壹  前言

隨著智慧家庭設備的普及，消費者對家庭自動化需求日益增加，但不同品牌和協議之間的互操作性問題成為一大挑戰。為解決這一問題，連接標準聯盟（Connectivity Standards Alliance，CSA）推出了Matter技術，旨在通過統一的協議提升智慧家庭設備之間的通訊效率，其優勢在於其跨品牌和跨平台的相容性，使得各廠商的產品能夠無縫互通，提供穩定且安全的連接。將Matter技術應用於家用Wi-Fi AP可以更有效地管理連接設備，優化網絡性能，並簡化智慧家庭設備的安裝，對於用戶來說可以更輕鬆地配置和管理家庭中的各種智慧家庭設備，享受更流暢的智慧家庭加值服務。本文將探討Matter技術的核心特性及其在家用Wi-Fi AP中的應用場景和優勢，並展望其未來的發展趨勢。

貳  智慧家庭發展現況

一、 以往智慧家庭設備互通性狀況

智慧家庭技術在過去十年中取得了顯著進步，各類智慧家庭設備如智慧燈泡、智慧音箱、智慧門鎖等相繼推出，由於不同品牌之間的通訊協定差異，用戶在整合這些設備時面臨諸多挑戰。在Matter協定出現之前，不同品牌的智慧家庭設備往往採用各自的專有通訊協定，無法實現跨廠牌的互通。例如，Google的智慧音箱和Amazon的Echo智慧音箱由於使用不同的生態系，無法相互連接和連動[1]，同樣，Apple的HomeKit系統也無法與Google Nest或Amazon Alexa設備直接通訊[2]，這導致用戶在購買設備時必須選擇特定品牌的整套產品，否則會面臨相容性問題。為了管理不同品牌的設備，用戶常常需要購買不同的閘道器（gateway），每個閘道器負責控制一個品牌的智慧家庭設備，這不僅增加了成本，也複雜了系統的設置和管理[3]。例如，如果用戶想要同時使用Google Nest智慧音箱、Apple HomePod和Amazon Echo，他們需要分別使用Google Home、Apple Home和Amazon Alexa應用程式來配置和控制，這不僅麻煩而且影響用戶體驗。此外，這種獨立的生態系無法實現整合的智慧家庭加值服務[4]，跨品牌控制問題長期困擾用戶，導致智慧家庭設備的管理變得複雜且低效率，智慧家庭的整體體驗因此受到了很大的限制，用戶需要投入更多時間和資源來管理各種品牌的設備。

二、 Matter版本歷程

連接標準聯盟（CSA）成立以來，一直致力於推動智慧家庭和物聯網（IoT）技術的發展和標準化，CSA前身為Zigbee聯盟，自2002年成立以來，致力於創建和推動全球無線網狀網絡標準，促進不同廠商設備之間的互操作性，解決設備無法互通的問題[5]，在Matter協定的研發過程中，採取了多階段的開發與測試流程，以確保該標準的可靠性和相容性，Matter協定的開發目標是解決智慧家庭市場中設備互操作性差的問題。首先，CSA進行了廣泛的需求分析和市場調研，以確定Matter協定的核心功能和設計目標。這一階段包括與主要行業參與者如Amazon、Apple和Google等公司的合作，確保協定的設計能夠滿足廣泛的應用需求[11]，接著CSA進行了技術架構的設計和標準定義。Matter協定基於Internet Protocol（IP），具有高度的靈活性和擴展性，並可在現有的網絡基礎設施上運行，降低部署複雜性和成本。在標準定義完成後，CSA進行了多次內部測試，包括功能測試、互操作性測試及安全性測試，以確保協定能夠在不同品牌和類型的設備之間無縫運行。CSA還設立了專門的測試實驗室，並組織多方參與的互操作性測試活動，以模擬真實使用場景。

Matter協定的演進如圖1所示，2022年10月CSA發布了Matter協定的首個正式版本v1.0，涵蓋核心功能，如設備的發現和配置、安全性要求以及初步的應用層支援，包括燈光、HVAC控制、媒體設備和門鎖等[12]。2023年5月，CSA發布了Matter v1.1，進一步完善了協定，改善對間歇性連接設備（如電池供電設備）的支援，包括門磁、動作感測器、溫濕度感測器、門鎖、開關等，避免休眠期間的誤告警[13]。2023年10月，CSA推出了Matter v1.2，加強對家電的支援監控，新增對冰箱、冷暖氣機、洗碗機、洗衣機、吸塵器、煙霧一氧化碳警示設備、空氣品質偵測等設備的支援[14]。2024年5月，CSA發布了Matter v1.3，新增能源管理功能，包括瞬時功率、電壓、電流、能耗、發電量等，並支援電動車充電、水管理及更多家電，如微波爐、烤箱、瓦斯爐、抽油煙機、乾衣機等，增強媒體娛樂管理及Matter Casting功能，使Matter設備能向電視或帶有螢幕的設備發送通知[15]。此外，CSA強調開放式的開發過程，Matter協定的部分源代碼在GitHub上開放，允許開發者和合作夥伴參與協定的改進和優化，提升協定的透明度，促進社群參與[16]。CSA持續進行Matter協定的版本更新和改進，提供相關的認證服務，確保通過認證的設備達到Matter協定標準，並能與其他認證設備互操作[17]。

三、 Matter通訊層

Matter通訊層基於IP協議，能夠在不同網絡技術間實現一致的通訊。Matter使用IPv6地址進行設備標識，並確保所有通訊都經過端到端加密，提供高級別的安全性。圖2為Matter通訊架構。Zigbee是一種基於IEEE 802.15.4 [18]標準的低功耗、低數據率無線網狀網絡技術，主要用於智慧家庭、自動化控制和能源管理，Zigbee設備通過形成網狀網絡進行通訊，每個設備可作為中繼節點，增加網絡的覆蓋範圍和可靠性。Matter協定支援Zigbee設備，並通過Border Router將Zigbee設備的數據轉換為IP數據，以實現與其他IP設備的互通。Thread也是基於IEEE 802.15.4 [19]標準的低功耗網狀網絡技術，與Zigbee相似，但其設計目標是更高的IP相容性。Thread網絡內的設備都具有唯一的IPv6地址，使其能夠直接與其他IP網絡設備通訊，Thread設備通過Border Router連接到家庭的IP網絡，Border Router充當Thread網絡和Wi-Fi之間的橋樑。

Wi-Fi是基於IEEE 802.11標準的無線網絡技術，廣泛應用於家庭和企業網絡中，Wi-Fi提供高數據傳輸速率和較大的覆蓋範圍，適合傳輸大量數據的應用，如視頻流和大文件傳輸。Matter協定使Wi-Fi設備能夠直接加入Matter網絡，並通過IP協議與其他設備通訊。Wi-Fi設備可以通過Wi-Fi路由器進行管理和連接。Bluetooth是一種短距離無線通訊技術，常用於設備配對和低功耗應用，Matter協定主要利用Bluetooth Low Energy（BLE）進行設備的初始配置和設置，使新設備可以快速、安全地加入Matter網絡，完成初始配置後，Bluetooth設備可以通過Wi-Fi或Thread進行後續通訊。Border Router在Matter網絡中起到關鍵作用，負責不同網絡技術之間的數據轉換和通訊協調。對於Thread設備，Border Router將Thread網絡的IPv6數據轉換為Wi-Fi IP數據，實現不同技術設備之間的無縫通訊。Border Router同時負責管理設備的發現、配置和認證過程，確保所有設備能夠安全、可靠地加入Matter網絡。

參  Matter技術應用於家用Wi-Fi AP之解決方案

如圖3所示，在Wi-Fi AP中，首先需要安裝Matter Controller，啟動智慧插座設備後，該設備會開始藍牙廣播。接著，使用手機掃描設備上的QR碼，獲取Pin碼，並將這些資訊傳送至Wi-Fi AP，並通過藍牙將SSID和密碼資訊傳送給智慧插座。智慧插座成功連接上Wi-Fi AP後，會通知Matter Controller已經完成連線，這樣就完成了整體的綁定流程。Thread感測器設備的綁定流程與其他智慧家居設備相似，但需要一個Thread Border Router來將Thread設備轉換為IP層通訊。首先，Thread Border Router必須通過有線或無線方式連接到家用網絡。當Thread感測器啟動後，它會開始藍牙廣播，接著使用手機掃描設備的QR碼，獲取Pin碼並將其傳送至Wi-Fi AP並通過藍牙將Thread Border Router的ID資訊傳送給Thread感測器，當Thread感測器成功連接到Thread Border Router後，會通知Matter Controller連線已經完成，這樣就完成了整體的綁定流程。這個過程說明了如何通過Matter標準將智慧家庭設備無縫地連接到家庭網絡中。Matter的安全性和開放性確保了這一流程的可靠性和互操作性，通過這種方法，用戶可以輕鬆設置和管理智慧家庭設備，享受更加智慧和便捷的家居生活體驗，這種自動化的綁定流程不僅簡化了設備安裝的複雜性，還增強了系統的安全性，確保每個設備都能夠安全、穩定地運行在智慧家庭網絡中。

肆  結語

Matter的出現標誌著智慧家庭領域的一次革命性突破。長久以來，不同品牌和平台之間的生態系統不相容問題一直困擾著消費者，讓智慧家居設備的整合和使用變得複雜且困難。Matter作為統一的標準具備跨平台、跨廠牌特性，使得不同品牌的智慧家居設備能夠無縫地互聯互通，無論是Google、Apple還是Amazon，這些科技巨頭都已經採用了Matter標準，為用戶提供了一個更加統一和便利的智慧家庭生態系統。Matter的開放性和安全性使得設備製造商和消費者都能夠受益，對於設備製造商來說，他們可以專注於創新，而不必擔心兼容性問題；對於消費者來說，他們可以自由選擇各種品牌的智慧家居設備，並通過一個統一的手機App進行監控，這簡化了設備的安裝和使用過程。Matter標準不僅提升了智慧家庭設備的互操作性，還促進了智慧家庭生態系的健康發展。未來，隨著更多廠商加入和技術進一步成熟，Matter將為智慧家庭生活帶來更多便利。

伍  參考文獻