Matter 系列 #2 I 智能家居互联标准 Matter 的数据模型

乐鑫 Matter 系列文章 #2

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在上一篇文章中，我们介绍了智能家居互联标准 Matter 将带来哪些好处。这篇文章，让我们来聊聊 Matter 的数据模型。设备开发人员通常会通过数据模型来定义 Matter 设备的功能。它将定义一个典型 Matter 节点的主要组成部分。

一个简单的 Matter 数据模型结构

为了方便理解，我们以构架一个照明系统为例，它包括一个 Dimmable Light（可调光灯泡）和一个 On/Off Light（简单开关灯泡）。

Matter 结构的主要组成部分

照明系统在 Matter 结构下的表示方式如下图所示。

一个 Matter 数据模型的示例

Node（节点）：节点通常被定义为一个具有某些功能的网络可寻址实体，具有唯一性。用户可以看到的智能设备实体，比如我们的这个照明系统，就是一个节点。

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Endpoint（端点）：端点可以被想象为一个可提供某种或某些服务的虚拟设备，每个节点可以拥有多个端点。比如，我们照明系统节点就拥有不止一个端点，Dimmable Light 和 On/Off Light 都是照明系统节点的端点。

注意，每个节点的第一个端点 Endpoint 0 用于提供一些适用于整个节点的服务，因此需要保留。我们将在下文具体介绍。

Matter 规范还定义了一些常见的 Device Types（设备类型），可代表一组常用功能。例如，我们的 Dimmable Light 和 On/Off Light 均为 Matter 规范中定义的标准设备类型。

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Cluster：多个常用操作组合为一个可复用的模块。

以上图为例，我们的 Dimmable Light (Endpoint 1) 中有 2 个标准 Cluster：On/Off Cluster 和 Level Control Cluster。其中，On/Off Cluster 可完成打开或关闭设备的操作，Level Control Cluster 可完成配置设备电平的操作。也就是说，在实际的 Dimmable Light 应用中，On/Off Cluster 可以控制灯泡的开关，Level Control Cluster 可以调节灯泡的亮度。

更进一步，假设我们还希望使 Dimmable Light 支持颜色控制功能，那么在该 Endpoint 中，还需要引入一个名为 Color Control 的标准 Cluster，用于控制灯泡的颜色。

我们照明系统中的另一个灯泡 On/Off Light 仅支持打开或关闭功能，因此只包括一个 On/Off Cluster。

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从上图中，我们可以看到，每个 Cluster 内都有自己的 Attribute 和 Command。

Attribute：Attribute 表示可以读取或写入的内容。比如，On/Off Cluster 包含一个 OnOff Attribute，代表设备实际打开或关闭的状态；Level Control Cluster 包含一个 CurrentLevel Attribute，代表设备的电平等级。

Attribute 既可以长期有效，也可以在设备重启之后失效；读写权限也可设置为“只读”或“可读可写”。

Matter 规范中的 Attribute 支持丰富的数据类型：包括典型值、布尔值、整数（有符号/无符号）、浮点数、枚举数、字符串，甚至集合（列表或数据结构）。

Command：Command 代表触发 Cluster 进行某种行为的能力。每条 Command 可以有自己的参数。以上图为例，On/Off Cluster 中的 Toggle（切换开关）Command，可以改变 Cluster 的 OnOff Attribute；Level Control Cluster中有 MoveToLevel、Move、Step 等 Command，可以调整 Cluster 的 CurrentLevel Attribute。

Matter 规范提供了一系列标准 Cluster（及其 Attribute 和 Command）。用户可根据具体设备，从列表中寻找适合自己设备的 Cluster。

以上是 Matter 数据模型中常见组成部分的介绍。接下来，我们将介绍另一组概念：Cluster Server（Cluster 服务器）和 Cluster Client（Cluster 客户端）。

Cluster 服务器和 Cluster 客户端

每个 Matter Cluster 均有自己的服务器以及对应的客户端。以我们的照明系统为例，Dimmable Light 和 On/Off Light 均可提供照明服务，因此均作为服务器，而用户通过 Cluster 客户端与服务器进行交互。

Cluster 服务器和客户端之间的关系如下图所示，其中：

• 在 Dimmable Light 的例子中，Dimmer Switch（调光开关）作为 OnOff Cluster 和 Level Control Cluster 的客户端，可以控制作为 Cluster 服务器的灯泡。
• 在 On/Off Light 的例子中，Simple Switch（简单开关）作为 OnOff Cluster 的客户端，可以控制作为 Cluster 服务器的灯泡。
• 此外，我们还可以将手机 App 作为 Cluster 的客户端，它同样可以控制作为 Cluster 服务器的灯泡。
• 请注意，这里的 Dimmer Switch、Simple Switch、Dimmable Light、On/Off Light 和手机 App 均为 Matter 节点。

下图表示了上述概念在其他用例中的定义。

电源开关和电源插座

Endpoint 0

最后，让我们回到前文未作介绍的 Endpoint 0。Endpoint 0 的设备类型为“根节点”。作为一个特殊的 Endpoint，它提供了一些适用于整个节点的 Cluster，包括：

• Basic Information Cluster Server（基本信息 Cluster 服务器）：提供有关节点的基本信息，如固件版本、制造商等。
• ACL Cluster Server（ACL Cluster 服务器）：允许配置可访问控制此节点的其他节点列表。
• Network Commissioning Cluster Server（网络调试 Cluster 服务器）：允许在节点上配置网络（Wi-Fi、以太网、Thread 等）。

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请注意，Matter 规范中还定义了所有 Endpoint 均需提供的强制性 Cluster。同理，每个 Cluster 中也可能定义了一些强制性 Attribute 和 Command，这里不一一列出。

以上是 Matter 数据模型的全部介绍，希望本文有助于用户使用 Matter 数据模型定义设备功能。

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本文是乐鑫 Matter 系列文章的第二篇，敬请期待后续的更多内容。