【经验】如何将现有智能设备与Matter的新产品进行桥接？

如今，消费者几乎不可能创建过于简单化的智能家居生态系统，除非他们对单一供应商提供的设备进行标准化。但经过两年多的开发和完善，期待已久的行业统一标准Matter协议已于2022年10月发布，有助于设备开发人员解决智能家居生态系统分散的问题。为了确保人们不会将Matter视为只是增加这些设备碎片化和互操作性问题的另一个协议，确保现有非Matter智能家居设备和基于Matter的新产品之间能够桥接以达成互联互通，是当前推行Matter标准的关键所在。阅读SILICON LABS（亦称“芯科科技”）的应用文章详细了解以下与Matter桥接有关的主题：https://cn.silabs.com/wireless/matter/matter-bridge-for-non-matter-devices

• 什么是桥接？为什么桥接很有必要？

• 桥接的工作原理

• Silicon Labs Unify SDK 如何支持桥接，包括使用不同供应商提供的智能照明设备进行的详细示例介绍

• Silicon Labs 当前为继续增强其对桥接支持所做工作的相关信息

对于消费者而言，使用各种供应商提供的智能家居和自动化设备历来是一大痛点。这是因为每家供应商的设备都在使用基于供应商所选的无线物联网 (IoT) 协议的独特智能设备生态系统，因此消费者需要使用不同的应用程序来控制不同供应商提供的设备。这也意味着不同供应商提供的设备之间目前无法实现互操作性和通信。然而，全新 Matter 协议旨在解决此类问题以及其他常见问题，而这些问题是创建智能家居和自动化设备的供应商以及使用此类设备的消费者所面临的。

虽然使用全新 Matter 规范可轻松设计新设备，但早在 Matter 出现之前，仅在美国就有超过 6000 万户家庭目前在使用智能家居设备，而这些设备基于 Z-Wave 和 Zigbee 等其他无线物联网协议。为了确保人们不会将 Matter 视为只是增加这些设备碎片化和互操作性问题的另一个协议，而是 Matter 能够帮助现有非 Matter 智能家居设备和基于 Matter 的新设备之间实现桥接——能够桥接是当前 Matter 1.0 版本的关键功能。

在本白皮书中，我们将探讨如何通过桥接将非 Matter 设备无缝引入 Matter 生态系统，并探讨 Silicon Labs 如何提供使供应商和消费者都可获取实现桥接所需的硬件、软件和工具。

什么是桥接？为什么桥接很有必要？

如前所述，智能家居和自动化市场并不规范。如今，有大量设备使用非基于 IP 的 Zigbee、Z-Wave 和其他无线物联网协议。因此，为了不增加这一碎片化问题，很有必要实现一种允许新 Matter 设备和现有非 Matter 设备在同一生态系统中进行通信和操作的方法。随着 Matter 协议的开发，这成为关键考量因素，也正因此，Matter 不同于其他无线物联网协议。Matter 是一种基于 IP 的协议，作为除以太网、Wi-Fi、蓝牙和 Thread 等技术的应用层运行。

虽然可通过无线下载 (OTA) 更新来为部署在家庭中的一些较新设备添加 Matter 功能，但对于大多数设备而言，桥接器将是使用其他非基于 IP 的协议将现有智能设备引入 Matter 生态系统（也就是所谓的 Matter 交换结构）的最佳选择。Matter 桥接器可将连接扩展到 Matter 交换结构中的非 Matter 物联网设备，以便消费者可继续使用其现有非 Matter 设备，如使用 Zigbee 和 Z-Wave 的设备以及新的 Matter 设备。桥接是 Matter 交换结构的重要组成部分，因为要使 Matter 成为真正统一的协议，必须进行桥接。

还要务必注意，在决定是否桥接时也存在其他考量因素。现有非 Matter 系统具有多种设备类型，并且在 Matter 中可能并非全都具有一对一等效的设备类型。现有系统可通过其在 Matter 中尚未复制的非 Matter 设备类型提供自动化，但某些设备类型确实具有 Matter 等效功能，并且非常值得启用。桥接让您的生态系统能够继续支持其所有非 Matter 设备类型，一旦 Matter 在桥接的生态系统实现了足够的功能奇偶校验，就可决定将所有设备都过渡到原生 Matter。

Matter和非 Matter 设备之间桥接是如何工作的？

在高层次上，Matter 桥接器的工作原理是在 Matter 和非 Matter 协议之间执行协议转换，以便非 Matter 设备显示为 Matter 交换结构的桥接设备，如图 1 所示。

图1 显示 Matter 桥接器如何在 Matter 交换结构和非 Matter 网络设备之间创建连接的高级示意图

虽然关于该类型统一多协议通信如何发生的细节看起来颇为复杂，但对于最终用户而言，桥接智能家居设备的流程都经过了简化。要将 Matter 桥接器添加到网络，用户只需扫描桥接器附带的二维码。将桥接器添加到网络后，用户可在手机上打开桥接器应用程序，即可看到所有智能设备都显示出来，而无论这些设备使用哪家供应商或何种协议。也就是说，所有设备都可从该中心应用程序或用户偏好的控制器应用程序进行配置和控制，而不是像如今那样采用碎片化的方式（即需要使用多个应用程序）。在某些情况下，现有 ZigBee 或 Z-Wave 集线器和网关可升级为 Matter 桥接器。 关于此类示例，我们已从主要生态系统参与者那里看到。

Unify SDK 如何支持将非 Matter 设备桥接到 Matter 生态系统中

为了支持桥接解决方案的开发，而无需对每个物联网设备“内部”的每个可能选项都具备专业知识，需要模块化且可扩展的软件框架。也正因此，诞生了 Silicon Labs 的 Unify SDK。Unify SDK 是一套旨在简化物联网基础设施开发的软件组件，其中包括网关、接入点、集线器、桥接器以及基于应用程序处理器的终端产品。

Unify SDK 是一种开放、模块化、可移植架构，基于普遍使用的轻量级 MQTT 技术而开发。Unify SDK 支持不同无线物联网协议之间特定于协议的转换，现已包括 Matter。Unify SDK 本机运行在 Linux 上，但针对可移植性进行了构建，并可为 Raspberry Pi 4 提供软件源和二进制程序包。

图 2 此图示出了Unify控制器的整体架构。借助Unify SDK，一个系统可提供多个物联网协议栈和物联网服务之间的互操作性，包括Matter Bridge

Unify-Matter Bridge 应用程序（如图 2 所示）是 Unify SDK 的一部分，基于连接标准联盟 (Connectivity Standards Alliance, CSA) 提供的 Matter 应用程序软件而构建。应用程序接收 Matter 协议接口上的 ZCL 命令，并将其转化为统一控制器语言 (UCL) 数据模型，然后发布到 MQTT 接口。让我们更具体地了解下如何使用 Unify SDK中的Unify-Matter 桥接应用程序将子网设备桥接到 Matter。在下图 3 示意图中，从右至左为 Zigbee 和 Z-Wave 协议栈、统一协议控制器、MQTT 代理、Matter 桥接器和 Matter 应用程序结构。

图 3 表示了如何使用Unify SDK中的Unify-Matter 桥接应用程序将使用Zigbee和Z-Wave的子网设备桥接到Matter

该范式的最终结果是，Z-Wave 和 Zigbee 设备被视为 Matter 交换结构上的桥接设备。这是因为 Matter 协议接口上的 Zigbee 集群库命令被转换为 UCL，然后 UCL 驱动终端节点的无线电以及 Z-Wave 和 Zigbee。

实际的Matter桥接示例

现在，我们来看一个使用不同供应商提供的智能照明装置进行桥接的真实示例。在此示例中，一些照明装置使用 Matter，而其他照明装置使用 Zigbee 和 Z-Wave 协议，我们将使用 Google Nest Hub 作为控制器。在此场景下，Raspberry Pi 运行的是 Unify SDK，基于 Web 的 Unify 用户界面 (UI) 用于创建包含不同供应商提供的且使用不同无线协议的所有照明装置的组。此组是通过向两个端点和桥接器节点端点中的 Matter 照明装置发送“添加组”命令进行创建的。

要调试 Matter 桥接设备，只需扫描 Matter 桥接器上附带的二维码。然后，桥接器将连接，如图 4 所示，从 Google Nest Hub 应用程序中可看到我们添加的所有照明装置和桥接器。

图 4 连接Matter桥接器后，并排比较在Unify Web UI和Google Home应用程序中所看到的内容

现在，我们可以开始从 Google Home 应用程序控制照明装置。单条多播消息由 Matter 桥接器和原生 Matter 照明装置作为组的一部分进行接收和解释。然后，桥接器将此消息转发到相关照明装置，Unify 将所支持的命令转换到相应的子网 - 在此情况下，为一个 Zigbee 设备和两个 Z-Wave 设备。通过向 Z-Wave 设备发送多播消息并向 Zigbee 设备发送单播消息来完成上述操作。控制器现在可以发送简单的开/关命令来控制整组照明装置。

对桥接Matter 和非Matter设备提供持续支持

如今，Silicon Labs 为具有 Wi-Fi 或 Thread 连接功能的终端产品提供完整的 Matter 协议解决方案，以及采用无线片上系统 (SoC) 和软件选项组合的开放线程边界路由器 (OTBR) 解决方案。除了较新的 Matter 产品外，包括 Silicon Labs 在内的许多物联网制造商现在还将推出支持现有和已部署 Zigbee 和 Z-Wave 产品的桥接产品。

Silicon Labs 最近发布了针对 Matter 到 Zigbee 和 Matter 到 Z-Wave 桥接解决方案的支持，其中包括功能齐全的 Unify SDK 软件。该全新桥接解决方案目前支持照明设备（开/关、可调光功能、彩色灯）以及温度和感应传感器。我们还计划在不久的将来推出针对更多设备类型的支持，并为 Google Home 和 Apple HomeKit 等第三方 Matter 应用程序提供互操作性支持。

利用 Matter 和全新桥接解决方案缩小无线物联网的差距

如果 Matter 的发布使得配置新产品非常容易，但很难适应消费者家中已有的设备，那么 Matter 就无法真正兑现其对互操作性和简单性的承诺。因此，如本白皮书中所述，能够无缝桥接现有非 Matter 设备与新 Matter 设备的多协议解决方案至关重要。Silicon Labs 已做好充分准备，可通过为物联网产品开发工具提供 Unify SDK 和全新 Matter 桥接解决方案，确保供应商发布新的 Matter 设备时，桥接技术随时可用。