跟著巨頭走，Matter協議霸氣登場

►前言

越來越多國際知名大廠紛紛加入Matter聯盟，使用Matter協議進行產品開發，當產品通過Matter聯盟認證，產品就可以標示Matter標章，消費者購買產品時，可以查看是否有Matter聯盟標章，如果產品擁有標章代表產品通訊可以互通，消費者不需要考慮購買的廠商及設備聯通性問題，本篇博文為大家介紹Matter協議。

►何謂Matter?

Matter的前生為Project CHIP，於2019年12月，由Amazon、Apple、Google 與 Zigbee 聯盟共同發起的「Project Connected Home over IP, Project CHIP 」計畫，成立目標為開發與制定一套基於IPv6協議的智能家居互聯協議標準，以提升智能居家產品間的相容性，並強化隱私安全的保護。

於2021年5月11日，ZigBee聯盟（ Zigbee Alliance ）改名為「連接標準聯盟」（Connectivity Standards Alliance, CSA），而 Project CHIP正式改名為「Matter」。網路上搜尋Matter相關資訊，關鍵字輸入「Matter Protocol」或「Matter r協議」，如果需要程式相關資訊需至Github上找尋，Github網站搜尋「Connectivity Standards Alliance」能看到「project-chip/connectedhomeip」專案，或透過connectedhomeip連結直接進入Github。

Matter協議的關鍵屬性，需要滿足以下幾點：

簡易性：易於購買和使用，簡化互聯體驗。
互操作性：產品可以跨品牌生態協同操作，提供更大的兼容性。
可靠性：響應要迅速且一致。
安全性：保持精簡功能的同時具備更高的安全性
- 每個加入網路的裝置皆需經過驗證
- 訊息傳遞需加密和驗證
- 使用認證的標準加密算法
- 空中安全更新(Over-the-Air, OTA)
靈活性：用戶可以設置和控制來自不同生態系統的設備。

Matter預計2021 年底通過認證設備如下：

照明和電氣（例如，燈泡、燈具、控制裝置、插頭、插座）
HVAC 控制裝置（例如，恆溫器、空調裝置）
訪問控制裝置（例如，門鎖、車庫門）
安全和安保（例如，傳感器、探測器、安全系統）
窗簾/窗簾
電視
Access points
Bridges

Matter採用三種主流傳輸技術，分別為Thread、Wi-Fi及Bluetooth Low Energy (BLE)；Thread網路，具備IPv6、低功耗及網狀網路(Mesh)等功能，而且當內部節點出問題時，也能夠自我修復內部網路節點連接，確保每一個節點都可以送收資料；Wi-Fi網路具備大頻寬及低延遲，能用於傳輸影像，也是做為Thread連上網際網路的通道；BLE已經成為智能手機的標準配備，目前市售佔絕大數智能居家產品支援BLE傳輸，而在Matter透過掃描QR code的方式讓手機自動連接BLE，免除使用者需要搜尋藍牙裝置名稱的煩惱與時間，透過BLE將新設備設定Wi-Fi 或Thread 加入Matter協議網路內。

►Matter協議的架構

Matter協議的架構概覽如下圖(取自Connectivity Standards Alliance, CSA )：

應用層(Application layer)：定義裝置的高階業務邏輯，例如：照明應用可能包括開/關燈泡及設置顏色的功能。
資料模型結構(Data Model Structure)：描述設備各種功能的數據基元(Primitive)，以及與應用層互動的資料結構。
互動模型(Interaction Model Actions)：資料模型結構中讀取或寫入屬性的一組行動。
動作框架層(Action Framing Layer)：使用交互模型構建操作后，它將被框成規定包裝的二進位格式。
安全層(Security)：進行加密和簽名，以確保數據包的發送方和接收方都對數據進行保護和驗證。
訊息框架(Message Framing)和路由(Routing)：消息層構建具有必需和可選標頭字段的payload格式；紀錄消息的屬性及路由訊息。
IP框架(IP Framing)和傳輸管理層(Transport Management)：發送到所需的傳輸底層傳輸協議。

►Matter網路架構流程示意

1. 下圖(取自Connectivity Standards Alliance, CSA )，控制端可以是手機、TV及智能音箱等設備，需要先連接家中的Wi-Fi Router，圖中添加一個Matter溫度計產品進入家中Matter網路內，裝置需先開啟BLE廣播，讓控制端進行BLE連線。

2. 下圖(取自Connectivity Standards Alliance, CSA )，BLE連接完成後，透過zcl (ZigBee Cluster Library)指令設定Network，將Wi-Fi Router SSID及密碼填入指令內，讓裝置連接至家中Wi-Fi Router，此時已加入Matter網路。

3. 下圖(取自Connectivity Standards Alliance, CSA )，當Matter溫度計加入Matter網路之後，BLE即可斷線，Matter內部就使用IP進行通訊。

4. 下圖(取自Connectivity Standards Alliance, CSA )，Thread基於IPv6傳輸通訊，也是Matter三大主流通訊協議之一，加入Matter協議網路內，原先產品連接到雲端的功能不受限制。

5. 下圖(取自Connectivity Standards Alliance, CSA )，Matter協議保障內部通訊，未限制設備到雲端的通信，控制器和Bridge可以其他協議鏈接，像是家中舊有的產品協議。

► Matter SDK提供控制端

Matter SDK提供控制端工具「CHIP Tool」，除了使用手機控制之外，也能透過電腦進行通訊，方便開發及驗證，相關Tool如下：

Python based Device Controller
- Python CHIP 控制器，允許將 Matter 設備投入網絡並使用 Zigbee Cluster Library (ZCL) 消息與其進行通信，下圖為Github截圖。

CHIPTool
- 與設備進行通訊，內部包含一些指令操作範例。
Android CHIPTool
- 提供Android範例程式及安裝教學。
- 掃描Matter產品提供的QR code並顯示資訊。
- 調試Matter設備(Wi-Fi設備及Thread設備) 。
- 向 CHIP 設備發送開/關cluster請求。
Darwin CHIPTool
- 提供iOS App範例程式。
- 內部使用藍牙操作。
- 向 CHIP 設備發送開/關cluster請求