La tecnología está transformando nuestros hogares en espacios más conectados y eficientes, y Matter emerge como el estándar clave para resolver problemas de compatibilidad en sistemas inteligentes. Este artículo explica de forma sencilla qué son los protocolos, cómo el modelo OSI organiza las comunicaciones y analiza los principales protocolos como Wi-Fi, Zigbee, Z-Wave y Thread. Es una guía esencial para entender Matter y su impacto en el futuro de los hogares inteligentes.
Introducción
La tecnología moderna está redefiniendo la forma en que interactuamos con nuestros hogares y edificios, convirtiéndolos en entornos más inteligentes y funcionales. El concepto de hogares conectados u hogares inteligentes (smart homes) ha ganado gran popularidad, y con ello surge la necesidad de comprender los protocolos que hacen posible esta conectividad. En este escenario, términos como Matter o Thread pueden parecer complejos, pero son fundamentales para el funcionamiento de estos sistemas. Si alguna vez te has preguntado cómo operan estos protocolos y cuál es su propósito, este artículo tiene las respuestas que buscas.
El Rol de los Protocolos en la Comunicación
Imagina a un profesor que llega el primer día de clases a su aula en una escuela o universidad. Apenas entra, comienza a hablar, pero al mismo tiempo, los estudiantes también empiezan a hablar todos a la vez. Para complicarlo aún más, mientras el profesor habla en español, algunos estudiantes responden en otros idiomas, como inglés o chino.
Es evidente que, en pocos minutos, la clase se convierte en un completo caos: nadie entiende nada y la comunicación es imposible. Para que todos puedan entenderse, es necesario establecer acuerdos claros sobre cómo interactuar.
¿Qué es un protocolo?
Un protocolo es, precisamente, un conjunto de acuerdos que permite que las partes involucradas se comuniquen de manera ordenada. En el ejemplo anterior, el protocolo podría establecer que se usará únicamente el idioma español, que el profesor hablará primero para exponer el tema y luego aceptará preguntas, o que los estudiantes deberán levantar la mano antes de realizar consultas.
Protocolos en los sistemas de comunicación
En los sistemas de comunicación actuales, desde los más simples hasta los más sofisticados, también existen muchos protocolos que organizan el flujo de información entre las partes que participan en la comunicación. Estos protocolos pueden:
- Determinar los medios físicos utilizados: Por ejemplo, definir si se emplearán cables u ondas de radio.
- Establecer el formato de la información: Esto incluye cómo se estructuran los datos que serán enviados, si serán paquetes de una determinada longitud o si incluirán información para detectar errores.
- Gestionar el tráfico de datos: Especificar cómo se ordenan y priorizan los mensajes para evitar colisiones o interferencias, por ejemplo cuando mas de una de las partes quiere enviar alguna información.
Gracias a los protocolos, la comunicación se vuelve eficiente, clara y funcional, ya sea en una clase, en una red de computadoras o en un sistema de telecomunicaciones.
El modelo OSI
Como vimos antes, los protocolos pueden definir diferentes aspectos de la comunicación, operando en distintos niveles o capas, desde lo más básico hasta lo más complejo.
Volviendo al ejemplo de la clase, un protocolo podría establecer cómo sería la forma de comunicarse en el aula: ¿será verbal o por escrito? ¿Se usará lenguaje de señas? Esto representa una primera capa.
Supongamos que la comunicación será verbal. Entonces, ¿qué idioma se usará? ¿Español, inglés o tal vez chino? Esta decisión corresponde a la segunda capa.
Una vez que estas condiciones están definidas, ¿cómo se desarrollará la clase? ¿El profesor expondrá todo el tema antes de aceptar preguntas, o los estudiantes podrán levantar la mano para preguntar durante la clase? ¿O podrán interrumpir con preguntas en cualquier momento? Estas reglas forman otra capa del protocolo de clases.
De manera similar, en la comunicación entre dispositivos, todos los detalles del mecanismo de comunicación pueden dividirse en diferentes capas. Para organizar esto, se creó el modelo OSI (Open Systems Interconnection).
El modelo OSI define siete capas que sistematizan y estructuran todos los aspectos de la comunicación, facilitando que los dispositivos de distintos fabricantes puedan trabajar juntos de manera eficiente.
Puedes ver la estructura de estas capas y la definición de cada una en la siguiente imagen (Pasa el mouse por sobre los botones circulares).
Fig. 3. El modelo OSI
Por ejemplo, si yo envío un email usando mi PC de escritorio que está unida a un router a través de un cable, los distintos protocolos que intervienen en las diferentes capas del modelo OSI son los siguientes:
- Capa Física: El cable Ethernet transmite los datos como señales eléctricas.
- Capa de Enlace: El protocolo Ethernet organiza los datos en tramas para enviarlos al router.
- Capa de Red: El protocolo IP asigna una dirección para que los datos lleguen al servidor del destinatario.
- Capa de Transporte: TCP asegura que las partes del correo lleguen completas.
- Capa de Sesión: Mantiene la conexión activa mientras se envía el correo.
- Capa de Presentación: TLS cifra los datos para proteger el contenido.
- Capa de Aplicación: SMTP envía el correo desde la aplicación al servidor.
En cambio, si estoy usando mi notebook para navegar una página web conectado con Wifi, algunos protocolos se mantienen y otros cambian:
- Capa Física, las ondas de radio Wifi transmiten los datos.
- Capa de Enlace, Wifi asegura que las tramas lleguen sin errores.
- Capa de Red, IP asegura que los datos se dirijan al servidor correcto.
- Capa de Transporte, TCP organiza los paquetes y asegura su entrega.
- Capa de Sesión, se mantiene activa la conexión entre el navegador y el servidor.
- Capa de Presentación, TLS cifra los datos para garantizar la seguridad.
- Capa de Aplicación, el navegador solicita y muestra el contenido usando HTTP o HTTPS.
Protocolos para Hogares inteligentes
En la actualidad, existen múltiples opciones para construir un hogar inteligente utilizando ecosistemas comerciales como Google Home, Amazon Alexa, Apple HomeKit, Samsung SmartThings o Tuya, entre otros. Estos sistemas dependen de aplicaciones e infraestructuras basadas en la nube para brindar sus servicios. Los dispositivos compatibles emplean distintos protocolos que operan en diversas capas del modelo OSI. Algunos de los más utilizados son:
- Wi-Fi: Un protocolo estándar de radio que define las capas 1 y 2. Fue creado inicialmente para reemplazar las redes cableadas entre computadoras y periféricos. Aunque no es muy eficiente en términos energéticos, tiene la ventaja de estar presente en prácticamente todos los hogares, lo que lo convierte en una opción ampliamente adoptada.
- Zigbee: Otro protocolo estándar de radio que abarca las capas 1, 2, y parcialmente las capas 3 y 7. Diseñado específicamente para aplicaciones IoT de bajo consumo y bajo tráfico de datos, Zigbee es ideal para dispositivos pequeños y alimentados por batería, como sensores.
- Z-Wave: Opera en redes de bajo consumo, pero a diferencia de Zigbee, es un protocolo propietario. Esto significa que está controlado por un único fabricante (Silicon Labs), lo que asegura una implementación uniforme, pero limita su flexibilidad.
- Thread: Un protocolo de radio de estándar abierto cuya primera versión se lanzó en 2014. Thread combina lo mejor de Wi-Fi y Zigbee: mantiene el bajo consumo energético característico de Zigbee y añade la capacidad de enrutamiento de Wi-Fi mediante la implementación de IPv6. Opera en las capas 1, 2 y 3 del modelo OSI.
Thread merece una mención especial, ya que su bajo consumo energético, su capacidad para soportar redes en malla (mesh) y su compatibilidad con IPv6 lo convierten en una opción ideal para combinarse con Matter. Estas características posicionan a Thread como un protocolo clave que, sin duda, será protagonista en los próximos años en las aplicaciones para hogares inteligentes.
La coexistencia de múltiples protocolos, combinada con el hecho de que cada ecosistema tiene su propio conjunto de aplicaciones y herramientas de control, genera una gran incompatibilidad entre sistemas. Esto significa que un dispositivo diseñado para funcionar con un ecosistema específico no puede operar en otro sin adaptaciones adicionales y requiere del usuario final cierto conocimiento técnico para no caer en incompatibilidades.
Volviendo al ejemplo del profesor y su clase, imagina que se define el idioma español como el único aceptado en el aula, junto con algunos acuerdos para mantener el orden. Esto funciona perfectamente para quienes entienden el idioma, pero ¿qué ocurre si llega un estudiante extranjero que no habla español? No entenderá nada y no podrá participar en la clase.
Este es el desafío que enfrentan los hogares inteligentes: la falta de un «idioma común» que permita la integración fluida de dispositivos de diferentes ecosistemas. Hasta que un estándar ampliamente adoptado (como Matter, que veremos a continuación) se establezca, los usuarios seguirán enfrentando problemas de compatibilidad en sus redes IoT.
Matter: El estándar para hogares inteligentes
Ahora podemos responder la pregunta inicial: ¿Qué es Matter? Matter es un estándar para hogares inteligentes creado en 2019 bajo el proyecto Connected Home Over IP (Project CHIP). Actualmente, está gestionado por la Connectivity Standards Alliance (CSA), anteriormente conocida como Zigbee Alliance. Este estándar es libre de regalías y su principal objetivo es promover la interoperabilidad entre dispositivos y plataformas. Matter fue lanzado oficialmente en noviembre de 2022.
El propósito principal de Matter es eliminar las incompatibilidades entre dispositivos, permitiendo que cualquier dispositivo compatible con Matter (Matter Enabled) funcione con los sistemas existentes, independientemente del fabricante. Es como si en una clase se instalara un traductor universal, permitiendo a los estudiantes hablar en cualquier idioma y ser siempre entendidos.
Cómo funciona Matter
Matter no reemplaza los protocolos físicos ni los de transporte, como Wi-Fi, Zigbee o Thread, ya que opera en las capas superiores del modelo OSI. Matter actúa como una capa adicional que asegura la comunicación entre dispositivos, sin importar el protocolo de transporte subyacente.
- Un dispositivo Matter puede operar sobre Wi-Fi, Thread, Zigbee o incluso a través de cables Ethernet.
- Matter garantiza que los dispositivos puedan trabajar juntos sin depender de un protocolo físico específico.
En resumen
Matter es el «idioma común» para los hogares inteligentes, permitiendo que dispositivos de diferentes ecosistemas trabajen juntos de manera fluida y sin restricciones. Esto representa un avance significativo hacia la interoperabilidad universal en el ámbito de IoT.
El siguiente video resume de manera sencilla algunas de las ideas que hemos visto hasta aquí:
En la Fig. 6. de mas abajo puedes ver la publicidad de un interruptor Matter que trabaja sobre Wifi y los distintos ecosistemas con los que es compatible:
Ventajas de Matter
- Sencillez de uso: Matter está diseñado para facilitar la instalación y configuración de dispositivos, incluso para usuarios sin conocimientos técnicos avanzados. Integrar dispositivos Matter en una red existente es un proceso sencillo y accesible.
- Interoperabilidad: Los dispositivos compatibles con Matter (Matter Enabled) pueden operar en cualquier ecosistema, eliminando las barreras de compatibilidad entre marcas y plataformas.
- Funcionamiento fuera de línea: Matter permite que los dispositivos se comuniquen y trabajen entre sí directamente, sin necesidad de depender de servicios externos en la nube. Esto asegura mayor independencia y funcionalidad, incluso sin conexión a Internet.
- Seguridad: La seguridad es una prioridad en Matter. Todas las comunicaciones están cifradas de extremo a extremo, protegiendo los datos de los usuarios frente a accesos no autorizados.
- Bajo costo: Al ser un estándar open source, Matter reduce los costos de desarrollo para los fabricantes, lo que podría traducirse en dispositivos más accesibles para los usuarios finales.
Placas y módulos para Matter
Si eres desarrollador o maker y estás interesado en crear tu propio dispositivo compatible con Matter, necesitarás elegir entre las placas y módulos disponibles actualmente. Aunque protocolos como Wifi, Zigbee o Thread requieren módulos de radio específicos en el hardware, Matter se implementa principalmente en software. Sin embargo, esto no significa que cualquier microcontrolador o módulo pueda ejecutar Matter; existen ciertos requisitos que deben cumplirse:
- Soporte para protocolos de comunicación: El dispositivo debe ser capaz de operar con Wi-Fi, Thread o Zigbee, además de contar con Bluetooth para el emparejamiento inicial.
- Potencia de procesamiento: Matter requiere una CPU con suficiente capacidad de procesamiento para manejar su pila de protocolos. Generalmente, un procesador como un ARM Cortex-M4, Cortex-M33, o uno basado en RISC-V es adecuado.
- Capacidad de cifrado por hardware: Matter utiliza cifrado de extremo a extremo (TLS, AES-CCM) para garantizar la seguridad. Los SoCs con aceleradores de hardware para criptografía (por ejemplo, AES, SHA, ECC) tienen una ventaja significativa, ya que alivian la carga del procesador y mejoran el rendimiento.
- Memoria: La pila Matter requiere recursos de memoria considerables. Por lo tanto, un dispositivo debe tener una buena cantidad de memoria, por ejemplo 256 KB de RAM y 1 MB de memoria Flash.
- Seguridad: Los dispositivos Matter deben incluir medidas de seguridad robustas para evitar vulnerabilidades. Esto incluye entre otros: Almacenamiento seguro de claves y Arranque seguro (Secure Boot).
- Certificaciones regulatorias: Para uso comercial, los módulos o chips deben cumplir con normativas regulatorias de radio como FCC, CE u otros equivalentes. Además, los dispositivos deben obtener la certificación Matter para garantizar la interoperabilidad y el cumplimiento de los estándares.
Algunos módulos o SoCs compatibles:
- EFR32MG24 (Silicon Labs): Soporta Thread, Zigbee, BLE, y Matter. Tiene hardware para criptografía.
- ESP32-C6 (Espressif): Soporta Wi-Fi 6, BLE, y Thread. Compatible con Matter sobre Wi-Fi y Thread.
- nRF5340 (Nordic Semiconductor): Soporta Thread, BLE, y tiene hardware de seguridad avanzado.

Conclusiones
A lo largo de este artículo exploramos los conceptos clave que permiten entender cómo funcionan los hogares inteligentes. Comenzamos explicando qué es un protocolo y su importancia para establecer reglas claras en la comunicación entre dispositivos. También revisamos el modelo OSI, una representación de los distintos niveles a los que funciona cualquier sistema de comunicaciones.
Luego, analizamos los protocolos más utilizados en las redes usadas en los hogares inteligentes, como Wifi, Zigbee, Z-Wave y Thread, destacando las fortalezas de cada uno y cómo se ajustan a diferentes necesidades, desde la alta velocidad de Wi-Fi hasta el bajo consumo energético de Zigbee y Thread. En este contexto, presentamos a Matter, el estándar emergente que actúa como un «idioma común» para integrar dispositivos de diversos ecosistemas, simplificando la experiencia del usuario y mejorando la interoperabilidad.
Finalmente, discutimos las herramientas necesarias para desarrollar dispositivos compatibles con Matter, como los SoCs y módulos que cumplen con los requisitos de procesamiento, memoria y seguridad. Módulos como el EFR32MG24, el ESP32-C6 y el nRF5340 ofrecen a los desarrolladores una base sólida para crear soluciones IoT avanzadas.
Sin la intención de agotar el tema ni profundizar en aspectos excesivamente técnicos, este artículo buscó explicar de manera simple qué es Matter y cuál es su propósito. Aunque se trata de una tecnología relativamente nueva, sus avances en poco tiempo han sido notables. No obstante, aún enfrenta desafíos para cumplir con todas sus ambiciosas promesas. A medida que evoluciona, Matter se perfila como una pieza clave para lograr un futuro de hogares inteligentes realmente conectados, interoperables y accesibles para todos.
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