simposio de telecomunicaciones - … · •controladores o paneles •terminales de operaciÓn. 37....

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SIMPOSIO DE TELECOMUNICACIONES

UNIVERSIDAD DE LOS ANDESMÉRIDA – VENEZUELA27 DE ABRIL DE 2007

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PLATAFORMA DE TELECOMUNICACIONES EN EDIFICIOS INTELIGENTES

ESTADO DE ARTEIng. Pedro José Calderón Baca

calderon@terra.com.pe

Universidad de San Martín de PorresLima - Perú

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BUILDING IT

EDIFICIO INTELIGENTE

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Cuando se trata de definir, evaluar o certificar un

“BUILDING IT” a veces, se confunde lo que es

AUTOMATIZACIÓN con INTELIGENCIA.

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Es la habilidad de un dispositivo para adaptarse a los cambios del

medio utilizando óptimamente sus recursos con el fin de solucionar un

problema dado.Es la facultad de conocer y

entender.Es la destreza para la ejecución de

una acción.

AUTOMATIZACIÓN

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Es la habilidad del sistema de reconocer a las personas y de brindarles los servicios que han sido diseñados para esa

persona en particular.

INTELIGENCIA

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¿CUÁL ES LA FINALIDAD DEL BUILDING IT?

Ambiente comfortableEficiente en su operación

Seguridad humana (life safety)Seguridad material (security)

Ahorro de energía

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BUILDING MANAGEMENT

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SECURITY AND LIFE SAFETY

SEGURIDAD MATERIAL Y SEGURIDAD HUMANA

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COMPUTING AND COMMUNICATIONS

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¿QUÉ ES LO QUE DESEAMOS CONTROLAR, ADMINISTRAR,

GERENCIAR?

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¿CÓMO ADMINISTRAMOS ESTOS SITEMAS?

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CADA UNO DE LOS SISTEMAS QUE HEMOS VISTO TIENEN SUS

PROPIOS SENSORES O DISPOSITIVOS DE ADQUISICIÓN

DE DATOS, CUYA LABOR ES MONITOREAR EL ESTADO EN QUE

SE ENCUENTRAN, EN CADA MOMENTO, CADA UNO DE ELLOS.

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CADA UNO DE ESTOS DISPOSITIVOS DE

ADQUISICIÓN DE DATOS HABLA SU PROPIO LENGUAJE,

POR LO TANTO DEBEMOS INTEGRAR TODOS ESTOS

SISTEMA EN UN SOLO SISTEMA

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INTEGRACIÓN DE SISTEMASELEMENTOS DE LA

INTEGRACIÓN DE SISTEMAS:

•DISPOSITIVOS DE CAMPO•CONTROLADORES O

PANELES•TERMINALES DE OPERACIÓN

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SensoresControladores

Terminales

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ADQUISICIÓN DE DATOS

DISPOSITIVOS DE CAMPO

SENSORIZACIÓN

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Remota

Portable

Local

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Hemos visto que estos dispositivos de campo son los

ojos, oídos, nariz y piel del edificio inteligente los cuales

proveen la información necesaria para ejecutar el

control automatizado, centralizado del edificio.

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Hay dos tipos de dispositivos de campo:Inteligentes.

No inteligentes.

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CONTROLADORES

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LOS CONTROLADORES SON LOS EQUIPOS QUE RECIBEN LOS DIFERENTES TIPOS DE

SEÑALES DE LOS SENSORES Y LAS CONVIERTEN A UN SOLO TIPO DE SEÑAL COMPATIBLE CON LAS REDES ETHERNET

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TERMINALES DE OPERACIÓN

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•Software de integración y manejo del sistema completo.•Software de mantenimiento

de funciones.•Integración vía LAN/WAN de

estaciones de operación.•Control remotos de edificios.

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PROTOCOLOS DE INTEGRACIÓN

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TIPOS DE LENGUAJE DE LOS SENSORES.

Vía duplicidad de componentes de campo, en

paralelo o puentes.Vía señales eléctricas 0-10V;

0-5V; 4-20mA; 0-50 Ohms.Vía protocolos de

comunicación digital.

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BACnet: (Building Automation andControls Network).

EIB: (European Installation Bus).CEBus: (Conmsumer Electronics

Bus).LonTalk: (Local Operating

Network, Echelon Corporation).

PROTOCOLOS DE INTEGRACIÓN

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BACnet

Building Automation andControls Network

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•Trabaja en los niveles de application, network, data link y

physical layer, de los niveles OSI (open system

interconnection). Trabaja con Ethernet, ARCnet, LonTalk,

Point-to-Point, Master-slave/token-passing.

BACnet Building Automation andControls Network

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•Este protocolo ha sido diseñado para ser aplicable a

cualquier función de automatización de edificio.

BACnet Building Automation andControls Network

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•El uso de este protocolo ha sido casi exclusivamente aplicado al

control de HVAC(heating,ventilating, and air-

conditioning), no desarrollado para control de fuego, control de acceso,

iluminación u otro BAS (buildingautomation system).

BACnet Building Automation andControls Network

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EIB

European Installation Bus

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•Estándar desarrollado por Siemens.Esta basado en el protocolo

CSMA/CA (carrier sense multipleaccess/collision detection) para

comunicación serial u usando un bus común lo cual reduce el

cableado usando dispositivos en cadena o puente.

EIB European Installation Bus

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Puede usar cable UTP, infrarrojo, líneas eléctricas, radio frecuencia. Emplea multicast communication. Un simple mensaje puede activar

dozenas o aun cientos de funciones en una red EIB.

EIB European Installation Bus

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CEBus

Consumer Electronics Bus

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•Desarrollado por EIA (ElectronicsIndustries Alliance) para LANs y

redes de automatización en casas y residencias.

CEBus (Consumer ElectronicsBus)

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•Usa arquitectura abierta y trabaja sobre líneas eléctricas, cable UTP, fibra óptica, coaxial,

infrarrojo, radio frecuencia.

CEBus (Consumer ElectronicsBus)

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LonTalk

Local Operating Network, Echelon Corporation)

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•LonTalk es un protocolo desarrollado por Echelon

Corporation para el control de interoperabilidad de las redes usando tecnología LonWorks.

LonTalk Local Operating Network, Echelon Corporation)

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•LonWorks es usado para redes de control distribuida que consiste de dispositivos

inteligentes conectados en conjunto usando cualquier tipo de media: líneas elctricas, cable

UTP, fibra óptica, coaxial, inalámbrico.

LonTalk Local OperatingNetwork, Echelon Corporation

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Cada dispositivo de la red LonWorks contiene su propio

microrocesador, llamado Neuronchip para emitir señales de

comunicaciónes y su procesamiento.

LonTalk Local Operating Network, Echelon Corporation

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Este protocolo usa las 7 capas de OSI dando una completa

plataforma de interconexión. Los dispositivos LonTalk de

diferentes fabricantes pueden NO hablar uno con otro, a menos que

hayan sido fabricados bajo el programa LonMark.

LonTalk Local Operating Network, Echelon Corporation

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•LonTalk es un protocolo abiertoy es totalmente compatible con el

estándar ANSI/ASHARAE 135 BACnet y el ANSI/EIA 709.1-A

Control Network Protocol.

LonTalk Local Operating Network, Echelon Corporation

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Su uso se adapta para edificios, industrias y casas y lo realiza a

través de redes basadas en internet ó IP-BASED.

Contola todas funciones de automatización por ejemplo HVAC, controles de acceso, control de iluminación, etc.

LonTalk Local Operating Network, Echelon Corporation

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HONEYWELLJHONSON CONTROL

SIEMENSANDOVER CONTROLS

LANDIS & STAEFACSI CONTROL SYSTEM

INTERNATIONALSIEBE (antes BARNER

COLLMAN)

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PLATAFORMA DE COMUNICACIÓN INALÁMBRICA

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IEEE 802.15 WPAN™ Task Group 4 (TG4)

ZigBee

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The IEEE 802.15 TG4 was charteredto investigate a low data rate solutionwith multi-month to multi-year battery

life and very low complexity. It isoperating in an unlicensed,

international frequencyband. Potential applications are sensors, interactive toys, smart

badges, remote controls, and homeautomation.

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ZigBee is a wireless technologydeveloped as an open global standardto address the unique needs of low-

cost, low-power, wireless sensor networks.

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The standard takes full advantage ofthe IEEE 802.15.4 physical radio

specification and operates in unlicensed bands worldwide at thefollowing frequencies: 2.400–2.484

GHz, 902-928 MHz and 868.0–868.6 MHz.

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The 802.15.4 specification wasdeveloped at the Institute of Electrical

and Electronics Engineers (IEEE). The specification is a packet-based

radio protocol that meets the needs oflow-cost, battery-operated devices.

The protocol allows devices tointercommunicate and be powered by

batteries that last years instead ofhours.

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The ZigBee protocol carries allthe benefits of the 802.15.4

protocol with added networkingfunctionality.

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The ZigBee Protocol

The ZigBee protocol was engineeredby the ZigBee Alliance, a non-profit

consortium of leading semiconductor manufacturers, technology providers,

OEMs and end-users worldwide.

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The protocol was designed to provideOEMs and integrators with an easy-

to-use wireless data solutioncharacterized by low-power

consumption, support for multiplenetwork structures and secure

connections.

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The ZigBee Advantage

The ZigBee protocol was designedto carry data through the hostile RF environments that routinely exist in

commercial and industrial applications.

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ZigBee protocol features:

Low duty cycle - Provides long battery life

Low latencySupport for multiple network

topologies: Static, dynamic, star andmesh

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Direct Sequence Spread Spectrum(DSSS)

Up to 65,000 nodes on a network128-bit AES encryption – Provides

secure connections between devices Collision avoidance

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Link quality indicationClear channel assessment

Retries and acknowledgementsSupport for guaranteed time slots

and packet freshness

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Secure Connections

The ZigBee specification provides a security toolbox approach toensuring reliable and secure

networks. Access control lists, packet freshness timers and 128-bit

encryption based on the NIST Certified Advanced EncryptionStandard (AES) help protect

transmitted data.

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ZigBee Applications

ZigBee enables broad-baseddeployment of wireless networks with

low-cost, low-power solutions.

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It provides the ability to run for yearson inexpensive batteries for a host of

monitoring applications: Lightingcontrols, AMR (Automatic Meter

Reading), smoke and CO detectors, wireless telemetry, HVAC control,

heating control, home security, Environmental controls, drapery and

shade controls, etc.

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Standard ZigBee® 802.15.4

Wi-Fi™802.11b

Bluetooth™

802.15.1 Transmission Range(meters)

1 – 100* 1 - 100 1 – 10

BatteryLife (days)

100 –1,000

0.5 – 5.0 1 - 7

NetworkSize (# of

nodes

> 64,000 32 7

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Standard ZigBee® 802.15.4

Wi-Fi™802.11b

Bluetooth™

802.15.1 Application Monitoring

& ControlWeb, Email, Video

Cable Replaceme

ntStack Size

(KB)4 – 32 1,000 250

Throughputkb/s)

20 – 250 11,000 720

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Mesh Networks

A key component of the ZigBee protocolis the ability to support mesh networks.

In a mesh network, nodes are interconnected with other nodes so that

at least two pathways connect eachnode.

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Connections between nodes are dynamically updated and optimized in difficult conditions. In some cases, a partial mesh network is established

with some of the nodes onlyconnected to one other node.

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Mesh networks are decentralized in nature; each node is self-routing and

able to connect to other nodes as needed. The characteristics of meshtopology and ad-hoc routing provide

greater stability in changing conditionsor failure at single nodes.

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Performance

Power Output:

XBee: 1mW (0 dBm) XBee-PRO: 60 mW (18 dBm)*, 100 mW EIRP*

Indoor/Urban Range:

XBee: up to 100' (30m) XBee-PRO: up to 300' (100m)

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Outdoor/RF Line-of-sight Range:

XBee: up to 300' (100m) XBee-PRO: up to 1 mile (1.6km) RF

Data Rate:250 Kbps

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Interface Data Rate: up to 115.2 Kbps

Operating Frequency: 2.4 GHz

Receiver Sensitivity:

XBee: -92 dBmXBee-PRO: -100 dBm

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Networking

Spread Spectrum Type: DSSS (Direct Sequence SpreadSpectrum)

Networking Topology: Peer-to-peer, point-to-point & point-to-multipoint

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Error Handling: Retries & acknowledgements

Filtration Options: PAN ID, channeland addresses

Channel Capacity:

XBee: 16 ChannelsXBee-PRO: 12 Channels

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Addressing:65,000 networkaddresses available for eachchannel

Encryption:128-bit AES (comingsoon)

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Power

Supply Voltage:2.8 - 3.4 V

Transmit Current:

XBee: 45 mA (@ 3.3 V) XBee-PRO: 270 mA (@ 3.3 V)

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Receive Current:

XBee: 50 mA @ 3.3 V XBee-PRO: 55 mA (@ 3.3 V)

Power-down Sleep Current:<10 µA

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General

Frequency Band:

2.4000 - 2.4835 GHz

Serial Data Interface:

3V CMOS UART - No configurationrequired

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Physical Properties

Size:

XBee: 0.960" x 1.087" (2.438cm x 2.761cm), XBee-PRO: 0.960" x 1.297" (2.438cm x 3.294 m)

Weight:XBee: 0.10 oz. (3g) XBee-PRO: 0.14 oz. (4g)

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Weight:

XBee: 0.10 oz. (3g) XBee-PRO: 0.14 oz. (4g)

Antenna Options:

U.FL RF connector, chip antenna, or whip antenna

Operating Temperature:

-40 to 85° C (industrial)

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Certifications:

FCC:

XBee: OUR-XBEE XBee-PRO: OUR-XBEEPRO

IC:

XBee: 4214A-XBEE XBee-PRO: 4214A-XBEEPRO

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Ing. Pedro José Calderón Bacacalderon@terra.com.pe