Matter abre nuevas oportunidades a los desarrolladores de productos para hogares inteligentes

Al garantizar la interoperabilidad entre Thread, Wi-Fi y Ethernet, Matter facilita el desarrollo de dispositivos innovadores para cualquier ecosistema de hogar inteligente

Autor: Finn Boetius, Ingeniero de Marketing de Producto, Nordic Semiconductor

Tras un lento Inicio, el sector del hogar inteligente está ganando impulso por fin; la firma analista Statista prevé que el mercado generará 154.400 millones de dólares en 2024. De esa cifra, unos 60.000 millones corresponderán a productos inteligentes.

Un mercado boyante promete unos buenos rendimientos para los dispositivos destinados a hogares inteligentes; pero el desarrollo de estos productos no resulta sencillo. Además de los evidentes problemas de tipo técnico, los desarrolladores afrontan otros retos; entre ellos, qué ecosistema para hogar inteligente adoptar. En efecto, resulta difícil elegir entre Amazon Alexa, Apple HomeKit, Google Home o Samsung SmartThings, además de otras opciones propietarias.

La buena noticia es que estos grandes fabricantes, y otros muchos que cubren el sector del hogar inteligente, entre ellos el líder mundial en soluciones de conectividad inalámbrica de bajo consumo de extremo a extremo, Nordic Semiconductor, han identificado los desafíos a los que se enfrentan los desarrolladores y se han agrupado bajo los auspicios de la CSA (Connectivity Standards Alliance). El resultado es Matter, un protocolo unificador de conectividad basado en IP y en tecnologías probadas que facilita el desarrollo de productos fiables para hogares inteligentes que se conecten a la perfección con cualquier de los principales ecosistemas IoT.

Existe una creciente gama de productos con certificación Matter y un informe elaborado en 2022 por de la firma de inteligencia tecnológica ABI Research que prevé para 2030 la venta de más de 5.500 millones de dispositivos para hogares inteligentes conformes con el protocolo. ¿Pero qué es exactamente Matter y hasta qué punto es fácil de incorporar a productos para hogares inteligentes?

Características de Matter

Matter es un protocolo inalámbrico basado en las tecnologías inalámbricas ya disponibles para hogares inteligentes Thread y Wi-Fi (así como Bluetooth Low Energy para la puesta en marcha). Proporciona una capa de aplicación unificadora que permite a los desarrolladores garantizar que sus productos sean compatibles e interoperables con los de otros fabricantes (Figura 1).

Figura 1: Matter proporciona una capa de aplicación estándar destinada a un conjunto de protocolos inalámbricos. Matter es compatible inicialmente con Bluetooth LE, Thread, Wi-Fi y Ethernet. Entre sus planes futuros se encuentra la compatibilidad con otras tecnologías interoperables con IP como IoT celular.

En la configuración de un típico hogar inteligente, los dispositivos Matter de bajo consumo suelen funcionar mediante una red Thread, mientras que los dispositivos de mayor consumo y con mayores necesidades de ancho de banda para datos utilizarán Wi-Fi. Thread y Wi-Fi admiten el protocolo IP (Internet Protocol), la tecnología probada y adoptada de forma generalizada que funciona como estándar de comunicación de la capa de red para transmitir datos con rapidez por Internet. Cada dispositivo Thread o Wi-Fi tiene su propia dirección IP y su interoperabilidad con el protocolo facilita mucho su conexión a la nube.

¿Vale la pena implementar Matter?

Diseñar un producto compatible con Matter aumenta la complejidad del diseño; por ejemplo, debido a los exigentes requisitos de seguridad (que aportan la ventaja de lograr que los productos sean más fiables y protegidos). Además la comercialización de un dispositivo certificado Matter será más costoso que presentar un dispositivo compatible con un solo ecosistema IoT global o una alternativa propietaria.

Un dispositivo compatible con Matter también requiere conectividad Bluetooth LE y Thread (en el caso de un dispositivo Matter sobre Thread) o Wi-Fi (para un dispositivo Matter sobre Wi-Fi) así como la suficiente capacidad de procesamiento y memoria para ejecutar la pila de Matter. Para las actualizaciones inalámbricas del firmware del dispositivo (OTA-DFU), la solución necesitará hasta el doble de memoria Flash que el software de la aplicación por sí solo. Una regla práctica es un mínimo de un megabyte de Flash (más la misma cantidad de Flash externa) y 256 kilobytes de RAM para un dispositivo Matter estándar. Se necesitarán más recursos si se prevé que el dispositivo haga mucho más que ejecutar Matter.

Matter se basa en la implementación ya generalizada de puntos de acceso (AP) Wi-Fi que permiten interacciones con dispositivos finales Matter sobre Wi-Fi. También se necesitan routers periféricos para Thread destinados a dispositivos Thread que requieran conectividad a Internet para ciertas funciones, como comandos por voz (ver abajo).

Pese a algunas dificultades, Matter ofrece muchas ventajas a la comunidad de desarrolladores porque los productos compatibles permiten liberar a los fabricantes de dispositivos de las limitaciones impuestas por un solo ecosistema. Esto hace que el mercado potencial para estos dispositivos sea tres o cuatro veces más grande de lo que sería sin Matter. Matter también es ventajoso para los consumidores ya que no dependen de un solo suministrador para todos los productos de su hogar inteligente.

Puesta en marcha de Bluetooth LE y Matter sobre Thread

Bluetooth LE es una tecnología inalámbrica madura de bajo consumo que se ha incorporado a casi todos los smartphones modernos. Esta ventaja es fundamental porque los smartphones son la interfaz perfecta para configurar los gadgets en hogares inteligentes. De ahí que Bluetooth LE cuente con el soporte del estándar Matter para su puesta en marcha y configuración. Un inconveniente de Bluetooth LE es que no es compatible con el protocolo IPv6 y por tanto necesita un smartphone u otro dispositivo de enlace para conectarse a una red Wi-Fi (Figura 2).

Figura 2: Bluetooth LE se utiliza para la implementación de dispositivos Matter pero no para la transferencia de datos por la red.

En cambio, Thread es un protocolo de malla (mesh) basado en IPv6 que utiliza MAC/PHY (medium access control/physical layer) de IEEE 802.15.4. Se dirige a aplicaciones con ancho de banda reducido y proporciona una buena eficiencia energética a dispositivos sencillos como enchufes o bombillas inteligentes. Thread es una red de malla de bajo consumo y con autorreparación que se puede adaptar los dispositivos añadidos o retirados de la red. Ofrece baja latencia (porque los dispositivos se pueden comunicar directamente entre sí sin necesidad de un concentrador o hub intermedio), redundancia incorporada y más autonomía de la batería (Figura 3).

Figura 3: Thread es un protocolo de malla (mesh) basado en IPv6 y en MAC/PHY de IEEE 802.15.4.

Si bien los productos Thread pueden funcionar sin un router periférico para Thread, éstos se necesitan para redes Matter sobre Thread. Los routers periféricos para Thread permiten que los dispositivos Thread de la red accedan a la red local y se comuniquen con otros dispositivos basados en IP como los productos Wi-Fi (Figura 4).

Figura 4: Los routers periféricos para Thread permiten que los dispositivos Thread de la red accedan a la red local y se comuniquen con otros dispositivos basados en IP como los productos Wi-Fi.

Dispositivos como AP Wi-Fi, altavoces inteligentes y lámparas pueden incorporar routers periféricos para Thread, que se pueden comunicar con cualquier otro dispositivo Thread en la misma red, del mismo modo que cualquier router Wi-Fi se puede comunicar con cualquier dispositivo Wi-Fi. Cuando un dispositivo Thread forma parte de la Matter sobre Thread, puede funcionar con cualquier plataforma Matter.

Matter sobre Wi-Fi

Wi-Fi es primordial para el éxito de Matter porque muchos dispositivos para hogares inteligentes que son compatibles con el estándar utilizan Wi-Fi para conectarse a Internet e intercambian datos con otros dispositivos y servicios basados en la nube. Por ejemplo, un termostato inteligente compatible con el estándar Matter podría utilizar Wi-Fi para conectarse a Internet y acceder a información meteorológica o a datos sobre el consumo de energía con el fin de mejorar su rendimiento.

La versión actualmente adoptada de la especificación Wi-Fi, Wi-Fi 6, ha hecho que la popular tecnología inalámbrica sea más adecuada para aplicaciones IoT como las del hogar inteligente. Nordic ofrece la serie nRF70 de circuitos integrados auxiliares Wi-Fi 6 dentro de su catálogo de productos. El nRF7002, por ejemplo, es un dispositivo Wi-Fi 6 de bajo consumo que proporciona una conectividad total de banda dual (2,4 y 5 GHz) y una excelente coexistencia con Bluetooth LE, Thread y Zigbee.

La capa de aplicación de Matter simplifica la comunicación de los dispositivos Thread con una red Wi-Fi y desde ella con la nube (Figura 5). Además los dispositivos Matter que utilizan Wi-Fi para el transporte en la red no necesitan ser compatible con redes de malla porque la cobertura de Wi-Fi 6 es tan grande que en la mayoría de los casos habrá un dispositivo Matter al alcance.

Figura 5: Matter permite que las redes Thread y Wi-Fi funcionen juntas en armonía.

Primeros pasos con Matter

Los fabricantes de circuitos integrados están facilitando a los desarrolladores la adopción de Matter en sus nuevos productos para hogares inteligentes. Nordic Semiconductor, por ejemplo, ofrece varios SoC multiprotocolo de muy bajo consumo que son compatibles con Bluetooth LE y Thread.

El SoC nRF52840 recibió el primer sello de certificación Thread 1.3 en el mundo, que puede ser aprovechado por los clientes y es un requisito previo para Matter sobre Thread. Este SoC permite utilizar Bluetooth LE para la puesta en marcha y la transferencia de datos con Thread.

Las nuevas series nRF54H y nRF54L de la compañía, que cuentan con potentes procesadores de aplicación Arm Cortex-M33 y una gran memoria, son la opción ideal para la próxima generación de productos finales Matter sobre Thread.

Nordic ofrece soporte a los desarrolladores que implementan Matter con kits de desarrollo (DK) y el kit de desarrollo de software (SDK) nRF Connect, que tiene la tecnología totalmente integrada. Cuando se utiliza un DK y el SDK, todas las funciones de los SoC se pueden utilizar y comprobar.

El SDK nRF Connect es compatible con demostraciones de Matter para estaciones meteorológicas, bombillas, interruptores de luz, cerraduras y un puente de Matter a Bluetooth LE. Por ejemplo, la estación meteorológica registra temperatura, presión del aire y humedad relativa remotamente mediante sensores. La estación meteorológica funciona como un dispositivo accesorio Matter y se puede conectar y controlar remotamente a través de una red Matter sobre Thread.

La estación meteorológica de demostración que funciona con la plataforma de desarrollo de prototipos IoT multiprotocolo Thingy:53 de Nordic fue sometido a todo el proceso de comprobación SVE (Specification Validation Event) de Matter y superó con éxito todas las pruebas necesarias para que se considere un dispositivo conforme con Matter 1.0.

Actualizaciones más recientes del estándar

La versión 1.2 de Matter, presentada en octubre de 2023, añade revisiones y complementos a las categorías existentes, mejoras importantes de la especificación y el Matter SDK, y herramientas de certificación y comprobación. También añade nuevos tipos de dispositivos nuevos: frigoríficos; aparatos de aire acondicionado; lavavajillas; lavadoras; aspiradores robóticos; detectores de humo y monóxido de carbono; sensores de calidad del aire; purificadores de aire y ventiladores.

Entre las principales mejoras de la especificación Matter 1.2 se encuentran:

• Avances que captan la configuración común de una combinación de cerradura y pestillo.
• Descripción añadida del aspecto del dispositivo.
• Los dispositivos ahora pueden estar compuestos jerárquicamente por puntos finales complejos que permiten un modelado exacto.
• Etiquetas Semánticas que proporcionan una vía interoperable para describir la ubicación y las funciones semánticas de clusters y puntos finales genéricos de Matter con el fin de permitir una representación y aplicación consistente para diferentes clientes.
• Las Descripciones Genéricas de Estados Operativos del Dispositivo permiten expresar los diferentes modos de funcionamiento de un dispositivo de forma genérica y facilitará la generación de nuevos tipos de dispositivos en futuras revisiones de Matter.

Matter 1.2 también aporta importantes avances en el programa de comprobación y certificación que ayuda a las empresas a comercializar sus productos, como hardware, software, chipsets y apps, con más rapidez.

Otras novedades son el Matter 1.2 SDK disponible para nuevas plataformas y avances en Matter Test Harness, de código abierto. Esta herramienta ayuda a cumplir la especificación y a implementar sus funciones correctamente.

Mejores niveles de rendimiento y seguridad para el hogar inteligente

La aparición de Matter anuncia mejoras sostenidas a largo plazo en la calidad y la seguridad de los productos para hogares inteligentes. Una vez resueltos los problemas de interoperabilidad, los fabricantes de dispositivos se pueden centrar más en introducir mejoras en la calidad del producto y el desarrollo de nuevas funciones. Dado que Matter está llamado a convertirse en un estándar de facto para hogares inteligentes, también es probable que resulte más fácil consolidar una referencia de seguridad más sólida y estandarizada para los productos.

Antes de Matter, el hogar inteligente era popular entre los entusiastas de la tecnología pero resultaba confuso para el mercado en general. Pero Matter ahora facilita mucho más a los consumidores la adopción de la tecnología del hogar inteligente y por tanto está impulsando el mercado. El hogar inteligente parece preparado por fin para cumplir su promesa.