从Zigbee到Matter
Zigbee 是基于 IEEE 802.15.4 标准构建的无线通信协议，强调低功耗通信和可靠性， 2003年就被连接标准联盟（Connectivity Standards Alliance即Zigbee联盟）提出。Zigbee协议从设计之初就加入了高可用自组网mesh功能。这使得使用 Zigbee 的智能家居设备可以「接力」传递数据，即便某些节点出现状况，冗余路径也能保证整个网络的稳定，同时在在较大范围内保证数据传输低延迟。
在相当长一段时间里凭借这一特点在智慧制造、生活的应用中自成一系。
mesh自组网带来的市场机遇也引起了Bluetooth技术联盟的注意，2017年开始，跟进实现了蓝牙Mesh功能。这让蓝牙的生态系统进一步扩大，而Zigbee的缺陷却越来越明显。
Zigbee 协议的早期版本（以 Zigbee 1.2 为代表）为每个智能家居品类设计了独立、互不兼容的协议，这意味着不同品类的设备基本不可能通过 mesh 组网。这导致了一些厂商借助Zigbee协议设置了通信壁垒，第三方设备接入某些Zigbee网络受到各种限制，这让智能家居市场变得更加零碎，在应用层面落后于更加开放的WiFi和Bluetooth协议设备。
Zigbee期望在3.0版本扭转局势，但可能出于工业应用以及安全的角度，只是稍稍简化了不同制造商或者类型的设备之间认证的复杂程度，并未从根本上改变这一局面。
同样基于IEEE 802.15.4的Thread协议，针对物联网应用进行了相当多的优化，由Google旗下Nest Labs于2014年7月提出，与Zigbee3.0版本前后脚出现。Thread协议是一种基于IP的无线网络协议， 通过 6LoWPAN 技术支持 IPv6，优化了通信能耗，超低的功耗可使设备运行数年，更为重要的事摒弃了Zigbee饱受诟病的通信壁垒，Thread Group变得更具包容性，强调让广泛物联网解决方案互通的网络层（networkinglayer）设计。凭借Google强大的生态系统，Thread协议在智慧生活的应用中成长越来越快，加入Thread Group的成员也越来越多。
不过Thread 没有定义顶层的应用层协议，而是需要继承其它顶层的应用层协议来使用，如苹果的 HAP（HomeKit Accessory Protocol）等公开协议，或者是制造商自行设计的私有协议。这也就意味着设计人员仅靠Thread协议无法独立形成完整的解决方案。
但是在智慧生活应用中，由于各家大厂几乎都有自己的智能家居设备通信协议或者解决方案，在保护自身技术的同时也形成了技术壁垒，比如google的Thread、苹果HAP，三星Smart things,无论是设计人员还是消费者，已经被这些不完整或者兼容性不佳的设备弄得十分疲惫，智能家居市场碎片化严重，使用不同类型的智能家居设备可能需要在手机里面安装多个专用的APP软件，智能家居设备的易用性问题显得日益突出，严重阻碍了市场的成长与发展。
2019年，Apple、Amazon、Goolge、CSA（Connectivity StandardsAlliance原Zigbee联盟）等诸多科技公司和组织联合发起了智能家居互联协议 CHIP (Connected Home over IP)，致力于打造一个基于开源生态的新智能家居协议，打破平台间的割裂和开发路径的差异。这是在智能家居、物联网市场各自为战多年以后，领先科技公司达成的妥协，毕竟独占这一前景广阔且日渐庞大的市场并不现实。
这个项目里面的很多内容与Google的Thread协议重合，很可能是为了真正推动整个智慧生活的生态系统，Google与CSA达成了某种协议。
2021年5月11日，Zigbee联盟宣布改名为CSA联盟，同时将CHIP项目更名为Matter，并发布了一个正式版本的协议规范。新规范版本基于现有的网络技术，以太网 (IEEE 802.3)、Wi-Fi (IEEE 802.11) 和 Thread，可应用低功耗无线连接技术，如蓝牙协议简化设备接入和调试。
图说：Matter协议结构 图片来源：csa-iot.org
Matter协议在传输层实现 IPv6 支持，支持足够多的低功耗设备直接接入互联网，而不必像使用IPv4地址那样，通过NAT协议转换接入公共网络。相较于1983年提出IPv4规范，早在2012年已经耗尽了43亿个地址，IPv6可以支持约340万亿个，以目前地球约70亿人来算，平均每人可以拥有接近5万个互联网IP地址，是IPv4时代的近万倍。
什么是Matter协议？
Matter 协议利用现有 IP 技术（包括 Wi-Fi 和 Thread）为智能家居构建统一的无线连接生态系统。基于 IP 的网络为制造商提供简化的开发，同时提高消费者的设备兼容性。
连接标准联盟 (CSA)在于合作伙伴们共同推出Matter协议就强调了，互联体验应该变得更加可靠、安全和有效协同工作这一理念。Matter 作为统一的应用层，使用统一的语言，用于使在不同 IP 协议下运行的设备在不同的平台上进行通信，并可协调物联网的开发路径。
Matter 使设备制造商更容易制造与智能家居和语音服务（如 Amazon Alexa、Apple® Siri®、Google Assistant™ 等）兼容的设备。Matter 在 Thread 和 Wi-Fi® 网络层上运行，并使用低功耗蓝牙®进行调试。通过提供基于成熟技术的统一应用层，制造商可以利用这种开源协议来加速其开发。Matter还提高了消费者的兼容性，并实现了快速扩展的物联网生态系统的互操作性，因此来自不同制造商的智能交换机，智能集线器和智能恒温器都可以在家中协同工作。
“虽然Matter同样由CSA主导，但它不能取代Zigbee。该联盟将继续开发Zigbee协议。Matter 应用程序对象和交互在很大程度上受到 Zigbee Cluster Library 的启发。就差异而言，Matter需要IP承载网络协议，而Zigbee则指定了自己的网络协议。此外，Matter 还通过低功耗蓝牙和 Wi-Fi QR 码定义了最适合预期用户设置方案的配置方案。Zigbee的标准调试过程使用其本机802.15.4无线电。” 德州仪器 (TI) 产品营销工程师 Kevin Koestler表示。
Matter协议网络结构 图片来源:silabs.com
从协议网络结构图中可以看出，各种通信协议接入Matter网络是非常简便的。如设备通过蓝牙加入到到matter网络，通过Wi-Fi 或Thread相互连接，Wi-Fi组成星形网络，Thread组成Mesh网络，Thread设备又可以通过边界路由器(Border Routers)连接到其它的基于IP的网络网桥可以连接到其他协议的设备，例如Zigbee 和 Z-Wave或者将来出现的其他通信协议。
图说：Matter是应用层协议 图片来源:silabs.com
Matter 的优势
Matter 协议构建在 IP 的基础上，因此它可以无缝地跨各种网络传输。除了现有的WiFi、蓝牙、Thread协议之外，为未来可能出现的新的通信协议预留了接入空间。Matter 使用一个通用的应用层和数据模型来提供设备之间的互操作性，这些设备以此实现相互通信。因此，IP 被证明是在一个设备与另一个设备、应用程序或服务之间安全地提供端到端通信的理想方式。
Matter 可以抵御多种威胁。Matter 的安全架构基于安全的实践构建，如“设计安全”和“零信任”。其中包括 Matter 内置的安全措施，可确保每条消息都受到保护。
除了在 Matter 内支持 IP 网络之外，开发人员还可以利用供应商提供的广泛的物联网接入方案（涵盖楼宇自动化、智能家居、工业物联网和智能市场），连接各种网络和设备，而无需考虑底层网络协议。
对消费者来说，Matter协议的产品易于购买、设置并方便使用，多个品牌的设备实现本机协同工作，而无需像以前那样在各种设置与APP之间切换。同时，与设备交互时，由消费者控制隐私和授权。
对开发人员来说，Matter统一了应用层：简化了开发，降低开发和运营成本。借助开源社区，不仅可以提升软件代码的质量，而且还能够加快开发流程并获取更为广泛的用例，充分利用现有方案，加快产品上市的时间。在安全性方面，透过开源、可信的标准加密算法，使得设备密钥得到良好保护。
Matter 定义了将部署在设备和控制器上的应用层，以及支持基于 IPv6 的网络协议，从而实现设备间的互操作性。Matter 最初将支持基于 Wi-Fi 和 Thread 的核心通信，并支持通过低功耗蓝牙（Bluetooth LE）来简化设备配网和设置。
2021年5月，Google已确认所有Android及Nest设备都会支持 Matter协议；Amazone在2021年7月Alexa Live上表示将通过远程升级，让旗下的 Echo 设备支持 Matter，且Alexa已实现支持Matter协议。苹果在WDC 2022期间正式宣布HomeKit将在2022年晚些时候开始兼容matter协议，并将 Siri 服务向第三方硬件厂商开放，从iOS到iPadOS、watchOS、TV OS，以及M2芯片与两款Macbook系列新品，无一例外地将开始向Matter靠拢。
CSA 首席执行官 Tobin Richardson 表示：“我们的成员在 2022 年 CES 展会上大声疾呼，Matter技术最终会为消费者的利益而统一，他们将看到智能家居技术的更多选择、更简单的设置和新的创新体验。” “我们新的虚拟协作方法允许全球成员参与测试活动，加速认证计划的开发并增加新的 Matter 设备即将上市。
2022年秋天，CSA计划正式推出最新标准 Matter，一种用于物联网的通用语言和基于 IP 的协议。采用 Matter 标准的产品将具有独特的徽标，表示与任何制造商的认证 Matter 产品具备互操作性。
根据 ABI给出的数据，在未来五年内，全球超过一半的关键智能家居设备将支持 Matter。预计从2022年至2030年，将有超过200亿个无线互联智能家居设备在全球出售，其中很大一部分设备类型将满足Matter规范。
2026年智能家居市场规模将达1389亿美元
智能家居的概念很早就被提出，发展也经历了几十年的时间，已经从一个小众市场慢慢成长为一个规模庞大的市场。近些年，在“双碳”大背景下，节能和低碳排放解决方案的需求不断增长，偏远地区家庭监控的重要性日益增加、人们对安全性和便利性的日益关注，以及发展中国家民众可支配收入的增加等因素都在加速了智能家居市场的增长
从出货量来看，据IDC公布的数据显示，尽管新冠疫情对世界经济造成了严重冲击，2020年全球智能家居设备出货量仍将保持增长，达8.54亿台，同比增长4.1%。据Strategy Analytics公布数据显示，2020年，全球智能家居设备市场规模达1210亿美元，全球拥有智能家居设备的家庭数达2.35亿户。
2021年，智能家居市场继续成长，根据IDC的数据，随着客户在家中寻求更多的连接体验，智能家居设备出货量达到8.95亿， 2021年比前一年增长了11.7%。这个市场增长的主要原因之一是，更多的人比以前拥有良好的宽带连接，并且更多的人在使用无线网络而不是有线连接。
根据IDC的分类，将智能家居类别分为视频娱乐、家庭监控/安全、照明和其他四个主要领域。
2021年数据显示，视频娱乐智能家居设备占智能家居市场的35%，家庭监控/安全占21%，照明占10%，而其他类型型用占最后的35%。随着各种新产品出现，预计2026年视频娱乐产品占比将下降26%，而照明可能会跃升到17%，其他类型应用升至36%。智能家居的出货量将会从2021年的8.95亿上升到2026年的14.4亿。总体来看，视频娱乐设备市场仍是智能家居的最大细分市场。
另据MarketsandMarkets预测报告显示，全球智能家居市场规模预计将从2021年的845亿美元增长到2026年的1389亿美元，从2021年到2026年，智能家居市场预计将以10.4%的复合年增长率（CAGR）增长。
尽管战争、供应链、物流和全球经济预期存在不确定性，但是，以智慧生活为理念的智能家居设备，在帮助实现保持安全距离，加强家庭安全，提供便捷生活以及更好的娱乐功能方面给人们带来良好体验。智能家居市场仍然能够在不利的大环境下保持快速稳定的增长势头，成长为物联网行业最具潜力的细分市场之一。
包括亚马逊、Aqara (Lumi)、Arlo Technologies、Belkin Wemo、Comcast、Eve Systems、GE Lighting、a Savant Company、Google、英飞凌、LEEDARSON、LG Electronics、mui Lab、Nanoleaf、Nordic Semiconductor、NXP Semiconductors、Qorvo、三星 SmartThings、Schlage (Allegion)、Sengled、德州仪器、涂鸦智能、环球电子和 Veea等一大批公司，都先后表示将在支持的 IP 网络（如 Wi-Fi、Thread 和以太网）上部署Matter技术。
“毫无疑问，这是技术的拐点。 2022年，Matter 将标志着智能家居围墙花园的终结，并为任何制造商提供更好的体验，并得到全球、安全和开放的互操作性标准的支持，” CSA 首席执行官 Tobin Richardson说。
参考资料：
