Los sistemas de un solo chip y las MCU para dispositivos domésticos inteligentes habilitados para la materia cumplen múltiples funciones de red en malla

En 2025, el mercado mundial de las tecnologías domésticas inteligentes se valoró en 147.500 millones de dólares, con una tasa de crecimiento anual compuesto (TCAC) prevista del 21.4% hasta 2034. Este crecimiento está impulsado, en parte, por la interoperabilidad que hace posible la norma Matter.

Matter -que comenzó a trabajar en 2019 como el proyecto Connected Home over IP (CHIP), un consorcio de empresas que colaboran para crear redes domésticas inteligentes de código abierto- presentó la versión 1.0 en 2022 y publicó la versión 1.5 en noviembre de 2025. Un principio clave de la norma es la promesa de que los productos certificados por Matter pueden conectarse entre sí y con los concentradores domésticos inteligentes fabricados por cualquier miembro del consorcio Matter, incluidos Google, Amazon, Apple y Samsung.

En cada nueva versión de la norma se admiten más tipos de dispositivos, lo que les permite conectarse localmente a través de IPv6 y redes de bajo consumo y baja latencia sin necesidad de una pasarela en la nube. La lista de dispositivos actuales habilitados para Matter abarca luces y enchufes inteligentes, electrodomésticos, sensores, cubiertas de ventanas, unidades de aire acondicionado y bombas de calor, paneles solares, enrutadores Wi-Fi, altavoces y reproductores de video, y mucho más.

Los consumidores que añaden dispositivos de este tipo a sus redes domésticas inteligentes quieren una conectividad y funcionalidad sin fisuras. Para que esto ocurra, los fabricantes de equipos originales deben incorporar la arquitectura Matter en sus productos desde el principio.

La composición de un sistema Matter

Los dispositivos de un sistema doméstico inteligente Matter pueden tener una o varias de las siguientes funciones: puerta de enlace, controlador, nodo de borde, nodo final y puente. La puerta de enlace conecta el sistema a Internet y utiliza Wi-Fi para interactuar con los controladores, los nodos periféricos y los puentes. Los controladores envían órdenes a los nodos periféricos y finales, mientras que los nodos periféricos y los puentes se limitan a encaminar la información entre los nodos y la puerta de enlace o el controlador sin aplicar la lógica.

Otro principio clave de la arquitectura Matter es la eficiencia energética mediante comunicaciones de radiofrecuencia (RF) de bajo consumo. La conectividad Bluetooth se utiliza para la conexión inicial de los dispositivos a la red, pero la propia red se forma a partir de otros protocolos que utilizan la misma banda de frecuencia. Las redes Matter utilizan el protocolo Thread de bajo consumo energético para crear una red en malla de baja latencia y autorregenerable. Los puentes actúan como traductores que conectan a la red dispositivos que utilizan otros protocolos, como Zigbee (figura 1).

Figura 1: Una red doméstica inteligente Matter incluye una puerta de enlace (círculo azul), controladores (azul claro), enrutadores de borde Thread (rojo), puentes (morado), nodos de borde (verde) y nodos finales (naranja). (Fuente de la imagen: NXP)

Los dispositivos de una red Matter deben tener capacidad de comunicación inalámbrica (banda estrecha, Wi-Fi o ambas) y una unidad de microcontrolador (MCU) para ejecutar aplicaciones, gestionar las comunicaciones y garantizar la seguridad del dispositivo. La elección del protocolo de comunicaciones y las especificaciones de la MCU dependen del papel que desempeñe el dispositivo en la red, de su perfil de consumo energético y de su finalidad para el consumidor. Por ejemplo, una bombilla inteligente que actúe como nodo final puede tener una arquitectura sencilla que le permita recibir y ejecutar órdenes de encendido y apagado, mientras que un enrutador es mucho más complejo.

Sistemas domésticos inteligentes de un solo chip

Los enrutadores de borde Thread tienen que equilibrar la eficiencia energética y la baja latencia esperadas en las redes Matter con la complejidad de la gestión de las comunicaciones de Thread y Wi-Fi, la seguridad de los dispositivos y la ejecución de aplicaciones. La triple radio Wi-Fi 6 RW61X de NXP Semiconductor combina un núcleo de procesamiento, una radio Wi-Fi capaz de transmitir canales de 20 MHz en las bandas de 2.4 GHz y 5 GHz, una radio de banda estrecha para la puesta en servicio y la conexión en red en malla, y un enclave seguro para gestionar las claves de los dispositivos y el aprovisionamiento de confianza en un único chip que funciona con 3.3 V de alimentación externa (figura 2).

Figura 2: El RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio opera con dos bandas de radio Wi-Fi, una radio local de banda estrecha, una MCU de 260 MHz y seguridad integrada con 3.3 V de alimentación externa. (Fuente de la imagen: NXP)

El subsistema MCU RW61X incorpora un núcleo Arm® Cortex®-M33 de 260 MHz con seguridad por hardware TrustZone™-M y 1.2 MB de memoria estática de acceso aleatorio (SRAM). La MCU puede comunicarse con dispositivos a través de interfaces periféricas en serie (SPI) y un receptor-transmisor asíncrono universal (UART), con sensores a través de una interfaz de circuito interintegrado (I²C) y con dispositivos de entrada de audio a través de una interfaz de circuito interintegrado de sonido (I²S). Un protocolo de tiempo de precisión (PTP) permite la sincronización de la red a través de la capa física (PHY) del módulo Ethernet de 100 Mbps del chip.

Los chips RW61X admiten Matter-over-Wi-Fi con Wi-Fi 6 para mejorar la conexión en red y la eficiencia energética. El amplificador de potencia de RF (PA) y el amplificador de bajo ruido (LNA) integrados en el RW61X se combinan con una potencia de transmisión de 125 mW para garantizar una comunicación sólida. Wi-Fi Protected Access (WPA), nivel 3 proporciona encriptación y seguridad.

También es compatible con la tecnología Bluetooth LE o IEEE 802.15.4. Los chips, certificados para Bluetooth 5.2 y 5.4, admiten varios modos de funcionamiento Bluetooth, incluido un modo de alta velocidad de 2 Mbps, un modo de largo alcance que utiliza un PHY codificado para transmitir datos más lentamente a una distancia mayor y un modo para anunciar extensiones, en el que los dispositivos pueden emitir paquetes más grandes para permitir el descubrimiento. Este módulo de radio de banda estrecha también utiliza RF PA y LNA para conseguir 32 mW de potencia de transmisión.

En los chips RW61X, la seguridad, que es un componente importante de los ecosistemas domésticos inteligentes Matter, se gestiona a través del enclave seguro EdgeLock. Este hardware a prueba de manipulaciones establece una raíz de confianza al certificar los dispositivos a través de sus certificados, claves criptográficas e identidades. Las protecciones de arranque seguro, depuración y actualización; la criptografía de hardware; y una función física no clonable (PUF), ayudan a los chips RW61X a cumplir los marcos de la Norma de Evaluación de Seguridad para Plataformas IoT (SESIP), nivel 3 de Garantía y Arquitectura de Seguridad de Plataformas (PSA), nivel 3 de certificación.

Chips de bajo consumo para nodos finales

Mientras que los chips RW61X pueden actuar como enrutadores de borde Thread, concentradores domésticos inteligentes y nodos de borde, los nodos finales alimentados por batería, como sensores y cerraduras de puertas, requieren arquitecturas mucho más sencillas. Los microcontroladores de la serie MCX W de NXP están optimizados para las comunicaciones Matter-over-Thread y Zigbee de bajo consumo (figura 3).

Figura 3: Los microcontroladores de la serie MCX W de NXP Semiconductors combinan una radio de banda estrecha con un núcleo de procesamiento dedicado y memoria con una MCU de 96 MHz. (Fuente de la imagen: NXP)

Las MCU de la serie MCX W disponen de un núcleo de procesamiento y memoria dedicados a la radio Bluetooth LE e IEEE 802.15.4, así como de un procesador principal Arm Cortex-M33 de 96 MHz con su propia memoria Flash de 1 MB a 2 MB y de 128 KB a 256 KB de RAM. Al igual que en los chips RW61X, las MCU de la serie MCX W gestionan la seguridad a través de un enclave seguro EdgeLock con compatibilidad con la nube EdgeLock2GO. Su sólido diseño garantiza que los dispositivos de los nodos finales permanezcan conectados en un amplio rango de temperaturas, de -40 °C a 125 °C.

Además de funcionar en un dispositivo de nodo final, las MCU de la serie MCX W también pueden emparejarse con los chips RW61X y similares. En esta configuración, el subsistema de radio independiente de la serie MCX W descarga las tareas de conectividad y libera la CPU principal para ejecutar la aplicación principal. Cuando se emparejan, las MCU de la serie MCX W desempeñan un papel importante en los concentradores domésticos inteligentes, los electrodomésticos y las pasarelas.

Inteligencia en la cadena de suministro

Los diseñadores de redes y productos domésticos inteligentes pueden sentirse intimidados por el número de componentes disponibles y su posible configuración. Los productos como los chips RW61X y las MCU MCX W pueden ayudar gracias a su capacidad para desempeñar múltiples funciones en una red doméstica inteligente.

Los diseñadores pueden obtener ayuda para codificar con el sistema operativo en tiempo real (RTOS) Zephyr optimizado para IoT a través de MCUXpresso IDE/MCUXpresso para Visual Studio Code y del Application Code Hub de NXP. También pueden crear prototipos de sus diseños con placas de desarrollo de bajo costo como la FRDM-RW612 (figura 4).

Figura 4: La placa de desarrollo FRDM-RW612 de bajo costo simplifica la creación de prototipos de diseños de enrutadores de borde de hilo y controladores Matter que utilizan chips RX61x. (Fuente de la imagen: NXP)

Junto con estas placas de desarrollo, la serie completa de chips RW61X y las MCU de la serie MXC W, la cartera de NXP incluye otros componentes que los complementan en dispositivos y aplicaciones para el hogar inteligente. Los diseñadores de tecnologías inteligentes para el hogar pueden utilizar el sitio web de NXP para encontrar todos los productos que necesitan para sus diseños, junto con información técnica relevante y recursos educativos.

Conclusión

El mercado de las aplicaciones domésticas inteligentes sigue creciendo, impulsado en parte por la interoperabilidad entre plataformas que hacen posible los protocolos de red Matter. Los componentes de hardware diseñados para las redes domésticas inteligentes, como la serie de chips RW61X y las MCU de la serie MCX W de NXP, pueden desempeñar múltiples funciones de red complementarias. Los diseñadores pueden aprovechar las ventajas de disponer de una amplia gama de productos disponibles, una completa biblioteca de información técnica sobre los componentes del hogar inteligente y recursos educativos, todo en un mismo lugar, para diseñar la próxima generación de hogares inteligentes.