La Estandarización de la Domótica

En el siguiente apartado se describen los principales estándares domóticos, entendiendo como estándar un conjunto de normas que varias empresas han desarrollado para que productos de distintas marcas y fabricantes sean compatibles entre sí. También se analizarán las ventajas y desventajas de un sistema domótico cableado y se explicará qué es un sistema propietario. Para finalizar se hará una comparación de las características de los estándares de control descritos a continuación.

Estandares existentes:

  • KNX En abril de 1999 nueve compañías europeas establecieron una nueva asociación industrial, Konnex(KNX), para trabajar en el desarrollo de un nuevo estándar resultante de la convergencia de otros tres: Batibus, European Installation Bus (EIB) y European Home System (EHS). El estándar KNX puede utilizar distintos medios físicos; par trenzado, línea eléctrica, cableado Ethernet o radio frecuencia, por lo que puede ser usado en viviendas de nueva construcción, así como en viviendas ya existentes.

knx

  • LonWorks LonWorks es una tecnología de control domótico propietaria de la compañía americana Echelon Corp, está basada en el protocolo LonTalk que proporciona todas las herramientas para la implementación de redes de control distribuidas. Al igual que KNX, LonWorks puede utilizar una gran variedad de medios de transmisión: aire, par trenzado, coaxial, fibra, o red eléctrica. Requiere la instalación de “nodos” a lo largo de la red que gestionan los distintos sensores y actuadores. La instalación y configuración de estos nodos debe ser realizada por profesionales utilizando las herramientas informáticas apropiadas. LonWorks es una tecnología muy robusta y fiable por lo que está especialmente indicada para la automatización industrial, ámbito del que procede. Está más implantada en Estados Unidos que en Europa. En la siguiente imagen podemos observar el logo de la tecnología LonWorks.

Lonworks

El éxito que ha tenido LonWorks en instalaciones profesionales, en las que se valora la fiabilidad y la robustez mucho más que el precio, es debido a que desde su origen ofrece una solución con arquitectura descentralizada, que permite distribuir la inteligencia entre los sensores y los actuadores instalados en la vivienda y que cubre desde el nivel físico al nivel de aplicación de la mayoría de los proyectos de redes de control.

Cualquier dispositivo LonWorks, o nodo, está basado en un microcontrolador especial llamado Neuron Chip. Tanto este circuito integrado como el firmware que implementa el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en el año 1990.

       Del Neuron Chip podemos destacar:

  • Tiene un identificador único, el Neuron ID, que permite direccionar cualquier nodo de forma unívoca dentro de una red de control LonWorks. Este identificador, con 48 bits de ancho, se graba en la memoria EEPROM durante la fabricación del circuito.
  • Tiene un modelo de comunicaciones que es independiente del medio físico sobre el que funciona, esto es, los datos pueden transmitirse sobre cables de par trenzado, ondas portadoras, fibra óptica, radiofrecuencia y cable coaxial, entre otros.
  • El firmware que implementa el protocolo LonTalk, proporciona servicios de transporte y routing extremo-a-extremo. Está incluido un sistema operativo que ejecuta y planifica la aplicación distribuida y que maneja las estructuras de datos que se intercambian los nodos.

Estos circuitos se comunican entre sí enviándose telegramas que contienen la dirección de destino, información para el routing, datos de control así como los datos de la aplicación del usuario y un checksum como código detector de errores. Todos los intercambios de datos se inician en un Neuron Chip y se supervisan en el resto de los circuitos de la red. Un telegrama puede tener hasta 229 octetos de información neta para la aplicación distribuida.

Los datos pueden tener dos formatos, desde un mensaje explícito, que es la forma más sencilla de intercambiar datos entre dos aplicaciones residentes en dos Neuron Chips del mismo segmento o una variable de red., que es un modelo estructurado para el intercambio automático de datos distribuidos en un segmento LonWorks. Aunque son menos flexibles que los mensajes explícitos, las variables de red evitan que el programador de la aplicación distribuida esté pendiente de los detalles de las comunicaciones.

  • LonMark, cuyo logo podemos observarlo en la imagen anterior (figura 8), es una asociación de fabricantes que desarrollan productos o servicios basados en la tecnología LonWorks. Esta asociación específica y pública las recomendaciones e implementaciones que mejor se adaptan a cada uno de los dispositivos típicos de las redes de control, basándose en objetos y perfiles funcionales.

Los objetos LonMark forman las variables que se intercambia la red de control a nivel de aplicación (nivel 7 de la torre OSI). Estos objetos describen los formatos de los datos que se intercambian los nodos, así como la semántica que se usa para relacionarlos con otros objetos de la aplicación distribuida. Hay tres objetos que son básicos en una instalación LonWorks, que son: el actuador, el sensor y el controlador.

Los perfiles funcionales detallan en profundidad el interface de la aplicación distribuida con la red LonWorks (variables de red y las propiedades de configuración) y el comportamiento que tendrán las funciones implementadas.

Es importante saber que los perfiles funcionales estandarizan las funciones no los productos, por lo que permite que diversos fabricantes ofrezcan el mismo producto a nivel funcional pero desde el punto de vista hardware no tenga nada que ver un diseño con otro. Los perfiles LonMark aseguran la compatibilidad entre productos LonWorks.

Lonmark

  • X-10 X-10 es actualmente una de las tecnologías más extendidas para aplicaciones domóticas, debido al bajo coste de los equipos, a la multitud de dispositivos disponibles y a la facilidad de instalación y configuración.

También es llamada tecnología “de corrientes portadoras” ya que utiliza la corriente       eléctrica de la vivienda para transmitir la comunicación entre los elementos domóticos. Fue desarrollada en 1978 en Escocia. Es una tecnología simple que utiliza un protocolo de comunicación sencillo y algo limitado, pero que continúa en plena vigencia y es suficiente para resolver las necesidades de domotización de un hogar con costes asequibles.

Los módulos de X10 funcionan a base de “unos y ceros”, donde la presencia de un impulso eléctrico equivale a “1” y la ausencia de impulso eléctrico equivale a “0”.

La configuración de un sistema X-10 es sencilla pues basta con asignar a cada uno de los dispositivos un código de vivienda (A-P) y un código de unidad (1-16), con lo que se posibilita un total de 256 combinaciones distintas. Estos códigos se seleccionan de forma manual en cada dispositivo y forman la dirección lógica. Podemos observar cómo se seleccionaría esta dirección en la siguiente imagen (figura 9) que muestra un módulo X10, en el que vemos que con el círculo rojo de arriba se asigna el código de vivienda y con el azul de abajo el código unidad.

Para añadir un nuevo sistema a la red, tan solo debemos conectarlo a ella y asignarle una dirección lógica manualmente. La única limitación que encontramos en este sistema es que no podemos “interrogar” a un dispositivo sobre cuál es su estado, es decir, por ejemplo no podemos saber si está encendido o apagado, sólo podremos ordenar que se encienda o apague.

Aunque puede emplearse en viviendas de nueva construcción, esta tecnología está especialmente indicada para viviendas antiguas en las que no se desee realizar reformas, ya que hace uso de los enchufes eléctricos, sin necesidad de nuevo cableado. Tiene poca fiabilidad frente a ruidos eléctricos si los hay, aunque puede funcionar correctamente para la mayoría de los usuarios domésticos. Es de código abierto y el más difundido.

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Clasificación según el medio de transmisión

  • Basados en bus: el canal es compartido por todos los elementos a la vez. La principal característica de estos sistemas es que un medio conductor (cableado, normalmente dos hilos) es el encargado de transportar la señal a todos los dispositivos y, en ocasiones, como el caso del estándar KNX, de alimentar dichos dispositivos.
  • Inalámbricos: son aquellos sistemas en los que sus componentes se comunican mediante Radio Frecuencia (RF). Por tanto, cada elemento del sistema debe poseer un receptor, un transmisor o ambos.
  • Corrientes portadoras: estos sistemas utilizan la red eléctrica como medio de transmisión. Como ya hemos comentado antes, no es el sistema más recomendado ya que la señal puede distorsionarse fácilmente.
  • Mixtas: pueden existir redes que no hayan sido diseñadas con un solo medio de transmisión, si no con una mezcla de ambos. Por ejemplo, podemos encontrar una parte de la red que transmita la información mediante bus dedicado y otra parte que lo haga por RF.

Clasificación según la Arquitectura

La arquitectura hace referencia a donde se encuentra la inteligencia del mismo. Las arquitecturas más importantes son:

  • Arquitectura centralizada: la inteligencia del sistema reside en un controlador centralizado, que recibe información de los sensores y de los sistemas interconectados y envía órdenes a los actuadores. Como ventajas de esta arquitectura podemos decir que es fácil de instalar y tiene un coste reducido. Sin embargo, el sistema depende del buen funcionamiento del controlador central ya que si este falla, todo falla. La capacidad para ampliar la red es prácticamente nula.

Centralizada

  • Arquitectura descentralizada: En esta arquitectura hay varios controladores interconectados a través de un bus, el cuál envía información entre ellos, así como también a los actuadores e interfaces conectados, dependiendo esta de la información recibida por dichos interfaces, así como de la recibida por los sensores.

Descentralizada

  • Arquitectura distribuida: Es la arquitectura más robusta, ya que todos los sensores y actuadores del sistema poseen su propia inteligencia y son capaces de enviar y recibir información

Distribuida

  • Arquitectura híbrida o mixta: en ella se combinan las 3 arquitecturas definidas anteriormente. Como observamos en la imagen podemos disponer de uno o varios controladores. Los interfaces, sensores y actuadores pueden disponer también de su propia inteligencia, como sucede en la arquitectura distribuida y comunicarse con el resto de dispositivos de la red sin la necesidad de pasar por un controlador.

Clasificación según la topología

Esta clasificación hace referencia a la estructura de la red

  • Topología en estrella: cada dispositivo tiene un enlace punto a punto con el controlador central. Por tanto, los dispositivos no pueden comunicarse entre sí, sino que deben enviar la información al controlador y este se la enviará al dispositivo correspondiente. Esta topología se corresponde con la arquitectura centralizada que describimos en el apartado 1.3.2. Este tipo de topología no es la utilizada en KNX ya que no es necesario un sistema central o controlador a fin de manejar todos los dispositivos. Puesto que cada dispositivo tiene su propia inteligencia, la topología más adecuada es en Bus.

Estrella

  • Topología en bus: llamamos bus al cable central que se conecta con todos los dispositivos de la red. A diferencia de la anterior no se dispone de un controlador principal. Esta topología se corresponde con la arquitectura distribuida que explicamos en el apartado 1.3.2

Bus

Aplicaciones de la Domótica

Las principales áreas socio-técnicas que satisfacen los sistemas domóticos son:

  • Seguridad: vigilancia automática de personas, bienes, incidencias y averías, así como alarmas de intrusión, cierre automático de todas las aberturas, simulación dinámica de presencia, fachadas dinámicas, cámaras de vigilancia, alarmas personales, alarmas técnicas de incendio, humo, agua, gas, fallo del suministro eléctrico….
  • Ahorro energético: gestiona inteligentemente la iluminación, climatización, agua caliente sanitaria, el riego, los electrodomésticos, etc., aprovechando mejor los recursos naturales, utilizando las tarifas horarias de menor coste, y reduce de esta manera la factura energética. Además, mediante la monitorización de consumos, se obtiene la información necesaria para modificar los hábitos y aumentar el ahorro y la eficiencia.
  • Confort: abrir, cerrar, apagar, encender, regular…. dispositivos y actividades domésticas (iluminación, climatización, persianas, toldos, cortinas, puertas, ventanas, cerraduras, riego, electrodomésticos, suministro de agua, gas, electricidad…)
  • Control y comunicación: control y supervisión remota de la vivienda a través de su teléfono, PDA, PC…., transmisión de voz y datos, incluyendo textos, imágenes, sonidos (multimedia) con redes locales (LAN) y compartiendo acceso a Internet; recurso e intercambio entre todos los dispositivos, acceso a nuevos servicios de telefonía IP, televisión digital, por cable, diagnóstico remoto, videoconferencias….

Introduccion, ¿que es la domótica?

La tecnología, la automatización y en definitiva las TIC tienen como misión dar un valor añadido a las viviendas, los edificios y la vida de las personas. En numerosas ocasiones hemos oído hablar de los términos “vivienda inteligente” u “hogar digital”, sin diferenciar qué tipo de tecnología incluía o qué elementos integraba. Un videoportero, unas persianas motorizadas o una simple regulación lumínica con un detector de presencia o programador horario eran prefectos suficientes para calificar una vivienda como “domótica” o para afirmar que estamos ante un “hogar digital”. Esta visión de las TIC aplicadas a la vivienda ha sido y es uno de los principales factores que contribuyen a frenar el avance de la domótica en nuestro país.

Cuando empleamos el término de hogar digital, domótica o vivienda inteligente no nos referimos simplemente a un hogar equipado con cierto grado de tecnología, sino al espacio que es capaz de sensar una serie de variables y actuar en consecuencia. Si tuviéramos que definir el término domótica en tan sólo unas palabras diríamos que es la instalación e integración de varias redes y dispositivos electrónicos en el hogar que permiten la automatización de actividades cotidianas y el control local o remoto de la vivienda o del edificio inteligente (Huidobro Moya & Millán Tejedor, 2004). Por ejemplo, un sensor de presencia aislado puede servir para abrir una puerta siempre que alguien se acerque, pero si está integrado en una red, podemos obtener información de cuanta gente ha pasado, horas punta de entrada/salida. Pensemos incluso en un uso comercial, éste no abriría la puerta fuera del horario comercial o la mantendría abierta en horas de mayor entrada.

Según lo expuesto, la domótica no son servicios ni productos aislados, sino simplemente, la implementación e integración de todos los aparatos del hogar, i.e., eléctricos, electrónicos, informáticos etc.).

Pero para que todos estos elementos puedan interaccionar entre sí es necesario una red que los una, un medio de comunicación común a todos ellos. En nuestro caso particular, haremos uso de un cableado dedicado formado por cuatro conductores, dos de ellos de reserva, y que recibirá el nombre de Bus KNX de comunicaciones o simplemente Cable Bus. En numerosas ocasiones hemos oído hablar de una cierta casa del futuro capaz de hacer todas las tareas del hogar por nosotros, i.e., hacer la colada, tener preparada la comida, etc. Este lugar ha recibido numerosas acepciones y en todas ellas el lector percibía un componente tecnológico que, o bien sugería un futuro más o menos lejano, o bien un presente inalcanzable por su precio. Iniciativas recientes están consagrando el término de Hogar Digital como el lugar donde la materialización de un conjunto de servicios responde a unas necesidades que las personas tienen hoy en día en nuestra sociedad, la denominada Sociedad de la Información (Fernández & Ruz, 2005).

El Hogar Digital no tiene como barrera el conocimiento tecnológico la usabilidad de éste. Es precisamente todo lo contrario. Los usuarios o, en este caso, sus moradores, no tienen por qué ser ingenieros o informáticos o tener un ápice de conocimientos técnicos de los dispositivos que usan. El Hogar Digital es un entorno familiar, cercano, donde los pilares básicos de la domótica salen a relucir velando en cualquier caso por la calidad de vida de sus usuarios.

Una vez introducido el término de Hogar Digital debemos dotarle de capacidad de comunicación exterior con el fin de no limitar su campo de actuación a un ámbito local, para dotar de comunicación exterior bidireccional, de tal manera de poder asignarle a la instalación el adjetivo de “conectado”. Es a partir de entonces cuando acuñamos el término de Hogar Digital Conectado como una vivienda que a través de equipos y sistemas, y la integración tecnológica entre ellos ofrece a sus habitantes funciones y servicios que facilitan la gestión y el mantenimiento del hogar, aumentan la seguridad; incrementan el confort; mejoran las telecomunicaciones; ahorran energía, costes y tiempo, y ofrecen nuevas formas de entretenimiento, ocio y otros servicios dentro de la misma y su entorno sin afectar a las casas normales. Con capacidad de control e interactuación exterior y posibilidad de sendomoticasar parámetros externos.

Podemos decir que la Domótica es el conjunto de tecnologías aplicadas al control y la automatización inteligente del hogar, que permite una gestión eficiente del uso de la energía, aportando todos los beneficios que se muestran en la siguiente imagen: seguridad, confort, gestión energética y comunicación entre el usuario y el sistema. La palabra Domótica proviene de la unión de las palabras domus (que significa casa en latín) y tica (palabra en griego que significa automática).

Cualquier sistema domótico está compuesto de los siguientes elementos:

  • Controladores: Son los que permiten actuar sobre el sistema. Tienen conectados los interfaces desde los cuales el usuario puede recibir información del sistema, así como controlarlo. Algunos ejemplos de estos interfaces serían pulsadores, pantallas táctiles, mandos a distancia, entre otros.
  • Medio de transmisión: existen numerosos medios de transmisión, según la tecnología aplicada podemos distinguir entre fibra óptica, red eléctrica, bus dedicado, TCP/IP, aire…los cuáles hacen posible el intercambio de información entre el usuario y el sistema.
  • Actuadores: reciben las órdenes y las transforman en señales de aviso, regulación o conmutación. Los actuadores ejercen acciones sobre los elementos a controlar en el hogar.
  • Sensores: recogen información (datos) del exterior del sistema. Estos datos pueden ser órdenes que vayan directamente a los actuadores o pueden ir previamente a una central domótica, en función de la arquitectura de la red (explicada en el punto 1.3). Como ejemplos de sensores podemos nombrar los detectores de fuga de agua, de gas, de humo, entre otros.

Elementos externos. Son aquellos elementos y/o sistemas instalados en el hogar que son controlados por el sistema domótico.