按：智能房屋，一直存在于人类的想象与创作之中。早在 1995 年，比尔·盖茨就曾在出版的「未来之路」中预言：在不远的未来，没有智能家居系统的住宅会像不能上网的住宅一样不合潮流。2007 年上映的 《钢铁侠》，则更进一步拓展了人们对于智能房屋的畅想。 随着移动互联网市场的爆发式增长，各种前沿芯片技术和通讯协议的发展。来到 2022 年，智能家居已经飞入寻常百姓家。
但是，智能家居一直受制于一个障碍——通讯协议的分裂。各家标准互不兼容，给消费者选择造成了很大困难，也不利于整个行业的进一步普及化。
这一情况在 2019 年底发生了改观。当年 12 月，Amazon、Apple、Google、三星 SmartThings 和 Zigbee 联盟宣布合作组建 Project Connected Home over IP （CHIP）组织，开始了统一协议的制定工作。随着后续完善，这个统一标准在 2021 年 3 月正式更名为 matter。
在这组新的连载文章中，我们将会与大家一起探究 matter 这个协议的前世今生以及其核心的技术优势，希望帮助大家更好地认识这个协议、更有针对性地选购智能家居产品。
本文最初于 2022 年 7 月首发于少数派会员计划，如果你对本文感兴趣，我们鼓励你了解并加入少数派会员。
引子
如果你接触或者使用过智能家居，那么你一定或多或少会遇到这些问题：
很多智能家居的搭建教程，往往就会在教程的开头带出自己所使用的生态方案，以及这个生态的优势，这个生态可能是「米家」也有可能是 HomeKit。但对于用户而言，选择了正确的入口之后会决定你的智能家居的上下限，不同生态之间也各有优劣。
在国内，国外的智能家居模式显得有些水土不服。就比如以隐私性和可靠性著称的 HomeKit 生态，需要使用者以及家属都必须是 iOS 用户，且 HomeKit 生态的智能家居产品价格更高、种类也更少。
而更符合国情的米家生态，虽然品类较多且价格便宜，但你只能通过云端控制家庭中的设备。如果发生服务器宕机或是网络中断等问题，智能家居就会变得连传统家居都不如，这个角度来看米家的稳定性很难说得上好，此外纯云端还会有一定的隐私、安全风险。
当然，国内的智能家居生态也不只这两个选择，诸如华为、阿里等国内大型公司也在布局各自的智能家居生态；米家生态链、HomeKit 产品双料制造商 Aqara 也在布局自己的生态环境，传统智能家居厂商也在逐渐谋求转型。虽不能说眼花缭乱，但也称得上是选择多样了。
在国外，则是 Apple HomeKit、Google Home、Amazon Alexa 三足鼎立。虽然国外市场上同一设备的跨平台支持相较国内较好，但是仍然有很大一部分设备只支持其中的一到两个平台；并且单品的售价较贵，同一个设备在不同的平台也可能有不同的「特色」功能，所以最后在选择和使用智能家居的时候仍然需要统一的智能家居操作平台。
当然，哪怕是同一个生态下的不同设备，使用的通讯协议和应用方式也有很大区别。举个例子，玩过 HomeKit 的朋友应该知道 HomeKit 支持以太网或者 BLE 的直接接入，ZigBee/Z-Wave 可以通过「网关」接入，但是因为 Zigbee/Z-Wave 本身有完整的应用层，在进入 HomeKit 之后还需要被「网关」转化成 HAP。这个过程可以简单的理解成：不同的应用层是不同的语言，「网关」是其中的翻译官，不同通讯协议设备之间的交流几乎都要通过「网关」的处理。同样的，在米家生态中，蓝牙 Mesh 也包含了完整独立的应用层，也需要相应的「蓝牙 Mesh 网关」来实现控制和操作。
为了解决当今智能家居市场这样的乱相：通信协议混杂，平台支持不完善，生态之间有巨大的壁垒，用户体验糟糕等等问题，matter 应运而生。
Connected Home over IP
在 2019 年 12 月 18 日，Amazon、Apple、Google、三星 SmartThings 和 Zigbee 联盟宣布合作組建 Project Connected Home over IP （CHIP）组织。旨在解决前文提到与没有提到的所有现存的 IoT 问题。从项目建立最开始，就围绕着 IPv6 这个网络协议推进，因此 IP 在项目命名中是核心名词，有关这一点也会在后面的文章中详细讨论。
Project CHIP 是一个由 CHIP 组织发起的，全世界最大的科技巨头推动的开源智能家居规范项目。在后续的过程中逐渐完善，并在 2021 年 3 月正式更名为 matter，与此同时 Zigbee 联盟也更名为「连接标准联盟 CSA」。从这次更名不难看出，matter 和 CSA 对智能家居市场有着宏大的愿景，希望能改变智能家居市场、 IoT 生态，甚至世界的准备。
在过去的一年中，苹果在连续两年 WWDC 上都着重提到了 matter，Google 也在 Google I/O 上表达了自己对于这个项目的态度。国内的智能家居独角兽 Aqara，老牌厂商飞利浦宜家等等众多厂商也接连宣布自己将支持 matter。
不过在 matter 项目发布之后，想要加入这一标准的厂商络绎不绝。过多的厂商加入也带来了适配的问题，matter 项目从原本预定的 2021 年年末跳票到了 2022 年下半年。根据 CSA 的日程表，matter 将于 2022 年下半年发布 1.0 的技术准则并且开启相关产品的认证流程。从目前的情况来看，不管有什么情况发生，今年年末我们都将会见到第一批基于 matter 的产品问世。
matter
为什么科技巨头都如此热衷于 matter，我们要从 matter 能够改变什么来说起，如果你购买到一个 matter 认证的产品，那么：
- 这个产品可以加入任何支持 matter 的生态中，比如 HomeKit、Google Home、Alexa 或是其他支持 matter 的第三方生态，并且在各个生态中可以使用本生态的所有基础以及进阶功能。
- 不需要购买对应生态的网关，不同的生态的网关可以管理其他生态的产品。HomePod、Apple TV、Nest 音箱甚至 eero 路由器均可以作为 matter 网关支持其他所有的 matter 设备。
- 可以和你家中任何其他品牌的 matter 产品直接交换数据、执行操作或是作为自动化中的一部分，不同的通讯协议也不需要再经由「网关」的翻译，大大节约数据交换上的延迟开销。
- 安全的本地运行机制，可以不需要接入任何厂商的云服务，在家中就可以完成控制、自动化与固件升级。
- 使用 Wi-Fi 以太网以及 Thread 协议，其中 Thread 是最先进的 IoT 通讯协议，响应延迟极低。
- 安全的认证入网过程，对于多生态，多管理员的家庭极其友好。
这些实现的具体技术细节，我们在后面的文章中会详细向你解释，可以说，matter 从诞生之初就想要统一 IoT 市场并且解决过去所有智能家居用户的痛点，matter 也会让厂商从生态构筑这一垄断的恶性竞争转变为专注产品力与产品深度的良性竞争，关于这一点我们也会在本系列的最后一篇详细聊聊。
对 matter 能够做到什么有了一个基础认识之后，我们来看看 matter 的构成：
matter 在最上面代表了应用层，下方则是网络层以及物理层的各项通讯协议。可能对于不熟悉的朋友可能会比较迷惑，我们来逐一解释一下这些代表了什么。
在最上层的 matter 可以被想象成一种语言：也就是智能家居互相的交流方式，只要使用 matter 这种语言的智能家居就可以顺畅的互相交流，而无需一个翻译官——「网关」的介入。TCP/UDP 则可以想象成不同形式的邮件和包裹，他们被不同的邮递方式，也就是最底层的各种传输技术，寄送给各个智能家居的门牌号 —— IPv6。更底层的各种网络技术则可以看作各种快递方式，快递方式可能有速度上的区别，但殊途同归的是把邮件投递到对应的门牌号。
Matter 中新的快速搬运工 — Thread
在 matter 支持的这些传输协议中，最主要的三个传输协议就是以太网、Wi-Fi 以及 Thread 了。以太网和 Wi-Fi 相信大家已经非常熟悉了，日常网上冲浪，局域网传输文件都离不开他们。而 Thread 则更像是智能家居设备专属的 Wi-Fi，由于其低功耗，高覆盖度的特性，可以让用电池供电的家居设备也能持续运转多年。从性能上看，Thread 的传输带宽，稳定性，响应时间都远高于市面上所有的低功耗传输协议比如 ZigBee 和蓝牙 Mesh，不论是在中小规模或者是大规模网络中，Thread 实际延迟表现非常优秀，远远低于用户能感知的范围。
并且 Thread 还拥有 Mesh 、自愈网络以及节点自动管理等等特性，这些我们会在后面的有关于 Thread 的文章中详细解释。
Thread 协议的由来也很有意思，它是 Nest 公司于 2015 年提出的新型通讯协议。而同年，Nest 公司被谷歌收购。因此组建 Project CHIP 的时候，谷歌贡献出了 Thread 这一先进的低功耗网络协议作为 matter 的基石之一。
HAP 用最自然的方式接入设备
再回到 matter，如果我们观察一下 matter 加入设备的流程，就会发现与现在的 HomeKit 的设备加入方式一模一样：使用手机扫描二维码，设备通过 BLE 与手机连接，传输信息之后加入智能家居组网。
这是由于苹果贡献了其大部分 HomeKit 协议的代码 HAP（HomeKit Accessory Protocol），用于构建 matter 的应用层。HomeKit 可能是是目前最为安全的且完全本地运行智能家居生态，而 HAP 被用于 matter 的构建也是情理之中。从 matter 的本地化实现方式，设备接入认证，以及设备之间的加密通讯，都有着 HAP 的影子。在 WWDC21 上苹果也描述了 matter 协议接入 HomeKit 的方式：
可以看到 matter 和 HAP 在 Device 层面是完全对等的，matter 集成了 HAP 高安全度和本地运行的特性。这一高安全度的特性随着 matter 协议的发布，不再仅限于 HomeKit，所有通过 matter 认证的设备都可以在任何其他生态中享受到与 HomeKit 几乎相同的安全性和稳定性。
统一的智能家居语言：APZAP
基于 HAP 的代码定义了 matter 是如何接入、认证、加密连接的方案，那么在 matter 中智能家居之间是如何无障碍沟通呢？说到这里就要提到 matter 吸收并改进的一个重要的技术：来自 ZigBee 联盟的 ZigBee Cluster Library，简称 ZCL。
简单的来说，这个库定义了市面上几乎所有设备的控制方式，举个简单的例子：一个具有亮度、色温和 RGB 调节的灯，会被引入库中的「开关」「亮度调节」「色彩调节」这三种属性，如果你突发奇想，想给你的产品添加一个可以播放音乐的音箱，那么只需要再添加几个和音响相关的属性，就可以完成对这个设备的定义。
ZigBee 数十年的积累让这个库非常完整，市面上绝大部分设备都可以被这个库中的 Cluster 定义。本身 ZCL 只应用于 ZigBee 协议，但是在 matter 成立之后，ZCL 被拓展成 ZCL Advanced Platform，也就是 ZAP。所有支持 matter 的设备不论如何通信，都会使用 ZAP 作为唯一的通讯语言进行信息的交互和控制。
以往的智能家居由于「语言」的不统一，需要使用网关，这一翻译官来进行翻译。在过去，在 HomeKit 中，如果在 Wi-Fi 下发送了一条关闭 ZigBee 开关的指令，那么这条指令先会用 HAP 发送到 ZigBee 网关下，再经由网关翻译成 ZCL 去控制开关。而升级成 matter 之后，你发出的指令可以直接传输到 Wi-Fi、以太网以及 Thread 设备下，不需要任何中介设备就可以完成对设备的控制。用同一语言进行沟通，大大的提高了可用性，并且减少了开销。
集百家所长的 matter
这些往年的优秀技术，让 matter 这个建立还不到三年的年轻协议，拥有了几乎是市面上速度最快的低功耗传输协议，最安全的接入和运行方式，以及最全面的设备类型定义库，因而有了统一 IoT 市场的资本。可以说 matter 是过去 20 年内，所有智能家居优秀的技术结晶所催生的协议。
讲到这里，你大概对于 matter 以及有了一个初步的认识，从下一篇开始我们会逐渐剖析 matter 各个部分的原理，让你更深刻的理解为什么这才是智能家居的未来。
