的安裝基礎不至於隨著新標準的到來而過時,讓消費者更輕鬆地使用產品的互操作性,加速推動基於Matter標準的智慧家庭應用。

李彦承並強調,由於「節能永續」是Wiser Asia未來發展的潛力,除了有符合室內空氣品質議題的PM2.5感測器,亦可整合施耐德電機的PowerTag無線電表,針對居家環境的耗電負載狀況,經由自帶CT的PowerTag無線電表、Class 1.0精確度的耗電數據擷取並進行能源分析,以達到居家空間的節能永續。

瑞昱的Ameba IoT解決方案已廣泛應用於智慧家庭領域,從智慧家電的冷氣、冰箱、洗衣機到空氣清淨機等。(圖片來源:Realtek)

因應Matter即將於今秋正式上路,瑞昱半導體(Realtek Semiconductor)正進一步擴展其Ameba IoT解決方案於Matter智慧家庭領域的應用,積極與客戶研擬未來的開發計畫,為未來的智慧生態系統準備就緒。

智慧家庭主要在於透過Wi-Fi及Bluetooth LE進行通訊協議,Matter的最大特點即是打破物聯網無法跨平台的限制,提升裝置的相容性,搭配語音助理及智慧型手機,創造順暢的智慧家庭生態圈。瑞昱長期深耕物聯網領域的Ameba IoT解決方案可支援Matter並能選配高容量的記憶體,讓客戶在研發上更有彈性。此外,瑞昱在IC設計領域的經驗,也有助於確保加入Matter協議時提供高穩定度的RF品質及軟體應用。

瑞昱表示,為了讓使用者有高品質的使用體驗,Ameba IoT已持續一段時間與Google展開多項測試開發,參與Google Home Matter EAP計畫並成為Silicon Partner,除了提供終端品牌商快速整合Matter的方案外,Ameba IoT的高度彈性與整合MCU能夠協助突破設計限制,創造新的Matter應用。

根據Google的調查,在安裝Smart Home智慧裝置時,有36%的使用者會遇到設定上的困難,而Matter的誕生將簡化設定環節,進而提高使用者使用意願。瑞昱預期,未來,智慧家庭裝置在消費端接受度將越來越高,使用範圍會更廣泛,從智慧家電、燈泡甚至包含居家醫療等,瑞昱可提供合適的Matter應用解決方案,為即將到來的智慧生態系統做好準備。

本文同步刊登於EDN Taiwan 2022年7月號雜誌

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