硬核科普：Matter术语解析，建议收藏！

NXP管管

自2022年Matter发布以来，产品制造商和消费者对其开发、设备集成及应用的步伐迅速加快。Matter提供标准化的通用语言，使智能设备能够相互通信，为智能家居带来统一性。

Matter规范定义了多种设备类别在Matter结构中的不同角色和职责。然而，对于许多首次接触Matter的用户而言，这些新术语可能会令人困惑。本文旨在提供对这些Matter设备角色及相关术语的高层级定义。

Matter结构
Matter结构是一个应用层安全域，其中的设备可以相互通信。单个Matter结构能够支持采用多种不同网络技术的设备，并提供基础设施，使这些技术在IPv6网络层互通。例如，Wi-Fi接入点可桥接不同的网络技术，使以太网连接设备与Wi-Fi连接设备能够在IP网络层进行通信。

因此，在应用层，Matter结构构成一个安全域，使采用不同网络技术的设备能够通过Matter应用层语言进行通信。

Matter结构中的角色
下面的Matter拓扑图展示了一个示例Matter结构，并概述了其中可能存在的不同设备角色。这些设备角色将在后续内容中进行详细说明。

Matter拓扑

Commissioner (配置器)
Matter配置器负责将新的Matter设备添加至结构 (Fabric)。配置器可以是智能手机上的应用程序，也可以是其他设备 (例如智能音箱) 承担的角色。配置器的任务是先验证新设备的身份合法性，然后为其分配网络凭证，再将其添加到Matter结构。

Administrator (管理员)
Matter管理员设备，主要负责以下任务：

• 设定设备间通信规则。例如，如果某个灯开关需要控制某个灯泡，那么管理员会根据用户的提示设置该绑定关系。
• 配置场景和自动化操作。
• 在一个Matter结构中，可能存在多个管理员。如果结构包含多个管理员，控制器之间的网络元数据同步 (即有关哪些设备绑定在一起的信息) 不属于当前Matter规范的范围。
  

Matter管理员无需支持多种网络接口，但可以支持多个IPv6网络接口，并在所有接口上收发Matter消息。例如，智能手机可以作为Matter管理员，但仅支持通过Wi-Fi进行Matter通信。

Controller (控制器)
控制器并非Matter规范正式定义的角色，而是一个广义术语，表示Matter结构中的配置器、管理员以及客户端功能的任意组合。Matter结构中的客户端可以与网络中的任何设备通信，而控制器通常充当通用客户端，能够与结构中的所有设备进行消息交互。

Bridge (桥接器)
Matter桥接器属于终端设备，主要作用是在Matter结构与非Matter域之间进行消息转换。桥接设备的工作方式如下：

• 扫描非Matter域，发现设备。
• 在Matter结构中创建非Matter设备的虚拟代表。
• 作为Matter结构中的消息收发目标节点，并将消息转换至非Matter网络。
• 完整执行Matter消息的协议转换，将其转换为非Matter消息。
• 将相应的非Matter消息转发至网络非Matter侧的相应设备。
  

从部署角度来看，桥接设备会探测非Matter域，以发现所有设备及其相关功能。随后，它利用动态端点将这些设备及其功能映射至Matter结构。对于在非Matter域发现的每个设备，桥接设备都会在运行时在Matter结构中创建一个新端点，并通过在这个新端点上实例化所有相应的Matter集群，创建所有设备功能和能力从非Matter域到Matter结构的映射。


例如，若某个Matter桥接设备用于Matter至Zigbee的桥接，而Zigbee侧有一个设备 (如灯泡) 已加入网络，则该桥接器会在其Matter网络接口上实例化一个新端点，然后实例化所有相应的Matter集群，以准确呈现Zigbee网络中的设备的功能。

Matter桥接器完成此流程后，桥接设备将按如下方式工作：

• 如果Matter灯开关希望向Zigbee灯泡发送消息，则它将向桥接设备发送开/关消息。
• 此消息的目的地将是Matter桥接器上与Zigbee灯泡对应的端点。
• Matter桥接器将接收此消息 (发往其端点之一)，并将接收到的Matter消息转换为相应的Zigbee消息。
• 然后，Matter桥接器将Zigbee消息传输至Zigbee灯泡，以完成Matter灯开关最初请求的状态更改。
• 此外，映射到Matter结构的非Matter功能必须符合Matter规范，并具备相应的集群定义。例如，Matter目前尚未支持电子货架标签相关的集群，因此无法创建适用于电子货架标签的Matter桥接器，以完整呈现该产品在非Matter网络中的所有功能和特性。
• 由于内存限制，Matter网桥只能公开与其端点数量相同的虚拟设备。
  

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Gateway (网关)
网关不是Matter设备角色，而是网络级设备角色。通常，网关用于为局域网提供互联网访问，并充当DNS服务器、DHCP服务器，同时执行其他网络层功能。

网关可以是Matter控制器、桥接器或终端设备。网络层的网关功能独立于应用层的Matter设备角色。

Border Router (边界路由器)
边界路由器是一种网络级设备角色。它是Thread规范中定义的设备角色，支持Thread网络接口以及其他一些IP网络接口，并在这些网络接口之间转发数据包。
从实现的角度来看，在Thread网络中，边界路由器执行以下操作：

• 边界路由器将为域本地或全局范围的IPv6网络提供IPv6地址前缀。该前缀可以由边界路由器自行生成，或通过基础设施接口 (即非Thread网络接口) 从网关上游接收。
• 使用单播DNS通过SRP发现Thread网络中每个节点可用的服务。
• 将这些服务缓存在内存中的数据库中。
• 每当在基础设施接口上收到mDNS请求时，边界路由器都会用面向相应Thread终端设备的缓存服务进行响应。
• 无论何时在Thread或基础设施接口上收到消息，边界路由器都会在执行一些基本的防火墙功能后将数据包路由到适当的目标节点。
  

Thread网络可以支持多个边界路由器，使消息能够通过多条不同的路由到达基础设施网络。

边界路由器可以是Matter控制器、桥接器或终端设备——网络层的功能独立于应用层的Matter设备角色。

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Matter Hub功能模块
上述术语概述了Matter结构中的各类角色。尽管这些角色有时会被互换使用，但实际上它们具有明确的区别。这些角色可以整合至同一设备，以管理多个网络并提供多种能力。通用术语“Matter Hub”用于描述这类设备，下图显示了功能模块如何融入整体实现。

“Matter Hub”功能模块。

端节点
Matter端节点是一类支持一个或多个IPv6网络接口的设备，可用于发送和接收Matter消息。端节点可以是客户端设备，也可以是服务器设备，其关键区别在于设备是否存储状态信息。

通常，如果设备存储状态信息，并允许通过Matter结构上的命令进行读取或写入，则该设备属于服务器。例如，智能灯泡就是一种服务器设备，用户可以通过Matter结构上的命令读取或写入灯泡的LED状态 (亮度、色温、色调/饱和度等)。相反，如果设备不存储任何状态信息，而是通过Matter结构上的命令改变远程设备的状态，则该设备属于客户端。例如，灯开关就是一种客户端设备，它通过Matter结构上的命令控制灯泡的开关状态。


此外，可以通过在Matter设备的端点上实例化相应的客户端或服务器集群，构建支持客户端和服务器功能的复合Matter终端设备。例如，可以通过在设备上实例化两组集群来创建一个Matter终端设备，该设备既可以充当灯开关 (支持照明客户端功能)，又可以兼作占用传感器 (支持占用传感器服务器功能)。

休眠端节点
休眠端节点并不是Matter设备角色，而是Thread网络特有的网络层设备角色。它是Thread网络上的一种设备，大部分时间处于低功耗状态，并关闭无线接收器。鉴于休眠端节点没有100%的接收器占空比，它必须找到一个父节点 (将发往休眠端节点的消息排队的代理)，使其能够关闭无线器件进入低功耗模式。休眠端节点通常采用电池供电，因此降低功耗至关重要。

休眠端节点具有一个显著特点，即通信延迟不对称。它可以低延迟发送消息，但接收消息的延迟较高。这是因为发送消息通常是一个中断驱动的过程，其中一些外部信号触发休眠端节点发送消息 (例如，在电池供电的电灯开关中，触发条件将是用户启动开关)。

考虑到Thread网络的基本异步行为，消息可以在有限的延迟下传输。相反，作为休眠端节点接收消息时，延迟通常很高，因为休眠端节点在无线接收器关闭的情况下处于低功耗状态。休眠端节点将定期唤醒，向网络查询发往它的消息(通过轮询网络上代表其对消息进行排队的代理/父节点)，这种唤醒间隔通常以秒或分钟为单位。


由于这种通信延迟不对称，休眠端节点通常用于实现Matter客户端设备，而非Matter服务器设备。例如，电池供电的灯开关 (即照明控制客户端) 能够以非常低的延迟向灯泡 (即照明控制器服务器) 发送消息，为照明控制系统提供良好的用户体验。然而，当必须向电池供电的灯开关发送消息时，延迟会更高 (例如，启动灯开关的固件更新)，但这通常不会对用户体验产生负面影响。


结束语
Matter规范引入了一系列新术语，然而许多术语可能被互换使用，实则具有不同的标准定义，容易引发混淆。本文详细阐述了Matter结构中的常见设备角色以及Matter的底层网络技术，以帮助澄清相关术语的含义。

通过深入理解用于描述Matter结构的术语体系，产品设计人员将能够更精准地定义和开发下一代基于Matter的设备。

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