简化智能家居：了解 Matter、Thread 与 Wi-Fi 如何重塑物联网连接

消费者选择智能设备，旨在改善家庭的安保水平，提升安全性、便利性、节能效果，以及健康保障。虽然单个设备的特性和功能能够满足用户需求，但在整个智能家居网络中，互操作性问题却困扰着许多用户。随着设备数量的增加，通过Thread、Wi-Fi和蓝牙®等多种技术标准来管理多个接口常常让用户感到力不从心。

Matter 借助其行业标准框架，有效解决了智能家居领域的碎片化难题，促进了设备间的无缝互联、稳定性与安全性。它独立支持Wi-Fi、Thread和以太网，使开发者、设备制造商及消费者能够专注于应用与用例本身，而无需过多关注技术或标准细节，为构建更加兼容、高效的智能家居生态打下基础。

图1，物联网生态系统的早期阶段（左）和支持Matter的新生态系统（右）

Matter通过单一接口为物联网制造商、平台供应商（如亚马逊、谷歌、苹果）以及智能家居设备市场提供了必要的互操作性和控制能力。图2展示了Matter带来的主要推动因素。

图2，围绕Matter的主要驱动因素

Matter通过标准化开发和产品认证支持来简化智能设备生态系统。这使得零售商能够解决消费者对无线生态系统和互操作性的担忧。

那么，在Matter的整体架构中，无线通信协议Thread又扮演着怎样的角色？Thread是基于 IEEE 802.15.4 标准构建的一种低功耗无线网络协议，并采用互联网协议第6版 （IPv6）作为其网络层协议。Thread具备多项优势，包括强大的加密功能、低延迟通信以及低功耗设计，同时支持单个网络内容纳数百个设备。

这种无线技术专为支持Matter的智能家居设备而设计，有助于增强Matter设备的整体性能、容量和覆盖范围。在本文后续部分我们将更深入地探讨Thread，但在此之前，让我们先快速了解一下Matter。

Matter 及其软件架构栈

如图3所示，Matter采用分层架构，底层是物理层，顶层为应用层，并整合了多种IP技术，包括传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）——均为用于网页浏览的常见协议。在核心层面，Matter使用IPv6。IPv6作为一种互联网层协议，能够在各种网络中实现端到端的数据传输，常见于笔记本电脑和智能手机等日常设备中。

图3，Matter分层架构

这一框架使Matter能够在基于IPv6的传输协议上建立安全的应用层，从而促进消息路由。与当前的蓝牙或Zigbee等系统不同，使用IP技术使所有网络设备都能直接通信——例如，您的笔记本电脑可以使用Wi-Fi与支持IP的灯泡实现交互，而无需基于云的翻译或网关解析。

此外，Matter支持多种物理层连接方式，包括以太网和Wi-Fi。它还引入了通过Thread协议使用Matter的选项；这种支持Thread的标准提高了电池供电设备的响应速度与能效表现。接下来，我们将探讨Thread如何为更高效、更可靠的家庭网络提供所需的推动力。

Thread的技术优势

Thread是一种专为电池供电设备等低功耗物联网设备设计的无线网状网络标准。其低功耗特性显著延长了电池寿命，非常适合应用睡眠模式运行的终端设备，如恒温器、门锁和家庭传感器。

Thread的设计旨在使物联网设备运行更快、故障点更少、功耗更低，并实现更加无缝的互联互通。它特别针对那些需要长时间休眠、仅短暂唤醒发送数据后再次进入休眠状态的设备进行优化。

总体而言，Thread是一种低功耗、高速率通信标准，能够创建网状网络。这使得它能够在网络中具备冗余能力，通信速度也优于蓝牙和低功耗蓝牙（BLE）。

Thread网络中只需要一个边界路由器，它可以内置于任何Wi-Fi网络设备中，如灯泡、恒温器等。然而，网络中的边界路由器越多，网络就越高效、越可靠。如图4所示，配备更多支持Thread的设备和边界路由器，可以增强网络的效率及可靠性。

图4，Matter的物联网智能家居生态系统

Thread创建了一个网状网络，使得灯泡、恒温器、照明开关、智能窗帘、传感器等设备能够相互通信，而无需每次都回传至Wi-Fi或网络中继器或网桥。Thread网络不需要中继器，因为如果网络中的某个设备出现故障，数据会自动通过其他设备进行转发（例如另一个灯泡或传感器）。

Thread的互操作性与未来适应性

理想的智能家居将拥有一个普遍兼容的设备生态系统，无论制造商是谁，设备之间都能相互通信；这正是Matter的目标。为了实现这一目标，Matter必须采用一种能够确保未来适应性的技术标准。投资Thread这样的技术就能保证这一点，因为它被设计为能够随着时间的推移而不断进化；例如通过Thread 1.4.0等更新，为家庭物联网的未来发展做好准备。作为一种基于IP的开放技术，Thread不依赖于特定制造商或市场策略。

物联网将很快拥有几乎无延迟或延迟难以察觉的设备。Thread协议面向这些低延迟、高吞吐量、实时场景而设计；无论是将数据传输到云端，还是在网络设备间传输，它都能以最小的延迟确保有效性和效率。Thread还支持多路径路由，因此随着更多基于Matter的物联网设备面向消费者推出，它们也能轻松接入现有网络。

在网络中，安全性始终至关重要，而在物联网领域，安全漏洞是一个令人担忧的问题。Thread构建了一个高度安全的网状网络，采用金融级安全加密技术。Thread对所有网络数据流量都采用128位高级加密标准（AES），为用户提供高阶安全保障。

Thread所带来的优势：

• 增强的灵活性： Thread允许每个设备在自修复、自组织的网状网络中充当微型中继器。无需中央控制节点，即使某个设备离线，也能确保网络持续运行。
• 互操作性： Thread基于互联网协议（IP），意味着它可与所有基于IP的设备直接通信，如智能手机、平板电脑、计算机和Wi-Fi路由器。
• 低延迟： 基准测试显示，Thread是一种低延迟的通信标准。
• 安全性： Thread通过为所有网络流量使用128位AES加密、采用金融级的安全措施来防护常见的安全漏洞，并为每个设备分配唯一的网络密钥，以防止未经授权的访问，确保所有通信都经过加密且防篡改，从而为物联网和智能家居打造高度安全的网状网络。
• 自修复： 如果某个路由器或边界路由器离线，其它设备将自动接管其功能，确保网络稳定可靠。
• 易于设置和集成： Thread使用IP协议，使开发者和制造商可以与产品和用户保持直接通信；利用标准的互联网工具，能够更快地将产品推向市场，并随着时间的推移对应用层和云服务进行更新。
• 实时通信： Thread专为低延迟和高吞吐量场景而设计，通过支持多径路由，确保在设备离线或超出覆盖范围时仍能维持通信可靠性，无单一故障点。
• 可扩展网络： 作为一种低功耗、低延迟的无线协议，Thread支持最多250台设备接入。通过边界路由器构建网状网络，无需中心中继器或桥接设备，各设备之间可直接通信。作为一种低功耗、低延迟的无线协议，Thread支持最多250台设备接入。通过边界路由器构建网状网络，无需中心中继器或桥接设备，各设备之间可直接通信。
• 高度兼容： Thread利用现有的技术和2.4GHz频段上的IEEE 802.15.4无线电实现全球部署，具有能效高和易于安装的特点，其开放标准以及主流品牌的支持增强了在Thread网状网络中的兼容性与集成性。
• 更低功耗： 以路由网状方式运行，设备主动寻找最佳路由，从而降低功耗和延迟。

克服 Matter/Thread 发展中的阻碍

当然，Thread和Matter的发展并非一帆风顺，至少目前还不是。但就像Wi-Fi和蓝牙刚起步时一样，它们也面临过一些阻碍。最终，Matter的主导者选择了Wi-Fi和Thread作为其无线通信技术。

连接标准联盟（CSA）和Thread 工作组（Thread Group）意识到了这些阻碍，因而通过整合竞争对手的技术来推动Thread的采用。例如，Thread使用蓝牙进行初始设备发现，并允许ZigBee的应用层在其网络上运行，以确保与现有ZigBee软件的兼容性。

与任何新标准一样，Thread也面临着挑战，其普及需要时间。然而，Thread带来的诸多优势最终将使其成为安全物联网Matter设备的首选标准之一。

最终，Thread 的整体解决方案需要平台和制造商就一种统一的方法达成一致，以便在设备间共享网络凭证，并创建一个行业标准，用于在家中安全地建立统一的Thread网络。如今，CSA和Thread工作组正通过鼓励团结和制定清晰的战略路线图，果断地应对这些阻碍。

结语

本文深入探讨了Matter和Thread如何共同提升物联网领域的发展，为智能家居设备提供了一个强健的技术框架。Matter通过其开源、基于IP的标准简化了网络复杂性，确保了设备间的互操作性；该标准支持多种物理层，包括以太网、Wi-Fi和Thread。Thread专为与Matter互补而设计，擅长创建高效、可靠的网状网络，支持多种设备，且无需中央控制节点。其特点，如低延迟、采用128位AES加密的高安全性，以及自修复能力，解决了当前物联网面临的许多挑战。尽管面临阻碍，但得益于行业中各厂商间的协作，市场正在涌现网络凭证共享的标准化解决方案，旨在减少平台碎片化，提升智能家居的用户体验。Matter和Thread的共同努力正在为构建一个普遍兼容、可扩展且安全的物联网生态系统奠定基础。

关于作者

我们的作者在面向前沿技术开发及优化物联网解决方案方面拥有丰富的专业技术知识。立足对客户需求和行业趋势的深刻理解，他们与Qorvo的设计团队紧密合作，推动创新，并提供支持行业领先产品的尖端解决方案。

感谢参与本文撰写的主要贡献者：Chitra Mysore（高级产品市场经理）、David Schnaufer（技术市场经理）、Marcel Virjkorte（高级应用工程经理）和Abnob Abdelnour（高级射频系统工程师）；他们的宝贵支持为我们的读者带来专业知识和反映行业趋势的最新信息。