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5/16/2018 FEDIT RedesSensoresEdificios - slidepdf.com

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REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 1/62

Ob s erv a to r i o I n d u s t r i a l d e l

Secto r d e la Elect r ón ica, Tecno logías de la

I n fo r m ación y Te lecomu n i cac iones

REDES DE SENSORES. APLICACIONES PARACONTROL AUTOMÁTICO DE EDIFICIOS.

FECHA: 04/01/2010




ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ..........................................................................................3

1.1. OBJETIVO Y ALCANCE................................................................................. 3

1.2. ABREVIATURAS Y ACRÓNIMOS..................................................................... 4

1.3. REFERENCIAS................................................................................................... 5

1.4. ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO ................................................................... 7

2. METODOLOGÍA..................................................................................................... 8

3.

SITUACIÓN ACTUAL ........................................................................................... 9

3.1. DOMÓTICA E INMÓTICA ............................................................................... 9

3.1.1. INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DE DOMÓTICA ....................................... 9

3.1.2. BENEFICIOS DE LA DOMÓTICA................................................................... 12

3.1.3. CAMPOS ............................................................................................................ 13

3.1.4. ESCENARIOS DE APLICACIÓN..................................................................... 17

3.1.5. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS........................ 18

3.1.6. COMPONENTES DE UN SISTEMA DOMÓTICO.......................................... 22

3.1.7. INTEGRACIÓN DE SENSORES EN LA AUTOMATIZACIÓN .................... 25

3.2. NECESIDADES ACTUALES DE AUTOMATIZACIÓN EN EDIFICIOS.. 27

3.3. TENDENCIAS EN LAS REDES DE SENSORES ........................................ 29

4. TECNOLOGÍAS CLAVE...................................................................................... 32

4.1. DEFINICIÓN Y ORÍGENES.......................................................................... 32

4.1.1. HISTORIA .......................................................................................................... 32

4.1.2. DEFINICIÓN...................................................................................................... 32

4.1.3. NODOS (MOTAS) ................................................................................................ 34

4.2. ARQUITECTURA DE RED........................................................................... 36

4.3. MOTAS Y SUS CARACTERÍSTICAS.......................................................... 40

4.4. SOFTWARE.................................................................................................... 45

4.5. OTROS ............................................................................................................ 46

5. SITUACIÓN DE MERCADO ............................................................................... 48

5.1. LISTADOS ...................................................................................................... 50

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..................................................... 61




1. INTRODUCCIÓN

1.1. OBJETIVO Y ALCANCE

El objetivo de este documento es recoger los conceptos principales de la domóticaasí como hacer un estudio de las principales tecnologías disponibles para redes desensores aplicadas al control automático de edificios. Una red de sensores es una redde dispositivos inalámbricos distribuidos por una zona y que utilizan sensores paramonitorizar condiciones en diferentes localizaciones. Los dispositivos o nodos secomunican entre ellos (de forma inalámbrica) y con un nodo central de forma quepueden cooperar entre sí y trasmitir la información a otros sistemas de información.

El principal uso de las redes de sensores es la monitorización ambiental del

entorno, siendo de aplicación en sistemas tanto para la medida de entornosindustriales (monitorización de procesos, de mantenimiento, elementos estructurales,etc.) como en monitorización remota (eventos atmosféricos relacionados con el clima,cultivos, etc.). Uno de los posibles usos es el despliegue de los mismos para lamonitorización de edificios, oficinas, aeropuertos, etc.

Este documento se centra en el uso de las redes de sensores para aplicaciones enel control automático de edificios y su uso para aplicaciones inmóticas y domóticas engeneral.

Este documento se encuentra enmarcado dentro de los trabajos del Observatoriode Electrónica, tecnologías de la información y las telecomunicaciones y con estetrabajo se pretende que las empresas conozcan los conceptos principales de ladomótica, la situación actual de las redes de sensores, qué tecnologías intervienen ycuáles son los principales agentes que existen. Con todo ello se facilita a las empresasinformación suficiente para desarrollar actividades de I+D+i en este campo.




1.2. ABREVIATURAS Y ACRÓNIMOS Este apartado recoge las abreviaturas y acrónimos utilizados a lo largo del

documento.

CNAE Clasificación Nacional de Actividades EconómicasFEDIT Federación Española de Entidades De Innovación y TecnologíaGTD Gestión Técnica DomóticaADAPT Asociación para el Desarrollo, el Adelanto y la Productividad a través

del dominio de las Tecnologías KNX KONNEXCO2 Dióxido de Carbono

MEMS MicroElectroMechanical Systems UWB Ultra Wide BandGPS Global Positioning SystemTOA Time Of ArrivalAOA Angle Of ArrivalRSS Really Simple SyndicationUPnP Universal Plug And PlayDLNA Digital Living Network AllianceHGI Home Gateway InitiativeURC Universal Remote ConsoleDSN Distributed Sensor NetworksDARPA Defense Advanced Research Projects AgencyWSN Wireless Sensor NetworksCSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision AvoidanceISM Industrial, Scientific and MedicalOSI Open System InterconnectionHVAC Heating, Ventilating, and Air ConditioningRF4CE Radio Frequency for Consumer ElectronicsRFID Radio Frequency IdentificationCCD Charge-Coupled DeviceRAM Random Access MemorySRAM Static Random Access MemoryEEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory

RISC Reduced Instruction Set ComputerUSB Universal Serial BusUART Universal Asynchronous Receiver-TransmitterSPI Serial Peripheral InterfaceASIMELEC Asociación Multisectorial de Empresas de Tecnologías de la

Información, Comunicaciones y Electrónica




1.3. REFERENCIAS A continuación se presentan aquellos documentos que se han consultado o a los

que se hace referencia a los largo de los trabajos.

Estudio MINT-CASADOMO 2008

Sistemas de Domótica y Seguridad en Viviendas de NuevaPromoción

Michel Daoub Wireless Technology – Protocols, Standards and Techniques

Pacific NorthwestNational Laboratory

Advanced Sensors and Controls for Building Applications

Yan Zhang Wireless Mesh Networking

Cristobal Romero,Francisco Vázquez

Domótica e Inmótica

José ManuelHuidobro

Edificios Inteligentes

CEDOM Cuaderno de Divulgación Domótica

Javier LamasGraziani Sistemas de Control para Viviendas y Edificios

Antonio Rodriguez Instalaciones Automatizadas en Edificios

6th EuropeanConference WSN

Wireless Sensor Network

EnOcean Wireless Sensor Solutions for Building Automation

Phoenix Contact Soluciones Inteligentes para la Automatización de Edificios

Paolo Baronti,Prashant Pillai

A survey on the state of the art and the 802.15.4 and ZigBeestandards

Hamid Gharavi Sensor Networks and Applications

Meng-Shiuan Pan,Yu-CheeT seng

Communication Protocols and Applications for ZigBee WSN

Isabel Dietrich, FalkoDressler

On the Lifetime of Wireless Sensor Networks

Fabio L. Zucatto,Clecio A. Biscassi

ZigBee for Building Control Wireless Sensor Networks




1.4. ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO En el capítulo 1 Introducción, se describe el objetivo y el alcance del documento.

En el capítulo 2 Metodología, se describe los pasos que se han seguido para laelaboración del documento.

En el capítulo 3 Situación Actual, se define el estado actual de la automatizaciónen edificios y las necesidades que se prevén de los mismos, así como unastendencias básicas de las redes de sensores.

En el capítulo 4 Tecnologías Clave, se realiza un repaso de la tecnología existente

en cuanto a redes de sensores, exponiendo sus características fundamentales yrepasando cada uno de los dispositivos más representativos que han surgido hasta laactualidad.

En el capítulo 5 Situación del mercado, se resumen algunos aspectos importantesdesde este punto de vista de estas aplicaciones y tecnologías, y se detalla una lista delas empresas, instituciones y centros de investigación más relevantes en la actualidad.

Finalmente el capítulo 6 Conclusiones y Recomendaciones, hace un resumen delas principales conclusiones relativas a las tecnologías y conceptos descritos en elestudio, así como unas recomendaciones generales.




2. METODOLOGÍA

En este apartado se recogen los pasos que se han seguido para obtener losresultados expuestos en el documento.

Como primer paso se ha realizado un estado del arte de toda la informaciónrelevante relacionada tanto con las redes de sensores como con las aplicaciones paracontrol automático de edificios y la domótica. A partir de esa información se handetectado las tecnologías clave y su implicación en el desarrollo de las redes desensores.

El paso siguiente ha sido, realizar un estudio de estas tecnologías, detallando sucomposición estructural, así como su capacidad de procesamiento, almacenamiento,

comunicación y autonomía.

Se han buscado aplicaciones de las redes de sensores, obteniendo su nivel deimplantación, sus tendencias de actuales, y un listado de empresas, instituciones ycentros de investigación que desarrollan actividades relacionadas con las redes desensores.

Toda la información se ha introducido en diferentes versiones del documento quese ha circulado entre los miembros del equipo de trabajo para su revisión y aprobacióndefinitiva.




3. SITUACIÓN ACTUAL

Como se ha comentado en la introducción de este documento, una red desensores es una red de dispositivos inalámbricos distribuidos por una zona y queutilizan sensores para monitorizar condiciones en diferentes localizaciones. Los nodosse comunican entre ellos y con un nodo central de forma que pueden cooperar entre síy trasmitir la información a otros sistemas de información.

Por otra parte, se entiende por domótica la automatización de una vivienda, ya seaindividual o colectiva. Si la automatización se refiere a un edificio no destinado a laresidencia de personas (edificios de oficinas, servicios, etc.) se denomina inmótica.Una definición general del concepto sería el conjunto de soluciones que mediante lautilización de la tecnología existente (electrónica, telecomunicaciones, electricidad,

robótica, etc.) consigue un manejo, control y gestión más eficaz de todos los aspectosrelacionados con la vivienda, como pueden ser la comodidad, la seguridad, el ahorroenergético, el entretenimiento, etc.

El control automático de edificios es uno de los campos que puede resultar muyinteresante para el uso de las redes de sensores. Sus características decomunicaciones inalámbricas, transmisión de variables de entorno y posibilidades deactuación sobre determinados elementos las hacen una alternativa clara y eficaz enaplicaciones domóticas.

Los siguientes apartados recogen un estado del arte de lo que son las redes desensores, la domótica y la inmótica y sus necesidades.

3.1. DOMÓTICA E INMÓTICA. HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE AUTOMATIZACIÓN EN EDIFICIOS

3.1.1. INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DE DOMÓTICA

A finales de los años setenta y principios de los ochenta, con el auge de lastelecomunicaciones, aparece en Estados Unidos de América el concepto de “casa

inteligente” (smart house).Hacia la mitad de los 80 aparecen en Europa los primeros productos (buses)

capaces de gestionar viviendas mediante el uso de tecnologías de la información ycomunicación. Se empieza a hablar de “domótica” (el término tiene su origen enFrancia con la expresión domotique), debido a la necesidad de referirse al conjunto demateriales y a las nuevas técnicas que se podían utilizar en el edificio utilizadodedicado a vivienda. Etimológicamente proviene del latín “domus” = casa y “tica” =automática, es decir, la “casa automatizada”.

En los años 90 se desarrollan una demanda de seguridad, flexibilidad, economíade energía en los inmuebles ya sean destinadas a vivienda, oficinas o servicios…, y se

empieza a hablar de “inmótica”.




El término “inteligente” proviene del sector informático y se utiliza para diferenciaraquellos terminales con capacidad de procesamiento de datos (inteligentes) de los queno la tienen (no inteligentes). Esta capacidad está íntimamente ligada con

microprocesadores.

Actualmente la cantidad de nombres que aparecen en la literatura es casiinterminable, y en ella encontramos términos tales como:

• Vivienda domótica.• Casa inteligente (smart house).• Vivienda del futuro.• Vivienda automatizada.• Vivienda domótica (home automation).• Sistemas domésticos (home systems).•

El hogar conectado.• Inmótica (la misma tecnología aplicada al inmueble, Gestión Técnica Edificio).• El inmueble inteligente.• La casa digital / el hogar digital.• La casa numérica.• La casa de última generación.• La gestión técnica doméstica, GTD.• El ambiente inteligente.• Home and Building Electronic System.

En lo comentado anteriormente, todos los conceptos están ligados a laautomatización de un edificio, pero según la naturaleza y el uso de ese edificio lasexigencias serán muy diferentes, lo cual nos permite determinar inicialmente dosgrandes grupos:

• La automatización de la vivienda, del hogar esté en una vivienda aislada o enun piso de un inmueble. Dicha automatización, sea cual sea su grado y lastecnologías empleadas, se conoce como domótica.

• La automatización de edificios no destinados a vivienda, es decir, oficinas,despachos, pequeño terciario y servicios en general, se denomina inmótica.

Según la ADAPT (Asociación para el Desarrollo, el Adelanto y la Productividad a

través del dominio de las Tecnologías.):

«Domótica es la integración de servicios y tecnologías, aplicadas a hogares ypequeños edificios para automatizarlos y obtener mejoras en:

• Seguridad y protección.• Confort.• Comunicación.• Gestión técnica.»

Según el diccionario Larousse, de la Real Academia de la Lengua Francesa, ladomótica es:




«El conjunto de servicios proporcionados por sistemas tecnológicos integrados,como el mejor medio para satisfacer las necesidades básicas de seguridad,comunicación, gestión energética y confort, del hombre y de su entorno más

cercano.»

Según el Diccionario de la Lengua Española, de la Real Academia Española, en suvigésima segunda edición, domótica es:

«Conjunto de sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de unavivienda.»

Para CEDOM, el término “domótica” intenta dar significado al conjunto desoluciones que, mediante el uso de las técnicas y tecnologías disponibles (electricidad,electrónica, informática, robótica, telecomunicaciones…), logra una mejor utilización,gestión y control de todos los aspectos relacionados con la vivienda (confort,seguridad, ahorro de consumo de energía, comunicaciones, informática, televisión,cine en casa…).

Una definición que trata de integrar todos los aspectos anteriores es la siguiente:

«La domótica es la automatización y el control aplicado a la vivienda. Laautomatización y el control se realizan mediante equipos que disponen decapacidad de comunicarse interactivamente entre sí, y con capacidad de seguir lasinstrucciones de un algoritmo o programa previamente establecido por el usuariode la vivienda y con posibilidades de cambio según sus intereses. Enconsecuencia, la domótica permite una mayor calidad de vida, reduce el trabajo

doméstico, aumenta el bienestar y la seguridad, racionaliza los distintos consumosy, además, su evolución permite ofrecer continuamente nuevas aplicaciones.»

Se entiende por domótica la automatización de una vivienda aportando serviciosde gestión energética, seguridad, bienestar, comunicación, etc. La incorporación desistemas automáticos de gestión de las instalaciones de edificios de uso industrial oterciario (no viviendas) con objetivos similares se denomina inmótica. Finamente sedenomina urbótica a la automatización de complejos urbanos como unidadesresidenciales o urbanizaciones, barrios, grandes centros comerciales, o inclusociudades completas. Como se aprecia, se trata básicamente del mismo concepto peroaplicado en distintos sectores o marcos de actuación.

La mayoría de los sistemas domóticos se estructuran en tres grandes apartados.El primero es la comunicación con el exterior, que permite la gestión remota delsistema y que suele disponer de un elemento que enlaza esa parte exterior con lossistemas internos. El segundo es una red interna, local o doméstica que permite laconexión de todos los equipos y sistemas involucrados entre sí. El tercero son lospropios equipos o métodos que proporcionan los servicios y funcionalidadesnecesarias.

La gama de aplicaciones y servicios ofrecidos por este tipo de sistemas son muyamplias: seguridad, control de accesos, gestión de la energía (iluminación,climatización, aguas y riegos, etc.), monitorización y control (avisos y alarmas,monitorización de la salud, automatización de tareas domésticas, etc.), ocio y

entretenimiento (equipos multimedia, cultura, etc.), comunicación con sistemas yservidores externos, operación y mantenimiento de las propias instalaciones, etc.




En general se aprecia una tendencia en este tipo de sistemas hacia laestandarización de los mismos, pasando de soluciones propietarias a sistemasbasados en estándares con equipamientos genéricos y basados en equipamiento de

campo, controladores y PCs.

3.1.2. BENEFICIOS DE LA DOMÓTICA

A la hora de realizar una instalación domótica en una vivienda hay que tener enconsideración que los requerimientos de los usuarios residenciales son distintos a losde los usuarios profesionales, ubicados en oficinas o fábricas, algo que hay que teneren cuenta al evaluar la tecnología y los sistemas más adecuados para satisfacer susnecesidades que, fundamentalmente, se dirigen a hacer más amigable su relación conel entorno en el que pasa la mayor parte de su tiempo.

La introducción de todos estos sistemas y tecnologías en el hogar aún no es unarealidad, salvo en muy contadas ocasiones, pero si hay muchos catalizadores queayudarán a que ello se realice rápidamente. Por una parte, cada vez existen másdispositivos electrónicos en el hogar, y eso provoca una necesidad real de comunicarunos con otros. Por otra, la estandarización de las tecnologías de comunicaciónprivadas, como las redes Ethernet cableadas o las redes inalámbricas Wi-Fi, hanreducido los costes a unos niveles que permiten su despliegue masivo. Para lasempresas promotoras, dotar a las viviendas que construyen de una instalacióndomótica supone añadirles valor, lo que les permite venderlas mejor. Y mientras, lasempresas de telecomunicaciones y los proveedores de contenidos y servicios, ven laposibilidad de aumentar los servicios que ofrecen a sus clientes, generando nuevos

ingresos; a las compañías de servicios de luz, agua, electricidad, seguridad, etc., seles abre una puerta para racionalizar sus costes, y añadir valor para el usuario final.

Y con todo esto, ¿para qué le sirve a alguien tener todos estos sistemas, y con quénivel de complejidad? Dependerá de cada uno, ya que mientras a un anciano que vivesolo le bastará con un sistema de tele-asistencia muy simple tecnológicamente, perocon alto nivel de servicio (247365 – 24 horas, 7 días a la semana, 365 días al año),que garantice poderle ofrecer asistencia inmediata en caso de urgencia, para unafamilia con varios hijos puede ser más importante el poder disponer de acceso aInternet en todas las habitaciones. Para personas que viven solas, poder encender lacalefacción o el aire acondicionado desde la oficina o disponer de un sistemaautomático de riego puede tener mucho interés; para una pareja trabajadora puedeque lo más interesante sea disponer de una cámara IP en su casa, que les permita vera través de Internet a su hijo pequeño, que está siendo cuidado por otra persona.

En general podemos decir que las ventajas que aporta la domótica son:

Al usuario:

• Un hogar más seguro: control de intrusión, alarmas técnicas, control deenchufes, simulación de presencia, tele-asistencia, etc.

• Un hogar más confortable: control de clima, control de electrodomésticos,

control de la luz natural y artificial, persianas automatizadas, programación deriego, control remoto de equipos e instalaciones, etc.




• Un hogar mejor comunicado: recibir avisos de anomalías, recibir informacióndel funcionamiento de equipos e instalaciones, control remoto de equipos, etc.

• Un hogar más sostenible: aprovechar al máximo la luz solar, evitar gastosinútiles de luz y agua, control de consumo, etc.

Al promotor:

• Presentar viviendas con más y nuevas prestaciones.

• Racionalización de aplicaciones destinadas a zonas e instalaciones comunes.

• Revalorización de vivienda.

•

Diferencia frente a la competencia.

• Sostenibilidad del edificio y ahorro energético.

Al instalador:

• Incremento de la calidad, uso y posibilidades de las instalaciones de lavivienda.

• Nuevas oportunidades de negocio en instalación.

• Servicios adicionales de mantenimiento.

Al prescriptor:

• Mejora continua con la aplicación de nuevas tecnologías.

• Nuevas oportunidades de negocio.

Al fabricante:

• Evolución.

• Nuevas líneas de producto.

• Innovación.

3.1.3. CAMPOS

• Energía

La gestión de la energía se encarga de gestionar el consumo de energía mediantetemporizadores, relojes programados, termostatos, etc.




Funciones:

- Programación y zonificación de climatización y equipos domésticos.

- Racionalización de cargas eléctricas: desconexión de equipos de uso noprioritario en función del consumo eléctrico en un momento dado. Reduce lapotencia contratada.

- Gestión de tarifas eléctricas, derivando el funcionamiento de algunosaparatos a horas de tarifa reducida, o aprovechándolas medianteacumuladores de carga.

- Detección de apertura de ventanas y puertas.

- Zonas de control de iluminación con encendido y apagado de lucesinteriores y exteriores dependiendo del grado de luminosidad, detección depresencia, etc.

• Confort

La gestión del confort y la calidad de vida nos proporcionan una serie decomodidades, como el control automático de los servicios de calefacción, aguacaliente, refrigeración, iluminación y la gestión de elementos como accesos, persianas,toldos, ventanas, riego automático, etc.

Funciones:

- Apagado general de todas las luces de la vivienda y automatización delapagado/encendido de cada punto de luz.

- Regulación automática de la iluminación según el nivel de luminosidadambiente.

- Integración del portero electrónico al teléfono, o del video-portero altelevisor.

- Accionamiento automático de persianas y toldos, y de control del sistema

de riego.

- Automatización de todos los distintos sistemas/instalaciones/equiposdotándolos de control eficiente y de fácil manejo.

- Supervisión automatizada de cualquier dispositivo electrónico.

- Control de climatización y ventilación hidrorregulable, que permite unamayor ventilación a mayor humedad y mejora la salubridad.




• Seguridad

La gestión de la seguridad y la vigilancia que proporciona un sistema domótico es

más amplia que la que nos puede proporcionar cualquier otro sistema, pues integratres campos de la seguridad que normalmente están controlados por sistemasdistintos.

Seguridad de los bienes:

- Gestión del control de acceso con reconocimiento o identificación de losusuarios.

- Control de presencia y detección de intrusismo y de la posterior persuasión.

- Detección de rotura de cristales y forzado de puertas.- Simulación de presencia, memorizando acciones cotidianas para su

repetición.

- Video vigilancia a través de cámaras.

Seguridad de las personas:

- Tele-asistencia y telemedicina para las personas mayores, enfermos odiscapacitados.

- Acceso a los servicios de vigilancia sanitaria, policía, etc.

Incidentes y averías:

- La detección de todo tipo de averías de agua, gas, etc. Y control de lasmismas.

- Detección de incendios y alarmas.

- Detectar averías en los accesos, en los ascensores, o cualquier otrosistema.

• Comunicaciones

La gestión de las comunicaciones, o gestión técnica de la información, se encargade captar, transportar, almacenar, procesar y difundir datos o información. Es decir, lagestión de la información de la casa a distancia: salud de los ocupantes, tele-formación, teletrabajo, etc. La principal aplicación de la gestión técnica de lainformación es:

- Control y monitorización remotos, de la instalación domótica y podercomprobar su estado actual utilizando línea telefónica, Internet, etc.




- Transmisión de alarmas activadas a centrales de alarmas, llamadastelefónicas, SMS/alertas, mensajes de voz, etc.

- Intercomunicación interior de todos los servicios electrónicos del hogarcomo vídeo portero con el televisor, portero automático en el teléfono, etc.

- Comunicación de información con el exterior, con servicios telemáticos.

• Accesibilidad

Una persona con movilidad reducida o con otras discapacidades puede encendersus aparatos electrónicos bien por voz, bien por mandos a distancia, o pueden realizarllamadas de emergencia o activar sus servicios de alarma si lo necesitan. En casos de

movilidad reducida severa incluso hay aparatos habilitados para levantarse de lacama, acceder a la ducha, mandos para abrir puertas, etc.

Funciones:

- Mejora su autonomía y fomenta su vida independiente.

- Incrementa la calidad de vida y bienestar del usuario.

- Tiene mayor seguridad ante imprevistos (inundaciones, entrada de ladronesen la casa, etc.).

- Mejora su intercomunicación e integración tanto laboral, como social yemocional.

- Los cuidadores y asistentes también mejoran su calidad de vida, al verseapoyados en su tarea diaria con la ayuda de sistemas tecnológicos.

- Menor coste en contratar servicios asistenciales.

• Entretenimiento

Este nuevo tipo de servicio está muy relacionado con los servicios de gestión de

las comunicaciones, y en principio es más típico en las viviendas que en los edificios.

Funciones:

- Vídeo bajo demanda, videoconferencia y grabaciones de vídeo.

- TV interactiva, publicidad interactiva y canales virtuales.

- Emisiones deportivas, noticias, vídeos musicales y audio en tiempo real.

- Control de visionado y guía de programación.

- Juegos de consolas y juegos de TV interactiva.




• Servicios específicos de edificios

Para algunos edificios, se necesitan unos servicios más específicos dependiendo

de la funcionalidad u objetivo final de dicho edificio. De forma que dependiendo de cuálsea la utilidad del edificio, se necesitarán unos servicios concretos.

- En los hoteles se potencia todos los servicios (confort, energía, seguridad ycomunicaciones), que requieren un control de accesos personalizado en lashabitaciones y salas o zonas de pago, supervisión de la ocupación y laproductividad, etc.

- En los hospitales los servicios más controlados son la energía y seguridadpersonal, requieren control de la calidad ambiental y de aislamiento enquirófanos y zonas con posibilidades de contagios, control de ocupación delas habitaciones, etc.

- En los museos, donde sobre todo se requiere un control de la seguridad y elmantenimiento adecuado del contenido, requiere de un control ambiental,de la humedad, de la calidad del aire y de otras variables que puedanafectar en la conservación de las obras de arte, etc.

3.1.4. ESCENARIOS DE APLICACIÓN

En general se pueden distinguir dos tipos de edificaciones dependiendo de si eledificio está orientado a vivienda o a servicios. Los edificios para vivienda o edificios

residenciales, donde las aplicaciones están más orientadas al confort y seguridad, y alos grandes edificios no residenciales, donde los servicios están más orientados alahorro energético y a mejorar el ambiente de trabajo.

• Edificios residenciales

Los edificios residenciales pueden ser de distintos tipos, dependiendo de sidisponen de una o varias viviendas:

- Edificios de una sola vivienda.

- Edificios de dos o más viviendas.

- Residencias para colectivos de personas.

Se pueden distinguir también distintas tipologías de viviendas, diferenciando entrevivienda de nueva construcción o de rehabilitación profunda (donde se recomienda lacolocación de un cableado específico que transmita la información necesaria entre losdiferentes elementos del sistema) y el caso de vivienda existente (puede ser posibleaprovechar la propia red eléctrica de la vivienda y la tecnología radio como medio detransmisión.)




Vivienda de nueva construcción . En el caso de vivienda o edificio de nuevaconstrucción o de rehabilitación profunda, no existe en principio ninguna limitación. Eneste caso se recomienda la colocación de un cableado específico que transmita la

información necesaria entre los diferentes elementos del sistema.

Reforma de vivienda existente. En cambio en el caso de vivienda/edificio existentese recomienda una solución no cableada donde los requisitos de instalación sonmínimos ya que es posible aprovechar o bien la propia red eléctrica de la vivienda y obien la tecnología radiofrecuencia como medio de transmisión. En cualquier caso, sonsencillos de utilizar y su coste se ha reducido sensiblemente en los últimos años.

También se pueden diferenciar las viviendas dependiendo del tipo de usuario quelas habita. No es deseable pensar en el mismo modelo de casa inteligente para latotalidad de la población. En otras palabras, el concepto de casa inteligente no debeser unívoco. Existen tres especificaciones que determinan el tipo:

1. Tamaño y composición del hogar.2. División del trabajo.3. Edad y estado en el ciclo vital de la familia.

• Edificios no residenciales

Los edificios de tipo no residencial se clasifican según su objetivo o utilizaciónespecífica, pudiendo ser concebidos para varios fines (por ejemplo, un edificio quecombine los aspectos residencial, hotelero y de oficinas). De esta forma se pueden

diferenciar los siguientes tipos de edificios:- Hoteles, hostales, albergues y edificios similares.- Inmuebles para oficinas y edificios dedicados para el comercio al por mayor y al

por menor.- Edificios para transporte y comunicaciones.- Edificios industriales, almacenes y para explotaciones agrarias.- Edificios de uso cultural, recreativo, educativo o sanitario, y dedicados al culto y

a la religión.- Monumentos declarados de interés artístico o histórico.- Otros edificios no comprendidos en otras partidas.

3.1.5. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOSDE ENTORNOS HABITADOS

3.1.5.1. TipologíaSegún sea la configuración empleada para implementar sus funciones, se puede

diferenciar entre sistemas centralizados y sistemas descentralizados.

• Sistemas centralizados

Son aquellos sistemas en los que los elementos para controlar y supervisar

(sensores, luces, válvulas, etc.) están conectados en un único punto, generalmente ala unidad de control central, que contiene la inteligencia de todo el sistema. En los




sistemas de configuración centralizada la comunicación entre elementos pasa portanto por la unidad central.

Este sistema es ampliamente utilizado, por ejemplo, en gestión de la seguridad oen gestión de la energía.

Los sistemas centralizados presentan dos inconvenientes:

- Para el fabricante, la manera más fácil de suministrar productos que operencon este diseño es mediante la producción del sistema completo. Ello crea unadependencia de una sola marca, dado que no se asegura que elementos de unfabricante puedan comunicarse con los de otros.

- El sistema de control es el corazón de la vivienda, lo que supone, que si éstefalta, todo deja de funcionar.

• Sistemas descentralizados

En este tipo de sistemas existen diferentes elementos de control, cada uno de ellosposee la capacidad de tratar la información que recibe y actuar en consecuencia deforma autónoma. En estos sistemas los elementos de control están lo más cercaposible de los elementos que se deben controlar.

Mediante este método se eliminan los dos problemas mencionados en el sistemacentralizado. No existe una unidad de control central, y por tanto, el usuario nodepende de un solo fabricante; por otra parte, la avería de cualquier elemento no

afecta al funcionamiento del resto. Además existen otras ventajas, como la facilidad dereconfiguración del sistema, lo que incide directamente en el grado de flexibilidad, ysobre todo en el ahorro de cableado de la instalación. Al tratarse de sistemas máscaros también son sistemas más potentes, que permiten implementar una grancantidad de aplicaciones y servicios al usuario.

Como inconveniente, este sistema implica una estandarización de los mensajes yla forma en que se han de transmitir: todos los equipos han de ser capaces de recibir ycomprender los mensajes enviados por otros elementos. Por otra parte, el mayor costede los elementos del sistema también supone otro inconveniente.

3.1.5.2. Topología

Se llama topología de red a la forma de interconectar todos los elementos oequipos (controlados, pulsadores, sensores, etc.) a la red.

Las principales topologías de red o interconexión de nodos son: estrella, anillo,bus, árbol y malla.

Los nodos se conectan a un bus, que normalmente los alimenta a su tensión defuncionamiento y también es utilizado para comunicarse entre ellos.




• Estrella

En un sistema en estrella todos los nodos que forman el sistema están unidos a un

controlador central (hub) y es este control central el que realiza las funciones desupervisión y control. En un sistema en estrella, para comunicarse dos nodoscualesquiera éstos han de estar unidos al control central.

Las principales ventajas de la topología en estrella son que:

- Un error o fallo en un nodo (cualquiera menos el control central) no afecta alresto de la instalación.

- Es muy fácil añadir nuevos nodos a la red.

Como inconveniente tiene que:

- Un error o fallo en el controlador central, afecta a toda la instalación.

- El cableado de la instalación es muy extenso, dado que todos los nodos seunen al control central.

• Anillo

En un sistema en anillo, todos los nodos están conectados en serie por lo que elprincipio y el final están unidos formando un camino cerrado o bucle. De esta manerala información se transmite desde el emisor hasta el receptor pasando por todos los

demás, circulando la información solamente en una sola dirección. Este sistema esmuy utilizado en las redes de gestión de la seguridad.

El sistema en anillo presenta algunos inconvenientes:

- Como se puede suponer, añadir nuevos nodos en este sistema es máscomplicado, ya que se ha de interrumpir el funcionamiento de la red.

- Por otra parte, si hay un corte en el cable se inutiliza toda la red.

- Si hay nodos que envían constantemente información a otros nodos, se puedeproducir la saturación de información del bus.

• Bus

En este sistema la línea es compartida por todos y cada uno de los nodos delsistema. Todos los nodos transmiten y reciben señales a través del bus. Comoventajas cabe citar la facilidad en cuanto a añadir y quitar nodos al bus y, por otraparte, que si un nodo tiene un fallo no afecta al resto del sistema. El inconvenientemás importante está en la necesidad de contar con un protocolo de comunicación mássofisticado que en el resto de redes.

• Árbol

La topología en árbol es una mezcla de las topologías en bus y en estrella. Lasventajas e inconvenientes van a depender de la configuración final.




• Malla

En este sistema los diferentes nodos se unen entre sí formando una estructura en

la que al menos existen dos caminos posibles para cada equipo. En este caso si hayun fallo en uno de los cables, la información circula por otra línea. Por otra parte, suprincipal inconveniente es el alto coste del cableado. De hecho el sistema en malla esuna topología muy poco utilizada.

3.1.5.3. Medios de transmisiónPara que los diferentes dispositivos de una red se comuniquen e intercambien

información entre sí, los medios que se utilizan principalmente son:

- Sistemas que usan en todo o en parte señales que se acoplan y transmiten por

la instalación eléctrica de baja tensión, tales como sistemas de corrientesportadoras.

- Sistemas que utilizan en todo o en parte señales transmitidas por cablesespecíficos para dicha función, tales como cables de pares trenzados, paralelo,coaxial o fibra óptica.

- Sistemas que usan señales radiadas, tales como ondas de infrarrojo,radiofrecuencia o ultrasonidos.

Un sistema domótico puede combinar varios de los sistemas anteriores, debiendocumplir los requisitos aplicables en cada parte del sistema.

3.1.5.4. Sistemas abiertos y propietariosEn un sistema distribuido los protocolos de comunicaciones pueden ser abiertos o

cerrados (denominados también propietarios).

• Sistemas cerrados o propietarios : son aquellos en los que los nodos decontrol utilizan un protocolo de comunicaciones cerrado, es decir, un protocoloque ha sido creado únicamente para comunicar los productos de un fabricante.Generalmente estos equipos son más económicos aunque tienen una grandependencia de un solo fabricante y altos costes de mantenimiento.

• Sistemas abiertos : son aquellos en que los nodos de control utilizan unprotocolo de comunicación estándar. Estos sistemas ofrecen soluciones másviables y los diferentes protocolos han evolucionado enormemente. Tienen suorigen en la década de los 90, y se presentan con soluciones más completasque los protocolos propietarios, y con capacidad de integrar productos dedistintos fabricantes.

Su mantenimiento tiene costes más bajos, hay una amplia gama de productos, yse tiene mucha flexibilidad y capacidad de ampliación.




Los principales protocolos de sistemas domóticos abiertos son:

- LONWORKS

- X-10- KONNEX-EIB

3.1.6. COMPONENTES DE UN SISTEMA DOMÓTICO

• Sensores

La misión de un sensor es la conversión de magnitudes de una determinadanaturaleza a otra, generalmente eléctrica. Estas magnitudes pueden ser físicas,químicas, biológicas, etc.

En un edificio, se encargarán de proporcionar toda la información necesaria parasu posterior gestión. Sensores habituales son los de temperatura, humedad,presencia, iluminación, etc.

En la mayoría de los casos, los sensores disponen de un encapsulado mediante elcual consigue un correcto funcionamiento al evitar que no le afecten condicionesexternas distintas de la magnitud a medir.

A continuación se citan las características más importantes que definen elfuncionamiento de un sensor:

- Amplitud: Diferencia entre los límites de medida.- Calibración: Patrón conocido de la variable medida que se aplica mientras

se observa la señal de salida.- Error: Diferencia entre valor medido y valor real.- Exactitud: Concordancia entre valor medido y valor real.- Factor de escala: Relación entre la salida y la variable medida.- Fiabilidad: Probabilidad de no error:- Histéresis: Diferencia recorrido de la medida al aumentar o disminuir ésta.- Precisión: Dispersión de los valores de salida.- Ruido: Perturbación no deseada que modifica el valor.- Sensibilidad: Relación entre la salida y el cambio en la variable medida.- Temperatura de servicio: Temperatura de trabajo del sensor.- Zona de error: Banda de desviaciones permisibles de la salida.

Se pueden realizar varias clasificaciones de sensores en función de suscaracterísticas, por ejemplo atendiendo a su alimentación:

- Activos: Deben ser alimentados eléctricamente a los niveles apropiados(tensión, corriente, etc.). Son los más habituales.

- Pasivos: No necesitan alimentación eléctrica.

Un ejemplo de sensores activos son las sondas de temperatura, como las PT-100,

sensores cuya resistencia varía con la temperatura, haciendo variar por tanto lacorriente que los recorre, y que tiene que ser suministrada por el generadorcorrespondiente.




Los sensores pasivos no suelen utilizarse en aplicaciones industriales o domótica,aunque un termómetro de mercurio y un indicador de presión serían ejemplos de losmismos.

Atendiendo al tipo de señal implicada:

- Continuos: Cuando las señales que proporcionan son continuas.- Discretos: Cuando las señales que proporcionan son discretas.

Un sensor discreto dispone de un número finito de salidas posibles, quecorresponden a un número finito de estados posibles de la variable a medir: presenciao no presencia, circuito abierto o cerrado, iluminación o no, etc. Suelen ser mássencillos, baratos y de gran fiabilidad.

La salida de un sensor continuo es una magnitud cuyo valor varía de formacontinua en función de la variable medida. Algunos ejemplos son los de iluminación,de temperatura, de presión, de humedad, de viento.

Atendiendo al ámbito de aplicación:

Gestión climática

Sensores de temperatura (resistivos, semiconductores,termopares…), termostatos, sondas de temperatura parainmersión, para conductos, para tuberías, sensores dehumedad, sensores de presión, etc.

Gestión contra

incendio

Sensores iónicos, termovelocimétricos, sensores ópticos,infrarrojos, de barrera óptica, sensores ópticos de humos,

de dilatación, etc.

Gestión contra intrusión/robo

Sensores de presencia por infrarrojos, por microondas o porultrasonidos, sensores de apertura de puertas o ventanas,sensores de rotura de cristales, sensores microfónicos,sensores de alfombra pisada, etc.

Control de presencia Lector de teclado, lector de tarjetas, identificadorescorporales (biométricos), etc.

Control de la

iluminación Sensor de luminosidad

Otros sistemas Sensores de lluvia, de viento, de CO, de gas, de inundación,de consumo eléctrico, de consumo de agua, de nivel dedepósitos, etc.

Tabla 1. Sensores

Las señales que entrega un sensor, en la mayoría de los casos deben seracondicionadas y/o adaptadas al controlador o sistema que las recibe. Para efectuaresta conversión se utilizan los acondicionadores de señal. Existen varios estándaresde acondicionamiento de señales, algunos de tensión (0-5V, 0-10V) y otros de

corriente (0-20mA, 4-20 mA).




• Actuadores

Son los dispositivos electromecánicos que actúan sobre el medio exterior y afectan

físicamente al edificio. Convierten una magnitud eléctrica en otra de otro tipo(mecánica, térmica,…), realizando, de alguna manera, un proceso inverso al de lossensores. Los actuadores pueden mantener niveles de salida continuos o discretos.Ejemplos de actuadores pueden ser el motor de una persiana, los contactores de uncircuito de iluminación, lámparas, radiadores, sirenas, etc.

- Relés: son interruptores que permiten conmutar circuitos de potencia máselevada mediante una señal de baja potencia.

- Contactores: son relés de mayor potencia.

- Dimmers: son dispositivos basados en semiconductores que permitenregular la potencia que llega a una carga.

- Electroválvula: son válvulas cuya apertura es controlada mediante unaseñal eléctrica externa. Se utilizan principalmente para controlar caudalesde líquidos o gases.

- Motores eléctricos: Convierten energía eléctrica en mecánica para generar,de esta forma, un movimiento.

- Resistencias eléctricas: Se utilizan para elevar la temperatura del mediodonde se encuentran.

• Controladores

Es la unidad del sistema capaz de recibir, procesar o tratar la información, segúnprograma o algoritmo preestablecido, y comunicarlo, cuando proceda, a los actuadorescorrespondientes.

Gracias a la evolución de la electrónica embedida, algunos sensores y actuadoreshan llegado a ser autónomos al incorporar la función del procesador. En definitiva, eslo que caracteriza la arquitectura del sistema.

- Reguladores físicos.- Microcontroladores.- Microprocesadores.

• Pasarelas

Una pasarela es un elemento de conexión entre diferentes redes de una vivienda oedificio (control domótico, telefonía, televisión y tecnologías de la información) a unared pública de datos, como por ejemplo Internet, efectuando, en su caso, la adaptacióny traducción entre diferentes protocolos. La red de control domótico puede estar o no

conectada a la pasarela residencial; en caso de que esté conectada, el nodo puededesempeñar también las funciones de pasarela residencial.




• Red

Se puede definir una red como:

- Una interconexión de nodos (agentes, dispositivos…) que intercambieninformación o recursos.

- Un conjunto de elementos independientes interconectados.

- Una multiplicidad de agentes (nodos) que actúan autónomamente(independientes) coordinándose de forma espontánea en la red y queforman un universo reticular.

3.1.7. INTEGRACIÓN DE SENSORES EN LA AUTOMATIZACIÓNDE EDIFICIOS

• Preinstalacíón

Durante la construcción del edificio es necesario prepararlo para poder instalar enese momento, o más adelante, un sistema de automatización. Para ello es necesariorealizar las siguientes tareas:

Definición de la preinfraestructura : posibilitar sobre todo el cableado la opciónde futuras ampliaciones. La preinfraestructura es la previsión en cuanto a un posteriordespliegue de un sistema de automatización. Consiste en dejar canales para poderpasar en el futuro bandejas, tubos o cables para intercomunicar los dispositivos que seinstalen. Podemos distinguir dos tipos de infraestructura según esté orientada aviviendas o a edificios.

‐ Viviendas: se suele instalar una topología en bus. Es necesario tenerprevisto un lugar donde albergar el módulo central de control en la entradageneral de control, que se utilizará en el caso de instalar un sistemacentralizado (más indicados en viviendas). Además dejar tubos vacíosdesde dicha localización hasta el centro de los techos o cajas dedistribución.

‐

Edificios: se suele instalar una topología en estrella. Es importante disponerde falso suelo y falso techo para la colocación de dispositivos. Lo ideal esdejar un hueco en cada planta para instalar un cuadro donde albergar losdispositivos domóticos. En el edificio se suele dejar una pequeña saladonde situar el centro de monitorización del edificio.

Coordinación de sistemas : consiste en integrar todos los sistemas presentes enel edificio, para ello es necesario tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

‐ Cuadro eléctrico. Es necesario prever en el cuadro eléctrico espaciosuficiente para la colocación de los dispositivos domóticos así como lascorrespondientes protecciones. En caso de sistemas basados en corrientes

portadoras es necesario disponer también de un filtro específico.




‐ Circuitos eléctricos. Hay que prever la existencia de un mayor número decircuitos eléctricos en el edificio.

‐ Cableado. Considerar la existencia de un cableado específico para elsistema de control, puede ser complicado ya que cada sistema utiliza uncable específico. En caso de querer dejar preparado el edificio es necesarioinstalar un entubado mínimo para poder instalar el cableadocorrespondiente. En sistemas centralizados el cableado se haría desde laubicación de la central de control a los componentes, mientras que ensistemas distribuidos el cableado se instalaría desde un dispositivo a otro.

• Instalación

Consiste en la colocación de cada uno de los sensores en su lugarcorrespondiente teniendo en cuenta las pautas que la topología del sistema de controlrequiera. Hay que examinar con detenimiento su ubicación, elegir un lugar desdedonde se mida bien el valor o puedan actuar de forma correcta y que esté alejado defenómenos externos que le puedan afectar. A continuación se muestran unasrecomendaciones a la hora de realizar la instalación.

Recomendaciones de instalación de sensores

Gas

A una distancia no superior a 1,5 m del gasodoméstico más utilizado.Lejos de ventanas y extractores.

En posición vertical.

Los de gas natural o ciudad por encima del nivel de la posible fuga a

30 cm del techo. Los de gas butano o propano por debajo del nivel de la posible fuga

a 30 cm del suelo. Alejado de humedades, calor, corrientes, grasa, polvo…

Termostato

El de ambiente se centrará en la pared enfrente de la fuente de calor,a 1,5 m del suelo, en un lugar accesible.

Lejos de corrientes. Sin incidencia directa del sol. Lejos de electrodomésticos.

De temperatura

Igual que los termostatos.

Las sondas de exterior se instalarán en la zona norte de la vivienda,sin incidencia directa del sol.

Las sondas de suelo en el interior de tubos. Las sondas de contacto en tuberías, alejadas 1,5 m de la fuente de

calor.

Incendios

Los detectores de humo de tipo iónico u óptico no deben instalarse

en la cocina. Deben instalarse en el techo de la estancia, centrados y a una

distancia mínima de 50 cm de la pared.




Humedad/agua

La sonda quedará en contacto directo con el suelo, evitando falsas

detecciones. En cuartos de baño se seguirán recomendaciones del Reglamento

Electrotécnico de Baja Tensión.

Receptor de

radiofrecuencia En aplicaciones de alarmas técnicas, deben asegurar el alcance de

la señal en toda la vivienda.

De intrusión

Se colocarán en las esquinas de las estancias y en la parte superior,

alejados de fuentes de calor. Se recomiendan los de tipo infrarrojo.

La parte de imantada colocada en puertas o ventanas de losdetectores perimetrales con contactos magnéticos se colocara en los

marcos, en la parte contraria a las bisagras.

Tabla 2. Recomendaciones de instalación

3.2. NECESIDADES ACTUALES DE LAAUTOMATIZACIÓN EN EDIFICIOS

En la última década, se aprecia una tendencia en el diseño de nuevos sistemasdomóticos, que se basa en la descentralización de funciones. En otras palabras,desaparece el concepto genérico de central de gestión, para convertirse en la suma demódulos de funciones especializadas, que se interconectan a través de un bus

doméstico de comunicaciones (en algunos sistemas, uno de estos módulos actúacomo central de gestión, que controla al resto de módulos).

Una de las virtudes de este tipo de sistemas era permitir una mayor modularidad yampliabilidad del sistema. A voluntad del usuario, el sistema domótico podía crecermediante la adición de nuevos módulos, cubriendo nuevas aplicaciones deseadas porel usuario, los cuales eran reprogramados (algunos de ellos) para permitir estasnuevas funciones.

Además, aparece el concepto de Hogar Digital. Este nuevo concepto se basa en ladisponibilidad de una red doméstica (denominada, habitualmente, con el término inglés"home network"), la existencia de interfaces de conexión con redes de comunicación(denominadas pasarelas residenciales o "gateways") y la disponibilidad de equiposdomésticos con mayores prestaciones de comunicación y control. El Hogar Digital yano sólo incluye Sistemas de Domótica, sino que también comprende Sistemas deSeguridad, Multimedia, Comunicación y Pasarelas Residenciales. Así pues,actualmente, la mayoría de los sistemas que se encuentran disponibles en el mercado,no se limitan solamente al ámbito de la domótica, sino que van más allá, llevando elconcepto de digitalización a todos los subsistemas y aplicaciones del hogar y de losedificios terciarios.

Por otro lado, el vertiginoso avance en las tecnologías inalámbricas está haciendoque los dispositivos, cada vez, mejoren sus características y disminuyan su precio. De

esta forma, dichos dispositivos han reducido su consumo energético para posibilitaruna mayor autonomía, en el caso de tener que instalarlos en lugares donde deban seralimentados con baterías.




Tecnologías como Wi-Fi, Bluetooth entre otras, nos rodean hoy en díaproporcionándonos servicios digitales avanzados. Además los grandes estándares

domóticos (EIB-KNX y LonWorks) actualmente disponen de la posibilidad de implantarsu protocolo por medio de transmisión inalámbrica, permitiendo realizar instalacionessin tener que hacer obras.

La tecnología inalámbrica en la actualidad es una realidad y cada vez está másextendida, este hecho junto con los avances de la electrónica embedida, hanpropiciado una reducción en los costes de fabricación que se ha traducido en unaimplantación masiva de todo tipo de comunicaciones inalámbricas, que además siguecreciendo.

La tendencia de las tecnologías inalámbricas en el ámbito de los edificios terciariosha dado lugar en la última década a la aparición de un nuevo protocolo decomunicaciones, optimizado para adaptarse perfectamente a las prestacionesnecesarias para soportar los servicios digitales necesarios. ZigBee comunica una seriede dispositivos haciendo que trabajen de forma más eficiente entre sí. Es untransmisor y un receptor que usa baja potencia para trabajar y tiene como objetivo lasaplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos ymaximización de la vida útil de sus baterías. Es ideal para conexiones con diversostipos de topología, lo que a su vez lo hace más seguro, barato y que no haya ningunadificultad a la hora de su construcción porque es muy sencilla. Esta tecnología no tienecompetencia fuerte con las tecnologías existentes debido a que sus aplicaciones sonde automatización de edificios, residenciales e industriales, especialmente paraaplicaciones con usos de sensores. Es el protocolo principal de las redes de sensores.

Por otro lado, los edificios cada vez tienen una necesidad más fuerte en lo que serefiere a equipamiento informático y el correspondiente cableado estructurado paradistribuir la red local necesaria para suministrar una conexión a internet y compartirarchivos. Por ello, la tarea de diseñar la red de comunicaciones interna del edificiopara soportar los servicios necesarios, es cada vez más, una labor previa a lautilización del edificio.

La instalación y utilización de redes tiende a estructurarse según una jerarquía, enla cual, existen niveles en los que se sitúan cada uno de los servicios instalados.

La planificación, instalación y utilización de todas estas redes, se realiza hoy en día

según unas normas y unos estándares que intentan facilitar la implantación de todaslas tecnologías necesarias en el edificio en cuestión.

Las redes de sensores, se encuentran hoy en día en período de inserción dentrode todas las redes comentadas anteriormente. Están ideadas para participar en lagestión del edificio recogiendo los parámetros necesarios para participar en cada unode los cuatro pilares básicos de la domótica e inmótica hoy en día: eficienciaenergética, confort, seguridad y telecomunicaciones.




3.3. TENDENCIAS EN LAS REDES DE SENSORES

Las necesidades de los sistemas actuales muestran la tendencia natural de lossistemas domóticos. Por una parte se observa una mayor implantación de este tipo desistemas no solo en los ámbitos de los grandes edificios sino también en las viviendas.La estandarización y apertura de los protocolos hace que cada vez existan másproductos y que los principales fabricantes quieran proclamarse como el estándaruniversal en ese tipo de aplicaciones.

Hoy en día tenemos ya muchas redes en el hogar (redes multimedia, Internet, etc.)y dispositivos con una capacidad de procesamiento cada vez mayor (teléfonos,televisores, vídeos, etc.) y muchos de ellos con capacidad de comunicación, pero consus propios controles y protocolos. Existen tendencias para la interoperabilidad de

protocolos y cada fabricante suele ofrecer gateway a los principales sistemas. Es loque se conoce como el Hogar Digital. Esto implica necesidades de integración, perosobre todo una integración de servicios.

Las redes de sensores y su protocolo principal ZigBee cumple con las principalesnecesidades de los sistemas domóticos. Aunque ya se han mencionado suscaracterísticas, a continuación se citan unos conceptos y tendencias básicas de lasredes de sensores, fruto de trabajos previos y que algunos de ellos se desarrollarán enmás detalle en los siguientes apartados.

Una red de sensores es una red de dispositivos distribuidos que usan sensorespara monitorizar condiciones en diferentes localizaciones. Estos dispositivos deben de

ser pequeños y baratos de forma que puedan ser producidos y utilizados a granescala. Estas características hacen que tanto su consumo de energía, memoria,velocidad y capacidad de comunicación estén limitadas.

Cada dispositivo está equipado con un sensor(es), un trasmisor, un pequeñomicrocontrolador y una fuente de energía (normalmente una batería). Los dispositivosse comunican unos con otros usando una arquitectura ad-hoc (sin infraestructurapredeterminada) y de forma inalámbrica. El flujo de información acaba en unos nodosespeciales (nodos recolectores o “sinks”) que disponen de unas capacidadessuperiores a los nodos sensores y que permiten enviar la información a otras redespara su procesamiento posterior.

A grandes rasgos, las redes de sensores engloban tres áreas de tecnología oconocimiento: comunicaciones, sensórica y computación (entendiendo por ellohardware, software y algoritmos), todo ello ligado a estrategias de gestión eficiente dela energía consumida (en cada una de las áreas) y a tecnologías de microgeneraciónde energía y de almacenamiento de la misma.

Una de sus características principales es la capacidad de comunicarse sin hilos ysu potencial de autoorganizarse y autoconfigurarse. Generalmente utilizan unatopología de red que asemeja una malla, un sensor puede descubrir a sus vecinos y elsoftware de ruteado abre múltiples conexiones de forma que siempre se puedeencontrar un camino al destino final. Cada nodo puede actuar como un repetidor o

como un router, o bien esas funciones se asignan a nodos específicos dentro de lared. Principalmente se basan en el estándar IEEE 802.15.4 (para los niveles físicos yde acceso al medio) y en el estándar ZigBee aunque también se utilizan otras




tecnologías como UWB, Bluetooth (o su evolución para pequeños dispositivosWiBree), RFID o WiFi. También están apareciendo estándares que permiten lautilización directamente de IP sobre esas redes basadas en radio como es el caso de

6LoWPAN. En general se basan en las conocidas como redes inalámbricas de ámbitopersonal.

En lo que se refiere a la sensórica utilizan transductores que convierten la cantidada ser medida (temperatura, presión, etc.) en una señal útil que pueda ser medida yprocesada. Debido a que el acondicionamiento de señal y el procesado se realizan porcircuitos electrónicos, los transductores generalmente tiene salidas en voltajes ocorrientes. Los sensores con tecnología MicroElectroMechanical Systems (MEMS)están hoy en día muy desarrollados y son los que se suelen utilizar en las redes desensores. Las características principales de los sensores MEMS son: escalamicroscópica (alrededor de 1mm), capacidades eléctricas y mecánicas y que sonrealmente sistemas (combinan sus capacidades para realizar una función).

Como ya se ha comentado, cada nodo sensor se compone de cuatro componentesbásicos, la unidad sensora, el trasmisor, la unidad de energía y la unidad procesadora.Ésta última es la que maneja los procedimientos para que el nodo colabore con losdemás, la que se encarga de procesar los datos de los sensores, y la que en realidadhace que el nodo realice las tareas que tiene encomendadas (además suele disponerde una pequeña unidad de almacenamiento). Existen dispositivos que ya combinan laparte de radio (comunicaciones) con un procesador (de uso más o menos general) enun único formato. Existen sistemas operativos embebidos como TinyOS que ha sidoseleccionado muchos fabricantes, plataformas y desarrolladores como el sistemaoperativo utilizado en las redes de sensores inalámbricas. Ha sido específicamente

diseñado para este tipo de redes y un diseño basado en componentes de SW y unmodelo de ejecución basado en eventos que soporta un alto grado de concurrencia,minimiza el consumo mientras que permite la implementación de algoritmos complejosy protocolos sofisticados.

Otro aspecto importante suele ser la ubicación o localización del propio nodo quese suele resolver por medio de un GPS o bien mediante otras técnicas de localizaciónde interiores como pueden ser TOA (Time Of Arrival) o AOA (Angle Of Arrival) aunquegeneralmente se utilizan las técnicas de fuerza de la señal radio (RSS) utilizada paralas comunicaciones inalámbricas.

Las claves para el éxito de este tipo de redes son el bajo consumo (y por lo tanto la

larga vida de las baterías) así como un coste unitario barato de cada nodo y sufacilidad de instalación y mantenimiento. En el apartado del consumo de energía, cadauno de los componentes de los que forman el sistema está optimizado. Actualmenteestán soportados por baterías pero las tendencias que se están observando apuntan ala propia generación de energía por parte de cada una de las motas o sensores. Lamisma tecnología MEMS se está utilizando en este campo.

Las redes de sensores son una de las tecnologías o conceptos que se asocian aotros términos o conceptos como son la inteligencia ambiental, la Internet de lascosas, conceptos de “ubiquitous sensor Networks”, etc. De hecho constituyen uno desus pilares. Con las claves del bajo consumo, la reducción de tamaño y precio y laconsolidación de las comunicaciones inalámbricas de área personal serán uno de los

conceptos que se irán popularizando y consolidando. Sensores corporales yambientales ligados a servicios de comunicación y posicionamiento generarán un sin




fin de aplicaciones y servicios complejos que nos sorprenderán a corto plazo, y suintegración con Internet provocará que la monitorización y seguimiento de cualquiertipo de elemento sea posible independientemente de su ubicación.

Como ya se ha comentado el futuro o las tendencias en los sistemas domóticosson el control de los distintos sistemas en el hogar (casa automatizada,entretenimiento salud, seguridad, tanto para control de accesos, control de sistemasen el hogar, etc.) pero no tenemos porque quedarnos dentro del hogar sino que esamisma tendencia nos debe permitir al mismo tiempo poder interactuar con la ciudadexterior (una ciudad inteligente para poder utilizarlo como sistema de pago, control deacceso, comercio electrónico, información de tráfico, etc.) y todo ello controlado por unúnico dispositivo.

Los conceptos de “siempre conectado”, “computación ubicua”, “accesopermanente”, están también relacionados y las redes “mesh” forman parte de las redesde sensores.

Por otra parte la interoperabilidad es fundamental en este mundo. Ya existeniniciativas como el Universal Plug & Play (UPnP), DLNA (Digital Living NetworkAlliance), Jini, OSGI (que aunque no es un estándar es una plataforma de serviciospara la interoperabilidad de pequeños dispositivos, HGI (Home Gateway Initiative),URC (Univesal Remote Console) etc. que muestran esa necesidad deinteroperabilidad y estandarización. Además muchos de ellos ofrecen interfaces conlos protocolos y sistemas más habituales en el mundo de la domótica.




4. TECNOLOGÍAS CLAVE

4.1. DEFINICIÓN Y ORÍGENES

4.1.1. HISTORIA

La evolución de redes de sensores tiene su origen en iniciativas militares. Por esono hay mucha información sobre la fuente de la idea. Se conoce que la investigaciónen redes de sensores comenzó cerca de 1980 con el proyecto Distributed SensorNetworks (DSN) de la agencia militar de investigación avanzada de Estados UnidosDefense Advanced Research Projects Agency (DARPA).

Las investigaciones fuera del ámbito militar datan de finales de los 90, con elproyecto Smartdust. Uno de los objetivos de este proyecto fue crear sensores concomunicación en un milímetro cúbico. Aunque este proyecto finalizó de formaanticipada, dio lugar a muchos otros proyectos de investigación. Los investigadoresparticipantes en estos estudios, apodaron con el término “mote” (mota) a los nodossensores.

La idea de desarrollar estos dispositivos fue promovida por la evolución de laminiaturización de ordenadores, la cual, dio lugar a desarrollar pequeñascomputadoras, extremadamente pequeñas y baratas que se comunican de formainalámbrica y se organizan autónomamente. Este concepto trata de repartiraleatoriamente estos nodos en un territorio grande, en el cual los nodos adquieren

parámetros de la zona hasta que sus recursos energéticos se agoten. Los atributos“pequeño”, “barato” y “autónomo” dieron a conocer la idea como polvo inteligente.

Estos nodos sensores disponen, tradicionalmente, de una capacidad de cómputo yde almacenamiento muy pequeña en comparación con los sistemas electrónicosnormales. Como veremos más adelante, esto se debe a la necesidad de disminuir almáximo el consumo de energía para prolongar la vida de las baterías.

4.1.2. DEFINICIÓN

Una red de sensores es una red de pequeños computadores (nodos), equipadoscon sensores que trabajan con un fin común. Están formadas por un grupo desensores con ciertas capacidades sensitivas y de comunicación inalámbrica los cualespermiten formar redes ad hoc sin infraestructura física preestablecida ni administracióncentral.

Este concepto es relativamente nuevo en adquisición y tratamiento de datos conmúltiples aplicaciones en distintos campos como entornos industriales, domótica,entornos militares, detección ambiental.

Se caracterizan por su facilidad de despliegue y por ser autoconfigurables,pudiendo convertirse en todo momento en emisor, receptor, ofrecer servicios de

encaminamiento entre nodos sin visión directa, así como registrar datos referentes alos sensores locales de cada nodo. Otra importante característica es la gestión que




realiza de su propia fuente de energía, la cual le permite disponer de una autonomíade años.

Dicho de otra forma, las redes de sensores inalámbricos (WSN – Wireless SensorNetworks), hacen referencia a una clase de sistemas distribuidos caracterizados por laoperación autónoma y totalmente embedida de nodos de bajo consumo y reducidotamaño que realizan medidas mediante sensores y adquieren datos del entorno queles rodea, comunicándose de forma inalámbrica entre ellos. La adquisición y el controlse llevan a cabo por medio de sensores conectados que pueden ser administradosremotamente o bien a través de de una aplicación embedida en el nodo. Una red desensores puede estar comprendida desde unos cuantos nodos hasta cientos de éstos,distribuidos por un edificio o un espacio abierto.

Muchas redes de sensores inalámbricos están basadas en estándares de redesinalámbricas propietarios, pero la tendencia reciente crece cada vez más hacia laestandarización de la comunicación inalámbrica de bajo consumo. ZigBee es un claroejemplo de esto, ya que ofrece un estándar para la medición y control inalámbricosque está basado en unas especificaciones bien conocidas como la 802.15.4.

El estándar IEEE 802.15.4 define el nivel físico y el control de acceso al medio deredes inalámbricas con tasa bajas de transmisión de datos. El propósito del estándares definir los niveles de red básicos para dar servicio a un tipo específico de redinalámbrica de área personal (WPAN) centrada en la habilitación de comunicaciónentre dispositivos ubicuos con bajo coste y velocidad.

Entre los aspectos más importantes se encuentra la adecuación de su uso para

tiempo real por medio de slots de tiempo garantizados, evitación de colisiones porCSMA/CA y soporte integrado a las comunicaciones seguras. También se incluyenfunciones de control del consumo de energía como calidad del enlace y detección deenergía.

El nivel físico controla el transceptor de radiofrecuencia y realiza la selección decanales junto con el control de consumo y de la señal. Opera en una de tres posiblesbandas de frecuencia de uso no regulado:

- 868-868,8 MHz: Europa.- 902-928 MHz: Norte América.- 2400-2483,5 MHz: uso en todo el mundo.

El control de acceso al medio se resuelve por medio de CSMA/CA (Carrier SenseMultiple Access/Collision Avoidance), es decir, no hay dos nodos dentro del radio dealcance uno del otro que puedan transmitir simultáneamente. Si lo hacen, ambosfracasan y ambos lo reintentarán en un momento posterior. Si la red ya estácongestionada, los reintentos producen un fallo de transmisión en cascada por la quemás y más nodos intentan acceder al medio, el aire, solo para encontrarlo ocupado.De hecho, uno de los principales retos al aumentar el tamaño de las redes más allá deunos pocos cientos de nodos, es la gestión eficaz de la congestión de red. La otra esla optimización de los recursos del sistema utilizados para almacenar el estado de lapila interna es tiempo de ejecución.




4.1.3. NODOS (MOTAS)

Como hemos visto anteriormente las motas, son dispositivos capaces de realizarprocesados, sensar parámetros y comunicar con otros dispositivos de su misma red.Los componentes principales de una mota son un microcontrolador, un transceiver,sensores y una fuente de alimentación.

A continuación se muestra una ilustración de la estructura típica de uno de estosdispositivos:

Figura 2. Estructura mota

• Microcontrolador

El microcontrolador realiza tareas, procesa datos y controla la funcionalidad delresto de componentes de la mota. Existen distintas alternativas a usar unmicrocontrolador: microprocesadores de propósito general, DSP’s, FPGA’s y circuitosintegrados específicos.

Sin duda alguna los microcontroladores son la mejor opción para estosdispositivos, ya que son flexibles a la hora de conectar con otros dispositivos, sonprogramables y consumen muy poca energía, ya que son capaces de pasar la mayorparte del tiempo inactivos y despertar solo para realizar las tareas necesarias.

• Transceiver

Las redes de sensores operan en la banda ISM, la cual está libre de señales deradio, y están disponibles en todo el mundo. Existen varias opciones a la hora detransmitir de forma inalámbrica: radiofrecuencia, comunicaciones ópticas (láser) einfrarrojos.

La comunicación mediante láser requiere poca energía, pero necesita apuntar acada dispositivo con el que se quiera comunicar y disponer de unas condicionesatmosféricas propicias. La utilización de infrarrojos, al igual que con el láser, nodispone de capacidad de broadcasting.




La comunicación mediante radiofrecuencia es la idónea para las aplicacionesimplantadas mediante redes de sensores. Opera en las frecuencias entre 433 MHz y2.4 GHz La funcionalidad de transmisor y receptor se combinan en un solo dispositivo

conocido como transceiver.

• Sensor

Los sensores son las partes hardware que proporcionan una respuesta medibleante un cambio en una condición física como por ejemplo la temperatura. La señalcontinua captada por el sensor es recogida por el convertidor A/D del microcontroladorque digitaliza la señal para su posterior procesado.

Los requisitos de este tipo de sensores son: tamaño muy reducido, consumo deenergía muy bajo, autónomo y operación desatendida.

• Fuente de alimentación

El consumo de energía en una mota se produce por las acciones de sensar,procesar y transmitir. La mayor parte de esta energía se corresponde a las tareas decomunicaciones; las tareas de sensado y procesado apenas consumen. La cantidadde energía necesaria para transmitir 1 Kb a una distancia de 100 metros esaproximadamente la misma que para ejecutar 3 millones de instrucciones a unavelocidad de 100 millones de instrucciones por segundo.

La energía puede almacenarse en condensadores o en baterías, aunque son estasúltimas las más utilizadas en redes de sensores. Existen dos tipos de baterías: las

recargables y las no recargables. También se pueden clasificar en función del materialelectro-químico del que estén compuestos, como NiCd (níquel-cadmio), NiZn (níquel-zinc), Nimh (níquel-hidruro metálico) y Li-Ion (Ion-Litio).

Actualmente se están desarrollando sensores que tienen la capacidad de obtenerla energía por sí mismos mediante la luz del sol, temperatura, vibraciones, etc.

A continuación se muestran algunos de las motas más importantes desde queempezaron a desarrollarse.

• RF Mote (1999)• WeC (1999)• MiniMote(2000)• Rene (2000)• Dot (2001)• Mica (2002)• Mica2 (2002)• Spec (2003)• Telos (2004)• Iris Mote (2005)• Intel Mote (2006)• TinyNode (2008)

Más adelante profundizaremos en las características de algunos de ellos.




4.2. ARQUITECTURA DE RED

Las comunicaciones son uno de los principales elementos de las redes desensores y que más las caracteriza. Por otra parte son uno de los componentes clavede los sistemas domóticos ya que fija la integración y la compatibilidad de lossistemas. Los siguientes párrafos profundizan un poco más en las características deeste atributo de las redes de sensores.

Todos los aspectos relacionados con las redes de sensores están diseñados ypensados para ofrecer un bajo consumo y siempre teniendo en cuenta las limitacionesde procesamiento y capacidad de los propios nodos. El apartado de lascomunicaciones no es una excepción y hay que tener en cuenta que es uno de loselementos o bloque que más consume en la arquitectura interna de una mota.

Las redes de sensores son por su propia naturaleza inalámbricas. Además hay quetener en cuenta otras características propias de las mismas como son la no necesidadde una infraestructura predefinida o que los datos finalmente se redirigen a un nododestino (o varios) en el que se envía la información a un nivel superior.

La arquitectura de comunicaciones suele presentar una distribución por capas oniveles típicos de las redes de comunicaciones: un nivel físico, un nivel de acceso almedio y un nivel de enrutamiento o red, ejecutándose por encima del mismo lasaplicaciones. El nivel físico suele presentar varias alternativas de bandas de radio (lastres principales bandas de radio para sistemas de comunicaciones) y que se dividen asu vez en varios canales. Sobre él se definen los protocolos de acceso al medio ytransmisión básica de datos que constituyen el nivel 2 de de los niveles OSI de

comunicaciones (y cuya principal misión en permitir la comunicación entre dosdispositivos). Actualmente el estándar de estos primeros niveles en las redes desensores es 802.15.4.

Sobre esa capa se definen una serie de protocolos que permiten el enrutamientode paquetes y arquitecturas de red, y finalmente la aplicación que usa los serviciosofrecidos por el nivel inferior. En el mundo de las redes de sensores el principal y másextendido estándar es ZigBee. A modo de resumen este nivel se encarga de funcionescomo el descubrimiento de vecinos, el mantener una topología de red, el enrutamientode paquetes, está preparado para preservar la energía de los nodos, y otros serviciosadicionales como la autenticación y encriptación, servicios de aplicación adicionales(como el concepto de clúster), etc.

Una red ZigBee puede adoptar tres topologías distintas:

• Estrella en la que un existe un nodo central que está asociado con todos losdemás nodos de la red y por el que pasan todos los mensajes.

• Árbol en la que existe un nodo superior y del cual cuelga una estructura deramas y hojas. Para alcanzar su destino, un mensaje viaja arriba o abajo através de la jerarquía hasta lograrlo.

• Malla, que es similar a una estructura en árbol, pero en la que algunas hojas

están directamente asociadas.




Así mismo, existen tres tipos distintos de nodos en una red ZigBee:

• Coordinador encargado de arrancar la red, seleccionar el canal de

comunicaciones y permitir la conexión de otros nodos. En una red ZigBeeúnicamente puede haber un coordinador. En una configuración en estrella es elnodo central y en las topologías de árbol y malla es el nodo más alto de la jerarquía.

• Nodo Final, que envían y reciben mensajes. Están optimizados para una bajoconsumo y generalmente están dormidos a no ser que tengan que trasmitir orecibir información. Son los nodos extremos en una topología de estrella y lashojas en la topología en árbol y malla.

• Nodos enrutadores, que redireccionan mensajes de un nodo a otro y permiten

conectarse a sus hijos. Una topología en estrella no necesita nodosenrutadores, en una topología en árbol suelen estar situados de forma que sepermitan el paso de los mensajes de arriba abajo (y viceversa) y en unatopología en malla en cualquier lugar donde es preciso el paso de mensajes.

Estos estándares de comunicaciones permiten que dispositivos creados pordistintos fabricantes puedan interrelacionarse. En el ámbito de este documento y de suaplicabilidad a la domótica o al control de edificios es además un elemento prioritario.En este aspecto de interoperabilidad el estándar ZigBee también define una serie deconceptos que permiten esa relación.

En primer lugar se definen los “clúster” que son un conjunto de atributos y

comandos que puede tener un dispositivo, dispositivo que puede residir en un nodoZigBee. Por ejemplo, un dispositivo podría ser un termostato o un interruptor y el“clúster” serían por una parte los atributos (el valor de la temperatura o el estado delinterruptor) y los comandos serían el activado del interruptor o la selección de latemperatura. Estos “clúster” definen una serie de especificaciones funcionales de losdispositivos y hay algunos relacionados con el mundo de la domótica y el control deedificios como son el de “Lighting”, “HVAC” (Heating, Ventilating, and Air Conditioning),“Security”, etc.

Dentro del estándar también se definen los “profiles” o perfiles que agrupanelementos de los “clúster” a determinados dominios de aplicación. Los “profiles” quetienen relación con el tema tratado pueden ser “Home Automation”, “Building

Automation”. El primero de ellos, “Home Automation” define el estándar global para elcontrol de electrodomésticos, alumbrado, entorno, gestión de la energía y seguridad.Por otra parte el “Building Automation” permite integrar y centralizar la gestión delalumbrado, el aire acondicionado, la calefacción y los sistemas de seguridad, con lasventajas que aporta la flexibilidad de poder cambiar los espacios y ampliar el edificiocon un mínimo esfuerzo.

Estas arquitecturas de red que permiten las redes de sensores hacen posiblesensorizar a precios muy bajos y prácticamente sin infraestructura previa muchaszonas de los edificios, zonas que anteriormente incluso no era posible con el uso delcableado, lo que permite la definición de nuevas estrategias para mejorar y optimizarel consumo de energía y mejorar la seguridad en todos sus aspectos, consiguiéndoseedificios “mas verdes” y reduciendo el coste de explotación.




Por otra parte también hay que mencionar que dentro de ZigBee se ha definido elestándar ZigBee RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) que lo queproporciona es una solución de control remoto para electrónica del hogar, que es

interoperable entre distintos fabricantes y que permite una conectividad inalámbricabidireccional entre dos dispositivos, simple, robusta y de bajo coste. Este aspectoreafirma la introducción del estándar ZigBee en el hogar y cómo las solucionesbasadas en radio frecuencia van sustituyendo a los tradicionales infrarrojos enaplicaciones como el control de dispositivos de entretenimiento en el hogar, la aperturade puertas de garaje o los sistemas de cerraduras sin llaves.

No hay que olvidar el resto de estándares de protocolos de comunicacionesinalámbricas existentes y que pueden ser utilizados como base para las redes desensores como pueden ser WiFi (IEEE 802.11), Bluetooth (IEEE 802.15.1), RFID(Radio Frequency Identification), UWB (Ultra Wide Band), etc. Muchos de ellos estándesarrollando nuevos estándares que disminuyen el consumo (generalmente a costade reducir el ancho de banda) y que podrían ser utilizados en las aplicaciones queestamos tratando.

Aunque ZigBee fue diseñada desde un principio para un consumo mínimo deenergía (se estaba pensando en 2 pilas de tamaño AA que durasen un año) no estácompletamente diseñado para aprovechar alternativas de alimentación másnovedosas como la auto alimentación del sistema mediante la generación de energíainternamente aprovechando el entorno. En este aspecto se está trabajando en unanueva especificación denominada ZigBee Green Power, diseñada específicamentepara conectar dispositivos utilizando las técnicas de recolección de energía existentes,y como un estándar abierto internacional.

También existen redes de sensores que se basan en sistemas de comunicacionestanto abiertos como propietarios. Generalmente son sistemas inalámbricos y muchosde ellos están íntimamente relacionados con la domótica. Son sistemas que permitenla creación de topologías en red mallada y arquitecturas de red flexibles y adaptables.Entre ellos se destaca una tecnología que nace asociada a la recolección de energíadel propio ambiente. Se trata de la tecnología EnOcean y que el protocolo integra unared de comunicaciones inalámbricas energéticamente eficiente con tecnología desensores optimizados para funcionar utilizando energía obtenida del propio ambiente oentorno.

EnOcean se podría resumir como sistemas que permiten la comunicación

inalámbrica entre ellos y que son autoalimentados (no necesitan batería). Ademásdisponen de equipamiento y productos que permite su integración con otro tipo desoluciones ya existentes en el mercado (y posiblemente ya implantadas como puedeser LON, EIB/KNX y TCP/IP). Un aspecto diferenciador e innovador del producto esque se auto alimenta. Las soluciones de recolección de energía hacen uso de laenergía creada por leves cambios en la presión, la temperatura, la vibración, la luz omovimiento para ofrecer sensores, interruptores y actuadores autoalimentados y sinhilos.

Para permitir la interoperabilidad entre los sistemas se ha formado la AlianzaEnOcean de forma que sea posible la comunicación entre dispositivos fabricados pordistintas compañías. Recientemente han anunciado la publicación de la primera

especificación abierta para los sensores inalámbricos recolectores de energía. Se handefinido unos perfiles de dispositivos entre los que existen interruptores, sensores,




controles remotos, y combinaciones de sensores y datos de todo tipo. Se trata de losprimeros pasos para transformarlo en un estándar internacional y no propietario.

Estos sistemas se pueden englobar tanto en el apartado de comunicaciones comoen el asociado al bajo consumo.

Además de los mencionados existen otras soluciones de comunicacionesinalámbricas en relacionados con la electrónica del hogar, la domótica, control remoto,etc. que son de aplicación en el ámbito del documento. Son soluciones inicialmentepropietarias aunque su alta implantación muchas veces permite considerarlas comoestándares y están realizando, o han realizado ya, los primeros pasos para su aperturay estandarización.

Z-Wave, se considera la próxima generación del ecosistema inalámbrico quepermite a la electrónica de hogar hablar entre ellos y con el usuario final a través de uncontrol remoto. Utiliza ondas de radio de baja potencia, simples y de confianza y quepueden atravesar paredes, suelos, etc. Se puede añadir un módulo Z-Wave a casitodos los dispositivos electrónicos del hogar ya existentes, existiendo una ampliavariedad de productos con el sistema ya integrado.

Wavenis, es una plataforma de comunicación inalámbrica bidirecional paraaplicaciones que necesitan intercambiar pequeñas cantidades de datos, con altafiabilidad y muy bajo consumo. Se utiliza principalmente en lectura automática demedidores, automatización de edificios y hogares, automatización industrial, etc. Se hacreado una organización con el objetivo de abrir y estandarizar la tecnología,existiendo también productos que permiten enlazarlos con los protocolos y sistemas

más habituales.Insteon, se trata de una tecnología de red para el hogar que permite dos niveles

físicos diferentes, tanto comunicaciones inalámbricas por radio frecuencia como porPowerline. Al igual que las anteriores dispone de elementos que permiten laintegración con otros productos y sistemas de comunicaciones.

Finalmente hay que mencionar los principales protocolos y productos existenteshoy en día en los sistemas domóticos que disponen de sistemas de comunicaciones yarquitecturas de red y posibilidades o pasarelas para enlazar los sistemas de formainalámbrica. KNX y LonWorks pertenecen a este apartado. También se comentanotros protocolos de carácter genérico y abierto como TCP/IP o más específicos como

CONTACT ID, X10, BACnet, EHS, Home RF, etc.




4.3. MOTAS Y SUS CARACTERÍSTICAS

A continuación se hace una descripción de las principales motas, así como unabreve exposición de sus características. Se han incluido tanto las motas (o nodos) másantiguas hasta las últimas existentes para mostrar la evolución que han tenido.

• RF Mote

La “RF mote” fue el primer dispositivo desarrollado en 1998 gracias al proyecto“Smart Dust”. Estaba constituida de un procesador AT90LS8535, un transceiver de916 MHz y sensores de temperatura, humedad, presión barométrica, intensidadluminosa, vibraciones y campos magnéticos. Funcionaba con baterías de pila de 3V de

litio que dotaban a la mota de una autonomía de 5 días en funcionamiento continuo o1,5 años con un ciclo de trabajo del 1%.

La mota usaba una sola frecuencia portadora para transmitir, por esto solo undispositivo podía transmitir al mismo tiempo. Tenía un rango de 20 metros de distanciacon una velocidad de 5 kbps.

• Laser Mote

Esta mota se utilizó en 1999 para demostrar la capacidad de las comunicacionesláser en micro-dispositivos. Constaba de sensores de temperatura, irradiancia, presión

y humedad. En el experimento realizado se consiguió comunicar la información a unadistancia de 21 Km.

Como receptor se utilizó una cámara CCD conectada a un ordenador portátil.Debido a la baja velocidad de la cámara la velocidad de transmisión eraexcesivamente baja.

• CCR Mote

La mota CCR fue diseñada en la Universidad de California, Berkeley. Estaba

equipada con un sensor de temperatura y usaba un módulo CCR (Corner CubeReflector) para permitir una comunicación láser pasiva. El CCR estaba fabricadomediante tecnología MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) mediante la cual seintegraban elementos sensores, actuadores y electrónicos sobre un mismo substratode silicio.

Para enviar información la mota debe recibir una interrogación de otro elementomediante un rayo láser. Dicha interrogación contiene los comandos exigidos por elinterrogador. La mota al recibir esta señal, mediante modulación y reflexión devuelvela información requerida al interrogador si es necesario. El rango de comunicacióndepende de la intensidad del rayo láser.




• Mini Mote

Esta mota es una versión más pequeña de la “RF mote”. Incluye un procesador

Atmel AT90S2313. Su coste es también más reducido que la versión original debido asu menor tamaño, y la simplicidad del diseño de su circuito. Podía comunicar a unadistancia de 20 metros con una velocidad de 10 Kbps.

• WeC Mote

La mota WeC fue una versión optimizada de la “Mini Mote”, con varias mejoras yun tamaño ligeramente superior. Integraba un sensor de temperatura y deluminosidad, así como una antena en la PCB para mejorar el rendimiento de lascomunicaciones.

La CPU funcionaba con una frecuencia de reloj de 4 MHz, además la mota podíaser reprogramada de forma remota a través de la red de sensores de la que formabaparte. Su funcionamiento se basaba en el sistema operativo TinyOS.

• René Mote

Desarrolladas en 1999, estas motas estaban equipadas con una CPU de AtmelAT90LS8535 a 4 MHz. Disponen de una capacidad de almacenamiento de programade hasta 8 Kbytes en su memoria flash interna. Cada mota tiene 4 salidas de potenciaprogramables y siete entradas multiplexadas al convertidor A/D de 10 bits. Una de

estas entradas está conectada por defecto a un sensor de luminosidad.

Funcionan con TinyOS como sistema operativo. Las lecturas del sensor se realizancon una frecuencia de 64 Hz y la comunicación entre nodos se realiza en la banda defrecuencia de 916 MHz.

Cuentan con un conector para permitir la expansión de sensores conectados a laCPU.

• René 2 Mote

Es una evolución de las motas René desarrollada en 2000, en la cual se sustituyela CPU AT90LS8535 por el ATmega163, mejorando las prestaciones en memoria y entiempos de inactividad.

• Dot Mote

Esta mota es similar a la mota René 2, pero se elimina el conector de expansión,reduciendo el tamaño del dispositivo y limitando su capacidad de sensado a lossensores de temperatura y humedad integrados.




• Mica Mote

Esta mota desarrollada en 2001 supuso la llegada de la segunda generación

comercial de este tipo de dispositivos. Su funcionamiento se llevaba a cabo gracias alchip de Atmel ATmega128L que funcionaba a 4 MHz. Disponía de 128 Kbytes dememoria flash, 4 Kbytes de SRAM y 4 Kbytes de EEPROM. Realizaba lacomunicación con otros dispositivos a 916 MHz o 433 MHz a una velocidad de 40Kbps y un rango de 30 metros.

Disponía también de un conector de 51 pines para ampliar sus funcionalidades conentradas analógicas, I2C, SPI, etc.

• Mica2 Mote

Esta mota supuso la ampliación de las funcionalidades de Mica en el 2002,ampliando la cantidad de memoria hasta los 512 Kbytes, y el rango de funcionamientoa los 150 metros.

• Mica2Dot Mote

Es similar a Mica2 pero reduciendo su tamaño, a costa de disminuir la batería y elnúmero de entradas/salidas disponibles.

• MicaZ Mote

Es una evolución de Mica2, mejorando el transceiver para operar a 2,4 GHz ytransmitir a una velocidad de 250 Kbps.

• Spec Mote

La mota Spec se diferencia del resto por estar la mayor parte de sus componentesintegrados en un solo chip de 2 mm x 2,5 mm. Con este chip solo sería necesariodisponer de una batería, una bobina y una antena para poner la mota enfuncionamiento.

Utiliza una CPU tipo RISC con 3 Kbyte de memoria y un transceiver de 902.4 MHz.Con este dispositivo se ha conseguido transmitir a 12 metros con una velocidad de19,2 Kbps.

• Telos Mote

Esta mota desarrollada por la empresa Crossbow’s en el 2004, dispone de unmicrocontrolador de la casa Texas Instruments MSP430, que dispone de 1 Mb dememoria flash para almacenar datos, un consumo de energía ultra-bajo, y capacidad

de para ser ampliado mediante un conector de 10 pines. Además la mota dispone deun transceiver que le permite transmitir a 250 Kbps.




Existen dos versiones comerciales de este dispositivo, una con sensoresintegrados en la placa, y otra sin ellos.

Dispone de un conector USB para ser utilizado como estación base conectado aun PC o para extraer los datos almacenados en su memoria. Cuando se realiza laconexión al PC, la alimentación se realiza a partir de éste. Como las motas anterioresfunciona con el sistema operativo TinyOS.

• Cricket Mote

Esta mota es una versión de la Mica2. Dispone de las mismas características queésta, pero incorpora un emisor/receptor de ultrasonidos.

Utiliza una combinación de radiofrecuencia y ultrasonidos para establecerdiferentes tiempos de llegada, y por lo tanto estimar la distancia entre dispositivos.

• Iris Mote

La mota Iris es una evolución de la familia de motas Mica, mejorando suscaracterísticas. Amplia el rango de comunicaciones hasta 500 metros. Ademásaumenta su capacidad de memoria y dispone de un conector de 51 pines paraconectar sensores o placas de adquisición de datos.

• IMote

Intel® ha creado una plataforma para el desarrollo de motas destinada adesarrollar dispositivos, incrementando su capacidad de procesado, mejorando lascomunicaciones y su fiabilidad y utilizando componentes no comerciales paramantener un precio reducido.

Actualmente se comercializa la versión IMote2, que cuenta con un procesador IntelPXA271 XScale a 13-416 MHz, un coprocesador DSP/Wireless MMX y 32 Mb dememoria FLASH.

Integra una antena de 2,4 GHz, además de incluirse en la CPU el estándar

802.15.4 de radio. Además su diseño es modular y permite la ampliación medianteconector, de entradas/salidas digitales y analógicas, 2 puertos SPI, 3 puertos UART,bus I2C, USB host y cliente, etc.

Como puede observarse, es un dispositivo con una potencia superior a losanteriores, y se orienta a aplicaciones que requieran una complejidad mayor.

• XBee

Al igual que ocurre con Spec, el Xbee es un integrado que incluye elmicrocontrolador y el transceiver, siendo necesario conectar únicamente los sensoresa sus entradas disponibles e incorporarle una fuente de alimentación.




Puede transmitir a velocidades de 250 Kbps y ha distancias de hasta 100m encampo abierto. Existe una versión mejorada llamada XBee-Pro que aumenta lasprestaciones de distancia y velocidad de transmisión.

• TinyNode mote

El filosofía de desarrollo de TinyNode es la de implementar nodos paraaplicaciones industriales. La empresa Shockfish SA ha desarrollado dos dispositivos,el TinyNode 584, y el TinyNode 184.

Se trata de dispositivos modulares, que pueden ser ampliados medianteconectores. Ambos modelos funcionan con el microcontrolador MSP430 a 16MHz deTexas Instruments. Tienen un consumo ultra-bajo que les permite hasta 10 años deautonomía con dos baterías tipo 3AA. Además de la memoria del microcontroladordispone de un chip externo flash de 512 KB para almacenar los datos recogidos.

La diferencia entre ambos modelos reside en la velocidad y distancia detransmisión, y en la capacidad de ampliación. El modelo 584 permite rangos de hasta2 Km y velocidades de 150 Kbit/s, mientras que el 184 permite hasta 150 m y hasta250 Kbit/s.

• Otros

En este apartado se quieren agrupar todas aquellas plataformas de desarrollo más

centradas en las comunicaciones ZigBee y que cuentan con las característicasprincipales de las motas anteriormente mencionadas, aunque habitualmente sin lossensores, pero sí con la posibilidad de conectarles entradas y salidas de cualquier tipo.El objetivo principal de dichos kits es la evaluación de la tecnología, desarrollo deaplicaciones de prueba para después, y a partir de los componentes básicos del kits ysus accesorios, diseñar el producto que cada empresa pueda necesitar.

Los principales socios de la ZigBee Alliance disponen de esos productos. Acontinuación se citan algunos de ellos: TI, RF/IF and ZigBee Solutions, Atmel,Freescale ZigBee, Ember, InSight, AeroComm, MeshNetics, Silicon Laboratories,Helicomm, One RF Technology, Jennic, Microchip, Oki, Digi, Tessolve: WiSens, etc.




4.4. SOFTWARE

El procesamiento dentro de las motas de una red de sensores suele ser limitado.Esta limitación es debida a varios factores. En primer lugar viene dada por lascaracterísticas técnicas de los propios elementos que integran. Generalmente losmicroprocesadores que contienen son elementos especialmente diseñados para unbajo consumo. Su capacidad de almacenamiento y procesamiento están tambiénlimitados. Por otra parte, los elementos de comunicaciones (generalmentetransceptores de radio) suelen ser dispositivos que tienen un alto consumo por lo quese suelen utilizar protocolos de comunicación también diseñados para minimizar elgasto de batería. Finalmente, y de cara a minimizar como no el consumo, los sistemasoperativos y elementos de programación existentes suelen estar orientados a eventosy componentes.

Las aplicaciones tradicionales de monitorización (generalmente cableadas) sebasan en principios o arquitecturas cliente servidor. En las redes de sensores esteconcepto no es válido y deberían estar orientadas a arquitecturas orientadas a evento,de forma que sólo se produzca una comunicación (o cualquier actividad de intercambiode información) cuando se alcanza un determinado umbral o se ha detectado algúncambio significativo. Por otra parte la estructuración en módulos o componentes hacemás livianos, portables y configurables los sistemas software. Otro motivo para laestructuración en módulos es que facilita la carga remota ya que sólo es necesariodescargar los módulos que necesitan actualización y posibilita la actualizaciónincremental.

En el mundo de las redes de sensores cada fabricante suele disponer de suspropias herramientas para programar sus motas. Pero también ha surgido un sistemaoperativo con la idea de estandarizar y facilitar la programación de este tipo desistemas. Se trata del sistema operativo TinyOS (como ya se ha visto en lasdescripciones de las motas anteriormente presentado). Los dos principalescomponentes que contiene cada una de las motas de la red de sensores son elmicroprocesador y el transceptor de radio. El sistema operativo contiene bloquesconceptuales que aíslan esos componentes puramente hardware de forma que lasaplicaciones y funciones que proporciona son portables de una plataforma a otra. Lasprincipales familias de motas permiten este sistema operativo y suelen contener losmicros ATmega128 de Atmel y MSP430 de TI especialmente diseñados para bajoconsumo (por mencionar algunos de ellos).

El sistema operativo define componentes y los utiliza para la composición de otrasfuncionalidades. Estos componentes suelen tener una serie de interfaces de entrada(comandos) y otros de salida (eventos) y generalmente se programan en un dialectode C denominado nesC.

nesC es el lenguaje de programación orientado a componentes que se sueleutilizar para programar las redes de sensores, e íntimamente relacionado con elTinyOS. Se basa en el lenguaje C pero con capacidades añadidas para explotar losconceptos de componentes y concurrencia. Una aplicación desarrollada con nesCconsiste en una serie de componentes, cada uno con su funcionalidad, que han sido

ensamblados o unidos.




Un componente tiene una doble vertiente en la que por una parte proporciona unosinterfaces y por otra hace uso de interfaces. Los interfaces que proporcionarepresentan la funcionalidad que provee a su usuario mientras que los que usa son

aquellos que necesita para su ejecución. Los interfaces pueden ser una serie decomandos (funciones a desarrollar por el proveedor del interface) y eventos (funcionesa desarrollar por el usuario del interface). Para que un componente utilice loscomandos de un interface debe de implementar también los eventos que ese interfaceproporciona. En nesC hay dos tipos de componentes: los módulos (que proporcionanla implementación de uno o varios interfaces) y las configuraciones (utilizadas paraunir varios componentes utilizando los interfaces). Todas las aplicaciones nesC tienenun módulo configuración que une o enlaza a todos sus componentes.

También están apareciendo variaciones y adaptaciones del sistema operativoTinyOS para intentar mejorar algunos aspectos del mismo.

A pesar de ser el más utilizado, también existen otros sistemas operativos comoContiki, kernel basado en eventos, que permite compartir un stack común entre variosprocesos. Desarrollado en C y por lo tanto fácilmente portable a varias plataformas.Permite cargar y descargar programas en ejecución y permite la integración en redes através de un stack TCP/IP sobre uIP.

MANTIS es un sistema operativo también pensado para dispositivos con pocacapacidad de procesamiento como son las redes de sensores y con una estructuramultihilos.

En el apartado de software también hay que mencionar que, como ya se ha tratado

anteriormente, en las comunicaciones el estándar generalmente utilizado es ZigBee.Esa especificación contiene ya todas las definiciones en los distintos niveles y losperfiles, y constituye de por sí un sistema software completo. En ese aspecto hay quemencionar que cada fabricante dispone de API distintos para el acceso a lasfuncionalidades.

Por otra parte se señalan algunas necesidades detectadas en este apartado comoes la realidad de que hoy en día para desarrollar aplicaciones hace falta dominar loslenguajes de desarrollo y conceptos generales en los que se basan las redes desensores. Sin embargo los expertos o personas que dominan las aplicaciones en lasque se suelen utilizar no son expertos en desarrollo ni en tecnologías de lainformación. Es preciso diseñar elementos o componentes software que aíslen ambos

mundos y que permitan a los expertos de dominio desarrollar sus procesos yaplicaciones en entornos sencillos, intuitivos y sin necesidad de un conocimientoprofundo de desarrollo de software para sistemas embebidos.

4.5. OTROS

También se quiere hacer una mención a otras tecnologías o líneas de investigacióndentro de las redes de sensores, y su aplicación al control automático de edificios yhogares, que pueden ser claves para su desarrollo.

Por una parte está la propia tecnología que nos permite la recepción de lascaracterísticas del entorno. El mundo de la sensórica merece un estudio aparte, perosu integración en edificios puede hacer que la monitorización del mismo sea más fácil




y completo pudiéndose por ejemplo llegar a supervisar la propia estructura del edificio,definir materiales con sensores integrados, transductores más pequeños y casiinvisibles, etc.

La ya mencionada anteriormente tecnología MicroElectroMechanical Systems(MEMS) puede servir con estos propósitos así como para otro de los camposimportantes de este mundo, la microgeneración de energía.

Obtener la energía necesaria para poder trasmitir los datos y soportar elfuncionamiento de cada mota evita las operaciones de cambio de batería y elmantenimiento del sistema. Mejorar la eficiencia en el almacenamiento de dichaenergía (tanto en capacidad como en tamaño de las baterías) es también otro de lospuntos en el que nuevas tecnologías pueden desarrollarse y cuyo fortalecimientotendrán una aplicación directa en las redes de sensorses.




5. SITUACIÓN DE MERCADO

El mundo de la domótica está cada día más presente en nuestros hogares y ennuestro entorno. Recientemente ha salido la noticia de que AFME (ASOCIACION DEFABRICANTES DE MATERIAL ELECTRICO), CEDOM (Asociación Española deDomótica), KNX España (KNX es uno de los principales estándares abiertos a nivelmundial para el Control de Casas y Edificios) y LonMark España (asociación deusuarios de la tecnología LON que se utiliza principalmente en domótica, inmótica,control industrial y de transporte) están trabajando en la constitución de la AgrupaciónEmpresarial Innovadora (AEI) de Domótica e Inmótica en España.

Se trata de un proyecto en común que tiene como objetivo dinamizar el sector de laDomótica y la Inmótica en España, a través de la formación, la divulgación y la

cooperación interempresarial en proyectos de innovación.

Por otra parte hay que mencionar que existe la Plataforma Tecnológica del HogarDigital cuyo principal objetivo es el de liderar y desarrollar la I+D+i en materia de HogarDigital que se realiza en España. La plataforma cuenta con la Comisión Multisectorialdel Hogar Digital de ASIMELEC y tiene unos grupos de trabajo que tratan sobre laSostenibilidad y Eficiencia Energética, Pasarelas, Accesibilidad y Teleasistencia.

El mundo del Hogar Digital está más cercano a las personas y a todo tipo deviviendas. Esto implica que por una parte serán necesarias más empresas yprofesionales encargados de la instalación, así como oportunidades de creación denuevo equipamiento. Esto exigirá la formación y especialización de muchas empresasen estas nuevas tecnologías tanto en las etapas iniciales de definición e instalacióncomo en el mantenimiento de los sistemas implantados.

Como ya se ha mencionado en varios apartados, la necesidad de interoperabilidadentre distintos fabricantes y la estandarización también es un reto a afrontar. Lasgrandes empresas del sector abren sus protocolos y al mismo tiempo surgen nuevosestándares y necesidades de integración en el hogar. Todo esto hay que ligarlo con lalegislación y normativa en el ámbito del hogar digital.

Desde el punto de vista de usuario final los sistemas deben de ser sencillos yseguros, fiables y transparentes, integrados con el entorno y elegantes, sin necesidad

de cableado e interconectados. Muchos de estos aspectos son ofrecidos por las redesde sensores.

Integrar las aplicaciones de “Building Automation Systems” con las redes desensores eliminan la necesidad de cableado reduciéndose tanto los costes deinstalación como de posterior mantenimiento y operación. Además esta integraciónpermite la creación de instalaciones temporales abriéndose un nuevo mundo deaplicaciones y servicios. Por otra parte este tipo de redes solucionan problemas que sedan en este tipo de grandes edificios como son la ausencia de paredes, lareestructuración de los espacios, nuevas aplicaciones y espacios, instalación sin obrasy en pleno funcionamiento de los espacios, integración de los dispositivos en elmobiliario ya existente, etc. Estas integraciones se basan principalmente en la

adopción de los estándares de los protocolos, bien por las aplicaciones de gestión ycontrol o bien en las propias redes de sensores.




En el año 2008 se publicó el “ESTUDIO MINT-CASADOMO 2008: Sistemas deDomótica y Seguridad en Viviendas de Nueva Promoción” realizado por Casadomobasado en una serie de cuestionarios realizados tanto a usuario finales como a

proveedores e instaladores. El informe hace una distinción entre sistemas domóticos(incluyendo también lo que se consideran las alarmas técnicas, escapes de agua, gas,incendios, etc.) y los sistemas de seguridad (objetivo principal la detección de intrusos,aunque también suelen disponer de alarmas técnicas y funciones domóticas).

Según el estudio los usuarios finales valoran de forma muy alta las soluciones deconstrucción sostenible (ahorro energético, de agua, recogida de residuos, etc.) yconsideran las alarmas técnicas (humo, incendio, agua, etc.) como soluciones muyvaloradas los sistemas de Hogar Digital.

Según ese mismo informe un “8,23% de las viviendas de obra nueva en España enel año 2007 incluyeron un Sistema de Domótica” y que “2.518 € es el precio medio delos Sistemas de Domótica instalados en viviendas en nueva promoción”. Laimplantación de sistemas de seguridad es mayor, 14,85% (como ya se ha comentadoel estudio se divide en esos dos tipos de sistemas), aunque también hay quemencionar “el 85% de los sistemas de seguridad instalados en viviendas de nuevapromoción tiene un precio de hasta 500€”. Un dato importante de dicho estudio es que“El 99% de los Sistemas de Seguridad instalados en viviendas de nueva promociónpueden utilizar soluciones inalámbricas como Medios de Transmisión.”

Hay que mencionar que la situación actual del sector inmobiliario y de laconstrucción no es el de los años anteriores. Aún así la necesidad de vender casaspuede hacer que se aumenten las prestaciones o servicios que ofrece, siendo la

domótica una opción que puede ayudar en ese aspecto.Otro aspecto ya resaltado es la posibilidad de implantación de estos sistemas

mediante tecnología inalámbrica lo que evita la obra necesaria y por lo tanto unaventaja competitiva de este tipo de sistemas en las remodelaciones de viviendasactuales. En este campo la tecnología de las redes de sensores también tiene unaventaja. Por una parte se podrían ofrecer asesorías a cada usuario en concreto paraconocer las preferencias de cada uno, evaluar las necesidades técnicas y larealización de proyectos a medida.

Existen productos de domótica ZigBee homologados por la ZigBee Alliance lo quehace del ZigBee Home Automation ya una alternativa de hecho. Aunque no sea

exclusivo de las redes de sensores, sí que están íntimamente relacionados con ellas.

El estándar soluciona las vías de comunicación y una empresa que deseeevolucionar sus productos puede adaptarlos para integrarse en la red. En cuanto aotras posibilidades de innovación se pueden dirigir a los distintos bloques que formanlas motas de las redes de sensores.

La formación es fundamental para la adaptación al nuevo mercado. Por una partees necesaria para la adaptación de productos a las nuevas necesidades domóticas,pero también lo es para los instaladores e integradores, que deben conocer laslimitaciones y ventajas de cada una de las tecnologías existentes para seleccionar laque mejor se adapta a cada usuario. A pesar de que los sistemas deben de ser de fácil

instalación y uso siempre será necesario el asesoramiento y conocimiento de losprofesionales del sector.




5.1. LISTADOS

A continuación se presentan unos listados con empresas y agentes relacionadoscon la temática tratada y que se han utilizado, entre otros, para la elaboración delinforme.

Nombre Descripción Dirección

Airbee

Airbee es un proveedorde soluciones desoftware para ad-hoc,redes inalámbricas desensores. Diseño desoftware de eficiencia

energética.

http://www.airbee.it

Airtest

AirTest TechnologiesCorp. es un fabricante ydistribuidor detecnologías de monitoreodel aire que aseguran lacomodidad, la seguridad,la salud y la eficienciaenergética.

https://www.airtesttechnologies.com

Arch Rock

Arch Rock EnergyOptimizer (AREO) es unportal, que no requiere

de instalación de ningúnsoftware por parte delcliente y que permitemonitorizar nodosinalámbricos.

http://www.archrock.com

Atmel

Diseña, desarrolla ycomercializa un ampliorango de productos demicroelectrónica.

http://www.atmel.com

Atywireless

ATI es uno de losfabricantes detelecomunicaciones líderen el extranjero.

http://www.atiwireless.net

Bacnet

El BACnet es unprotocolonorteamericano para laautomatización deviviendas y redes decontrol.

http://www.bacnet.org

CENELEC

Responsable de laestandarización europeaen las áreas deingeniería eléctrica.

http://www.cenelec.eu




Center for the builtenvironment

Proporciona un espaciode colaboración dondelas personas pueden

compartir ideas paramejorar el diseño yoperación de edificioscomerciales.

http://www.cbe.berkeley.edu

Cirronet

Los Cirronet OEMmódulos y productosindependientes estánbajo la marca de RFM.Ahora bajo una marcasola, RFM provee deconducción de industriaZigBee.

http://www.rfm.com

Cisco Líder mundial en redespara Internet. http://www.cisco.com

ContinentalAutomatedBuildingsAssociation

Asociación sin fines delucro que promueve lastecnologías para laautomatización deviviendas y edificios enNorteamérica.

http://www.caba.org/trm

Control4

Fabrica una gamacompleta de productosasequibles, tanto

inalámbricos (Zigbeepara control y WiFi paradistribución de audio)como cableados.

http://www.control4.com

Coronis

Plataforma paramediciones OEM,telemetría y aplicacionesRFID. Productos listospara usar, y redes desensors en general.

http://www.coronis.com

Crossbow

Empresa que hadesarrollado redes de

sensores a gran escalapara su uso comercial.

http://www.xbow.com

Daintree

Es un proveedor líder desoluciones para eldesarrollo, puesta enmarcha y mantenimientode dispositivos WiFi.

http://www.daintree.net

Darpa

Agencia delDepartamento deDefensa de los EEUUresponsable del

desarrollo de nuevastecnologías para usomilitar.

http://www.darpa.mil




Daserin

Tecnología Inteligente.Soluciones tecnológicaspara el control

centralizado y gestiónenergética de edificios.

http://www.daserin.com

Dexma Sensors

DEXMA ofrece productosy serviciosespecializados en RedesInalámbricas deSensores (WSN) aintegradores, ingenieríasy fabricantes quetrabajan en sectoresverticales como elenergético, industrial,agrícola, logístico,alumbrado, sanitario yemergencias.

http://www.dexmatech.com

Digi International

Digi International es ellíder en la red dedispositivos para lasempresas. Desarrollaproductos fiables ytecnologías que permitenla conexión de redes

inalámbricas.

http://www.digi.com

DLMS

En la fase inicial lacomunicación con loscontadores de energíaha sido complicada porlos diferentes sistemasde comunicación defabricantes y usuarios ysu gran variedad deprotocolos.

http://www.dlms.com

Dust Networks

Dust Networks líder enestándares basados en

la creación de redesinteligentes de sensoresinalámbricos (WSN),ofrece ultra bajapotencia, alta fiabilidadde sistemas embebidos

http://www.dustnetworks.com

DynastreamInnovations

Empresa destacada endesarrollo de redes desensors.

http://www.dynastream.com/home

Echelon

Echelon produceproductos y sistemasque pueden monitorear yahorrar energía, reducircostos, etc.

http://www.echelon.com




Ember Corporation

Proveedor de redinalámbrica de datos deun dispositivo a otro y el

dispositivo a lasaplicacionesempresariales, incluyeinformación sobre laarquitectura de productoy las características.

http://www.ember.com

EMerge

Emerge es unaasociación de la industriaabierta que estáimpulsando el uso decorriente continua enedificios comerciales.

http://www.emergealliance.org

Enocean Alliance

La tecnología EnOceanutiliza la energía delambiente, como la luz, lapulsación mecánica o latemperatura paradesarrollar productosinalámbricos vía radio.

http://www.enocean-alliance.org

ESNA

ESNA (European sensornetwork architecture)objetivo del proyecto esproporcionar el apoyo

necesario para eldesarrollo eficaz de lasaplicaciones de red desensores inalámbricos

http://www.sics.se/esna

Flexpanel

ZigBee, Bluetooth y IEEE802.15.4 módulos deradio y productos para elcontrol remoto, redes desensores y adquisiciónde datos.

http://www.flexipanel.com

Freescale

Freescale es unfabricante

estadounidense desemiconductores,microcontroladores ymicroprocesadores

http://www.freescale.com

G2 Microsystems

Diseña y fabrica circuitosintegrados para laGestión de RecursosMóviles (MRM), unmercado en rápidocrecimiento que permitea las empresas elseguimiento de activosen todo el mundo.

http://www.g2microsystems.com




GainspanProporciona solucionesWi-Fi en un único chip demuy bajo consumo.

http://www.gainspan.com

Greenpeak

Greenpeak es unfabricante desemiconductors,módulos y software queofrece tecnología deultra-bajo consumo parasoluciones inalámbricas.

http://www.greenpeak.com

Helicomm

Helicomm proporcionacomunicacionesinalámbricas paramonitorizar y controlardispositivos.

http://www.helicomm.com

HomePlug

HomePlug es unaalianza de variasempresas que trabajanen el desarrollo de unatecnología que permitaimplementar redes deárea local usando lainstalación.

http://www.homeplug.org

IEEE 802.15.4

WPAN Task Group4

Grupo 4 que hadesarrollado el estándarque define el nivel físico

y el control de acceso almedio de redesinalámbricas de áreapersona

http://ieee802.org/15/pub/TG4.html

Ingeniería ySistemasInteligentes SAC

Distech Controls fabricaproductos abiertos yescalables paraautomatización deedificios, promocionandoun diseño ambiental ycon consumo eficientede la energía en edificios

a nivel mundial.

http://www.ingesinsac.com

Jennic

Jennic es miembro activodel grupo deestandarizaciónIEEE802.15.4 y miembrode la alianza ZigBee, esuna compañía dedicadaa la conectividadinalámbrica que ofrececircuitos integrados almercado emergente deredes inalámbricas desensores.

http://www.jennic.com




L.S. Research

L.S. Research es laprincipal empresa dedesarrollo de productos

inalámbricos que seespecializa en diseño deRF, incluyendohardware, CAD, diseñode la antena, eldesarrollo de software.

http://www.lsr.com

Lemos IntlDesarrolla aplicacionesWiFi para ambientescomerciales e industrials.

http://www.lemosint.com

Meshnetics*

Meshnetics es unproveedor tecnológicolíder en el mercadoespecializado en controlinalámbrico y sensoresinalámbricos802.15.4/ZigBee.Meshnetics ayuda a suscolaboradores y clientesa acelerar el tiempo delanzamiento de losproductos desarrollandoy desplegandoconjuntamente

soluciones M2M paratodo tipo de proyectos.

http://www.meshnetics.com

Moteiv

Desarrolla productosTMotes inalámbricospara aplicaciones deredes de sensores.

http://www.moteiv.com

NIST

National Institute ofStandards andTechnology es unaagencia tecnológicafederal que desarrolla y

promueve medidas,estándares y tecnología.

http://www.nist.gov

NRC

National ResearchCouncil (NRC) es unaorganización canadiensepara la investigación ydesarrollo.

http://www.nrc-cnrc.gc.ca

One RFTechnology

Ofrece soluciones RF decorto alcance de diseñopropio.

http://www.one-rf.com

Radiocrafts

Ofrece módulos RF conprotocolos embebidospara operar en la bandaISM.

http://www.radiocrafts.com




RF Micro Devices

Es líder global en eldesarrollo ycomercialización de

componentessemiconductores de altorendimiento.

http://www.rfmd.com

Schneider Electric

Especialista global engestión de la Energía.Soluciones, Productos yServicios en DistribuciónEléctrica yAutomatización.

http://www.schneider-electric.com

Sensicast

Es una compañíacentrada en las redes desensores que diseña ydesarrolla solucionescompletas paramonitorización y controlde edificios.

http://www.sensicast.com

SensinodeEs pionero en redes desensores inalámbricosbasados 6LoWPAN IP.

http://www.sensinode.com

Sigma Designs

Sigma Designsdesarrolla y comercializasemiconductores paraIPTV, reproductores

Blue-Ray, HDTV, etc.

http://www.sigmadesigns.com

Signaletics

Incluye 'AmbientesInteligentes' en sussoluciones deseñalización personal yvial, utilizandoinnovadoras tecnologíassin cables y sinmantenimiento.

http://www.signaletics.net

Smartlabs

Empresa relacionadacon la fabricación desistemas de redes de

sensores y redesinalámbricas.

http://www.smartlabsinc.com

Synapsense

Desarrolla dispositivosinalámbricos para lacreación de redes enautomatización deedificios.

http://www.synapsense.com

Tendril

Plantea solucionesenergéticas para

ambientes industriales yedificios terciarios. http://www.tendrilinc.com




Texas Instruments

Texas Instruments (TI)se dedica al diseño y lafabricación de productos

para tecnologíasanalógicas,procesadores digitalesde señales (DSP) ysemiconductores paramicrocontroladores(MCU). TI es unaempresa líder ensoluciones desemiconductores paraprocesamiento deaplicaciones y sistemasanalógicos y digitalesintegrados.

http://www.ti.com

Ubec

Uniband ElectronicCorporation (UBEC) esuna compañíaespecializada en eldesarrollo de dispositivoscon semiconductores,incluyendo WSN.

http://www.ubec.com.tw

Virtual Extension

Virtual Extensiondesarrolla dispositivos

WSN de altorendimiento, optimizadospara redes mesh.

http://www.virtual-extension.com

Zensys

Zensys se dedica a lacreación de una nuevageneración de WSN parael control yautomatización deviviendas y edificios.

http://www.zen-sys.com

Zerog Wireless

ZeroG desarrolla chipspara la realización dedispositivos inalámbricos

para todo tipo deaplicaciones.

http://www.zerogwireless.com

Zigbee Alliance*

La ZigBee Alliance esuna asociación sin ánimode lucro formada conmás de 300 compañíasmiembro que llevan acabo el desarrollo de latecnología inalámbricade ZigBee.

http://www.zigbee.org




A continuación se presenta una lista con las WEBS informativas másrepresentativas a nivel nacional.

Nombre Descripción Dirección

CEDOM Asociación Española deDomótica http://www.cedom.es

ProyectosDomótica

Portal dedicado aDomótica y HogarDigital.

http://www.proyectosdomotica.com

Inmótica.orgPortal sobre domótica einmotica, sistemas ymarcas

http://www.inmotica.org

Casadomo.comPortal de la domótica einmótica del edificio yhogar digital

http://www.casadomo.com

Domótica.netPortal dedicado a la redprofesional del hogardigital

http://domotica.net

domotica-online.com

Blog dedicado a lasnuevas tecnologíasaplicadas a facilitarnoslas tareas cotidianas delhogar, empresa, etc.

http://domotica-online.com

Construible.esPortal de temasrelacionados con la

Construcción Sostenible

http://www.construible.es

DOMODESK

Empresa dedicada a ladomótica, distribuidores / mayoristas / instaladores, etc.

http://www.domodesk.com

Domótica Viva

Proyectos y solucionesde domótica avanzadapersonalizadas para suvivienda o promociónresidencial.

http://www.domoticaviva.com




La siguiente tabla muestra una lista de los Fabricantes más importantes a nivelnacional.

Localización Nombre

Guipúzcoa ABB S.A.Barcelona BJC Fábrica Electrotécnica Josa S.A.Barcelona Unex Aparellaje Eléctrico S.L.Madrid Gewiss Ibérica S.A.Madrid Home SystemAsturias Ingenium Ingeniería y Domótica S.L.Madrid Legrand España S.L.Valencia Miniaturas Tecnológicas S.A.Vizcaya Carlo Gavazzi S.A.Valencia Domoval Electronics S.L.Zaragoza Advanced Digital Design S.A.Barcelona Simon S.A.Guipúzcoa Fagor S. Coop.Barcelona Delta Dore S.A.Madrid Orbis Tecnología Eléctrica S.A.Barcelona LCN IbéricaGuipúzcoa Dinuy S.A.Barcelona Himel S.A.Barcelona Zeyrin Technologies S.L.Madrid Isde S.L.

Barcelona Schneider Electric España S.A.Barcelona Somfy España S.A.A Coruña Televés S.A.Madrid Orbis Tecnología Eléctrica S.A.Zaragoza Advanced Digital DesignBarcelona E-ControlsBarcelona Jung Electro IbéricaMadrid Axis CommunicationsMadrid VisonicValencia DiLartecAlicante Ineli

Valencia IP DomoMálaga Crestron IbéricaMálaga AT Home AutomatizaciónSevilla AMXAsturias H.T. Sistemas S.L.Baleares MobotixBaleares Rotec ControlCantabria DX ViewToledo ZennioBarcelona BTicino




La siguiente tabla muestra una lista de los Integradores e Ingenierías másimportantes.


Madrid Home SystemMadrid Inmomática SolucionesGuipúzcoa Elektra S.A.Guipúzcoa Fagor S. Coop.Cádiz Andalucía Home Futura S.L.Madrid Unitronics Comunicaciones S.A.Barcelona Zeyron Technologies S.L.Castellón Minguet Eléctricas S.L.Madrid SPACIO Integración de SistemasMadrid freeDomValencia DiLartecMálaga Acerca S.L.Sevilla Agilware Nuevas TecnologíasSevilla Asdivent SL.Córdoba AtelMedia S.A.Málaga Climed S.L.Almeria DomoIndalCádiz DomotécnicaZaragoza Doelectric S.L.Asturias Faltec Sistemas

La siguiente tabla muestra una lista de los Centros Tecnológicos y de Formaciónmás importantes.


Barcelona Centros de Formación Disced S.L.Asturias Bureau Veritas Formación S.A.Vizcaya Robotiker InnovaValencia Instituto de Tecnológico de la Energía

Madrid P.L.C.Alicante Futurasmus KNX GroupToledo ICT-FuturaMadrid CEDINT




6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Hoy en día se disponen de una gran variedad de sistemas automáticos que nosfacilitan las tareas cotidianas o que los utilizamos para nuestro ocio y entretenimiento.Los sistemas domóticos son uno de ellos y cada día están más presentes en nuestrasviviendas. Muchos de los grandes edificios ya cuentan con sistemas de control queayudan a que sean más eficientes e inteligentes y esa tendencia se está trasladando alos hogares.

La instalación de estos sistemas requiere habitualmente de una preinstalación quepermita la interconexión de los dispositivos y la integración con otras funcionalidades.Las redes de sensores y su capacidad de comunicación inalámbrica facilita esaslabores de infraestructura por lo que permiten disponer de todas las funcionalidades

requeridas en viviendas inicialmente no preparadas para ello.

Muchos de los conceptos, características, propiedades y recomendaciones decarácter genéricos para los sistemas domóticos son aplicables si se utilizan redes desensores para su implantación, con las particularidades propias de las característicasde las tecnologías involucradas.

Otra ventaja de la utilización de redes de sensores para estas aplicaciones es laposibilidad de poder instalar sensores en lugares donde antes no merecía la pena o nose podía debido a los conexionados eléctricos necesarios. Esta característica puedehacer que se mejore la eficiencia de los sistemas con el consiguiente ahorroenergético (o de cualquier otro tipo) o bien que se utilicen para automatizar o controlarelementos que antes era inviable.

En este aspecto se quiere destacar la posibilidad que se abre desde el punto devista del ahorro energético y también la coordinación que podría existir con los agentesdistribuidores pidiéndose adecuar los consumos y las referencias de los sistemas (aireacondicionado, calefacciones, etc. por ejemplo) a los necesidades globales delsistema en función de los picos de demanda o horas valle (para aprovechar los preciosde la energía en determinado horario).

Las comunicaciones principales de las redes de sensores se basan en ZigBee.Este protocolo permite cubrir todas las funcionalidades que se requieren para el uso

domótico. Al estándar le ha costado afianzarse en un campo en concreto, pero pareceque la automatización del hogar es el que finalmente ha cuajado. Los estándares yperfiles definidos están consolidados y cada vez hay una oferta mayor de productosdel sector homologados.

Otro aspecto a destacar es la creación del estándar ZigBee RF4CE (RadioFrequency for Consumer Electronics) que en un futuro parece que sustituirá a losinfrarrojos como solución de control remoto para electrónica del hogar.

Por otra parte también se vislumbran nuevas oportunidades o líneas deinvestigación en cada uno de los aspectos que forman una red de sensores, algunasde ellas ya mencionadas en el documento y relacionadas con el sector aunque

también existente otras, principalmente en aquellas que tienen que ver tanto con elalmacenamiento de la energía como la generación de la misma de forma autónoma,sin olvidar la sensórica y la miniaturización de los sistemas.




La formación en todos los aspectos relacionados con los sistemas domóticos estambién una clave para los agentes involucrados. Esta formación se puede aplicar avarios niveles, desde los propios instaladores encargados de la decisión, instalación y

mantenimiento de los sistemas, como a los propios fabricantes que deberán hacer unesfuerzo de adaptación de los equipos tradicionales para permitir su integración en lossistemas domóticos.

A partir del estudio realizado se plantean una serie de recomendaciones quepueden ayudar a las empresas del sector. También se recogen otrasrecomendaciones frutos de los trabajos de años anteriores.

Fomentar las labores de formación en tecnologías inalámbricas y su aplicación asistemas domóticos, así como la formación en general en sistemas domóticos, suinstalación, integración, puesta a punto y mantenimiento.

Promover el uso e instalación de sistemas de control y automatización en el hogarorientados a aumentar el rendimiento de la energía, la disminución de las pérdidasenergéticas y la integración y accesibilidad a personas con discapacidades. Revisaraspectos legales.

Impulsar las tareas de estandarización que permitan la interoperabilidad de losdistintos sistemas tanto en el entorno de los sistemas domóticos como en cualquierade los otros ámbitos de las tecnologías de la información.

Persistir en aquellas acciones que clarifiquen los conceptos y los retos asociados acon la Internet de las cosas y la Internet del futuro, en la medida en que puedan

generar oportunidades para el sector.Identificar tecnologías claves para el sector y generar guías que sirvan a las

empresas para obtener el conocimiento básico de las mismas y poder iniciar eldesarrollo de cambios innovadores para ellas.

fedit redessensoresedificios

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