Nuevo impulso para los dispositivos de hogares inteligentes
Autor: Torsten Killinger, Corporate Product Manager Wireless de Rutronik
La falta de capacidad de comunicación y seguridad sigue frenando la demanda de dispositivos domésticos inteligentes. Pero, gracias al nuevo estándar Matter, esto podría cambiar pronto.
En diciembre de 2019, el Proyecto de Hogar Conectado sobre IP (Project Connected Home over IP – CHIP) se estableció como un nuevo estándar de hogar inteligente de código abierto. Detrás de él se encuentra un grupo de compañías tecnológicas líderes, incluyendo Amazon, Apple, Google, Samsung y la Zigbee Alliance, ahora denominada Connectivity Standards Alliance (CSA). En mayo de 2021, llegaron las primeras especificaciones y se le dio al proyecto CHIP su nuevo nombre: Matter. En octubre de 2022, el lanzamiento de Matter 1.0 supuso el comienzo de la certificación de los primeros dispositivos. La primera actualización (Matter 1.1) se publicó pronto: el 18 de mayo de 2023. La CSA ya ha anunciado que tiene la intención de adoptar nuevas versiones del estándar dos veces al año.
Las compañías involucradas en Matter persiguen varios objetivos. Al mejorar la interoperabilidad entre los dispositivos domésticos inteligentes de varios fabricantes, la misión es posibilitar una integración y un control sin problema alguno. Para este fin Matter respalda múltiples tecnologías de comunicación, como wifi, Ethernet y Thread. También se utiliza Bluetooth para beneficiarse de una integración rápida de nuevos dispositivos en la red Matter existente. Además, los usuarios podrán conectar sus dispositivos de manera directa y segura a través de internet, sin necesidad de equipos o componentes adicionales. Y los dispositivos que utilizan Matter deberían poder comunicarse perfectamente mediante varias plataformas y aplicaciones para hacer que el mercado de los hogares inteligentes sea todavía más accesible y fácil de usar.
Una característica interesante es la operación multi-admin. Al permitir que cada ecosistema de casa inteligente compatible con Matter tenga un modo de emparejamiento, los dispositivos Matter ya no están vinculados exclusivamente a un control, sino que son accesibles a través de múltiples sistemas en paralelo. Por ejemplo, un televisor Smart TV conectado a la aplicación (app) Apple Home con un iPhone también puede ser usado por otros miembros de la familia o compañeros de piso, mediante la aplicación Google Home en sus teléfonos móviles Android.
Aparte de la interoperabilidad, Matter tiene otros muchos beneficios debajo de la manga. Entre ellos destaca su facilidad de uso: gracias a un interfaz, los usuarios pueden controlar sus dispositivos domésticos inteligentes sin tener que emplear infinidad de aplicaciones y plataformas. Además, su capacidad para poder integrar las próximas tecnologías e innovaciones hace que Matter sea un estándar preparado para el futuro.
Figura 1: Matter permite que los dispositivos se comuniquen entre sí a través de Apple Home, Amazon Alexa, Google Home y Samsung SmartThings, entre otros.
Intercambio de datos entre los dispositivos de todos los proveedores
Matter se basa en el protocolo de red IPv6. Esto permite que todos los dispositivos se conecten entre sí de forma independiente. Un modelo de datos común también facilita el intercambio de información entre varios dispositivos domésticos inteligentes. A partir de ese momento, pueden comunicarse directamente entre ellos sin necesidad de un hub o cualquier otro tipo de puerta de enlace, siempre que los participantes se encuentren en la misma red física.
Con estándares abiertos como WiFi/WLAN (IEEE 802.11), Thread (IEEE 802.15.4) y Ethernet/LAN (IEEE 802.3), Matter soporta una amplia gama de dispositivos. Un cuarto estándar incorporado es Bluetooth Low Energy (BLE), que posibilita que un teléfono móvil o tableta establezca una conexión inalámbrica inicial con el dispositivo Matter durante la instalación – un método ya empleado por muchos proveedores en la actualidad. Por ejemplo, los nuevos altavoces WLAN aparecen automáticamente en la app del proveedor cuando están apagados. Entonces, el smartphone envía los datos de acceso de la red WLAN a los propios altavoces vía Bluetooth para garantizar que puedan iniciar sesión en la red doméstica.
Se requiere lo que se denomina router de borde Matter para comunicar entre Thread y wifi. Algunos fabricantes ya han lanzado al mercado productos que combinan controladores Matter y routers de borde, como Apple TV 4K, Apple Homepod Mini, Samsung SmartThings Hub y numerosos dispositivos Amazon Echo.
Figura 2: Capas del protocolo Matter
Seguridad integrada
Otro objetivo importante que persiguen los proveedores con el estándar Matter es aumentar la seguridad y proteger a los usuarios de ataques a la privacidad. Cuando los piratas informáticos (hackers) intentan tener acceso a los dispositivos domésticos inteligentes a través de internet, los propios dispositivos suelen estar escasamente protegidos, ya que ejecutan software obsoleto y ofrecen muy poca resistencia a los atacantes mediante el uso de contraseñas predecibles.
Como resultado, los problemas de seguridad son la principal causa por la que la gente no adquieren dispositivos domésticos inteligentes: el 47 por ciento de las personas que se abstienen de comprarlos teme los ataques de piratas informáticos, el 37 por ciento está preocupado por el mal uso de sus datos personales y el 29 por ciento considera que su privacidad está comprometida, de acuerdo a una encuesta realizada por Bitkom en septiembre de 2022.
Para hacer frente a estas preocupaciones ya se tuvieron en cuenta los requisitos de seguridad durante el desarrollo de Matter, según el principio “Secure by Design – Seguro por Diseño”: el certificado de atestación de dispositivo (Device Attestation Certificate – DAC) protege ante falsificaciones al garantizar que el hardware proviene realmente del fabricante original. Con la intención de impedir estas falsificaciones, también existe un certificado de proveedor, firmado por una autoridad de certificación oficial. Además, hay comunicación a prueba de escuchas y control seguro. Mediante un cifrado de clave pública (PKI) y protocolos de seguridad fuerte, Matter garantiza la privacidad y la seguridad de usuario.
Todavía hay pocos dispositivos disponibles
Sin embargo, a pesar de los múltiples beneficios de Matter, aún existe un número limitado de dispositivos disponibles. Dado que Matter todavía es relativamente nuevo, la selección de dispositivos compatibles está restringida y pasará algún tiempo antes de que haya más dispositivos disponibles o hasta que llegue una actualización de software para los dispositivos existentes con transceptores compatibles con IEEE 802.15.4. Por ejemplo, se espera una actualización de software para muchos dispositivos basados en ZigBee, siempre que la memoria interna sea lo suficientemente grande como para soportar una actualización de firmware por aire (FOTA).
Con los beneficios del nuevo estándar, parece lógico que el mercado se llene rápidamente de dispositivos compatibles con Matter en cuanto más proveedores de productos para hogares inteligentes introduzcan los modelos correspondientes. Es poco probable que los dispositivos domésticos inteligentes con tecnología de conectividad patentada tengan mucho futuro gracias a la sofisticación técnica y la facilidad de uso de Matter. A pesar de todo, sí resulta factible que los usuarios finales no quieran el “engorro” de routers, protocolos y perfiles de dispositivo de borde, prefiriendo en cambio la simplicidad de poder utilizar tantos dispositivos como sea posible a través de la misma interfaz tras una configuración sencilla.
Con conectividad a internet, funcionalidad sin conexión (offline) y capacidades de control cross–device (mismo usuario en diferentes dispositivos), Matter ayuda a liberar a los proveedores de productos de lo que se podría decir que es el aspecto más desafiante del desarrollo. Pero, al mismo tiempo, esto deja a los proveedores con menos opciones de diferenciación. En el caso de las válvulas de radiador, esto podría referirse al volumen del motor del actuador, el tamaño del dispositivo de almacenamiento de energía y la pantalla. Así pues, cuando se rediseña un producto para su conversión a Matter, resulta aconsejable “renovar” el producto para indicar a los compradores que se trata de un producto altamente innovador. Aquí es donde la pantalla realmente cobra importancia como interfaz hombre-máquina.
Es importante que los proveedores de productos compatibles con Matter que tengan capacidades inalámbricas, se conecten a internet y procesen datos personales o transacciones financieras estén informados de los nuevos requisitos de seguridad que se aplicarán a las ventas en el mercado único de la Unión Europea (UE) a partir del 1 de agosto de 2025.
Chips y módulos compatibles con Matter
El catálogo de Rutronik ya incluye un gran número de productos para el desarrollo de dispositivos Matter: Infineon, Nordic Semiconductor, Panasonic e InsightSiP son algunos de los nombres de los proveedores de chips y módulos correspondientes que distribuye.
Como miembro de la CSA, Infineon ofrece componentes compatibles con Matter, como la familia PSoC-6. Tanto el PSoC 62 como el PSoC 64 pueden trabajar en sistemas Matter en combinación con un CI wifi. En general, se puede utilizar cualquier CI wifi que soporte el estándar. Si usted usa uno de Infineon, entre los que se encuentran las referencias CYW43439, CYW43012 o CYW4373, la programación está completamente respaldada por el IDE ModusToolbox. También se puede emplear para importar y asignar la pila Matter al dispositivo PsoC-6.
Hace pocos meses, Infineon anunció un chip (CYW30739) que soportará Matter sobre Thread. Además, usará una puesta en marcha BLE conveniente en la red Matter. Probablemente, el chip sólo estará disponible para un número reducido de proveedores, pero un módulo para el mercado masivo que lo incorpore sí podrá llegar a los clientes interesados a través de Rutronik.
Los chips de seguridad de Infineon, como Optiga Trust, se convierten en el ancho de confianza ideal a la hora de obtener la información de inicio de sesión específica del cliente, que debe incorporar cada dispositivo certificado por Matter.
Al igual que Infineon, Nordic Semiconductor es miembro de la CSA y proporciona diferentes chips para Matter, incluyendo los modelos nRF52840 y nRF5340 y la nueva familia nRF54, así como el último lanzamiento de Nordic para el sector wifi: el nRF7002. La familia nRF54 ya se encuentra disponible. Con tecnologías de seguridad de próxima generación, está especialmente indicada para los futuros dispositivos Matter. Diseñada para PSA Certified Level 3, se caracteriza por una raíz de confianza de función física no clonable (physical unclonable function–based – PUF), arranque seguro (secure boot), actualización de firmware y almacenamiento, así como por aceleración criptográfica, protección de canal lateral y detección de manipulación-sabotaje.
El nRF54H20 empieza con dos procesadores Arm Cortex M33, que funcionan con una frecuencia de hasta 320 MHz para respaldar aplicaciones computacionales intensivas y comunicaciones por radio, y dos coprocesadores RISC-V para tareas de ultrabajo consumo de energía y periféricos definidos por software. La memoria flash de 2 MB permite actualizaciones FOTA en muchas aplicaciones basadas en Matter, sin necesidad de memoria externa adicional.
Mientras que la familia nRF54, al igual que los modelos nRF5340 y nRF52840, usa Matter sobre Thread, el nRF7002 se decanta por Matter sobre wifi. Cuando se combina con uno de los SoC BLE mencionados anteriormente, también se puede utilizar para una puesta en servicio conveniente de BLE en la red Matter.
El Nordic nRF Connect SDK v2.4 ayuda en el desarrollo de todo tipo de aplicaciones, incluyendo aquellas fundamentadas en la última versión Matter 1.1. Aquí se incluye Publicidad Periódica con Respuestas (Periodic Advertising with Response – PAwR). Esto posibilita que los dispositivos que reciben anuncios periódicos también envíen respuestas al remitente, creando una comunicación bidireccional y permitiendo grandes topologías de uno a muchos.
Además, Nordic ya ofrece integración con KNX en Github para cumplir también con los estándares de servicios en edificios industriales. Esto ayudará al proveedor a mantener su liderazgo entre los fabricantes de SoC para hogares y edificios inteligentes en el futuro.
Panasonic posee módulos Matter basados en chips de Nordic Semiconductor. En el segmento Matter sobre wifi, el PAN9028, se presenta en dos versiones: con o sin un circuito integrado de gestión de energía (PMIC). Estos PMIC para dispositivos alimentados por batería – tanto si la aplicación cuenta con radio o no – también representan una gama de productos de Nordic de muy rápido crecimiento.
Los nuevos módulos WiFi6 y WiFi6E son el PAN9019 y el PAN9019A, respectivamente. Ambos modelos emplean Matter sobre wifi; además, el PAN9019A puede rendir en Matter sobre Thread. Los módulos Matter sobre Thread “puros” son el PAN1770 y el PAN1780, basados en el chip BLE nRF52840 de Nordic. Panasonic también ha presentado un módulo (PAN1783) con el nRF5340 de Nordic que será uno de los modelos de su clase con menores dimensiones y estará disponible con protectores bottom–pad o antenas de chip.
InsightSIP también utiliza chips Nordic en sus módulos: basado en el nRF5340, el fabricante suministra, por ejemplo, el ISP2053-AX. Tiene una conexión Matter sobre Thread, al igual que el ISP1807-LR, que se fundamenta en el nRF52840. Los módulos de InsightSiP ya incluyen cristales y certificaciones y son populares debido a su tamaño extremadamente pequeño. Y todavía parecen un chip gracias a la antena interna patentada.
Para cumplir los requisitos de aplicaciones sensibles al coste, Rutronik ofrece modelos similares de Minew, que figura en la lista de socios oficiales de módulos de Nordic. Por ejemplo, la referencia MS45SF11, que se basa en el nRF5340 de Nordic, cuenta con capacidad Matter. Aquí también se usa el proceso Matter sobre Thread. El nuevo buque insignia de Minew es el MS12SF1, un módulo que integra el nRF5340 y el chip companion wifi nRF7002, siendo uno de los primeros módulos combo en ser compatible con Matter sobre Thread (nRF5340) y Matter sobre wifi (nRF7002) a través de sus dos chips.
Figura 3: La familia nRF54 de Nordic Semiconductor se caracteriza por la arquitectura Matter sobre Thread y tecnología de seguridad de última generación. Ya se encuentra disponible.
