Em 2025, o mercado global de tecnologia de casa inteligente valerá 47,5 mil milhões de dólares, com uma CAGR de 21,4% até 2034. Este aumento deve-se em parte ao facto de a norma Mate permitir a interoperabilidade de dispositivos.
O Master Standard começa com o projeto IP Connected Home (CHIP) em 2019, uma aliança de empresas que trabalham juntas para construir uma rede doméstica inteligente de código aberto. O padrão foi emitido com a versão 1.0 em 2022 e a versão 1.5 em novembro de 2025. O princípio fundamental é o compromisso de que os produtos certificados pela Mater possam se conectar entre si e ao Smart Home Hub feito por qualquer membro da Mater-Alliance, incluindo Google, Amazon, Apple e Samsung.
Cada nova versão do padrão suporta mais tipos de dispositivos, permitindo conectividade local via IPv6 e redes de baixo consumo de energia e baixa latência sem a necessidade de um gateway de nuvem.- g. A lista atual de dispositivos que suportam Mater inclui luzes e tomadas inteligentes, eletrodomésticos, sensores, cortinas, unidades de ar condicionado e bomba de calor, painéis solares, roteadores Wi-Fi, alto-falantes e reprodutores de vídeo.
Os consumidores esperam conectividade perfeita e operação imediata ao adicionar esses dispositivos à sua rede doméstica inteligente. Para fazer isso, os OEMs precisam integrar a arquitetura Matrix em seus produtos desde o início.
Composição do Sistema Material
Os dispositivos no Master Smart Home System podem desempenhar uma ou mais das seguintes funções: gateways, controladores, nós de borda, nós terminais e pontes. O gateway conecta o sistema à Internet e usa Wi-Fi para interagir com controladores, nós de borda e pontes. O controlador envia comandos para o nó de borda e o nó terminal, enquanto o nó de borda e a ponte apenas roteiam informações entre o nó e o gateway ou controlador sem aplicar lógica.
Outro princípio fundamental da arquitetura Matrix é alcançar alta eficiência energética por meio de comunicação de radiofrequência (RF) de baixa potência. A conexão Bluetooth é utilizada para o comissionamento inicial da rede de acesso ao dispositivo, mas a própria rede consiste em outros protocolos que utilizam a mesma banda de frequência. A rede Master usa o protocolo Thread de baixo consumo de energia para criar uma rede mesh de baixa latência e autorrecuperação. A ponte atua como um tradutor, conectando dispositivos que utilizam outros protocolos, como Zigbee, à rede (Figura 1).
Esboço do mapa da rede doméstica inteligente Master (clique para ampliar)
Figura 1: Master Smart Home Network inclui gateway (círculo azul), controlador (círculo azul claro), Thread Border Router (círculo vermelho), ponte (círculo roxo), nó de borda (círculo verde) e nó terminal (círculo laranja). Fonte da imagem: NXP)
Os dispositivos na rede Mater devem ter recursos de comunicação sem fio (banda estreita, Wi-Fi ou ambos) e um computador de chip único (MCU) para executar aplicativos, gerenciar a comunicação e garantir a segurança do dispositivo. A seleção dos protocolos de comunicação e das especificações do MCU depende da função do dispositivo na rede, das características de consumo de energia e de seu uso pelos consumidores. Por exemplo, uma lâmpada inteligente como nó terminal pode ter uma estrutura simples e só pode receber e executar comandos liga/desliga, enquanto um roteador é muito mais complexo.
Sistema doméstico inteligente de um chip
O Thread Border Router deve equilibrar a eficiência energética e a baixa latência desejadas pela rede Mate com a complexidade de gerenciamento de comunicações Thread e Wi-Fi, segurança de dispositivos e execução de aplicativos. O RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio da NXP Semiconductor integra um kernel de processamento em um chip, um rádio Wi-Fi capaz de transmitir canais de 20 MHz nas bandas de 2,4 GHz e 5 GHz, um rádio de banda estreita para comissionamento e rede mesh, e um enclave seguro para gerenciar chaves de dispositivos e configurações de confiança, exigindo apenas 3,3 V de energia externa para operar (Figura 2).
NXP RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio funcionando em duas imagens de banda de rádio Wi-Fi
Figura 2: RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio usa uma fonte de alimentação externa de 3,3 V para operar duas bandas de rádio Wi-Fi, um rádio local de banda estreita, um MCU de 260 MHz e funções de segurança integradas. Fonte da imagem: NXP)
O subsistema MCU do RW61X adota kernel Arm ® Cortex ® - M33 de 260 MHz com TrustZone ™ - M Hardware Secure e memória estática de acesso aleatório (SRAM) de 1,2 MB. O MCU pode se comunicar com o equipamento via interface periférica serial (SPI) e transceptor assíncrono universal (UART), comunicar-se com o sensor via interface de barramento de circuito integrado (I²C) e comunicar-se com equipamento de entrada de áudio via interface de barramento de áudio integrado de circuito integrado (I²S). O Precise Time Protocol (PTP) permite a sincronização da rede através da camada física (PHY) do módulo Ethernet de 100 Mbps do chip.
O chip RW61X suporta Mat-Wi-Fi baseado em Wi-Fi 6 para melhorar o desempenho da rede e a eficiência energética. O amplificador de potência de RF (PA) e o amplificador de baixo ruído (LNA) integrados do RW61X combinam 125 mW de potência de transmissão para garantir uma comunicação estável. O Wi-Fi Protected Access (WPA) Classe 3 fornece criptografia e segurança.
Esses chips também podem suportar Mater-over - THREAD via Bluetooth de baixa potência ou IEEE 802.15.4. Eles também são certificados para Bluetooth 5.2 e 5.4 e suportam uma variedade de modos de operação Bluetooth, incluindo modo de alta velocidade de 2 Mbps, modo remoto para transmissão de dados em taxas mais baixas em distâncias mais longas via PHY codificado e modo de extensão de transmissão. No modo de expansão de broadcast, o equipamento pode transmitir pacotes de dados maiores e pode ser encontrado com mais facilidade. Este módulo de rádio de banda estreita também usa RF PA e LNA para atingir potência de transmissão de 32 mW.
Nos chips RW61X, a segurança, uma parte importante do ecossistema Material Smart Home, é gerenciada por meio do enclave EdgeLock Secure. Este hardware à prova de violação autentica o dispositivo com seu certificado, chave de criptografia e identidade para estabelecer uma raiz.- g. Inicialização de segurança, depuração e proteção de atualização, criptografia de hardware e funções físicas de não clonagem (PUF) ajudam os chips RW61X a atender aos requisitos da Garantia de Nível 3 do Padrão de Avaliação de Segurança de Plataforma da Internet das Coisas (Garantia de Nível 3 e Arquitetura de Segurança de Plataforma (PSA) Estrutura de Certificação de Nível 3.