Matter 系列 #5 I Matter 中的 Thread 边界路由器

乐鑫 Matter 系列文章 #5

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在此前的几篇文章中，我们从多个方面介绍了 Matter 协议。今天，让我们回到 Matter 的一个基础特性：基于 IP 网络。

Matter 是基于互联网协议 (Internet Protocol, IP) 定义的通用应用层。因此，无论底层采用何种 IP 网络协议，Matter 应用层都能够保证设备间的互操作性。在即将发布的第一版 Matter 协议中，它将首先支持以太网、Wi-Fi 和 Thread 网络协议。

Matter 的协议层结构

以太网和 Wi-Fi 都是众所周知的网络协议，而 Thread 则是一个比较新的概念。

简单来说，Thread 是一套基于 IPv6 的低功耗 mesh 网络协议，常用于物联网产品。Thread 协议是基于 IEEE 802.15.4 技术，因此 Thread 网络中的设备无法直接与 Wi-Fi 或以太网设备通信。为了使 Thread 设备与其他网络中的设备互联，我们需要在 Matter 的拓扑结构中增加一个特殊设备：Thread 边界路由器。

下图展示了典型的 Matter 协议拓扑结构：

Matter 拓扑结构

在本地网络中实现设备的端到端通信是 Matter 的关键特点之一。它支持设备跨以太网、Wi-Fi 和 Thread 网络进行通信。例如，一个 Thread Matter 开关可以控制一个 Wi-Fi Matter 灯泡；同理，一个 Wi-Fi Matter 开关也可以控制一个 Thread Matter 灯泡，而且这些过程均无需借助手机 App、云或其他特别操作。

接下来，我们将通过一个由 Thread 边界路由器连接 Wi-Fi 和 Thread 设备的例子，介绍 Thread 边界路由器如何支持 Matter 协议中的 (a) 双向连接和 (b) 服务发现功能。

双向连接

Thread 边界路由器负责在 Wi-Fi 和 Thread 网络之间转发 IP 帧。与网关/桥接设备不同的是，Thread 边界路由器仅需专注于处理 IP 层的通信，而无需考虑应用层的数据内容，或处理应用层交互。

Thread 网络的单播寻址有三个作用域：

• Link-Local：仅用于单跳通信
• Mesh-Local：用于本地 Thread 网络内的通信
• Global：用于与 Thread 网络之外的设备通信

Thread 边界路由器为其所在 Thread 网络配置 OMR (Off-Mesh Routable) Prefix，每个 Thread 设备相应添加一个 OMR 地址作为全局单播地址。Thread 边界路由器通过向 Wi-Fi 网络发送包含 IPv6 Route Information Option (RIO) 的 Router Advertisement (RA) 数据帧，来宣布此 OMR Prefix 可抵达 Thread 网络。

同理，Thread 边界路由器也会通知 Thread 网络设备，通往 Wi-Fi 网络的路由信息。这个过程中，路由信息是通过 Thread Network Data 在 Thread 网络中传播，而非使用 IPv6 Neighbor Discovery 协议。

Thread 边界路由器的双向连接

此时，Thread 和 Wi-Fi 网络中的设备都已经知道可以通过 Thread 边界路由器转发， 并通往对方网络的路由信息。

服务发现

Matter 采用标准的基于 DNS 的服务发现 (DNS-Based Service Discovery, DNS-SD) 协议，进行服务广播和发现。在 Wi-Fi 和以太网络中，DNS-SD 协议使用多播 DNS (mDNS) 方式。

然而，多播和广播在 Thread 等低功耗 mesh 网络中的效率并不高。因此 Thread 特别引入了服务注册协议 (Service Registry Protocol, SRP)，通过单播进行服务发现。

Thread 边界路由器的服务发现

通常情况下，Thread 边界路由器充当 SRP 服务器和代理 (Advertising Proxy)：Thread 设备向 Thread 边界路由器注册自己的服务，接着 Thread 边界路由器通过多播 DNS 向 Wi-Fi 网络广播所有 Thread 设备的服务信息。

Thread 边界路由器还实现了 DNS-SD 发现代理 (Discovery Proxy)，这样 Thread 设备也可以发现 Wi-Fi 网络中的服务。

乐鑫 Thread 边界路由器解决方案

乐鑫自 Matter 发起之初就积极加入并开发 Matter 项目，现已能够为用户提供全功能的 Matter 协议解决方案，包括使用 Wi-Fi/Thread 连接的 Matter 终端设备，以及使用乐鑫 SoC 组合搭建的 Thread 边界路由器/Zigbee 桥接设备。 

Thread 边界路由器示例和 SDK 现已对用户开放。本示例中，用户需要通过 UART 或 SPI 将一颗 Wi-Fi 芯片和一颗 802.15.4 芯片相连。

乐鑫 Thread 边界路由器解决方案

如您有意向进一步了解我们的 Thread 边界路由器解决方案，请联系我们的客户支持团队。

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本文是乐鑫 Matter 系列文章的第五篇，敬请期待后续的更多内容。