Thread和Matter技术在智能建筑中的应用

文章来源于Thread Group ，作者Thread Group。此 Thread 技术白皮书仅供参考。

本篇为 Thread 技术白皮书 《Thread and Matter in Smart Buildings》的中文翻译，由 Thread Group China 工作小组翻译。

译者信息译者：Handa Wang, Shery Sheng

目录

1. 简介

2. 规模和统一生态系统的优势

3. Thread 和 IP 赋能智能建筑中的 Matter

4. 用例：公寓楼中的 Thread 和 Matter

4.1 建筑业主的受益

4.2 设备制造商的受益 

5. 结论

1. 简介

随着Matter规范的发布和第一波产品的推出，许多市场和行业对此的兴趣日益增长。不仅是消费市场，商业和工业市场也在关注并为其发展做出贡献。

Matter是连接标准联盟 (Connectivity Standards Alliance) 中的一个工作组，它将为物联网领域带来许多独特的优势，这些优势在智能建筑市场上是前所未有的，或者说是本来需要在时间和资源方面进行大量投入才能实现的。

我们知道，智能建筑应用的物联网需求存在不同程度的复杂性。有些需要能够分析使用数据、允许动态分配工作空间，并与公司特定的基于 IP 的云解决方案集成。Thread正是为这些需求而设计的，因此，DALI+, KNX IoT, OCF 和 BACnet 等许多商业级楼宇自动化标准都选择Thread作为其主要的低功耗、基于IP的无线网状网络技术。

本文件将探讨Thread作为网络技术与Matter结合后，为智能建筑市场带来的新特性和功能。

2. 规模和统一生态系统的优势

我们知道，许多源自消费领域的技术也非常适合智能建筑应用。我们已经看到这种情况发生，Wi-Fi就是一个主要的例子。Wi-Fi起源于消费领域，后来在楼宇自动化领域也变得无处不在。能够在不同的环境中使用相同的技术，带来了规模经济的巨大优势，如组件的生产能力提高、价格下降，以及拥有广泛的制造来源，而不受限于有限的供应商。

直到最近，物联网和楼宇自动化还无法真正从消费者和工业世界之间的重叠中受益，尤其是涉及到与多个源自消费者的生态系统的集成和多厂商兼容性时。

如今，先进的家庭自动化生态系统提供了不同程度的复杂性，可以与人工智能或语音助手设备对接，从而创建了一个具有许多应用的设备生态系统。

尽管消费领域规模庞大，但也存在一些挑战。大多数消费类家庭自动化生态系统通常以特定设备或生态系统供应商的协议和接口为中心。控制设备（如语音助手、应用程序、智能显示器等）由一家特定制造商生产，或基于该制造商的技术。由于这些技术或协议通常不开放或不可授权，这使得商业系统难以集成大多数现成的智能家居设备，除非这些设备供应商做出特殊调整。另一个挑战是，许多智能家居集成都以云对云的方式进行，这可能不太适合商业网络管理的需求。这意味着，在内部开发定制解决方案或附加组件的选择是有限的。

随着Matter的推出，这种情况即将改变。Matter由很多顶尖的消费电子和组件制造商公司开发，这些公司是连接标准联盟内Matter 工作组的成员。

在Matter计划中，谷歌、苹果和亚马逊等公司贡献了经过市场验证的技术，最终目标是达成统一标准。

3. Thread和IP赋能智能建筑中的Matter

Matter是以普遍存在的IP协议为基础设计的。由于Thread是专门为完全基于IP而开发的协议，因此不难理解它被选为低功耗、自愈的网状网络技术，与Wi-Fi和以太网一起成为Matter支持的网络技术。

Thread基于成熟的IEEE 802.15.4低功耗无线电技术，并且由于其基于IP，它不需要制造商或生态系统特定的桥接器或集线器来转换往返于网络其余部分的流量。所需的一切只是一个Thread边界路由器功能，它可以是智能扬声器或电缆调制解调器等设备的一部分，类似于内置Wi-Fi功能。

新的统一Matter标准与Thread相结合，为智能建筑市场提供了许多优势：

● 对于智能建筑应用，Matter是一个开放标准，允许创建内部开发的控制面板、语音产品、触摸显示仪表盘、智能手机和平板电脑应用程序或任何其他所需的用户界面交互形式。此类设备和应用程序甚至可以与现成的接口产品（如智能音箱）结合使用，提供前所未有的灵活性。

● Matter将结束支持和维护与多个流行语音助手和生态系统兼容性的需求。一个基于同一标准的SKU现在可以与所有采用Matter 的生态系统一起使用，这极大地增加了运行那些需要灵活性的商业应用的可用物联网设备的数量。

● Matter将允许混合搭配各种语音助手、智能音箱和基于触摸的智能显示屏。不再需要预先选择一个特定的生态系统，这可以避免锁定并大大增加选择。

目前，智能照明等市场存在许多广受欢迎的专有和半专有产品组合。其中许多是基于Zigbee Pro/Zigbee 3.0等非IP技术，因此不能直接与Matter标准兼容。为了让这些产品有可能在Matter生态系统中使用，Matter规范将包括桥接设备的指南，该设备可以充当非Matter设备和Matter标准之间的转换网关。这意味着Matter智能音箱或应用程序可以操作和控制这些桥接设备，就像它们是原生Matter 设备一样。这一规定为已经投资现有产品和技术的制造商和最终用户提供了一些空间，让他们朝着透明和无桥的未来迈进，而不会使这些产品过时。

4. 用例：公寓楼中的Thread和Matter

几十年来，公寓楼一直配备网络技术。从电梯和安全系统到照明和气候控制系统，一切都由相互通信的互联设备组成，以高效可靠地运行。

然而，在今天的建筑物中，这些系统中的大多数都是独立的、孤立的安装，仅限于它们自己的操作域。它们主要在自己的网络基础设施上运行。例如，照明系统不与HVAC系统交互，两个系统都需要独立的布线、安全和维护。

此外，建筑物的“智能”并未相互连接，因此难以集成安全系统、照明或门禁等应用，从而为建筑物的租户提供更集成、更简化的体验。更不用说允许他们自定义设置或使用其他设备和功能对其进行扩展了。

Thread作为一种低功耗安全无线网络技术，Matter作为一种支持跨主要行业生态系统的多种设备的集成应用程序框架，为这种受限情况提供了理想的解决方案。配备Thread和Matter网络的建筑物在安装和运营成本方面为建筑物所有者/租赁公司提供了大量好处，同时增加了租户的价值。配备Thread和Matter技术的建筑物也为消费者投资其公寓的智能功能提供了一个很好的起点，使其成为续购市场消费者物联网设备的诱人目标。

4.1. 楼宇业主的受益

公寓楼业主往往管理由多个家庭组成的建筑。这使得照明、安防、供暖和门禁等必需品的所有系统和基础设施都成为公寓楼业主的责任。将Thread技术和智能家居设备中使用的相同基础技术引入这些建筑物可带来诸多益处。

整合楼宇网络基础设施系统

如上所述，当前建筑中的孤岛意味着建筑技术领域仅限于一个或少数几个应用程序。例如，运行建筑物气候控制器的网络与运行其照明系统的网络之间几乎没有重叠。这两个系统都需要自己的物理布线，规划复杂，费用高昂，而且在集成服务方面存在局限性。

为解决这些问题，楼宇自动化领域正在向基于IP的网络转变。新建楼宇配备了基于 IP 的网络基础设施。现有楼宇也在进行改造，有时也是受与安全或能源使用相关的当地或政府法规的推动。

由于Thread基于IP协议，因此基于Thread构建的设备可以轻松连接到建筑物的IP骨干网。只需安装和维护一个网络基础设施，即可承载所有应用程序，从安全和HVAC到照明和门禁控制。有线IP基础设施可以处理建筑物的所有集中需求以及与互联网和外部世界的通信。

相比之下，Thread以无线方式连接租户公寓内的灯、传感器、按钮和控制面板。这意味着楼宇业主和员工只需维护一个网络基础设施，并可以使用该网络基础设施聚合有关运行楼宇所需的所有系统的宝贵信息。

面向未来的基础设施

传统上，租户公寓中的每个按钮或传感器都需要连接到特定功能，例如打开特定的灯。这不仅需要对按钮、灯和设备的放置进行大量规划，而且还严重限制了改变按钮行为或将来添加一两盏灯的灵活性。

借助Thread，按钮、传感器和控制面板与特定设备组之间的通信完全是无线的，可以设置为任何所需的配置，并且可以根据需要进行更改，无论是楼宇业主还是租户都可以进行更改。重新配置的灵活性使楼宇业主能够轻松调整其楼宇以满足未来需求。

独立物联网网络的安全性和稳定性

如果公寓通过安装设备（包括至少一个用作Thread Border Router的设备）而配备有Thread网络，则楼宇业主有机会保护租户单元中的物联网或家庭自动化操作。

由于Thread网络是专为物联网目的而设计的，因此无需频繁更换或更新互联网网络基础设施。

我们以连接到Wi-Fi网络的物联网设备来作比较。Wi-Fi技术和无线互联网的需求正在迅速变化，租户希望更多地控制选择自己的路由器或接入点。这增加了连接设备发生故障的可能性。Thread更适合物联网应用，因为它具有低功耗和可靠的网状功能。将无线物联网网络与通用无线互联网网络分开，还可以大大减少冲突和故障的可能性，因为多个用户使用数据密集型应用程序可能会导致网络负载激增。

易于更新、维护和直接访问

Thread基于广泛部署且为人熟知的IP协议，不需要集线器或网关来把来自互联网的通信转换为专有物联网网络协议。

由于设备是IP可寻址的，因此物联网网络可以直接更新固件或执行软件维护，从而使楼宇业主更容易部署固件更新以增强安全性或为设备添加新功能。

个性化控制应用程序、品牌和合作伙伴关系

一个包含基于Matter应用平台的设备的Thread网络，在设备的操作和控制方面提供了极大的灵活性，从简单熟悉的按钮和拨盘，到智能显示屏，再到交互式语音助手。由于Matter得到多个生态系统中主要物联网供应商的支持，用户可以选择自己喜欢的方法来操作公寓中的设备。

而且，由于Matter是一个完全开放的应用程序框架，楼宇业主并不仅限于这些标准用户界面（UI）平台。例如，可以创建能够安装在墙上的智能显示屏，或者开发用户可以安装在智能手机或平板电脑上的控制应用程序。这些内部开发的界面可能会增加额外的功能并具有特定的品牌。根据具体情况，楼宇业主可能会与在这些应用程序中提供额外功能或促销活动的特定伙伴合作。

“智能”为租户增值

此外，为公寓楼提供广泛的智能功能，与“传统”公寓楼相比，可为租户增加巨大的价值。居住在“智能公寓”中可为住户增加舒适性和便利性，因为它可以轻松控制灯光和暖气。它还增加了安全感，因为居住者会收到烟雾探测或移动通知。它简化了各种家庭任务，因为许多设备可以根据用户是否在家、一天中的时间、天气等条件进行自动化。

随着消费者越来越习惯智能家居的概念以及物联网相对于传统家居和设备的优势，拥有既定的网络基础以及操作控制面板、传感器、灯、暖气和其他智能设备，可为楼宇业主和租户提供可观的价值。

4.2. 设备制造商的受益

智能家居产品制造商可以通过多种方式从租赁公寓中预装的智能产品数量的增加中获益。这不仅可以提高市场认知度，还可以为售后市场产品创造切入点。让我们更详细地了解这些好处。

提高消费者对物联网好处的认识 

居住在配备众多物联网设备的公寓中是向消费者宣传智能家居可能性的好方法。与大多数新技术一样，首次购买的消费者很可能会随着时间的推移看到这些新技术的好处和优势，并会接受它们并融入自己的生活。

当公寓居民接触到这些技术时，这将极大地帮助消费者习惯它们是什么，它们是如何工作的，以及它们如何为他们的生活增添价值。事实上，许多此类客户更愿意投资产品以进一步增强其智能家居的功能，并开始寻找能够满足这些额外需求的产品。

随着客户习惯于家中的设备变得“智能”，这更有可能提高智能设备在消费者心目中的感知价值，并推动未来的购买。不能通过向家庭操作面板或智能音箱发送通知来发出周期结束信号的洗衣机，或者不知道用户在家中存在的机器人吸尘器，最终将对消费者越来越没有吸引力。

消除设置和维护的负担 

消费者不愿投资智能家居产品最常见的原因之一是不知道如何开始。通常，为家庭或公寓配备物联网设备需要决定选择哪些协议、选择哪些网关以及使用哪些应用程序，这对潜在买家提出了挑战。

以基础网络设施和智能按钮、智能显示器或应用程序这类智能家居产品为起点为您的房屋或公寓预先配备适当的“管道”来操作设备，将使消费者相信必要的基础工作已经到位，并且可以轻松地将新的智能设备添加到家里。

设备与消费者的兼容性 

预先配备智能设备的公寓中的租户在购买新设备时会寻找特定的品牌和徽标（如Thread和Matter认证标志），以确信它能与智能家居的其他部分无缝协作。

基于Thread和Matter的设备不仅迎合了首次购买智能家居产品的个人市场，还强调了已经相信智能家居优势的高价值消费者的需求，他们希望进一步改善自己的生活方式。

5.结论

正如我们所看到的，Matter是智能家居和建筑领域中一个令人振奋的发展。它有可能弥合消费者和专业应用程序之间的差距，并提供产品选择、生态系统的灵活性以及以前无法提供的内部开发和定制选项。

Thread作为其低功耗基于IP的网状网络基础，Matter注定会有一个不仅会影响消费者市场，而且对智能建筑市场也具有极高价值的未来。

完整的技术规范可公开获取。如需查看，请访问以下链接：https://www.threadgroup.org/ThreadSpec 。如果您对这些技术白皮书有疑问或意见，请发送电子邮件至 help@threadgroup.org。

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