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解决物联网设备互操作性难题的方案
来源:Arrow 发布:2024/04/19 浏览量:167

在智能家居应用中,市面上已经出现各式各样的物联网设备,但这些设备之间所支持的协议较为多样且复杂,导致不同品牌的设备往往不具备互操作性,造成用户在使用上的困扰。本文将为您介绍用于智能家居物联网设备的Matter协议的特性与发展,以及由艾睿电子统合NXP、Murata、ST的整体解决方案。

在智能家居应用中,市面上已经出现各式各样的物联网设备,但这些设备之间所支持的协议较为多样且复杂,导致不同品牌的设备往往不具备互操作性,造成用户在使用上的困扰。本文将为您介绍用于智能家居物联网设备的Matter协议的特性与发展,以及由艾睿电子统合NXP、Murata、ST的整体解决方案。

 

不同智能家居设备面临着互操作性挑战

 

智能家居和楼宇中的物联网设备通过多个本地网络相互连接,并连接到云端进行数据处理和存储。但如果没有统一的语言,用户体验就不是最佳的,并且设备管理可能会很复杂。

 

目前的智能家居设备正面临着互操作性挑战,用户可能需要连接市面上超过100种以上的物联网设备,这些设备可能采用超过30种以上的协议,并采用有线和无线方式进行连接,这都对物联网设备之间的互操作性带来挑战。

 

Matter协议是由连接标准联盟(Connectivity Standards Alliance, CSA)推出,提供了一个通用标准来简化和统一物联网连接,无论设备的平台和品牌如何。在智能家居中,联网设备基于Wi-Fi、Thread或以太网技术运行,每个设备在Matter网络中都有特定的角色,这些设备可以是终端设备、路由器/网桥或控制器。

 

Matter项目的目标是简化制造商的开发并提高消费端的兼容性,该项目围绕一个共同信念而建立,即智能家居设备应该安全、可靠且无缝使用。该项目以互联网协议(IP)为基础,旨在实现智能家居设备、移动应用程序和云服务之间的通信,并为设备认证定义一组特定的基于IP的网络技术。

 

Matter可为智能家居生态系统带来互操作性,提高消费者的可靠性,确保安全和隐私,并简化物联网设备的开发流程。对于消费者来说,Matter帮助他们可使用一个App控制所有支持Matter协议的设备,提升了操控体验;对于厂商来说,使用一套硬件就可以满足所有的用户的需求;对于服务商来说,从此可不再限制于特定的厂商,可在更多的厂商中选择产品。

 

有越来越多的开发者更看重Matter物联网设备平台,这是因为Matter物联网设备具备跨品牌的互操作性,Matter可实现整个智能家居领域的无缝通信,以往开发人员必须为其设备选择单一智能平台(例如HomeKit、Alexa或Google Assistant),这种选择影响了兼容性和销售。借助Matter技术,开发人员可以使用跨品牌的统一平台来设计他们的设备。例如,支持Matter的设备可以与Samsung SmartThings和Apple HomeKit配合使用。

 

许多以往支持HomeKit的硬件也开始支持Matter,与Matter的合作意味着Apple HomeKit拥有更多硬件选择,开发人员可以创建像HomeKit设备一样运行的设备,并保持与现有HomeKit应用程序、Siri和控制界面的兼容性。

 

采用Matter可以统一开发框架,Matter为用户提供共享的智能家居界面,开发人员可以使用同一平台构建支持Matter的设备,确保一致且响应灵敏的本地连接,这种统一的开发框架简化了创建智能家居产品的过程。

 

Matter并具有向后兼容性,Matter允许旧的HomeKit设备与支持Matter的新设备无缝集成,用户可以继续使用现有的HomeKit设备和Matter设备,而不会造成中断。 

 

综上所述,Matter提供了更广泛的生态系统、交叉兼容性和一致的开发体验,使其成为旨在进入Apple Home生态系统开发者具有吸引力的选择。

 

为了缩短产品的开发周期,艾睿电子使用NXP、Murata、ST的解决方案开发了Matter生态系统参考设计。其中使用了NXP用于Thread板路由器的i.MX 8M和i.MX 93,以及Murata用于无线协同处理器的Type 2FR和Type 2EL,用于Wi-Fi端节点的Type ABR和Type 2HV,以及用于Thread/Wi-Fi端节点的Type 2FR,还有ST用于OpenThread终端节点的STM32WB,以下将为您介绍这些解决方案的功能特性。

0424-ArrowTimes-BD-Article-Matter Networking Protocols

 

满足广泛应用需求的应用处理器

 

NXP的i.MX 8M系列应用处理器是基于Arm® Cortex®-A53和Cortex-M4内核,具有先进的音频、语音和视频处理功能,适用于从消费类家用音频到工业楼宇自动化及移动计算等广泛应用。

 

i.MX 8M支持高品质视频,提供全4K UltraHD分辨率和HDR(Dolby Vision、HDR10和HLG),可提供高水平的专业音频保真度,具有20多个音频通道,每个通道384KHz,支持DSD512音频功能,适用于无风扇运行,散热系统成本低,电池使用寿命较长,并具有灵活的存储器选项,其最新的高速接口可提供灵活连接,NXP并提供10年和15年产品长期供货计划的全面支持,i.MX 8应用处理器是NXP EdgeVerse™边缘计算平台的一部分。

 

NXP的i.MX 93应用处理器则是通过集成的EdgeLock®安全区域提供高效的机器学习(ML)加速和高级安全,以支持高能效的边缘计算。i.MX 93应用处理器是i.MX系列中首个集成了可扩展的Arm Cortex-A55内核的产品,有助于提高Linux®边缘应用及Arm Ethos™-U65 microNPU的性能与能效,助力开发人员打造功能更强大、更具成本效益、更节能的ML应用。

 

i.MX 93处理器采用NXP创新的Energy Flex架构,可优化工业、物联网和汽车设备的性能与能效。SoC针对汽车、工业和消费电子物联网细分市场提供丰富的外设。作为EdgeVerse™智能边缘解决方案的一部分,i.MX 93系列提供消费电子、工业、扩展工业和汽车级认证的产品,并由NXP产品长期供货计划提供支持。

0424-ArrowTimes-BD-Article-Type ABR

 

高度集成的无线网络控制器模块

 

Murata的Type ABR则是基于NXP 88MW320(无线微控制器)的小型模块(集成PCB天线),支持Wi-Fi® 802.11 b/g/n高达72.2 Mbps PHY数据速率,并具有用于主机端应用的集成200MHz ARM Cortex-M4F MCU。Type ABR的尺寸仅有22.0 x 19.0 x 2.4 mm(典型),集成PCB天线和U.FL连接器,模块上的SPI闪存高达2MB,支持UART Wi-Fi主机接口和GPIO控制,通过FCC/IC认证,并可提供CE测试报告。

 

Type ABR通过其集成的ARM Cortex-M4F MCU轻松实现独立的消费类应用,通过NXP强大的EZ-Connect™工具(WMSDKA)允许客户快速、轻松地定制他们的解决方案。除了独立的WMSDKA配置外,NXP还提供MCUXpresso集成解决方案,其中可与Murata的ABR mikroBUS EVB与LPCXpresso55S16/28/69开发板搭配使用。Type ABR模块可通过WMSDKA固件支持的简单串行接口,为NXP LPC MCU提供WLAN链路。

 

Murata Type 2EL是一款基于NXP IW612组合芯片组的小型高性能模块,支持Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax,以及Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE + 802.15.4,支持高达601Mbps Wi-Fi®上的PHY数据速率和Bluetooth®上的2Mbps PHY数据速率。WLAN部分支持SDIO v3.0 DDR50接口,Bluetooth®部分支持高速4线UART接口和用于音频数据的PCM。Type 2EL模块采用令人印象深刻的小型屏蔽外形尺寸封装,有助于集成到尺寸和功耗敏感的应用中,例如物联网应用、手持无线系统、网关等。

 

Murata的Type 2FR/2FP则是一款MCU结合Wi-Fi/BLE/Thread的无主机模块,采用NXP RW612/RW610芯片组,内置260 MHz Arm® Cortex ® M33 MCU,结合802.11 a/b/g/n/ac/ax,以及BLE 5.3与Thread(仅限2FR),最大尺寸仅有12.0 x 11.0 x 1.5 mm,支持以太网802.3(有线)、SDIO 3.0(WLAN)、USB-OTG、I2C、I2S、SPI、USART,并支持FCC/IC/TELEC“参考”认证(待定)与CE施行测试报告(待定),提供单或双(独立BLE/(仅限Thread-2FR))天线配置,以及U.FL连接PCB天线或Murata定制的PCB走线天线选项。

 

Murata也推出Type 2FR评估套件(EVK),具有复位按钮与两个用户定义的按钮,以及5个可配置LED,EVK的板载PCB天线即将获得认证,内置PIR运动和温度I2C传感器,支持mikro-BUS、Arduino、PMOD、I2C、扩展接口,以及USB调试/控制台、USB OTG,具有ARM 10针接口(SWD或JTAG),可通过跳线配置启动控制,具有QSPI闪存与32 KHz慢速时钟、电流测量跳线(电阻选项)、以太网端口。

 

Type 2HV则是Murata最新的低成本物联网Wi-Fi®/BT无主机模块,它集成了无线连接和网络协议栈,提供超低功耗,使其成为物联网应用的理想选择。Type 2HV凭借高达160MHz的集成超低功耗32位ARM MCU,轻松实现独立消费类应用,并具有2MB闪存和288KB RAM内存。它提供多种通信接口,包括UART/I2C/SPI和各种GPIO,Type 2HV SDK允许客户快速轻松地定制他们的解决方案。

0424-ArrowTimes-BD-Article-STM32WB5MM-DK

 

用途多样的双核多协议无线微控制器

 

ST的STM32WB系列是双核多协议无线STM32WB微控制器,支持Bluetooth® Low Energy、Zigbee®、Thread®和Matter连接,STM32WB无线微控制器基于以64 MHz运行的Arm® Cortex®‐M4内核(应用处理器)和以32 MHz运行的Arm® Cortex®‐M0+内核(网络处理器),是一种自给自足型解决方案。该系列微控制器采用片上系统(SoC)封装,其中嵌入了连接功能和一个通用微控制器。

 

STM32WB提供经过认证的Bluetooth® Low Energy 5.4无线电协议栈、Bluetooth SIG配置文件,以及符合V1.0标准的Mesh拓扑。STM32WB SDK还支持面向Bluetooth® Low Energy解决方案(包括Zephyr和Arm Cordio协议栈)的主机控制器接口(HCI)。STM32WB支持IEEE 802.15.4标准(Zigbee和Thread),以及IEEE 802.15.4 MAC层,支持设计人员采用任何专有协议。

 

STM32WB还支持Zigbee(Zigbee PRO 2017),其占用空间经过优化,可支持所有Zigbee网络拓扑。Zigbee RFD和FFD涵盖了终端设备、协调器和路由器角色。此外,还支持OpenThread,该技术已加入到所有MTD、FTD和边界路由器中。它涵盖了休眠终端设备(SED)、路由器和领导者角色,因此也支持网关基础设施。该系列微控制器提供多种经过认证的配置,可在尺寸和OTA功能方面提高设计自由度,从而实现平台优化。

 

STM32WB MCU支持Matter协议,在Matter网络中,Bluetooth® Low Energy用于调试设备,它可以在动态并发模式下与Thread协议同时运行。STM32WB多协议MCU可以在并发模式下同时运行Bluetooth® Low Energy 5.4与802.15.4无线协议、Zigbee或OpenThread协议。这有助于在安装和配置过程中更方便地管理设备,显着提升整体用户体验。

 

STM32WB MCU集成式解决方案不仅具有连接功能,还包括无线应用MCU处理器,可简化设计工作,可借助Bluetooth® Low Energy 5.4技术打造创新设备,输出功率超出10 dBm,可扩展远端通信范围,支持设备通信广播扩展,延长电池寿命,可确保快速、可靠的数据传输,提升应用效率(测评分数达到407 CoreMark),并保护IP和隐私(已通过SESIP3认证),提供成熟的STM32Cube生态系统,可加快产品上市速度。

 

结语

 

通过Matter协议的推出,解决了物联网设备之间的互操作性问题,将有助于提高用户采用这些设备的意愿,可望加速智能家居等应用的普及,市场发展将极具潜力。艾睿电子集成了NXP、Murata与ST的解决方案,并推出多款参考设计,将可加快客户开发相关产品的速度,若想知道更多细节,请直接与艾睿电子联系。

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