arquitectura tecnolÓgica de automatizaciÓn para la
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ARQUITECTURA TECNOLÓGICA DE AUTOMATIZACIÓN PARA LA
SUPERVISIÓN, CONTROL Y MEDIDA DE NUEVOS NEGOCIOS EN LOS
MERCADOS DE CIUDADES, EMPRESAS Y HOGARES DE CELSIA
Orlando Valencia Saldarriaga
COD. 94.540.009
Propuesta de trabajo de grado para optar al título de
Magister en Ingeniería de Software
Director
Ing. Jaime Alberto Sánchez MSc.
FACULTAD DE INGENIERIA
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA – CALI
febrero de 2019
1
LISTA DE CONTENIDO
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................................................................................. 9 1.1. Problema u oportunidad .......................................................................................................................... 9
2. OBJETIVOS DEL PROYECTO Y ALCANCES ....................................................................................................................... 9 2.1. Objetivo general ....................................................................................................................................... 9 2.2. Objetivos específicos ................................................................................................................................ 9
3. ALCANCE ............................................................................................................................................................ 10 3.1. Exclusiones ............................................................................................................................................. 10 3.2. Justificación ............................................................................................................................................ 10
4. RESULTADOS ESPERADOS Y PRODUCTOS PROPUESTOS .................................................................................................. 10
CAPÍTULO 1 ....................................................................................................................................................................................11
1. CAPACIDADES ...................................................................................................................................................... 11 1.1. Contexto Ciudades .................................................................................................................................. 11 1.2. Contexto Empresas ................................................................................................................................. 16 1.3. Contexto Hogares ................................................................................................................................... 18
2. TENDENCIAS Y TECNOLOGÍAS .................................................................................................................................. 20 2.1. Ciudades ................................................................................................................................................. 20 2.1.1. Smart Grids ........................................................................................................................................ 20 2.1.2. Monitoreo de la infraestructura pública ............................................................................................ 20 2.1.3. Transversales ..................................................................................................................................... 20 2.2. Empresas ................................................................................................................................................ 21 2.2.1. Sistemas de Gestión de Energía (Energy Management System, EMS) ............................................... 21 2.2.2. Sistemas de Gestión de Edificios (Building Management System, BMS) ........................................... 24 2.3. Hogares .................................................................................................................................................. 27 2.3.1. Seguridad Inteligente (Smart Security) .............................................................................................. 29 2.3.2. Automatización en el Hogar (Home Automation) ............................................................................. 29 2.3.3. Sistema de Gestión de Energía del Hogar (Home Energy Management System, HEMS) ................... 29 2.4. Transversal a Ciudades, Empresas y Hogares ........................................................................................ 30 2.4.1. Internet de las Cosas - IoT / Internet Industrial de las Cosas IIoT ...................................................... 30 2.4.2. Plataformas IoT Multiservicios........................................................................................................... 32 2.5. Marcos de referencia de arquitecturas IoT y estándares aplicables ...................................................... 33 2.5.1. UIT-T Y.2060 para IoT ........................................................................................................................ 33 2.5.2. IIC IIRA para IIoT................................................................................................................................. 35 2.5.3. RAMI 4.0 ............................................................................................................................................ 35 2.5.4. IoT-A ARM .......................................................................................................................................... 36 2.5.5. AIOTI .................................................................................................................................................. 37 2.5.6. ISO/IEC 30141, Internet of Things Reference Architecture (IoT RA) ................................................... 38 2.5.7. Protocolos para conectividad y transferencia de datos ..................................................................... 38 2.5.7.1.1. Conectividad .................................................................................................................................. 38 2.5.8. Analítica de Datos y Big Data............................................................................................................. 42
3. PROBLEMÁTICAS ACTUALES Y RETOS......................................................................................................................... 43
CAPÍTULO 2 .................................................................................................................................................................................. 45
1. DEFINICIÓN DE PRODUCTO / SERVICIO ...................................................................................................................... 45 1.1. Focalización de las capacidades tecnológicas esperadas ....................................................................... 45
2. CAPACIDADES MÍNIMAS ESPERADAS DESDE LA ESTRATEGIA ........................................................................................... 46 2.1. Visión ...................................................................................................................................................... 46 2.2. Capacidades ........................................................................................................................................... 47
2
2.3. Propuestas de valor, líneas de servicios aplicables ................................................................................ 48
CAPÍTULO 3 .................................................................................................................................................................................. 49
1. PRINCIPALES REQUISITOS FUNCIONALES .................................................................................................................... 49 2. PRINCIPALES REQUISITOS NO FUNCIONALES ............................................................................................................... 50
2.1. Escenarios de calidad ............................................................................................................................. 52 2.1.1. Definición del formato ....................................................................................................................... 52 2.1.2. Compatibilidad: Interoperabilidad ..................................................................................................... 52 2.1.3. Fiabilidad: Disponibilidad ................................................................................................................... 54 2.1.4. Portabilidad: Adaptabilidad ............................................................................................................... 55 2.1.5. Seguridad: Integridad ........................................................................................................................ 55 2.2. Tácticas .................................................................................................................................................. 56 2.2.1. Compatibilidad: Interoperabilidad ..................................................................................................... 56 2.2.2. Fiabilidad: Disponibilidad ................................................................................................................... 56 2.2.3. Portabilidad: Adaptabilidad ............................................................................................................... 56 2.2.4. Seguridad: Integridad ........................................................................................................................ 57
CAPÍTULO 4 .................................................................................................................................................................................. 58
1. PROPUESTA DE ARQUITECTURA TECNOLÓGICA PARA AUTOMATIZACIÓN ........................................................................... 58
CAPÍTULO 5 .................................................................................................................................................................................. 70
1. CONTEXTUALIZACIÓN - APLICACIÓN DE PRUEBAS ........................................................................................................ 70 2. VALIDACIÓN Y HOMOLOGACIÓN – EJECUCIÓN DE PROTOCOLOS DE PRUEBAS ................................................................... 72
2.1. Selección de herramientas de software ................................................................................................. 72 2.2. Aplicación de las pruebas ....................................................................................................................... 73 2.3. Vista arquitectura tecnológica y aplicabilidad a proyectos de pruebas ................................................. 74 2.4. Ejecución de pruebas .............................................................................................................................. 83 2.5. Resultados respecto verificación de escenarios de calidad .................................................................... 84
CONCLUSIONES .......................................................................................................................................................................... 86
PRÓXIMOS TRABAJOS DE IMPLEMENTACIÓN / ESTUDIO ............................................................................................... 87
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................................................................... 88
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 – Modelo de una ciudad inteligente [3] .................................................................................................................. 13 Ilustración 2 - Doing Bussines [26] ................................................................................................................................................... 16 Ilustración 3 – Crecimiento económico Colombia y América Latina [26] ............................................................................. 17 Ilustración 4 – Sectores productivos - Plan de transformación productiva – PTP [27]..................................................... 18 Ilustración 5 – Intervención en 4 áreas - Plan de transformación productiva – PTP [27] ................................................ 18 Ilustración 6 – Ciclo de madurez para tecnologías Smart City – Gartner, agosto 2017 [30] .......................................... 21 Ilustración 7 – Ciclo de madurez para tecnologías Smart Grids [46] .................................................................................... 26 Ilustración 8 – Precepción de beneficios en un hogar inteligente [48] ................................................................................ 28 Ilustración 9 - Cifras mundiales de crecimiento (Fuente: Gartner) ......................................................................................... 28 Ilustración 10 – Evolución de la primera a la cuarta era (Fuente: Grupo Garatu) .............................................................. 32 Ilustración 11 – Modelo de referencia IoT UIT-T Y.2060 (Fuente UIT-T) ............................................................................... 34 Ilustración 12 – Marco de referencia del IIC (Fuente IEC) ......................................................................................................... 35
3
Ilustración 13 – Modelo de referencia RAMI (Fuente IEC) ........................................................................................................ 36 Ilustración 14 – Modelo de referencia IoT-A ARM (Fuente IEC) ............................................................................................. 37 Ilustración 15 – Modelo de referencia AIOTI (Fuente IEC) ........................................................................................................ 38 Ilustración 16 - Ciclo de madurez para Big Data [58] ................................................................................................................ 43 Ilustración 17 – Puntos de focalización – (Fuente: propia) ....................................................................................................... 46 Ilustración 18 – Vista arquitectónica SGAM vs RAMI 4.0 – (Fuente: Celsia – Arquitectura) ............................................ 58 Ilustración 19 – Vista arquitectónica / Capa de Negocio – (Fuente: propia)....................................................................... 60 Ilustración 20 – Vista arquitectónica / Capa de Funciones – (Fuente: propia) .................................................................... 61 Ilustración 21 – Vista arquitectónica / Capa de Información – (Fuente: propia) ................................................................ 62 Ilustración 22 – Vista arquitectónica componentes identificados – (Fuente: propia) ....................................................... 64 Ilustración 23 – Vista arquitectónica / Capa de Comunicación – (Fuente: propia) ........................................................... 65 Ilustración 24 – Vista arquitectónica / Capa de Conectividad – (Fuente: propia) ............................................................. 66 Ilustración 25 – Vista arquitectónica / Capa de Componentes – (Fuente: propia) ........................................................... 67 Ilustración 26 – Vista arquitectónica de interoperabilidad entre capas – (Fuente: Celsia – Arquitectura) ................. 68 Ilustración 27 – Vista arquitectónica servidores esperados / Desacoplamiento por negocio – (Fuente: propia) ... 69 Ilustración 28 – vista arquitectónica implementando 4 proyectos – (Fuente: propia) ..................................................... 74 Ilustración 29 – Despliegue vista herramienta de ingeniería para automatización – (Fuente: propia) ........................ 81 Ilustración 30 – Despliegue vista equipo central de campo de denominados AS-P – (Fuente: propia) ..................... 81 Ilustración 31 – Despliegue vista módulo de entrada de universal proyecto NIMA – (Fuente: propia) ...................... 81 Ilustración 32 – Despliegue vista configuración de señales Modbus – (Fuente: propia) ................................................. 81 Ilustración 33 – Despliegue vista configuración de señales BACnet – (Fuente: propia) ................................................... 81 Ilustración 34 – Despliegue vista registro de tendencias / conectividad equipo central – (Fuente: propia) .............. 81 Ilustración 35 – Despliegue vista configuración de señales de recepción de software de administración de energía
para analizadores de red proyecto NIMA – (Fuente: propia) ................................................................................................. 82 Ilustración 36 – Despliegue vista usuario final página principal – (Fuente: propia) .......................................................... 82 Ilustración 37 – Despliegue vista usuario final transferencia eléctrica – (Fuente: propia) ............................................... 82 Ilustración 38 – Despliegue vista usuario final analizadores de red– (Fuente: propia) .................................................... 82 Ilustración 39 – Despliegue vista usuario final analizador de red externa – (Fuente: propia) ....................................... 82 Ilustración 40 – Despliegue vista usuario final analizador de red planta eléctrica – (Fuente: propia) ........................ 82 Ilustración 41 – Despliegue vista usuario final centro de carga – (Fuente: propia) ........................................................... 83 Ilustración 42 – Despliegue vista usuario final planta eléctrica – (Fuente: propia) ........................................................... 83 Ilustración 43 – Despliegue vista usuario final temperatura de cuartos – (Fuente: propia) ........................................... 83 Ilustración 44 – Despliegue vista usuario final detectores de humo – (Fuente: propia) ................................................. 83 Ilustración 45 – Despliegue vista usuario final medidas en administrador de energéticos ............................................ 83
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 – Competidores del mercado de EMS ............................................................................................................................ 23 Tabla 2 – Competidores del mercado de BMS ............................................................................................................................ 26 Tabla 3 - Funciones de la gestión de la seguridad ..................................................................................................................... 29 Tabla 4 - Funciones de gestión de la energía .............................................................................................................................. 30 Tabla 5 – Tabla comparativa de protocolos (Fuente Glowlabs) [56] ..................................................................................... 39 Tabla 6 – Capacidades y beneficios estratégicos de cara a los productos / servicios – (fuente: propia) .................. 45 Tabla 7 – Capacidades a nivel táctico productos/servicios nuevos negocios – (fuente: propia) ................................. 47 Tabla 8 – CANVAS aplicado para visión estratégica de idea de negocio – (fuente: propia) ........................................ 48
4
Tabla 9 – Definición del formato para requisitos funcionales de alto nivel – (fuente: propia) ...................................... 49 Tabla 10 – Principales requisitos funcionales de alto nivel – (fuente: propia) ..................................................................... 49 Tabla 11 – Descripción de formato de escenarios – (fuente: propia) .................................................................................... 52 Tabla 12 – Escenario 1 / Compatibilidad: Interoperabilidad – (fuente: propia) .................................................................. 53 Tabla 13 – Escenario 2 / Compatibilidad: Interoperabilidad – (fuente: propia) ................................................................. 53 Tabla 14 – Escenario 3 / Compatibilidad: Interoperabilidad – (fuente: propia) ................................................................. 53 Tabla 15 – Escenario 1 / Fiabilidad: Disponibilidad – (fuente: propia) ................................................................................... 54 Tabla 16 – Escenario 2 / Fiabilidad: Disponibilidad – (fuente: propia) .................................................................................. 54 Tabla 17 – Escenario 1 / Portabilidad: Adaptabilidad – (fuente: propia)............................................................................... 55 Tabla 18 – Escenario 1 / Seguridad: integridad – (fuente: propia) ......................................................................................... 55 Tabla 19 – Visual general de activos seleccionados como esquema de validación – (fuente: propia) ....................... 70 Tabla 20 – Funcionalidades implementadas en los activos seleccionados como esquemas de validación – (fuente:
propia) ....................................................................................................................................................................................................... 71 Tabla 21 – Especificación de servidores – (fuente: propia) ....................................................................................................... 72 Tabla 22 – Vista local de la implementación en campo – (fuente: propia) ......................................................................... 76 Tabla 23 – Formato de caso de prueba – (fuente: propia) ...................................................................................................... 84
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GLOSARIO
Adquisición de Datos: capacidad de un sistema informático de obtener datos desde sensores, medidores, equipos
de campos; para procesarlos y almacenarlos.
Supervisión: capacidad de un sistema informático para observar la evolución de la información proveniente del
mismo u otros sistemas externos.
Control: capacidad de un sistema informático u operador de modificar los estados de un proceso para mantenerlo
dentro de parámetros prestablecidos.
Gestión: corresponde al grado de cumplimiento de la operación realizada por sistemas u operadores que
monitorean, supervisan, y controlan algún proceso u operación; es decir, es la coordinación holística de un
proceso operativo. La gestión tiene embebidas las actividades de: monitoreo, supervisión y control.
SCADA: acrónimo de supervisión, control y adquisición de datos. Está atribuido a sistemas y aplicaciones de
tiempo real que requieren retroalimentación constante para el control de un proceso particular.
Tiempo real: adquisición de datos con al menos 5 segundos de retardo sin pérdida alguna para el contexto del
trabajo.
MEGA: acrónimo que define una Meta Estratégica, Grande y Ambiciosa.
IoT: acrónimo en inglés que define el “Internet of Things” o Internet de las Cosas.
IIoT acrónimo en inglés que define el “Industrial Internet of Things” o Internet Industrial de las Cosas.
Base de conocimiento: Información estructurada y verificada.
Arquitectura: Descripción del conjunto de componentes de software, hardware, sus relaciones; y demás elementos
tecnológicos requeridos que integran una solución o sistema de información; esta descripción debe indicar
tecnologías requeridas, características funcionales y no funcionales, relaciones, comunicaciones, seguridad, datos
y flujo de datos, entre otros. [1]
Arquitectura tecnológica: Descripción de la estructura de hardware, software y telecomunicaciones requeridas
para implementar una solución de sistemas de información. [2]
Arquitectura de referencia: Diseño de alto nivel donde se presentan elementos de detalles tecnológicos, que se
utiliza como una plantilla para guiar otras arquitecturas más específicas; las plantillas incluyen componentes que
hacen parte de la solución, relaciones estáticas y dinámicas, recomendaciones tecnológicas y de desarrollo,
herramientas específicas y componentes reutilizables. [1]
6
ABSTRACT
The work proposal allows addressing a business opportunity through technological leverage and the digital
transformation of the company Celsia-Epsa.
It starts from the understanding of the corporate strategy, definition of business and application functionalities
until the definition and incorporation of technological elements to the value chain; finding with it, the support of
new businesses and opportunities of automation that can be applied in diverse contexts (Cities, Companies and
Homes).
The proposed technological architecture considers 4 pillars of functionality (flexibility, interoperability, scalability,
security), which are developed one by one for the support of the automation service proposal focused on:
supervision, control and measurement for automation businesses.
Finally, the implementation tests of the technological architecture are illustrated by applying it to 4 Celsia-Epsa's
own infrastructure projects where assets are monitored, supervised and controlled.
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RESUMEN
La propuesta de trabajo permite abordar una oportunidad de negocio a través del apalancamiento tecnológico y
la transformación digital de la empresa Celsia-Epsa.
Se parte de la comprensión de la estrategia corporativa, la definición de funcionalidades de negocios y
aplicaciones, hasta la definición e incorporación de elementos tecnológicos a la cadena de valor; encontrando
con ello, el apoyo de nuevos negocios y oportunidades de automatización que se pueden aplicar en diversos
contextos (ciudades, empresas y hogares).
La arquitectura tecnológica propuesta considera 4 pilares de funcionalidad (flexibilidad, interoperabilidad,
escalabilidad, seguridad), que se desarrollan uno por uno para respaldar la propuesta de servicio de
automatización centrada en: supervisión, control y medición para negocios de automatización.
Finalmente, las pruebas de implementación de la arquitectura tecnológica se ilustran aplicándolas a 4 proyectos
de infraestructura propios de Celsia-Epsa donde se monitorean, supervisan y controlan activos.
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INTRODUCCIÓN
La dinámica del mercado actual ha estado acompañada de avances políticos-regulatorios, económicos y
tecnológicos, que han dado a los hogares, empresas e industrias, elementos que les permitan tener acceso a
soluciones para mejorar y facilitar sus actividades diarias; dicha dinámica con repercusiones en la disminución del
consumo energético entre otros, ha hecho que el sector energético sea cada vez más competitivo y que este tipo
de empresas deban diversificar su portafolio de productos para ser sostenibles en el tiempo.
En el caso de Celsia-Epsa; empresas de energía eléctrica del Grupo Argos, con presencia en Colombia, Panamá y
Costa Rica, que prestan servicios de generación, transmisión, distribución y comercialización, es de vital
importancia que puedan desarrollar nuevas líneas de negocio con productos y servicios que incorporen elementos
de uso eficiente de la energía, pero a su vez se brinden otros, distintos al convencional para así ser diferenciadores,
competitivos y rentables.
Fundamentado en diversificar el portafolio de la empresa y pensando en que el uso de las tecnologías
convergentes de la información, la operación y las telecomunicaciones sea un apalancador de ventas cruzadas,
este proyecto pretende definir una arquitectura tecnológica aplicada para la empresa Celsia-Epsa que permita de
manera centralizada gestionar soluciones de automatización en tiempo real facilitando el entendimiento de
información, la toma de decisiones y la optimización de la operación de infraestructura en campo, pero que a su
vez sea económicamente viable a sus clientes.
A continuación, se presenta la propuesta para el desarrollo de una arquitectura tecnológica que habilita las
capacidades de negocio para implementar productos y servicios para clientes en el contexto de ciudades,
empresas y hogares.
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1. Planteamiento del problema
1.1. Problema u oportunidad
A nivel mundial las empresas prestadoras de servicios públicos tras la nueva dinámica del mercado global, las
nuevas tecnologías, los nuevos paradigmas y conceptos, afrontan un reto de sostenibilidad empresarial donde se
ven obligados a replantear sus esquemas de operación y servicio a sus clientes existentes y futuros; y a pesar de
que por ejemplo, propuestas como Smart Grids, eficiencia energética, IoT, IIoT, etc; introducen nuevas
oportunidades con su implementación debido a que permiten resolver problemas técnicos, operativos e inclusive
de relacionamiento, estas no necesariamente garantizan por sí solas un cambio estructural que las haga
competitivas y rentables.
Es por ello que cualquier iniciativa debe estar acompañada de una planificación estratégica que identifique
capacidades y elementos que permitan a los usuarios y clientes tener un mayor compromiso con sus empresas
proveedoras de servicios y consigo mismos, permitiéndoles optimizar su consumo energético mejorando
sustancialmente su economía y minimizando impactos ambientales.
En este sentido, Celsia-Epsa, ha replanteado su estrategia empresarial mediante un modelo digital de negocios y
se ha volcado por completo al aprovechamiento de las nuevas tecnologías, los cambios normativos y regulatorios,
apalancándose así, a la generación de nuevos negocios que le permitan cubrir nuevos nichos de mercado para
así lograr su MEGA al 2025.
Por lo anterior y focalizándose en una oportunidad particular, es necesario definir una arquitectura tecnológica
centralizada/multi-clientes que pueda aplicarse en los mercados estratégicos de Celsia-Epsa, que permita soportar
nuevos negocios de gestión sobre su infraestructura de activos en campo, que brinde servicios y facilite a sus
clientes la información requerida para que puedan hacer un uso eficiente de la energía, confort y seguridad,
optimizando sus procesos operativos y productivos.
2. Objetivos del proyecto y alcances
2.1. Objetivo general
Diseñar una arquitectura tecnológica convergente de automatización para la supervisión, control y medida que
permita habilitar nuevos negocios aplicables en los mercados de ciudades, empresas y hogares.
2.2. Objetivos específicos
1) Revisión y valoración del estado del arte de soluciones tecnológicas convergentes de automatización en
ciudades, empresas y hogares, bajo el paradigma de internet de las cosas.
2) Construir una base de conocimiento aplicado de las capacidades mínimas requeridas para una arquitectura
que permita realizar gestión en tiempo real de soluciones en ciudades, empresas y hogares e industrias.
3) Identificar requisitos funcionales y requisitos no funcionales para definir una arquitectura tecnológica de
servicios de automatización para supervisión, control y medida.
4) Definir una arquitectura tecnológica convergente de automatización que soporte nuevos negocios en Celsia-
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Epsa.
5) Seleccionar el esquema de validación de la arquitectura y homologar con referencia al marco de aplicación
de la empresa Celsia-Epsa.
3. Alcance
Definir una arquitectura tecnológica convergente de automatización como referencia para el contexto de los
nuevos negocios de Celsia-Epsa en los mercados de Ciudades, Empresas y Hogares, que cumpla con los criterios
de flexibilidad, interoperabilidad, escalabilidad, seguridad y orientada como propuesta de generación de valor
para implementar nuevos modelos de negocios que sume al cumplimiento de la MEGA.
3.1. Exclusiones
• No se considera en el marco de este proyecto realizar entrega de ambientes implementados para uso público
en general.
• No se considera el desarrollo de modelos financieros que viabilicen la implementación de la arquitectura para
un modelo de negocio particular.
3.2. Justificación
Dado el replanteamiento de la estrategia empresarial de Celsia-Epsa, su apertura al desarrollo de nuevos negocios
de base tecnológica convergente, y el aprovechamiento de estas, para brindar nuevos mecanismos de
acercamiento a sus clientes al brindarle nuevas capacidades que le permitan ser más eficientes y autosostenibles,
se hace necesario el planteamiento de una arquitectura tecnológica convergente que soporte nuevos modelos
de negocio que aporten a la consecución de la MEGA 2025.
4. Resultados esperados y productos propuestos
Al final del proyecto se espera tener un modelo de arquitectura tecnológica convergente de referencia y aplicado
a un negocio particular, así como una base de conocimiento de capacidades soportadas para los mercados de
Celsia-Epsa que pueda ser usadas para futuras líneas de investigación y desarrollo.
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CAPÍTULO 1
Objetivo 1: Revisión y valoración del estado del arte de soluciones tecnológicas convergentes de automatización
en ciudades, empresas y hogares, bajo el paradigma de internet de las cosas.
1. Capacidades
El punto de partida fundamental en el proceso de definir modelos y soluciones de negocio, consiste en entender
los pilares de la planeación estratégica y sus líneas principales de negocio, donde claramente la tecnología aparece
como la base transversal proveedora de las capacidades que el negocio requiere para poder desplegar nuevos
productos y servicios. De tal manera que podemos identificar los requerimientos fundamentales del negocio y
representarlos en términos de capacidades a desarrollar con el fin de materializar los beneficios que se espera
que los clientes puedan percibir, entre otros tales como:
• Innovación radical o incremental en servicios, productos y procesos.
• Diversificación de los negocios o automatización de procesos actuales.
• Nuevos productos mediante el uso de procesos y tecnologías existentes o nuevos incorporados.
• Mejoras operacionales y productivas a productos/servicios existentes y proyectados a mejoras.
• Optimización de costos operacionales.
• Adaptación de productos/servicios a nuevos mercados.
• Mejorar la comunicación de la empresa, aportando valor de marca y ayudando a fidelizar clientes.
• Optimización de los activos propios y de terceros
Una vez definida la visión de productos y servicios, se abordan los requerimientos funcionales del negocio y se da
paso siguiente a los requerimientos no funcionales de la infraestructura tecnológica necesaria que harán tangibles
las capacidades identificadas desde la perspectiva estratégica.
Las capacidades tecnológicas y su integración con los procesos de negocio y productivos tienen una fuerte
relación de cara a la incorporación de eficiencias operativas y funcionales; actualmente los diversos recursos
tecnológicos que pudieran darse para la solución a una problemática particular son actores claves para el
crecimiento, y su desarrollo. Inicialmente al hablar de capacidades tecnológicas, una buena práctica es tener
presentes los diversos factores que influencian la incorporación de la solución, por ejemplo: en un contexto
empresarial, es primordial entender la visión, la estrategia corporativa y su infraestructura tecnológica base, y en
ciudades, la política pública local, regional y nacional. Al realizar revisiones y valoraciones tecnológicas se usan
también metodologías cuantitativas para descubrir elementos diferenciadores o disruptivos del proceso a mejorar;
las plataformas tecnológicas por sí solas no solucionan las necesidades plateadas si estas no se acompañan de
procesos de gestión de cambio que integren las habilidades que deben ser adquiridas para mejorar los procesos
y el capital humano.
1.1. Contexto Ciudades
Las ciudades actualmente se ven enfrentadas a diversos retos que el mercado globalizado les impone. Uno de
ellos es la creación de entornos altamente competitivos y eficaces que sin duda no se logran si no están alineados
con los intereses que convergen entre el sector privado, la gestión pública y la comunidad; con ello cada día se
demandan modelos de gestión y desarrollo que promuevan y ejecuten eficientemente los recursos para con ellos
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mejorar las actividades económicas y el desarrollo social.
Según IEC [3] “las áreas urbanas crecen en casi 150 mil personas, ya sea debido a la migración o nacimientos.
Entre 2011 y 2050, la población urbana del mundo se prevé que aumente en 72% (es decir, de 3,6 mil millones 6,3
mil millones) y la proporción de población en las zonas urbanas de 52% en 2011 al 67% en 2050” por otro lado y
explorando el mercado colombiano el Centro de Investigación y Desarrollo en Tecnologías de la Información y
las Comunicaciones – CINTEL en el estudio de ciudades inteligentes realizado señala que [4] “la población en
Colombia para el 2050 se estima en 71 millones de habitantes; equivalente a 63 por km2, 22 habitantes más por
km2 que en el 2012. Actualmente el 76% de la población vive en zonas urbanas, 2.5% más que en el 2002, siendo
la densidad en las principales ciudades del país considerablemente mayor al promedio nacional: 4.146 habitantes
por km2 en Bogotá, 6.925 en Medellín, 4.099 en Cali, 3.650 en Barranquilla y 3.736 en Bucaramanga”. Si bien las
cifras indicadas difieren en proporción, la tasa estimada en crecimiento en poblaciones urbanas o cabeceras
municipales pudiera llegar a ser muy similar entre un 2.5% a 3%. Sumado a lo anterior, pudieran adicionarse
elementos fundamentales e importantes como cambios climáticos y demás componentes ambientales y sociales
que repercuten directamente en las necesidades de desarrollos de las grandes ciudades.
La identificación de capacidades a desarrollar en el contexto Ciudades, se realiza desde 3 aristas de sostenibilidad
(económica, social y ambiental) debido a que cada una pretende ilustrar y considerar nuevas prestaciones que
conjuntamente trabajadas dan eficiencias y permiten modelos de desarrollo y gestión integrados que mejoran el
potencial económico, reducen costos y cierran la brecha tecnológica, apalancando con ello la competitividad
integral de la ciudad y repercutiendo directamente a mejorar aspectos económicos, ambientales y sociales. A
continuación, se detallan los focos principales de cada arista de sostenibilidad:
• Sostenibilidad económica: La sostenibilidad económica es una capacidad ganada por un modelo de gestión
y operación de una ciudad inteligente desde la perspectiva de generación de ambientes productivos ricos y
generación de riqueza para sí misma, llegando no solo al aumento del PIB (producto interno bruto) sino
también en espacios de calidad empresarial, aptos y atractivos para inversiones nacionales y extranjeras. Es
importante destacar que de la mano de la sostenibilidad económica está la sostenibilidad financiera ya que
todo proyecto debe ser analizado desde su costo-beneficio y en el fortalecimiento de alianzas entre sectores
que confluyan en la ciudad.
• Sostenibilidad social: La sostenibilidad social en parte se fundamenta en la igualdad de condiciones para los
habitantes de la ciudad; es decir, la accesibilidad para todos los grupos que convergen y conviven en la
misma. Para ello, una premisa es la inclusión. El reto en esta es garantizar acceso a los recursos mínimos como
agua, energía, etc. El segundo aspecto es la tecnología, pero de manera integrada para que converja en un
contexto de sostenibilidad.
• Sostenibilidad ambiental: La sostenibilidad ambiental es un componente complejo ya que en este se dan
diversas líneas como limitaciones de recursos, calidad de vida, salud y gestión del riesgo. El reto está en
desarrollar planes de acción que se apalanquen en los demás componentes para lograr un equilibrio.
Como se ve, las ciudades inteligentes resultan de un equilibrio entre sostenibilidad y competitividad. Sin embargo,
la madurez no se da por la incorporación de nuevas tecnologías sino de un enfoque en espiral adaptando
incrementalmente elementos que permitan un balance entre las tres aristas de sostenibilidad. A continuación, se
ilustra una versión de macro componentes expuestos por la IEC donde se detallan los servicios que una ciudad
inteligente debe desarrollar y resolver en pro de ciudades altamente eficientes y competitivas.
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Ilustración 1 – Modelo de una ciudad inteligente [3]
Algunas definiciones y enfoques de ciudad inteligente son:
• Ciudad con infraestructura de información avanzada a nivel nacional para interconectar computadoras en
cada hogar, oficina, escuela y fábrica con políticas nacionales centradas: IT-Educación, IT Infraestructura, IT
Economía y Calidad de vida. [5]
• Una ciudad que monitorea e integra las condiciones de sus infraestructuras básicas (carreteras, puentes,
túneles, rieles, metro, aeropuertos, puertos, agua, energía, incluso los edificios más importantes) para
optimizar y mejorar sus recursos, planificar sus actividades de mantenimiento preventivo, supervisar los
aspectos de seguridad y maximizar los servicios a los ciudadanos. [6]
• Una ciudad inteligente se desempeña de manera prospectiva en seis áreas: (i) Economía/Competitividad, (ii)
Ciudadanos/Capital Humano y Social, (iii) Gobernanza/Participación, (iv) Movilidad/Transporte y TIC, (v)
Medio Ambiente/Recursos Naturales y (vi) Calidad de Vida, basadas en la combinación "inteligente" de
dotaciones y actividades de los ciudadanos auto-determinantes, independientes y conscientes. [7]
• Una ciudad donde la tecnología se utiliza para mejorar la infraestructura humana del mismo modo en el que
puede mejorar la infraestructura física. Una ciudad inteligente entiende que las personas son los conectores
más importantes de múltiples subsistemas, convirtiendo la ciudad de un conjunto mecánico de elementos de
infraestructura en un conjunto de comunidades humanas activas. Una ciudad que ofrece soluciones sistémicas
(integradas e interconectadas) basadas en tecnologías que pueden reducir los costos financieros y
humanos/sociales al tiempo que aumentan la calidad de vida, con visión y compromiso para crear nuevas
formas de trabajar juntos en las comunidades. [8]
• En una ciudad inteligente las inversiones en capital humano, en capital social y en las tradicionales (transporte)
14
y modernas (TIC) infraestructuras de comunicación son el combustible sostenible del crecimiento económico
y de una alta calidad de vida, con una inteligente gestión de los recursos naturales a través de la gestión
participativa. [9]
• Una ciudad que conecta la infraestructura física, la infraestructura de TI, la infraestructura social y la
infraestructura de negocios para aprovechar la inteligencia colectiva de la ciudad. [10]
• Una ciudad que combina las TIC y la tecnología de la Web 2.0, diseñando y planeando esfuerzos para
desmaterializar y agilizar los procesos administrativos gubernamentales y ayudar a identificar nuevas e
innovadoras soluciones a la complejidad de la gestión de la ciudad, con el fin de mejorar la sostenibilidad y
la habitabilidad. [11]
• Una ciudad que usa computación inteligente para hacer más inteligentes, interconectados y eficientes los
componentes críticos de la infraestructura y de los servicios de la misma: gobernanza, educación, salud,
seguridad pública, bienes raíces, transporte y servicios públicos. [12]
• Una ciudad inteligente es aquella en la que la conectividad y las estructuras de los sistemas urbanos son
claras, simples, sensibles y maleables, incluso a través tecnologías y diseños contemporáneos, creando
soluciones más eficientes y ciudadanos informados. [13]
• La ciudad inteligente es un modelo para una visión específica de desarrollo urbano moderno soportado en
redes IP y accesos de Banda Ancha, implementado en etapas progresivas e inteligentes: (i) redes de
infraestructura, (ii) contenidos y comunicaciones, (iii) construcción inteligente y (iv) e-servicios al ciudadano
mayor acceso y redes “core”. [14]
• Ciudad que usa las TIC para hacer que, tanto su infraestructura crítica, como sus componentes y servicios
públicos ofrecidos, sean más interactivos, eficientes y los ciudadanos puedan ser más conscientes de ellos.
Donde las inversiones en capital humano y social, y en infraestructura de comunicación, fomentan
precisamente el desarrollo económico sostenible y una elevada calidad de vida, con una gestión sabia de los
recursos naturales a través de un gobierno participativo. Primer paso hacia el internet de las cosas. Modelo
holístico de ciudad que permita ir desplegando servicios según prioridades, pero sin que ello suponga tener
silos de información que comprometan el desarrollo futuro de la Smart City y sus servicios. [15]
• El modelo de ciudad inteligente es una metodología de simple decisión que permite a los sectores público y
privado planificar y poner en práctica iniciativas de ciudad inteligente con mayor eficacia. [16]
• Iniciativa para crear una red de conocimiento que una al gobierno con pares académicos líderes en el
desarrollo de e-servicios, lo cual sirve como modelo de desarrollo para otros gobiernos, permite compartir
experiencias entre e-gobiernos, y sirve como base de producción académica. [17]
• Los principales desafíos para el éxito de las estrategias de ciudad inteligente es la convergencia de las
habilidades y creatividades, impulsadas por los usuarios de innovación, el espíritu empresarial, la financiación
de capital riesgo y la gestión de las diferencias gubernamentales. [18]
• Las ciudades y las comunidades Inteligentes son un modelo que integra energía, transporte, información y
comunicación con el objetivo de catalizar el progreso en áreas donde: (i) la producción, distribución y uso de
15
energía, (ii) la movilidad y transporte y (iii) las tecnologías de la información y la comunicación están
íntimamente ligadas y ofrecen nuevas oportunidades interdisciplinarias para mejorar los servicios y reducir el
consumo de recursos: energía, gases de efecto invernadero y otras emisiones contaminantes. [19]
• Construir ciudades inteligentes son estrategias emergentes para mitigar los problemas generados por el
crecimiento de la población urbana y la rápida urbanización. Las iniciativas que se diseñen e implemente
deben considerar ocho (8) factores clave: (i) gestión y organización, (ii) tecnología, (iii) gobernanza, (iv)
contexto político, (v) personas y comunidades, (vi) economía, (vii) infraestructura construida y (viii) el medio
ambiente. Estos factores influencian las iniciativas con diferentes grados y momentos de tiempo. La tecnología
puede ser considerada como un factor meta ya que podría influir sobre cada uno de los otros siete factores.
[20]
• Las ciudades inteligentes son un proceso en lugar de un resultado estático, en el que una mayor participación
ciudadana, infraestructura física, capital social y tecnologías digitales hacen que las ciudades sean más
habitables, resistentes y más capaces de responder a los desafíos. [21]
• Integración efectiva de los sistemas físicos, digitales y humanos en el entorno construido para ofrecer un
futuro sostenible, próspero e inclusivo para sus ciudadanos. [22]
• Uso óptimo de toda la información interconectada disponible en la actualidad para comprender y controlar
mejor sus operaciones y optimizar el uso de recursos limitados [23]
Como puede verse, la definición de ciudad inteligente está conexa a la necesidad particular de la ciudad o
simplemente desde el punto de donde se quiera abordar una problemática. Para ello una buena práctica radica
en:
• Identificar las brechas significativas de cara a las 3 aristas de sostenibilidad.
• Apalancarse en casos de éxito aplicados y lecciones aprendidas de iniciativas para determinar cuáles posibles
planes de acción pudieran apalancarse en casos de éxitos probados y exitosos.
• Realizar alianzas público-privadas-academias en pro del desarrollo sostenible de ciudad y región.
• Integrar tecnologías inteligentes progresivas y alineadas con planes de desarrollo económico y de servicios
públicos, considerando con esta un factor recíproco en cuanto en el uso de los datos ya que puede
retroalimentar índices de gestión, operación y madurez de sostenibilidad.
El Sistema de Información de Ciudades Inteligentes (SCIS) de la Unión Europea, presenta iniciativas trabajadas
como lección aprendida donde principalmente dichas iniciativas se enfocan en el sector de energía renovables y
el sector de transporte público [24] y otros entes particulares con estudios recientes catalogan ciudades como
Barcelona, Singapur, Londres, Ámsterdam, San Francisco como las ciudades top donde principalmente las
soluciones se han enfocado en movilidad e internet de las cosas IoT para soluciones de conectividad para trasporte
e internet público [25]. En Colombia se tienen iniciativas encaminadas a que las empresas de servicio tengan
oportunidades no solo en implementación sino también en el aprovechamiento de escudos fiscales,
apalancamientos financieros entre otros.
16
1.2. Contexto Empresas
Las empresas juegan un rol importante en el desarrollo de las naciones, regiones y ciudades e
independientemente de su tamaño, impactan en su economía. Al hacer parte de un entorno globalizado y bajo
el efecto de diversas variables, buscan mejorar ganando competitividad a través de esfuerzos organizacionales,
mejora de sus procesos e inclusive renovaciones tecnológicas.
En el último informe publicado por la ANDI sobre el balance del año 2017 y de perspectivas para años siguientes
[26] sustenta inestabilidades económicas atribuidas en parte por los movimientos internacionales, determinando
a su vez que Colombia sigue siendo una economía promisoria en la región debido a las oportunidades en
agroindustria, transformación digital, infraestructura, logística, servicios, encadenamientos productivos o alianzas;
los cuales aprovechándose podrían mejorar indicadores internacionales de competitividad los cuales reportan que
Colombia ha retrocedido 9 posiciones según el IMD1, situándose en el puesto 55° entre 60 países en el 2017. En
la medición del Foro Económico Mundial 2017-2018, Colombia bajó dos posiciones situándose en el puesto 66°
entre 140 países, tras haber iniciado la década de 68°. En el caso del “Doing Bussines” 2 el retroceso es mayor.
Colombia bajó 22 puestos en los últimos 9 años [26]. En los gráficos 2 y 3 se ilustra el comportamiento de las
últimas décadas frente al indicador “Doing Bussines” y el crecimiento de Colombia frente a países vecinos de la
región.
Ilustración 2 - Doing Bussines [26]
1 IMD: International Institute for Management Development, desarrollador del Anuario Mundial de Competitividad AMC, estudio anual que
precisa la competitividad de los países. 2 Doing Business: indicador del Banco Mundial que mide anualmente y globalmente la forma como las regulaciones nacionales favorecen o
restringen la actividad empresarial y el ejercicio de derechos de propiedad
17
Ilustración 3 – Crecimiento económico Colombia y América Latina [26]
Adaptarse e implementar nuevas soluciones para abordar los diversos retos es un determinante si se quiere seguir
en el mercado; la influencia de la tecnología trae nuevos hábitos de comportamiento, nuevas filosofías de trabajo
y oportunidades a los sistemas de gestión, producción y logística, permitiendo conseguir mayor efectividad en sus
procesos, y sumando a esto nuevas aplicaciones como inteligencia de negocios, aprendizaje de máquinas,
automatización, analítica, big data, entre muchos otros. Si bien hay tecnologías que están surgiendo a nivel
mundial, un país como Colombia debe tomar el rol de ser un seguidor tecnológico para poder mejorar cualquier
índice de crecimiento con los que nos estemos comparando.
El desarrollo en TICs marca un rutero y nuevas formas en las prácticas de la gestión en las empresas viéndose
claramente que su futuro, cada vez se ve más determinado por el uso de la tecnología, y que actualmente los
datos y la información en la base de cualquier implementación de mejoras; en ese sentido las empresas ven en el
conocimiento un factor determinante para el crecimiento y que el acoplamiento de nuevas tecnologías es un paso
obligado que deben realizar.
Actualmente en Colombia según información del plan de transformación productiva – PTP con cierre a 2017, se
tienen 13 sectores productivos donde cada sector concentra 4 áreas (talento humano, financiero, procesos y
tecnología), el informe determina una baja apropiación tecnológica y una oportunidad con la transformación
digital es un hecho y un compromiso de gobierno Nacional.
18
Ilustración 4 – Sectores productivos - Plan de transformación productiva – PTP [27]
Ilustración 5 – Intervención en 4 áreas - Plan de transformación productiva – PTP [27]
En resumen, las empresas poseen buenas oportunidades de mejora, especialmente en el incremento del uso de
las tecnologías que pudieran ayudarles a mejorar su productividad.
1.3. Contexto Hogares
El segmento de hogares es un habilitador tecnológico cada vez más atractivo y de mayor facilidad para el acceso
desde la perspectiva comercial, el cual en los últimos años ha venido en un crecimiento importante. Los cambios
tecnológicos y la sencillez de estos elementos han permitido que se desarrolle una adaptación, dependencia y
hasta el surgimiento de nuevas necesidades primarias que años atrás no eran tan perceptibles. Ejemplos de estas,
se listan a continuación y que a su vez influencian aún más el desarrollo en este segmento:
• Necesidad de control: manejo a distancia o automáticos de elementos mediante el apoyo de herramientas
TICs, entre otras.
• Necesidad de bienestar: búsqueda soluciones para encontrar equilibrio entre la comodidad y el cuidado.
19
• Necesidad de seguridad: incremento de la percepción de seguridad con el fin de contribuir a la integridad
familiar y de los bienes tangibles.
• Necesidad de información: acceso a información oportuna, confiable y multicanal.
• Sensibilización con el medio ambiente: incorporar herramientas que permitan el aprovechamiento eficiente
de los recursos y el cuidado del medio ambiente.
Las familias están cada vez más influenciadas por sus entornos sociales, culturales, políticos y económicos, que
motivan cambios en su estructura y sus funciones.
De acuerdo con lo anterior, cada día hay disponibles nuevos instrumentos que le brindan a la familia tener un
hogar más inteligente, permitiendo con ello cubrir sus necesidades a través de la habilitación de servicios de
comunicaciones, seguridad, automatización, entretenimiento y salud.
Según la firma de investigación Navigant [28], existen factores adicionales que ha estimulado el crecimiento de
un concepto futurista en una realidad, entre los cuales están:
• Novedad: la novedad de tener un hogar inteligente ha impulsado la adopción de soluciones residenciales de
IoT.
• Conciencia: los consumidores son cada vez más conscientes del concepto de una casa inteligente y de los
beneficios que trae consigo tener tecnologías que les facilitan incrementar su calidad de vida.
• Proliferación tecnológica: innovadores y líderes del mercado han despertado el interés entre los consumidores
y el crecimiento impulsado en el mercado de casa inteligente.
• Oportunidad en datos: la proliferación de tecnologías conectadas ha dado como resultado una excesiva
ingesta de datos, los cuales han permitido después de analizados aumentar la conciencia sobre lo que está
sucediendo en el hogar, lo que crea una oportunidad de experiencias de cliente más personalizadas, mayor
compromiso y el desarrollo de más productos y servicios. Los datos en última instancia fomentan
funcionalidades avanzadas para el hogar inteligente y conduce al crecimiento del mercado.
El concepto de hogar inteligente ha evolucionado líneas de trabajo particulares para: entretenimiento en los
medios, seguridad en el hogar, monitoreo y automatización, productos y servicios de gestión energética. salud y
estado físico, educación, entre otros; sumado a esto que las mismas cada vez son menos costosas, en gran parte
debido a: la comoditización de los componentes e integración con servicios cloud, decremento de costos para
los proveedores de tecnología, diversificación en las tecnologías de acceso, estandarización de las tecnologías,
incluidos los estándares de conectividad y el aumento de usabilidad.
En síntesis, el hogar está evolucionando en la prestación de tecnologías más inteligentes y adaptable a nuevas
necesidades del segmento. Para el caso colombiano el mercado es atractivo y la diferenciación más que en la
tecnología, serán los mecanismos que las empresas de servicio usarán para explotar todas las tecnologías en pro
de las necesidades que los clientes demandan.
20
2. Tendencias y tecnologías
2.1. Ciudades
2.1.1. Smart Grids
El concepto de Smart Grids ha marcado el camino para que distintas compañías alrededor del mundo, dedicadas
a la producción y distribución de energía eléctrica, empiecen a implementar estrategias que permitan resolver
problemas de calidad y confiabilidad en sus redes. La propuesta se basa en modernizar la infraestructura eléctrica
desde un punto de vista estructural y funcional, que involucre de forma activa a los usuarios para generar menor
impacto ambiental y económico, optimizar el consumo energético y amortiguar los picos de demanda. El objetivo
es automatizar la red desde un nivel bastante detallado que involucre los dispositivos y equipos usados al interior
de un hogar, oficina o industria, totalmente transparente para el usuario.
En general, la misión de la modernización de las redes eléctricas es poder obtener un control global de la red
eléctrica por parte de la compañía de servicio público, para así ofrecer un servicio de alta calidad, brindándole al
usuario nuevas oportunidades de ahorro y a su vez, ofreciéndole servicios agregados en el marco de estas nuevas
tecnologías relacionadas con la gestión de la energía, las comunicaciones, el confort y la seguridad.
Como se menciona en [29] “en la actualidad hay muchas actividades en paralelo relacionadas con la
estandarización de redes Smart Grid” aunque todas con finalidad convergente en brindar eficiencia al sistema
general de la red eléctrica, convirtiéndose en una oportunidad de eficiencia para las empresas y la región, ya que
este es un elemento fundamental en el desarrollo de las mismas.
2.1.2. Monitoreo de la infraestructura pública
El monitoreo inteligente de infraestructuras públicas converge en soluciones que utilizan IoT con la finalidad de
mejorar la calidad y la integridad de las infraestructuras de uso público tales como: puentes, vías, túneles entre
otras. Este tipo de soluciones necesitan una amplia variedad de tecnología y conocimiento, que incluyen
arquitectura e ingeniería de construcción, programas de análisis de riesgo y negocios, además de tecnologías TICs
para mejorar la eficiencia y la calidad de los datos recopilados. La clave de este tipo de soluciones está en el
interés del gobierno que la ciudad identifique que con ellos dispone de herramientas para prevención de fallas y
desastres.
Con la implementación de soluciones inteligentes de monitoreo, las infraestructuras dañadas o deterioradas
podrían entrar en procesos de mantenimientos preventivos mucho antes de que ocurra un desastre. Asegurar la
integridad de las infraestructuras brinda valor no solo a los ciudadanos, sino también a los gobiernos de las
ciudades responsables de proporcionar los servicios básicos para la comunidad.
2.1.3. Transversales
La implantación de tecnologías en ciudades es mucho más compleja, debido a que convergen decisiones de
interés público y general, sin embargo, es vital diseñar una hoja de ruta que permita definir estrategias de
soluciones de ciudad que brinde eficiencia en la gestión y operación de una ciudad, teniendo presentes las aristas
21
de sostenibilidad. En la siguiente ilustración, se presenta una diversidad de tecnologías de gran protagonismo en
ciudades desarrolladas, donde se espera un impacto transformacional alto.
Ilustración 6 – Ciclo de madurez para tecnologías Smart City – Gartner, agosto 2017 [30]
Se pueden apreciar tecnologias conexas en ciudades inteligentes como Insfraestructuras publicas, centros de
operación de ciudades, transporte inteligente, donde este último presenta mayor madurez que los demás y donde
actualmente es el que mayores acercamientos e implementaciones pudiera tener.
2.2. Empresas
2.2.1. Sistemas de Gestión de Energía (Energy Management System, EMS)
Los sistemas de gestión de energía, son aquellos que contemplan elementos para monitorizar y analizar el
consumo energético, además de controlar de manera automática el funcionamiento de distintos equipos según
las necesidades del usuario; sin embargo, este tiene un funcionamiento independiente y local para contexto de
su aplicación, por lo menos en los sistema de gestión convencionales y modelos de negocio tradicionales. En todo
caso el tener la información detallada sobre el comportamiento de energía, influencia en los hábitos de consumo
y fomenta el uso eficiente de la misma.
22
Este tipo de soluciones son implementadas en conjunto con programas de eficiencia, donde se puede obtener
mayor control gestión eficiente de la demanda; es decir, se pasa a una planificación e implementación de medidas
destinadas a influir en el modo de consumir la energía, de manera que se produzcan los cambios deseados en la
curva de demanda e implementar cualquier mejora en los procesos de la empresa. Las instalaciones de sistemas
de gestión de energía acompañadas de una buena gestión a nivel de proceso provocan cambios significativos en
el consumo, reducen costos, mejoran el impacto ambiental y la productividad. Es importante precisar que este
tipo de soluciones están enfocadas en brindar información detallada y dando capacidades adicionales de
integración para controles automáticos de los energéticos; es decir, bridan la información para que otros
implementen la automatización requerida.
Estas soluciones también pretenden mejorar la seguridad en el suministro a través del desarrollo de herramientas
de diagnosis global, la gestión automática de los consumos, la aplicación de una serie de rutinas de análisis, la
gestión de históricos por estadísticas y, la generación y notificación de alarmas [31]. Los datos obtenidos se pueden
utilizar para llevar a cabo rutinas de autodiagnóstico y optimización para producir análisis de tendencias y
previsiones de consumo. Teniendo en cuenta lo anterior, la gestión energética, podría verse mediante cuatro
etapas [32]:
• Medición del consumo de energía y obtención de datos: normalmente se espera recolección de datos de
energía cada 15 o 30 minutos dependiendo en sí de las necesidades particulares que tenga el usuario o el
proceso; esto es recomendado ya que no hay manera de que las lecturas semanales o mensuales puedan
mostrar la cantidad de energía que está utilizando en diferentes momentos del día o en diferentes días de la
semana.
• Identificación de oportunidades para ahorrar energía: los datos medidos son de gran valor para el sistema
dado que a través de estos puede encontrar y cuantificar las posibilidades de ahorro de energía; es decir,
utilizando los datos se pueden hacer estimaciones de la cantidad de energía que se desperdicia en diferentes
momentos.
• Orientación de las oportunidades para ahorrar energía: sólo la búsqueda de las oportunidades para ahorrar
energía no ayudará a ahorrar energía; en ese caso, un sistema de gestión debe facilitar tomar acciones a
través del control de cargas siempre y cuando el proceso lo permita y que el usuario lo requiera.
• Seguimiento del progreso en el ahorro de energía: una vez que el sistema de gestión haya tomado medidas
para ahorrar energía, es importante que averigüe la eficacia de sus acciones. El ahorro de energía proviene
de algunos cambios en el comportamiento del consumo; por lo tanto, estos cambios necesitan una atención
constante para garantizar que sigan siendo eficaces.
Dentro de las capacidades mencionadas por [33] [34] [35]: de estos sistemas se tienen:
• Monitorización del consumo de energía: esta función permite hacer un seguimiento del consumo eléctrico
individual de los electrodomésticos o cualquier otro equipo eléctrico, el seguimiento del consumo global de
la vivienda o edificio, etc.
• Racionalización del consumo energético: a través de esta función se puede reducir la potencia contratada sin
reducir las condiciones de confort, esto mediante el control de cargas no prioritarias.
• Programación del horario de uso de los equipos: en el caso de un mercado de energía con tarifas de
discriminación horaria donde el precio de la energía es menor en unas franjas horarias y mayor en otras, la
programación de horarios permite utilizar determinados equipos en horarios concretos favoreciendo la
reducción del precio que se paga por la energía eléctrica.
23
La eficiencia energética puede determinarse como una buena práctica que por sí sola no es algo tangible si esta
no se materializa mediante estrategias de ahorro. A veces la eficiencia energética es vista solo como el cambio de
infraestructura; sin embargo, en muchos casos no es necesario sustituir los equipos eléctricos por otros que
consuman menos, sino realizar una gestión eficiente de los mismos. En este sentido, sistemas de gestión de
energía (EMS) resultan en ocasiones una buena práctica. Estos sistemas permiten un uso eficiente del recurso
eléctrico, obteniendo así beneficios [36] [35] [37]: para el cliente y para la empresa en sí.
La eficacia de estos sistemas está influenciada por el entorno y esta dependerá igualmente de la solución
implementada.
Actualmente existen diversos competidores en el mercado para este tipo de soluciones, a continuación, se listan
algunas de las empresas que ofrecen soluciones EMS en el mercado:
Tabla 1 – Competidores del mercado de EMS
Empresa Características
Power Monitor Energy /
Schneider Electric (Francia)
[38]
Solución para la gestión de información energética de instalaciones a través
de medios digitales al cliente. La solución admite protocolos estándar de la
industria y una amplia gama de dispositivos propios y de terceros,
integrándose a su vez con otros sistemas de gestión y automatización de la
energía (por ejemplo, SCADA, BAC, DCS, ERP) o servicios web.
DexCell / Dexma (España)
[39]
Solución enfocada en 3 elementos fundamentales: la monitorización, el análisis
en tiempo real y en la entrega de información.
Monitorización Energética Total: la solución monitorea todas las fuentes de
energía que usuario determine como, por ejemplo: agua, gas, combustible,
temperaturas, humedad; integrándose a diversos equipos del mercado y
usando comúnmente estándares de la industria.
Análisis en Tiempo Real: la solución brinda herramientas de análisis avanzadas,
con las cuales puedan verse afectaciones a los consumos de energía.
Analítica: Las herramientas de análisis de la solución permiten calcular el
consumo futuro para determinar posibles afectaciones y así plantear planes de
acción oportunos.
Spectrum Power / Siemens
(Germany) [40]
La solución permite la gestión de la energía combinada con la automatización,
permite agrupar, almacenar y visualizar de forma estándar diferentes tipos de
datos de energía, permitiendo la generación automática del programa de
administración de energía que reduce significativamente los costos. Los datos
de energía grabados se pueden incluir en un sistema de gestión de energía
entre sitios certificados según la norma ISO 50001.
XA/21 / General Electric (U.S.) La solución EMS de GE está diseñada y desarrollada en arquitectura distribuida
y se complementa con potentes conjuntos de aplicaciones para redes
eléctricas de generación, transmisión y distribución. Proporcionan entornos en
tiempo real, de estudio y simulados, pensados para la supervisión y
planificación de operaciones en tiempo real, así como el análisis histórico y
24
post fallas. Estos sistemas también están habilitados para ser integrados a
sistemas de control automático.
Desarrollo a la medida sobre
la plataforma Watson / IBM
(U.S.)
La solución de IBM está diseñada y desarrollada bajo el ecosistema de la
plataforma Watson, con la cual realizan la adquisición de información de
equipos de campo procesando y almacenando la información en dicha
plataforma. El servicio se ofrece en modalidad Cloud.
Aunque el mercado de los sistemas de gestión de energía está cobrando impulso, se considera aún en
crecimiento, como también la creciente conciencia de los consumidores en que las soluciones tecnológicas
pueden ayudarles a gestionar mejor y controlar su consumo de energía.
2.2.2. Sistemas de Gestión de Edificios (Building Management System, BMS)
Un BMS consiste en aplicaciones de software, un servidor con una base de datos, sensores, medios de
comunicación, actuadores como módulos de relevadores y termostatos [41]. Los sensores son los encargados de
reunir los datos y enviarlos a un equipo central, donde se almacenan en una base de datos. Si un sensor reporta
datos que caen fuera de las condiciones predefinidas, el software opera sobre equipos actuadores, además de
enviar alarmas previamente configuradas. Dependiendo de la solución tecnológica, esta se puede instalar como
una aplicación independiente o se puede integrar con otros programas de monitoreo [42].
La gestión de la energía de los BMS puede tener varios beneficios considerables, tales como [36] [35] [37] cuando
sumado a este se tiene un EMS:
• Optimización de la gestión energética porque integra todos los diversos equipos a monitorear en un único
sistema integrado.
• Uso eficiente de la energía consiguiendo ahorros anuales en la factura de energía de hasta un 30%.
• Mejoramiento en el confort del usuario de hogar o edificio.
• Incorporación de un sistema de monitorización de consumos donde el usuario puede supervisar el consumo
energético. Esta información permite modificar los hábitos para reducir el gasto.
• En aquellos edificios con sistemas de generación de energía eléctrica a través de fuentes de micro-generación,
se puede gestionar la producción de electricidad. El usuario puede saber en cada momento cuánta energía
se está inyectando en la red y obtiene informes diarios, semanales y mensuales, que le permitirán realizar la
gestión económica de los ingresos que se obtienen mediante la venta de la energía.
• Facilita el mantenimiento de los sistemas eléctricos detectando ineficiencias de energía difíciles de identificar,
además de identificar averías de forma inmediata, reduciendo así el tiempo de respuesta.
• La inversión pudiera amortizarse en plazos cortos, alcanzando, en algunos casos, retornos de inversión
inferiores a dos años, aunque este depende de modelo de negocio.
• Permite identificar y priorizar los aspectos energéticos de la vivienda o edificio.
• Constituye una herramienta eficaz para realizar el seguimiento de actuaciones procedentes de auditorías
energéticas.
• Brinda la oportunidad a las organizaciones de tener un autoconocimiento clave respecto al uso de la energía
y respecto a cuál es su potencial de ahorro y mejora.
• Proporciona un mecanismo para gestionar la energía de forma activa.
• Conduce a una mayor protección del medio ambiente debido a una mejor gestión de los recursos energéticos
para producir electricidad.
25
Dado que la calefacción, ventilación, aire acondicionado conocidos como HVAC y la iluminación, son
normalmente las fuentes de mayor consumo de energía y están directamente influenciadas por el clima y el
tiempo; este tipo de sistemas contribuyen al cumplimiento de la eficiencia energética, mediante el ahorro de
energía a partir de una serie de acciones automáticas como las siguientes: [36] [43] [44]:
• Control de Iluminación: mediante sensores de presencia, de iluminación y temporizadores, se controla el
encendido y apagado general de luminarias; además de regular la radiación e intensidad, etc. Así se realiza
un control de iluminación, estableciendo un umbral mínimo que encienda las luces al detectar presencia que
supere dicho umbral. Se establece un nivel de iluminación adecuado para el tránsito de personas, permitiendo
mejorar el ahorro energético, la calidad visual y la seguridad en las zonas comunes.
• Control de temperatura: el sistema de gestión puede recibir información de las condiciones meteorológicas,
condiciones de uso del espacio, cantidad de personas en una zona determinada, etc., y a partir de esta
información tomar la decisión de regular la temperatura, además de realizar una gestión de las aberturas de
la fachada de la vivienda o edificio, tales como ventanas, persianas, toldos y cortinas.
Dentro de las capacidades esperadas de este tipo de sistemas se tienen:
• Monitorización de condiciones y estado de la instalación
• Gestión y Notificación de alarmas
• Operación
• Diagnóstico de problemas
• Programación/Planificación
• Consumos Reales / Estimación de los Mismos
• Tendencias y patrones de comportamiento
• Protocolos de comunicación con la infraestructura
• Automatización de operaciones
• Algoritmos inteligentes
• Herramientas de análisis de la información
Aunque casi todos los sectores de actividad pueden implementar un sistema de este tipo, actualmente pueden
destacarse algunos sectores en los que va a resultar trascendental el uso de este tipo de sistemas [45]. Dentro de
este tipo de sectores se destacan las empresas industriales, o aquellas de menor volumen, pero dedicadas a
actividades de enorme consumo energético o que requieren índices elevados en cuanto a confort. También se
destacan los sectores de servicios como: hoteles, sector comercial, donde el consumo de energía, el confort y la
seguridad resulta clave para el cliente.
El mercado de los sistemas de gestión de energía ha evolucionado en busca de cubrir las necesidades de eficiencia
energética del sector eléctrico, y de otorgar de cierto nivel de confort a los clientes a través de acciones
automatizadas. El reto para estos sistemas desde el punto de vista de la automatización es poder llevar a cabo
funciones que permitan un uso eficiente, bajo parámetros de interoperabilidad expuestos en iniciativas como las
Smart Grids, los marcos normativos y la evolución de las nuevas tecnologías de información y telecomunicaciones.
A la fecha el nivel de desarrollo de los sistemas EMS y BMS difiere de un fabricante a otro. Las siguientes
ilustraciones presentan el ciclo de madurez de algunas tecnologías:
26
Ilustración 7 – Ciclo de madurez para tecnologías Smart Grids [46]
Tecnologías como las HESM, BMS, se ubican en la zona de abismo de desilusión tecnológica; sin embargo, en un
plazo de 5 a 10 años las ubica en un espacio de estabilidad y productividad.
En el mercado existen diversos proveedores de este tipo se plataformas. A continuación, se ilustra una serie de
plataformas comerciales:
Tabla 2 – Competidores del mercado de BMS
Empresa Características
Building Operation Software /
Schneider Electric
Solución para la gestión de demanda de energía y automatización de edificios;
permite la integración de varios edificios y procesos al mismo sistema; tiene
capacidad de integrar activos como Centros de Datos, Plantas Industriales,
entre otros.
Metasys / Johnson Controls Solución enfocada en la automatización de edificios permitiendo la unificación
de todos diversos subsistemas dentro de un edificio, donde se incluyen
equipos, los controles de confort y los sistemas de seguridad, iluminación y
prevención de incendios. Los protocolos usados por esta solución se tienen:
BACNet, LONWORKS y N2. Metasys permitiendo a su vez servicios estándar
de comunicación como servicios web, XML, SOAP, SNMP, DHCP y protocolo
IP.
Newron / ABB [47] Solución que integra subsistemas de calefacción y refrigeración, sistemas de
27
ventilación y aire acondicionado, iluminación, sistemas de protección solar y
protección contra incendios y seguridad. Su arquitectura de sistema es
descentralizada y permite interoperabilidad al nivel que el cliente determine y
compatible con estándares y protocolos como: KNX, LonWorks, BACnet,
Modbus, M-bus, SNMP
Servidor SCADA universal OPC, BACnet, oBIX
ComfortPoint Open /
Honeywell
Solución enfocada en la optimización de eficiencia energética que cubre los
campos de iluminación, HVAC y seguridad
2.3. Hogares
La evolución de la electrónica, las telecomunicaciones, la informática, la arquitectura, etc., han posibilitado una
interacción de las mismas que han desembocado en los conceptos de aplicación en el hogar como lo es Smart
Home (Se hablará de Smart Home como integrador de Home Automation y Home Security). Estos conceptos,
involucran el desarrollo de equipos y sistemas capaces de ser integrados dentro de un único sistema, cuyo fin es
cubrir las necesidades e intereses de las personas que habitan en viviendas.
Smart Home o en algunos casos conocido como Domótica se refiere al conjunto de técnicas utilizadas para el
control y la automatización de viviendas unifamiliares. Es decir, su objetivo desde el punto de vista de la tecnología
es la de permitir al usuario un aumento del confort, la seguridad, ahorro energético y facilitar la comunicación. La
Asociación de Domótica e Inmótica Avanzada (AIDA) la define como: “la integración en los servicios e instalaciones
residenciales de toda tecnología que permita una gestión energéticamente eficiente, remota, confortable y segura,
posibilitando una comunicación entre todos ellos”.
En un hogar existe una gran cantidad de sistemas o subsistemas a gestionar; estos también se suelen denominar
servicios o aplicaciones y se pueden utilizar diferentes criterios de clasificación a la hora de agruparlos. La
clasificación más habitual de los sistemas a gestionar es aquella que los agrupa dependiendo del tipo de servicio,
formando los siguientes sistemas: seguridad, gestión de la energía, automatización. Sin embargo, uno de los
impulsores o drivers y de donde empiezan a conocer los beneficios son las soluciones de seguridad, por ejemplo,
el video monitoreo.
28
Ilustración 8 – Precepción de beneficios en un hogar inteligente [48]
Gartner afirma que espera ver que unas amplias gamas de equipos domésticos se vuelvan "inteligentes" en
términos de ganar cierto nivel de detección e inteligencia junto con la capacidad de comunicarse, con el resultado
de que "... un hogar familiar típico, en un mercado maduro, podría contener varios cientos de objetos inteligentes
para el año 2022. "Hace esta afirmación a pesar de que un mercado de hogares inteligentes maduro no existirá
hasta 2020-25. Se han publicado muchos pronósticos similares que apuntan al hecho de que el crecimiento de la
casa conectada está comenzando.
Ilustración 9 - Cifras mundiales de crecimiento (Fuente: Gartner)
29
2.3.1. Seguridad Inteligente (Smart Security)
La seguridad es una de las áreas de mayor impacto, ya que de ella depende la integridad física de las personas y
de los entornos en sí. Su principal objetivo es la protección frente a los distintos factores que ponen en peligro la
seguridad. La gestión de la seguridad y vigilancia que proporciona una solución Smart Home en este sentido, es
más amplia que la que pueden proporcionar otros sistemas, pues integra tres campos de la seguridad que
normalmente están controlados por sistemas distintos, como lo son la prevención, el reconocimiento y la reacción
ante alarmas.
Tabla 3 - Funciones de la gestión de la seguridad
Características
Gestión del control de acceso con reconocimiento facial e identificación de usuarios.
Control de presencia y detección de intrusión y disuasión.
Simulación de presencia, ejecución de acciones constantes.
Video vigilancia a través de sistemas de CCTV.
Teleasistencia y telemedicina para personas mayores o enfermos.
Detección y extinción de incendios y alarmas.
2.3.2. Automatización en el Hogar (Home Automation)
La automatización tiene un impacto directo en el confort y la seguridad, ya que facilita al usuario la obtención de
un mayor nivel de comodidad en las actividades que desarrolle dentro o fuera del hogar; su principal objetivo es
la interacción del individuo con el medio que lo rodea, para lo cual, se debe poder controlar, en el mayor grado
posible, las variables físicas que afectan y/o modifican el hábitat. Las aplicaciones que están incluidas pueden ser
el control automático de los servicios de aires acondicionados, iluminación y la gestión de elementos como puertas
(acceso), persianas, ventanas, riego automático, etc.
Tabla 2 - Funciones de la gestión de la automatización
Características
Control automático de la iluminación, cargas entre otros.
Regulación automática de iluminación.
Acciones automáticas de puertas, persianas, riego, etc.
Supervisión automática de cualquier dispositivo electrónico.
Control de la climatización y ventilación
2.3.3. Sistema de Gestión de Energía del Hogar (Home Energy Management
System, HEMS)
La primera ola de HEMS en el mercado se observó entre los años 2008 y 2009. Se espera que los HEMS sean
impulsados con más fuerza al mercado en un futuro cercano para ayudar a cubrir necesidades de ahorro de
energía [49]. Adicionalmente, es común que los HEMS ofrecidos hoy en día incluyan servicios desplegados en
nube o conexión a Internet. En el 2012, cerca de un 25% de los HEMS usaban tecnologías basadas en Wi-Fi
30
convirtiéndola en ese entonces en la tecnología dominante en el mercado. Los últimos estudios muestran que las
tecnologías basadas en ZigBee tendrán un crecimiento acelerado y sobrepasarán a las tecnologías basadas en
Wi-Fi para el 2019. Según [49], las compañías que jugarían un papel importante en el auge de los HEMS son
Panasonic Corporation, General Electric Company, Honeywell International, Intel Corporation y Cisco Systems.
El creciente pensamiento ecológico, está facilitando la introducción de soluciones Smart Home que permitan
incrementar el ahorro energético, como por ejemplo gestionar sistemas de calefacción y climatización por zonas,
optimizando el consumo energético en función de la medida de sensores de temperatura exterior e interior,
desconexión de cargas no prioritarias antes de alcanzar un valor, regulación de la intensidad luminosa según el
nivel de luz ambiente, desactivación de la iluminación si no se detecta presencia en un determinado tiempo, etc.
Tabla 4 - Funciones de gestión de la energía
Características
Racionalización de cargas electicas y seguimiento energético.
Control y monitorización en tiempo real.
Monitorización de valores ambientales que contribuyen a los consumos energéticos.
En Colombia, este campo se encuentra en etapa temprana, aunque existen compañías especializadas en
automatización que integran este tipo de servicios. En general, muchas compañías enfocan gran parte de sus
servicios en una de las subcategorías que se ofrecen en las áreas como automatización de sistemas de iluminación
y/o HVAC, confort y seguridad, en contraste con países como Estados Unidos o España. Otras compañías en
alianza con empresas de servicios públicos ofrecen productos integrados que además se enlazan con la red
eléctrica inteligente permitiendo una optimización del consumo de energía y un mayor ahorro a los usuarios
mientras paralelamente se agregan servicios de confort y seguridad. Este escenario aún es difícil incorporarlo en
Colombia, ya que para ellos debe instaurarse primero una serie de reglamentaciones y certificaciones que
permitan que las compañías y las empresas de servicios públicos en Colombia eviten discrepancias en el manejo
de las tecnologías disponibles y se reduzcan errores y fallas a nivel de operación, instalación y mantenimiento.
2.4. Transversal a Ciudades, Empresas y Hogares
2.4.1. Internet de las Cosas - IoT / Internet Industrial de las Cosas IIoT
El Internet de las Cosas (IoT), literalmente consiste en que cada objeto tenga una conexión a internet en cualquier
momento y lugar. Las nuevas tendencias están impulsando al Internet de las Cosas a crear oportunidades sin
precedentes para conectar personas, procesos, información y dispositivos físicos.
Se debe tener en cuenta que IoT puede verse como otro elemento de la próxima evolución de Internet [50],
dando un enorme salto en su capacidad para reunir, analizar, diagnosticar, distribuir datos y ejecutar funciones.
Esto supone un avance con gran impacto sobre la sociedad, las empresas, en la forma de hacer negocios, etc. A
medida que la información y las personas están cada vez más conectadas, la tecnología sirve como herramienta
de colaboración y toma de decisiones en un mundo donde converge lo físico con lo digital [51].
Para obtener el mayor valor del IoT, estas redes deben tener su punto focal en una mejora de la calidad de vida
de las personas, y en hacer más eficientes los procesos productivos teniendo en cuenta un desarrollo sostenible
motivado por la escasez de recursos. Para esto, la evolución del IoT debe estar basada en casos de uso clave.
31
Estos casos incluyen soluciones sobre Smart Grids, Domótica, Inmótica, salud, industrias, educación, gestión de
flotas y vehículos, entre otros [50]. Haciendo énfasis en la eficiencia en los procesos, la mayoría de estos casos
buscan la optimización en el consumo de recursos, siendo este uno de los campos explorados con el Internet de
las Cosas [52]. Los sensores y sistemas de control automáticos que queden integrados en los objetos permitirán
medir distintas variables que pueden llevar a un cambio en los patrones de uso de los recursos; un ejemplo de
esto es la plataforma llamada CeNSE (Central Nervous System for the Earth) desarrollada por Hewlett Packard. Se
trata de una red mundial de millones de sensores que recaban información sobre variables como localización,
temperatura, presión, sonido, luz, humedad etc. [52]. Toda esta información resulta fundamental para que las
personas puedan tomar decisiones más acertadas a la hora de consumir.
Uno de los casos de uso en el que más hacen énfasis es en Smart Grids, ya que integra de manera inteligente las
acciones de todos los usuarios conectados a ella, bien sean generadores, consumidores, o una combinación de
ambas, con el objetivo de suministrar energía eléctrica de manera eficiente, sostenible, económica y segura. Para
lograr esta visión habrá que dar respuesta al aumento de la necesidad de control, supervisión, coordinación, y, en
consecuencia, integración. Todo esto será posible en la medida en que se disponga de tecnologías de la
información y comunicaciones convergentes que faciliten las integraciones, brinden seguridad y eficiencia [53].
La actual tendencia del IoT e IIoT marca el derrotero para un gran número de aplicaciones y de nuevas
capacidades que pudieran darse en diversos contextos. Uno de los principios del IoT son las tecnologías máquina
a máquina (M2M) que refuerzan la idea de que el IoT se trata de máquinas conectadas a internet y múltiples
servicios que pudieran desplegarse. Por ejemplo, edificios comerciales y viviendas en ciertas partes de mundo
poseen sistemas de control para la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado, la telefonía, la seguridad y
la iluminación, que también pudiera ser intervenidos con una solución IoT. Consultoras como Analysys Mason o
compañías como Cisco Systems estiman que para el 2020 habrá entre 44.000 y 50.000 millones de dispositivos y
objetos conectados a diferentes redes [51]. Para el caso particular de las empresas prestadoras e inclusive de
usuarios, la implementación de soluciones bajo este paradigma genera un ecosistema amplio e inteligente que
brinda nuevas capacidades y aumentos de eficiencias operativas tras la gran exploración de volúmenes de datos
que pueden ser analizados y que generan una gran diversidad de información; un ejemplo de ello es la medición
inteligente y la gestión a la medición tanto para el usuario como para empresa como también lo es el uso de
sensores que alerten a operadores tras la anticipación de posibles averías, u otros ejemplos en el sector de
transporte donde monitorean todas la señales de los vehículos como localización, velocidad, temperaturas entre
otros y pueden determinar con anterioridad fallas e inclusive tiempo de entrega de mercancías para los que tienen
que ver con flotas de entrega, y así como estos pudieran existir una infinidad de ejemplos que pudieran darse en
los diversos contextos de aplicación.
Hoy en día estas nuevas tendencias buscan equipos convergentes para orquestar de manera oportuna, inteligente
y óptima la operación, las telecomunicaciones y los datos. Sin embargo, a pesar de que estos nuevos paradigmas
manejan nuevas aplicaciones y capacidades, no hay que desconocer que actualmente se cuenta con
implementaciones básicas que generan datos que pudiera aprovecharse aún bajo esta tendencia.
Adicionalmente, se espera a futuro contar no solo en contextos particulares donde los distintos equipos se
comuniquen entre sí, sino con ciudades o regiones inteligentes que cuenten por ejemplo con diversidad de
servicios aplicados que interactúen entre sí.
En la siguiente ilustración, se identifican las cuatro etapas evolutivas de las tecnologías productivas hasta llegar al
estado actual que soporta el IoT.
32
Ilustración 10 – Evolución de la primera a la cuarta era (Fuente: Grupo Garatu)
La primera revolución industrial está marcada por el desarrollo de técnicas de trabajo de base mecánica, la
segunda era fue marcada por la organización de las técnicas y el control de los materiales donde como
consecuencia se logró la producción en masa, la tercera revolución marcada por la convergencia de la ciencia y
la tecnología permitiendo niveles de automatismos y una cuarta, marcada por la conectividad.
Según informa Gartner en sus estudios muestran que IoT ya está teniendo un impacto en la economía mundial y
si bien las estimaciones del impacto económico durante los próximos cinco a diez años varían levemente (IDC
estima USD 1,7 billones en 2020, se ve un beneficio de USD 2 billones en ese momento, y McKinsey predice un
crecimiento de USD 4 billones a USD 11 billones para 2025), parece haber un consenso de que el impacto de las
tecnologías de la IoT es sustancial y está creciendo los modelos de negocio asociados si se ven inmaduros.
2.4.2. Plataformas IoT Multiservicios
Las plataformas IoT transversales y multiservicios nacen de las necesidades de nuevos modelos de negocio y de
su aplicabilidad en los diversos contextos de aplicación. Este tipo de plataformas convencionalmente están bajo
el modelo “Do It for Me” o “Hazlo por Mi” y pueden verse desde el aprovisionamiento de los equipos en campo,
las comunicaciones, la seguridad y toda la capa de software en la nube para que el cliente final pueda hacer el
monitoreo, el despliegue de aplicaciones y el análisis de grandes volúmenes de datos.
Actualmente en el mercado existen diversidad de plataformas, algunas con una alta sofisticación y otras menos
maduras. En su mayoría tienen la capacidad de ser configuradas para desplegar sobre ellas arquitecturas IoT y así
abordar soluciones requeridas. Este tipo de plataformas convencionalmente son ofrecidas como servicios cloud y
es aquí donde típicamente se encuentra un punto de inflexión al momento de tomar la decisión, ya que los
modelos de negocio usados por los fabricantes pueden variar con base en el volumen de información, más todos
los costes asociados por derechos de licencia.
Dentro de las propiedades de las plataformas de IoT se tienen:
• Conectividad y normalización: proporciona diferentes protocolos de acceso y monitoreo en diversos formatos
que garantizan la trasmisión de datos e interacción de los dispositivos y las capas superiores de la plataforma
33
IoT.
• Administración y gestión de los dispositivos: permite el monitoreo constante de los dispositivos y verificación
de funcionamiento, como también de capas adicionales con el fin de traducir cualquier protocolo que los
dispositivos de campo puedan soportar, además de realizar control sobre los mismos.
• Almacenamiento de información: proporciona diversidad de tipos de almacenamiento persistente con el fin
de escalar datos de dispositivos en términos de volumen, variedad, velocidad y veracidad.
• Procesamiento de información: proporciona funciones diversas para realizar procesamiento de datos a gran
velocidad, de diferentes fuentes y de diferentes tipos.
• Gestión de eventos: se acompaña del procesamiento de información y permite generar nuevos datos basados
en reglas de negocio configuradas, las cuales responden a datos directamente de los equipos de campo.
• Analítica: proporciona funciones que permiten realizar análisis complejos por agrupaciones y a su vez
incorporando herramientas de autoaprendizaje.
• Despliegues y Visualización: funciones que permiten desplegar de manera muy rápida diversas maneras de
entregar la información recolectada y procesada. Aquí estos elementos convencionalmente permiten ver
información tabular, en gráficos, etc.
• Integraciones: proporciona componentes para la integración con sistemas de terceros, entregando interfaces
de programación de aplicaciones (APIs), kits de desarrollo (SDK) y elementos que permiten realizar
integraciones con mayor facilidad.
Tal como lo menciona la IEC en el denominado documento blanco [54], las plataformas IoT tiene unas
interacciones con dominios que se definen de la siguiente manera:
• Control: funciones para ejecutar rutinas de control mecánico sobre equipos que se encuentren en terreno.
• Operaciones: funciones asociadas a monitoreo de los equipos, procesamiento, administración y gestión.
• Información: funciones asociadas al almacenamiento, procesamiento y análisis de grandes volúmenes de
información.
• Aplicación: funciones correspondientes a desarrollo de despliegues y entrega de información.
• Negocio: funciones asociadas a las integraciones con otros sistemas de terceros con el fin de extender la
información a otros contextos donde puede ser requerida.
Si bien el enfoque general y otros como el de IEC son similares, las plataformas de IoT proponen una base de
características o capacidades mínimas a nivel de funcionalidad.
2.5. Marcos de referencia de arquitecturas IoT y estándares aplicables
2.5.1. UIT-T Y.2060 para IoT
El sector de las telecomunicaciones a través de la Unión Internacional de normalización de las Telecomunicaciones
(UIT-T), desarrolló el instrumento denominado UIT-T Y.2060, que fue categorizado como norma y en él definieron
los requisitos funcionales, descriptivos y de referencia que debe tener una solución IoT, como escalabilidad,
integración y heterogeneidad. Adicionalmente mencionan las capacidades técnicas que dichas soluciones deben
tener, tales como: conectividad, seguridad, privacidad. A continuación se ilustra el modelo propuesto, el cual lo
integran 6 capas denominadas aplicación, servicio y aplicaciones, red, dispositivo, gestión y seguridad. [54]
34
Ilustración 11 – Modelo de referencia IoT UIT-T Y.2060 (Fuente UIT-T)
De las 4 capas propuestas, el sector las define como [55]:
• Aplicación: consistente a cualquier capa de aplicación o visualización que contiene una solución IoT.
• Servicio y aplicaciones: consistente como una capa de soporte de servicios y aplicaciones con las dos
siguientes capacidades:
o Soporte genérico: capacidades comunes para uso en diferentes soluciones de IoT, como
procesamiento o almacenamiento de datos
o Soporte específico: capacidades para atender necesidades particulares.
• Red: Consiste en los dos tipos siguientes de capacidades:
o Red: capacidades de control de conectividad, control de acceso y transporte, movilidad y
autentificación y autorización.
o Transporte: suministro de conectividad para el transporte de información y datos específicos de
servicios y aplicaciones IoT.
• Dispositivo: activos físicos del mundo real, descritos mediante sus atributos, clases y relaciones dentro del
ecosistema de objetos o cosas (things).
• Gestión: se refiere a cualquier capacidad de gestión en cuando a fallos, configuración, rendimiento y
seguridad. Las capacidades genéricas se catalogan como:
o Gestión de dispositivos, tales como activación y desactivación remota, diagnóstico, actualización del
firmware y/o del software, estado, etc.
o Gestión de la topología de red local
o Gestión del tráfico y la congestión
• Seguridad: capacidades asociadas a autorización, autentificación, confidencialidad, protección, privacidad,
auditorías, antivirus.
35
2.5.2. IIC IIRA para IIoT
De igual manera para el contexto industrial, The Industrial Internet Consortium (IIC IIRA) definió un marco de
referencia para la arquitectura IIoT. Este lo delimitó a 4 capas fundamentales: negocios, uso, funcionalidad e
implementación.
Ilustración 12 – Marco de referencia del IIC (Fuente IEC)
A partir de dicha arquitectura se define que:
• Negocio: determina la visión de la solución y el valor que esta trae como solución tecnológica igualmente de
las capacidades que brida para las necesidades del negocio particular que quiere trabajar.
• Uso: determina las líneas de servicios puntuales que la solución brinda.
• Funcionalidad: esta vista divide la arquitectónica por dominios funcionales: control, operaciones, información,
aplicaciones y negocios
• Implementación: aquí se centra en los componentes funcionales que se deben desarrollar y que son claves
del sistema.
Igualmente se identifica que la decisión de verlo por vistas de mayor amplitud corresponde a una necesidad y
preocupación de los industriales en la implementación de dichas soluciones por la afectación que pudiera traer a
sus negocios. En ese sentido, dividen las necesidades en diferentes grupos de interesados para que cada grupo
aporte al desarrollo de la solución.
2.5.3. RAMI 4.0
Por otro lado, en Alemania la asociación de tecnología de la información (BITKOM), la asociación de eléctricos y
electrónicos alemanes (ZVEI) y la federación alemana de ingeniería (VDMA) construyeron un modelo referencia
para sistemas IoT, la cual mediante 3 dimensiones incorporan normas internacionales IEC como la 62264 y la
62890 aprovechando con el ciclo de vida para la implementación de soluciones y los niveles jerárquicos o
contextos cruzándolos con 6 capas para lograr interoperabilidad.
36
Ilustración 13 – Modelo de referencia RAMI (Fuente IEC)
El nivel de jerarquía según IEC 62264, representa las funcionalidades y expansión de servicios posibles para los
diversos contextos, concepto que denominó la Internet de Servicios (llamado “Connected World”).
El modelo RAMI básico se amplía con las capacidades de seguridad, es decir, la seguridad está integrada en cada
capa y cada dimensión del modelo.
2.5.4. IoT-A ARM
Un programa marco para el desarrollo europeo conformó un proyecto denominado IoT-A en el cual desarrolló
el modelo de referencia de arquitectura para el desarrollo del IoT (ARM) con la finalidad de brindar herramientas
que permitieran facilitar el crecimiento y desarrollo de las tecnologías IoT. Este modelo está conformado por 3
componentes: el modelo del dominio, el modelo de la información y el modelo funcional. A continuación, se
ilustra el modelo de referencia ARM:
37
Ilustración 14 – Modelo de referencia IoT-A ARM (Fuente IEC)
En ese sentido, el modelo dominio tiene como función definir los conceptos básicos en el IoT dentro de los cuales
entran, los dispositivos, los servicios las entidades virtuales, entre otros; el modelo de información define las
propiedades genéricas de la información en una solución de IoT y el modelo funcional agrupa funcionalidades
basadas en las relaciones definidas en el modelo de dominio y el modelo de la información. Adicionalmente, el
modelo funcional contiene el modelo de comunicaciones, el cual aborda las definiciones de conectividad en
sistemas IoT y también agrupa el modelo de seguridad, el cual define los conceptos de confianza y uso de la
información.
2.5.5. AIOTI
La comisión europea a través de The Alliance for the Internet of Things Innovation (AIOTI) en 2015 lanzó una
iniciativa con la finalidad de desarrollar y apoyar la propuesta de un modelo para todos los interesados en el
desarrollo de tecnologías IoT en Europa del este y derivando elementos del modelo IoTA-ARM, propuso un
modelo en el cual siempre toda interacción con una entidad física debe hacerse a través de una entidad virtual la
cual controla la metadata y semántica del contexto de la aplicación. El modelo fue definido por 3 capas dentro de
las cuales están: red, el intermediario y las aplicaciones.
38
Ilustración 15 – Modelo de referencia AIOTI (Fuente IEC)
El modelo define también funciones e interacciones dentro de los dominios, pero sin excluir interacción que se
requieran entre capas superiores tal y como se ven en el punto 3 y 4.
2.5.6. ISO/IEC 30141, Internet of Things Reference Architecture (IoT RA)
La organización internacional de normalización (ISO) y la comisión electrotécnica internacional (IEC) unieron
esfuerzos en el desarrollo de una norma internacional denominada la ISO/IEC 30141 la cual proporciona guías y
normas en el desarrollo de las soluciones IoT. En ella, también se ven los aspectos claves que dichas soluciones
deben contemplar en su desarrollo, de cara a cualquier implementación que sea escalable en el tiempo. A su vez
define un modelo de referencia y arquitectura en la cual reunieron las sugerencias realizadas por organizaciones
mundiales citadas anteriormente. [54].
En general, se espera que esta norma traiga consigo: la descripción de las características de un sistema IoT, el
modelo conceptual, el modelo de referencia y las vistas arquitectónicas para las diversas capas, proporcionando
consigo una vista integral de cómo desarrollar soluciones de IoT.
2.5.7. Protocolos para conectividad y transferencia de datos
2.5.7.1.1. Conectividad
La conectividad es una capacidad consistente en brindar comunicación bidireccional entre los elementos de una
solución, y para las soluciones de IoT, EMS, BMS u otras mencionadas anteriormente siempre estarán asociadas a
una capa de enlace entre los dispositivos de campo y el receptor de datos que pudiera ser directamente una
plataforma de software o un Gateway físico, esto dependiendo de la arquitectura seleccionada que se use para la
necesidad. De acuerdo con ello existen allí diversidad de tecnologías que se tendrá dentro de la capa física y la
capa de enlace si se ve desde el modelo OSI (modelo de referencia para los protocolos de la red de arquitectura
39
en capas) desde la cual se establecerá el mecanismo de conexión.
Actualmente el ecosistema de dichas tecnologías y su selección varía de las necesidades que se tengan como
distancias, consumo de energía entre otros. No existe aún una tecnología predominante.
A continuación se presenta una lista de principales tecnologías para conectividad altamente usadas para el tipo
de soluciones que actualmente se están estudiando y mencionado a lo largo del estado del arte presentando la
definición y contexto de aplicación (para efectos comparativos se revisarán tecnologías inalámbricas):
Tabla 5 – Tabla comparativa de protocolos (Fuente Glowlabs) [56]
Tecnologías Frecuencia Rang
o
Velocidad
de
transferen
cia
Consu
mo
Topolog
ia
Requie
re
Gatew
ay
Propietari
o o
Abierto
Gestionad
o por?
Segurida
d
Uso
ZigBee 2.4GHz,
915MHz
(US), 868
MHz (EU)
100-
325
ft
250 kbps
(2.4)
40kbps
(915)
20kbps
(868)
low Mesh Yes Open ZigBee
Alliance
(Comcas
t,
Kroger,
Samsun
g, TI)
Encrypt
ed
Single
Buildin
g
Z-Wave 915MHz
(US)
868MHz
(EU)
100-
325
ft
40kbps
(915)
20kbps
(868)
low Mesh Yes Proprieta
ry
Z-Wave
Alliance
Encrypt
ed
Single
Buildin
g
Bluetooth
4.0+
2.4GHz 200
ft
25Mbps mediu
m
PAN Yes Open Bluetoot
h Special
Interest
Group
(3k
member
s)
Encrypt
ed
Person
al
Bluetooth
5
2.4GHz 800
ft
50Mbps mediu
m
PAN Yes Open Bluetoot
h Special
Interest
Group
(3k
member
s)
Encrypt
ed
Person
al
Bluetooth
Low
Energy
(BLE)
2.4GHz 200
ft
10kB/s low PAN Yes Open Bluetoot
h Special
Interest
Group
(3k
member
s)
Encrypt
ed
Person
al
Wi-Fi 2.4GHZ/5G
Hz
115-
230
7Gbps high Star No Open IEEE Optiona
l
Single
Buildin
g
40
Wi-Fi-ah
(HaLow)
900MHz 300
0 ft
347Mbps low Star No Open IEEE - Single
Buildin
g
Thread 2.4GHz 100
ft
250kbps low Mesh Yes Open Thread
Group
(Google,
Samsun
g, etc.)
Encrypt
ed
Single
Buildin
g
DigiMesh 2.4GHz/90
0 MHz
(US)/868
MHz (EU)
~20
mile
s
250 kbps
(2.4)
40kbps
(915)
20kbps
(868)
low Mesh Yes Proprieta
ry
DigiMes
h
Encrypt
ed
Single
Buildin
g or
WAN
MiWi 2.4GHz or
subGHz
800
ft
250kbps low Mesh
or Star
Yes Proprieta
ry
MiWi Encrypt
ed
Single
Buildin
g or
WAN
EnOcean 900Mhz
(US) 868
MHz (EU)
315 MHz
30-
100
ft
125kbps "Batter
y Free"
Mesh Yes Proprieta
ry
EnOcean Encrypt
ed
Single
Buildin
g
6LoWPAN 2.4GHz 380
ft
250kbps low Mesh Yes Open IEEE Optiona
l
Single
Buildin
g
Weightless
(W, N, P)
white-
spaces,
915MHz,
868MHz,
780MHz,
470 MHz,
433 MHz,
169 MHz
1.2
mile
s (P),
3
mile
s
(W,
N)
200bps-
100kbps
low
(N),
mediu
m (W,
P)
Star Yes Open Weightle
ss
Special
Interest
Group
Encrypt
ed
WAN
mcThings 2.4GHz 650
ft
50kbps low Star Yes Proprieta
ry
mcThing
s
??? Single
Buildin
g
LoRa 150MHz-
1GHz (lots
of options)
up
to
20
mile
s
50kbps low Star Kind
of
Open LoRa
Alliance
Encrypt
ed
WAN
SigFox 900Mhz
(US) 868
MHz (EU)
~20
mile
s
100bps low Star Yes Proprieta
ry
SigFox Encrypt
ed
WAN
LTE Cat-M1 1.4MHz ~20
mile
s
1Mbps low Star No Open 3GPP,
LTE-M
TaskForc
e
- WAN
NarrowBan
d-IoT (Cat
M2)
Below 1GHz ~20
mile
s
100kbps low Star No Open 3GPP,
Ericsson,
Huawei
Encrypt
ed
WAN
41
3G and 4G
Cellular
(US)
700 MHz,
800 MHz,
850MHz,
1700MHz,
1900MHz,
2100MHz,
2300MHz,
2500MHz
~20
mile
s
200kbps
(3G)
10Mbps
(4G)
high Star No Open 3GPP Encrypt
ed
WAN
A continuación, se describen los protocolos de mayor uso en las aplicaciones mencionadas anteriormente.
• Bluetooth: El Bluetooth es una tecnología basada en radiofrecuencia pensada inicialmente para
soluciones de corto alcance y tasas de transferencias de hasta 1Mbps en frecuencias de 2,4GHZ.
Actualmente existe una nueva versión denominada Bluetooth Low Energy BLE que tiene como finalidad
reducir el consumo de energía del dispositivo al optimizar considerablemente la transmisión de datos.
• Zigbee: ZigBee es una tecnología inalámbrica focalizada en hogares y para algunas situaciones en
industrias. Esta maneja 2 tipos de perfiles (PRO y Remote Control) que se basan en el protocolo IEEE
802.15.4 la cual opera en 2,4GHz para aplicaciones que requieren comunicaciones con baja tasa de envío
de datos dentro de áreas delimitadas con un alcance de 100 metros. Actualmente es una tecnología muy
usada y siguen trabajando nuevas versiones en pro de consolidarla como unas de las principales.
• ZWave: Zwave es una tecnología basada en radio frecuencia usada convencionalmente en hogares y
entornos comerciales, con bajas latencias y baja tasa de velocidad de alrededor 100Kbits/s. Por su forma
de trabajo permite dar saltos entre varios dispositivos hasta tener distancias máximas de hasta 100mts,
operación en la banda de 868MHz, recomendada por la ITU-T y con una encripción de información
AES128 con operación multicanal.
• Wifi: WiFi obedece al estándar 802.11n y su uso predomina ampliamente en los hogares y empresas por
conectividad con computadores. Ofrece una tasa de transferencia alta del rango de cientos de megabits
por segundo adecuado para ciertas tareas donde el consumo de energía no es importante.
• Telefonía celular: Esta tecnología es altamente masificada y puede transmitir grandes cantidades de datos;
Sin embargo, el consumo de energía y su coste es alto. Trabaja con estándares como GSM/GPRS/EDGE
(2G), UMTS/HSPA (3G), LTE (4G), en frecuencias de 900 / 1800 / 1900 / 2100, con alcances que van hasta
los 200km y velocidades de transferencias de hasta 10Mbps en 4G.
• LoRa: La tecnología LoRa, esta diseñada para cubrimientos tipo WAN; optimizada para un bajo consumo
de energía con velocidades de transferencias que van desde los 0,3Kbps hasta los 50Kbps. Los alcances
van desde los 2km hasta los 15km.
• Sigfox: Sigfox utiliza una tecnología llamada Ultra Narrow Band (UNB) diseñada para funcionar con bajas
velocidades de transferencias de 10 a 1.000 bits por segundo e igual que LoRa está pensada para ser
tecnologías de cubrimiento WAN. Está optimizado igualmente para un bajo consumo trabajando en la
banda de los 900MHz y con alcances que van desde 3Km hasta los 50Km.
• 6LoWPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks): El 6LoWPAN es un protocolo con
nuevos y mejorados mecanismos de encapsulamiento y compresión de cabeceras y con una bondad en
el uso libre de la banda de frecuencia, por lo que se puede usar a través de múltiples plataformas de
comunicaciones, como Ethernet, WiFi, 802.15.4, entre otras. En este se introduce el IPv6 y se ha sido
diseñado igualmente para el uso en diversas aplicaciones.
• Transferencia de datos: De vuelta a la analogía con el modelo OSI, existen otros protocolos que permite
empaquetar la información y que pudieran verse sobre capas de sesión, presentación y aplicación donde
su función consiste principalmente en la fiabilidad, homogenización, transformación e intercomunicación
42
de los datos con los interesados. A continuación, se presenta algunos de los protocolos de mayor uso
dentro del marco del estado del arte presentado.
• CoAP (Constrained Application Protocol): Según la definición del grupo de trabajo CoAP es [57] “El
protocolo de aplicación restringida (CoAP) es un protocolo de transferencia web especializado para usar
con nodos restringidos y redes restringidas en Internet of Things. El protocolo está diseñado para
aplicaciones de máquina a máquina (M2M) tales como energía inteligente y automatización de edificios”.
Igualmente CoAP define un protocolo de transferencia web que se basa en la representación del estado
de la transferencia encima de las funcionalidades http.
• MQTT (Message Queue Telemetry Transport): El MQTT es un protocolo de mensajería, que utiliza el estilo
arquitectónico de publicación y suscripción para una transmisión flexible y simple. Se ajusta a dispositivos
de recursos limitados y está construido sobre TCP; esto permita que la entrega de los mensajes tenga
calidad del servicio.
• AMQP (Advanced Message Queuing Protocol): Es un protocolo abierto diseñado para el intercambio
entre diversas plataformas. Su función es permitir que la información se transporte de manera segura y
eficiente. Se basa en el protocolo de transporte TCP y su orientación está basado en mensajes y al igual
que el MQTT su arquitectura es publicación y suscripción; sin embargo, tiene opciones punto a punto o
entre dispositivos IoT.
• Modbus: El modbus es un protocolo basado en la arquitectura cliente/servidor. Actualmente es altamente
masificado para soluciones industriales permitiendo conectar diversos equipos sobre un mismo bus de
comunicaciones. Al ser un protocolo de capa de enlace, significa que puede implementarse sobre
diferentes capas físicas y por ellos se tiene dos versiones TCP/IP y RTU.
• BACnet (Building Automation and Control Networks): Al igual que modbus, su masificación se da en
soluciones industriales y comerciales especialmente. Este tiene como finalidad definir un conjunto de
reglas de comunicación común, que posibilita la integración completa de los sistemas de control servicios
Who-Is, I-am, Who-Has y I-Have, utilizados para la detección de objetos y dispositivos, como a su vez
los servicios de lectura y escritura.
2.5.8. Analítica de Datos y Big Data
La producción de grandes cantidades de datos provenientes de diversas fuentes ha abierto el panorama
tradicional con referencia a la visión de los datos e información. En consecuencia, se han debido implementar
diversas técnicas y mecanismos que posibiliten un análisis profundo de estos, con el fin de lograr nuevas
perspectivas y descubrir el poder oculto de la información masiva
A continuación se ilustra el ciclo de madurez para Big Data donde se presentan diversas tecnologías, capacidades
y disciplinas donde se plantean oportunidades en los diversos ciclos de madurez. Un ejemplo de eso puede verse
asociado al Internet de las Cosas (IoT) donde se vislumbran desarrollos en más de 10 años. [58]
43
Ilustración 16 - Ciclo de madurez para Big Data [58]
3. Problemáticas actuales y retos
A continuación, y de acuerdo con el estado del arte consignado anteriormente, se sintetiza algunas de las
principales problemáticas actuales y retos que las soluciones se ven afrontadas indiferente del contexto de la
aplicación; es decir sea un EMS, BMS, HEMS, Home Automation, Smart Security, Plataforma IoT, u otro tipo de
sistema, los siguientes elementos son de vital importancia en el desarrollo de nuevas soluciones o mejoras de las
actuales.
• Escalamiento: la individualización, la alimentación, la capacidad de respuesta en tiempo real, la
heterogeneidad y la interconectividad.
• Arquitectura: Capacidad de conectividad simple, control, comunicaciones y aplicaciones útiles.
• Acoplamiento de módulos de software.
• Conocimiento: Extracción de conocimiento a partir de datos adquiridos y la capacidad de análisis.
• Robustez: Tolerancia a ruido, fallas, etc.
• Estandarización: Para poder interactuar sin mayores problemas, las soluciones y/o sistemas deben
implementar elementos de conectividad abiertos.
• Seguridad y privacidad: vulnerabilidades de las soluciones y medios de comunicación.
• Usabilidad: Facilidad de uso para los usuarios.
• Accesibilidad: facilidad de adquisición de tecnología asociado convencionalmente al costo de la misma.
44
• Administración de la identidad: identificación de señales que concuerden con los dispositivos que estén
registrados para gestión.
• Integralidad: capacidad de integrar nuevas maneras de conexión a la red.
• Interoperabilidad: asociado a la capacidad de tener múltiples mecanismos reconocidos para asociarse sin
restricción de acceso para la entrega de información y gestión.
• Adaptación: capacidad de auto-regenerarse con base en las nuevas necesidades que se le demanden o
de cambio del entorno.
• Resiliencia: capacidad de recuperación ante fallas.
45
CAPÍTULO 2
Objetivo 2: Construir una base de conocimiento aplicado de las capacidades mínimas requeridas para una
arquitectura que permita realizar gestión en tiempo real de soluciones en ciudades, empresas y hogares e
industrias.
1. Definición de producto / servicio
El mercado exige diferenciarse y a su vez se compite con grandes empresas que tienen músculo financiero, así
como tecnología e información disponible con bajo costo. En Celsia-Epsa, este tipo de condiciones hacen que se
identifique la oportunidad de diferenciarse a través de la transformación digital tanto para el negocio tradicional
como el de los nuevos negocios. Desde hace varios años, se trabaja en un proceso de transformación cultural
basada en la promoción de la innovación y el trabajo colaborativo, los cuales han permitido ser diferentes,
entendiendo que la cultura de servicio es el cimiento para construir una empresa líder y generadora de valor. Esta
orientación a la gestión, a los clientes y al negocio ha permitido que nuevas iniciativas aceleren la consecución de
la MEGA a través de soluciones innovadoras en nuevos negocios [59].
Convencidos que la transformación digital trae consigo un sinfín de beneficios y retos, a través de sus
colaboradores y espacios de trabajo, se visiona nuevos modelos de negocios económicamente, ambientalmente
y socialmente atractivos, que brinden múltiples beneficios de cara a los productos y servicios como de sus clientes.
1.1. Focalización de las capacidades tecnológicas esperadas
A continuación, se presenta información pública de la estrategia que permite entender la visión holística para
soluciones en Ciudades, Empresas y Hogares e Industrias.
Tabla 6 – Capacidades y beneficios estratégicos de cara a los productos / servicios – (fuente: propia)
Gestión de Activos Ciudades Empresas Hogares
Macr
o
Cap
aci
dad
es
de E
nfo
que
• Optimización de la gestión del
negocio tradicional en Generación,
Transmisión y distribución.
• Suministro de Energía
• Redes inteligentes
• Distrito térmico
• Energía de respaldo
• Iluminación eficiente
• Movilidad eléctrica
• Suministro de Energía
• Iluminación eficiente
• Distrito térmico
• Energía de respaldo
• Techos solares
• Building y eficiencia energética
• Suministro de Energía
• Retail
• Techos solares
• Smart Home
Rie
sgo
s
• Regulatorio
• Político
• Tecnología
• Ambiental
• Proyectos
• Social
• Comercial
• Combustible
• Obsolescencia de activos
• Ciberseguridad
• Demanda
• Financiero
• Adquisiciones
• Abastecimiento y distribución
• Competidores
• Portafolio energético
• Reputación
46
Benefici
os
• Ahorros económicos para la empresa.
• Optimización de rentabilidad
• Seguridad energética
• Compromiso ambiental
• Mayor confiabilidad y calidad en el
servicio
• Optimización de recursos
• Ahorros energéticos y económicos
• Compromiso ambiental
• Mayor confiabilidad y calidad en el
servicio
• Optimización de recursos
Ahorros energéticos y económicos
• Compromiso ambiental
• Mayor confiabilidad y calidad en el
servicio
• Optimización de recursos
• Ahorros energéticos y económicos
• Incorporación de nuevas líneas
diferentes a energéticos en hogares
para confort y calidad de vida.
Con base en la definición marco de la estrategia y focalizando en el ámbito del trabajo y construcción de la base
mínima de conocimiento aplicado a una arquitectura que permita realizar gestión, a continuación, se presentan
los puntos de focalización que la arquitectura propuesta debe soportar a nivel de capacidades.
Nota: Se precisa que, en el alcance del presente trabajo, la focalización está en edificios inteligentes, lo cual tiene
como objetivo habilitar la base para trabajos futuros en los demás ámbitos de aplicación, escalando el marco
tecnológico y arquitectura propuesta.
Ilustración 17 – Puntos de focalización – (Fuente: propia)
2. Capacidades mínimas esperadas desde la estrategia
2.1. Visión
La necesidad de mercado en los diferentes ámbitos de aplicación está enmarcada en poder abordar nuevas
estrategias que permitan desarrollar productos y servicios tanto en lo técnico como en lo comercial; en ese
sentido se puede observar que la visión general presentada anteriormente y que ha sido focalizada para el ámbito
del trabajo de grado, está alineada con los objetivos estratégicos de la organización, y que las posibilidades de
obtener ingresos de estos mercados pueden ser mediante la explotación de capacidades actuales o nuevas de la
empresa.
La construcción y modelación de los negocios se contempla desde lo estratégico, tecnológico más los modelos
operativos y allí las tecnologías existentes puedan desplegar una mayor capacidad de aplicación para abarcar
dichas necesidades de mercado. Con dicha propuesta se pretende:
47
• Optimizar costos en tecnología y operación.
• Aumentar la competitividad.
• Aprovechamiento de capacidades operacionales actuales de Celsia-Epsa.
• Generar valor a los nuevos negocios sin afectar sus casos de negocio desde lo económico.
Lo anterior se traduce igualmente en arquitecturas tecnológicas escalables.
2.2. Capacidades
Una vez identificadas a nivel estratégico los ámbitos de aplicación, los diversos focos comerciales y oportunidades
de producto, se procedió con la identificación de capacidades mínimas requeridas de un negocio diferencial al
existente en el mercado y que, a su vez desde el componente técnico, se permita aplicar y contener dentro de la
plataforma tecnológica propuesta. En la siguiente Tabla se presenta el resumen de las capacidades agrupadas
por escenarios de implementación y la aplicabilidad al contexto de la estrategia corporativa.
Tabla 7 – Capacidades a nivel táctico productos/servicios nuevos negocios – (fuente: propia)
Capacidades productos/servicios nuevos negocios
Estrategia Contexto
Corto
(Inmediato)
Mediano
(2 años)
Largo
plazo
(5 años)
Ciudades Empresas-
Industrias Hogares
Administración de Energéticos
Planificación y seguimiento de consumo de energía
Seguimiento básico del consumo de energía total y discriminada X SI SI SI
Identificación de tendencias de consumo para su seguimiento y caracterización X SI SI SI
Identificación de sobreconsumos y ahorros de acuerdo con unas metas establecidas y envío
de mensajes relacionados. X SI SI SI
Seguimiento de consumo sectorizado para identificación de funcionamiento óptimo de
equipos. X SI SI SI
Posibilidad de establecer seguimiento automático a indicadores energéticos establecidos para
evaluar líneas de producción Vs consumos energéticos. X SI SI
Posibilidad de establecer seguimiento automático a indicadores energéticos. X SI Seguimiento de consumos o utilización de agua x SI SI Seguimiento de consumos o utilización gas x SI SI Seguimiento de consumo de aire comprimido x SI Seguimiento de consumo de vapor X SI Seguimiento de consumo de iluminación exterior X SI SI Seguimiento de consumos o utilización renovables X SI Racionalización de cargas eléctricas
Desconexión de equipos de uso no prioritario en función del consumo eléctrico en un
momento dado según una prioridad establecida sobre los equipos. X SI Desconexión de equipos frente a condiciones excepcionales o frente a condiciones que
establezca el usuario x SI Desconexión y conexión por definición de estrategias de control eficiente x SI Programación de encendido de equipos a horas de tarifa reducida. (Escenario bajo Ley 1715) x SI Iluminación Inteligente
Iluminación exterior
Encendido y apagado de iluminación según la presencia de los usuarios. x SI SI Programación de horarios de funcionamiento. x SI SI Telegestión de iluminación interior y exterior, Iluminación eficiente x SI SI Building (Automatización)
Climatización
Control de HVAC (heating, ventilating, and air conditioning) x SI SI
Automatización de los equipos de aire acondicionado según temperatura o variable
atmosférica x SI Programación de horarios de funcionamiento. x SI SI
Zonificación de funcionamiento de equipos HVAC x SI Control de iluminación interiores
Aprovechamiento de la iluminación natural. X SI Encendido y apagado de iluminación según la presencia de los usuarios. X SI Dimerización de la iluminación para disminución del consumo de energía. X SI Programación de horarios de funcionamiento. x SI Programación de persianas. x SI SI
48
Control de iluminación interior y exterior x SI Seguridad Electrónica
Control de accesos x SI Videovigilancia CCTV x SI SI Programación de avisos y alarmas. x SI Detección de incendio x SI SI
Extinción de Incendios x SI Alarmas ambientales - Inundación, gas, temperaturas, movimientos estructurales, etc. x SI SI Transversal
Analitica de datos X SI SI SI
2.3. Propuestas de valor, líneas de servicios aplicables
A partir de la visión estratégica y de capacidades, y a través de la aplicación del CANVAS3, se presenta modelo de
negocio mediante nueve campos y presentando una visión global de la idea que habilita las capacidades
aplicables a nivel tecnológico anteriormente mapeadas para poder soportar el negocio aplicado a Edificios
Inteligentes, como parte de la línea de negocio empresas.
Tabla 8 – CANVAS aplicado para visión estratégica de idea de negocio – (fuente: propia)
Asociaciones Clave
TECNOLOGIA
❑ Fabricantes de equipos
de IoT, Automatización.
Iluminación, Seguridad
Electrónica, que brinden
precios competitivos y
equipos de alta calidad que
tenga soporte de sus equipos
bajo soluciones escalables y
bajo estándares.
❑ Proveedores que
garanticen la entrega de
servicios postventa.
❑ Integradores de
tecnología.
OTROS
❑ Entidades financieras.
❑ Empresas inmobiliarias.
❑ Constructores de grandes
superficies.
❑ Gremios empresariales.
Actividades claves
❑ Contacto comercial
permanente.
❑ Diagnóstico de las
necesidades de cada cliente y
posibilidades de implementación
en soluciones de IoT, eficiencia y
seguridad.
❑ Diseño básico y detallado de
cada solución.
❑ Oferta comercial.
❑ Gestión de compras (bienes y
servicios).
❑ Ofrecer servicios de control y
seguimiento de estrategias
energéticas.
❑ Ofrecer servicios postventa
como monitoreo,
mantenimiento.
❑ Formación de personal
calificado.
Propuesta de valor
❑ Brindar entornos seguros a
través de sistemas inteligentes
que implementen soluciones en
modalidad de servicio, alineadas
a eficiencia energética y
seguridad, que permitan la
disminución en sus costos,
incremento de productividad y
confort.
Relacionamiento con el cliente
❑ Asistencia permanente y
personalizada con conocimiento
técnico y comercial del negocio.
❑ Acceso remoto y local
permanente para el cliente.
❑ Generación de reportes en
línea que incluya por ejemplo
indicadores de gestión
energética, desviaciones,
proyecciones, recomendaciones,
alarmas, etc.
❑ Programa de servicios de
supervisión y/o control de la
infraestructura del cliente según
sus necesidades.
Mercado Objetivo
CIUDADES.
❑ Constructores y/o
desarrolladores paisajistas.
EMPRESAS.
❑ Edificios de oficinas
❑ Hoteles, moteles, aparta
hoteles, hospedajes, etc.
❑ Superficies comerciales.
❑ Sector bancario.
❑ Administradores
❑ Restaurantes, sitios de
comida, etc.
❑ Sector de la Agricultura,
Automatización de las
actividades del campo.
❑ Industria del frio en el cual
la administración de las
cadenas de producción de frio
representa un alto costo de
energía.
HOGARES.
❑ Constructores
❑ Para Vivienda existente.
❑ Para Vivienda nueva
❑ Unidades residenciales.
❑ Empresas inmobiliarias.
❑ Urbanizadores.
Recursos claves
❑ Ejecutivos de cuenta
capacitados.
❑ Servicios de gestión remota
para el cliente por parte de EPSA
y aliado estratégico.
❑ Portal web de clientes.
❑ Conocer las necesidades de
los clientes.
Canales
❑ B2B (relacionamiento directo)
❑ OT 24 horas.
❑ Portal Web de clientes.
❑ Departamento técnico que
soporta el montaje y operación
de las soluciones ofrecidas.
Estructura de costos
❑ Costos por implementación de la solución.
❑ Licenciamientos de software requerido para la gestión las soluciones por parte de
la empresa y clientes.
❑ Costo de integración de señales
❑ Costo por servicio monitoreo y control remoto
❑ Ciclo comercial (provisión, facturación, cobro, recaudo, proceso y personal de
venta y postventa, etc.).
Estructura de Ingresos
❑ Caracterizaciones.
❑ Licenciamiento de software requerido para la gestión las soluciones por parte de la
empresa y clientes.
❑ Servicio monitoreo y control remoto.
3 CANVAS: Metodología para el de desarrollo de negocios desarrollada por Alex Osterwalder en 2010.
49
❑ Mantenimiento de equipos y estructuras.
❑ Diseños básicos y detallados.
CAPÍTULO 3
Objetivo 3: Identificar requisitos funcionales y requisitos no funcionales para definir una arquitectura tecnológica
de servicios de automatización para supervisión, control y medida.
1. Principales requisitos funcionales
A continuación se listan 5 de los requisitos funcionales identificados como primordiales que serán mapeados
dentro de capa de funciones de la arquitectura propuesta.
Tabla 9 – Definición del formato para requisitos funcionales de alto nivel – (fuente: propia)
Agrupación asignada a los requisitos
Código Categoría Descripción
Código del
requisito
funcional.
Ejemplos: RF_001,
equivalente a
Requisito
Funcional 001; etc.
Agrupación
funcional.
Ejemplo:
Operación,
Seguridad,
etc.
Descripción del requisito funcional en lenguaje de alto nivel.
Tabla 10 – Principales requisitos funcionales de alto nivel – (fuente: propia)
Agrupación asignada a los requisitos
Código Categoría Descripción
RF_001
Adquisición
de datos /
Monitoreo
La solución tecnológica por implementarse debe permitir realizar en ciclo
cerrado la captación de señales y datos de los equipos de campo. La
periodicidad de la adquisición de datos se dada por la capacidad de
interrogación de los equipos que al menos debe ser máximo de 5 segundos,
el protocolo en el contexto de aplicación y el medio de telecomunicaciones
usado; a su vez, la adquisición de datos debe obedecer a un modelo de
datos previamente configurado, una conectividad aprobada y una relación
directa de seguridad que garantice solo adquisición de datos de equipos
autorizados. Esta funcionalidad es aplicada para la capa de software como
para equipos que concentren o coordinen otros dispositivos de campo.
RF_002
Control La solución tecnológica por implementarse debe permitir la ejecución de
acciones preconfiguradas de control sobre equipos de campo, permitiendo
con ello, modificar la evolución de un proceso. Dicho control sobre los
equipos de campo puede ser realizada a demanda o automática; es decir,
bien sea después de la actividad de supervisión por parte de un operador
50
humano o después del proceso de medición el cual determinó una
alteración sobre un proceso. Esta funcionalidad es aplicada para la capa de
software como para equipos que concentren o coordinen otros dispositivos
de campo.
RF_003
Supervisión La solución tecnológica por implementarse debe permitir configurar a
discreción de las necesidades del negocio y los proyectos particulares, los
diversos despliegues de las señales monitoreadas que le permitan a los
operadores observar la evolución de las variables de control y medida.
Todo lo configurado para la operación debe permitir tener una visual de
multiempresa que le permita reacción al operador frente a cualquier
negocio configurado sin importar el cliente. Debe igualmente contemplar
los mecanismos y medios que alerten al operador sobre todos los cambios
del proceso (Alarmas y Eventos) más el almacenamiento persistente de la
misma. Esta funcionalidad es aplicada para la capa de software como para
equipos que concentren o coordinen otros dispositivos de campo.
RF_004
Medida La solución tecnológica por implementarse debe permitir la gestión de
diversos tipos de energéticos (monitoreo, supervisión y gestión), energía
eléctrica, térmica, etc. Dichos datos adquiridos deben poder ser
almacenados persistentemente para su posterior explotación para gestión
de calidad del proceso, control estadístico, seguimiento, indicadores, entre
otros. La información de medida también debe poderse usar generar series
de datos históricas, y ejecución de rutinas de control automáticas. Esta
funcionalidad es aplicada para la capa de software como para equipos que
concentren o coordinen otros dispositivos de campo.
RF_005
Gestión La solución tecnológica a implementarse debe tener las capacidades de
monitoreo, supervisión, control y medida conjuntas y a su vez desacoplada
tanto técnicamente como comercialmente; esta última le permite al negocio
monetizar negocios sin necesidad de incurrir en sobrecostos para los
clientes. Técnicamente la solución debe contemplar los mecanismos de
configuración para modelos de datos, reglas de transformación,
almacenamiento de baja latencia, alarmas, eventos e integración. Esta
funcionalidad es aplicada para la capa de software como para equipos que
concentren o coordinen otros dispositivos de campo.
RF_006
Integración La solución tecnológica por implementarse debe contemplar mecanismos
de integración con aplicaciones de terceros y también contemplar
funcionalidades que le permitan a la operación y/o el mantenimiento
realizar transferencias de datos o integraciones con aplicaciones que
requieran los datos monitoreados Dichas integraciones deben ser flexibles
y contemplar tecnologías abiertas. Esta funcionalidad es aplicada para la
capa de software como para equipos que concentren o coordinen otros
dispositivos de campo.
2. Principales requisitos no funcionales
51
La calidad de un producto con referencia al software se interpreta como el grado en que satisface los requisitos
funcionales y no funcionales. Basado en lo anterior y extrapolando prácticas de calidad de software expuestas en
la norma ISO/IEC 25010 [60] se estudiarán cuatro requisitos no funcionales alineados con los objetivos del trabajo,
y que de cara a la arquitectura tecnológica se analizarán desde la perspectiva de atributos calidad y su aplicabilidad
para la arquitectura tecnológica y el cubrimiento de sus capacidades.
• Compatibilidad: Interoperabilidad
• Fiabilidad: Disponibilidad (en función de flexibilidad)
• Portabilidad: Adaptabilidad (en función de la escalabilidad)
• Seguridad: Integridad
1. Principio de compatibilidad: Capacidad de dos o más sistemas o componentes para intercambiar información
y/o llevar a cabo sus funciones requeridas cuando comparten el mismo entorno hardware o software. Esta
característica se subdivide a su vez en las siguientes sub-características, sin embargo, el foco será el punto de
estudio:
▪ Coexistencia: Capacidad del producto para coexistir con otro software independiente, en un
entorno común, compartiendo recursos comunes sin detrimento.
▪ Interoperabilidad: Capacidad de dos o más sistemas o componentes para intercambiar
información y utilizar la información intercambiada.
2. Principio de Fiabilidad: Capacidad de un sistema o componente para desempeñar las funciones especificadas,
cuando se usa bajo unas condiciones y periodo de tiempo determinados. Esta característica se subdivide a su
vez en las siguientes sub-características:
▪ Madurez: Capacidad del sistema para satisfacer las necesidades de fiabilidad en condiciones
normales.
▪ Disponibilidad: Capacidad del sistema o componente de estar operativo y accesible para su uso
cuando se requiere.
▪ Tolerancia a fallos: Capacidad del sistema o componente para operar según lo previsto en
presencia de fallos hardware o software.
▪ Capacidad de recuperación: Capacidad del producto software para recuperar los datos
directamente afectados y reestablecer el estado deseado del sistema en caso de interrupción o
fallo.
3. Principio de Seguridad: Capacidad de protección de la información y los datos de manera que personas o
sistemas no autorizados no puedan leerlos o modificarlos. Esta característica se subdivide a su vez en las
siguientes sub-características:
▪ Confidencialidad: Capacidad de protección contra el acceso de datos e información no
autorizados, ya sea accidental o deliberadamente.
▪ Integridad: Capacidad del sistema o componente para prevenir accesos o modificaciones no
autorizados a datos o programas de ordenador.
▪ No repudio: Capacidad de demostrar las acciones o eventos que han tenido lugar, de manera
que dichas acciones o eventos no puedan ser repudiados posteriormente.
52
▪ Responsabilidad: Capacidad de rastrear de forma inequívoca las acciones de una entidad.
▪ Autenticidad: Capacidad de demostrar la identidad de un sujeto o un recurso.
4. Principio de Portabilidad: Capacidad del producto o componente de ser transferido de forma efectiva y
eficiente de un entorno hardware, software, operacional o de utilización a otro. Esta característica se subdivide
a su vez en las siguientes sub-características:
▪ Adaptabilidad: Capacidad del producto que le permite ser adaptado de forma efectiva y eficiente
a diferentes entornos determinados de hardware, software, operacionales o de uso.
▪ Capacidad para ser instalado: Facilidad con la que el producto se puede instalar y/o desinstalar
de forma exitosa en un determinado entorno.
▪ Capacidad para ser reemplazado: Capacidad del producto para ser utilizado en lugar de otro
producto software determinado con el mismo propósito y en el mismo entorno.
2.1. Escenarios de calidad
A continuación se detallan atributos de calidad como casos de hipótesis de verificación de funcionalidad de la
arquitectura a proponer. Se considera que no es posible probar todos los escenarios de calidad; por lo tanto, se
proponen para cada atributo algunos escenarios de análisis, los cuales a su vez serán corroborados en capítulo 5
donde se realizan las validaciones.
2.1.1. Definición del formato
Tabla 11 – Descripción de formato de escenarios – (fuente: propia)
Supuestos Descripción del supuesto
Fuente Actor que actúa sobre el sistema. Puede ser humano, mecánico o informático
Estimulo Acto producido por la fuente. Evento que tratar por el sistema
Artefacto Parte del sistema que recibe el estímulo
Respuesta Actividad generada al recibir el estímulo
Entorno Condiciones en las que se produce el estimulo
Medida Medición de la respuesta para su correspondiente evaluación
Táctica Tácticas asociadas con el escenario planteado
2.1.2. Compatibilidad: Interoperabilidad
• Atributos de interoperabilidad evidenciados:
o Toda la información monitoreada debe ser consumida por clientes del servicio de Celsia-Epsa desde
las herramientas de software de la arquitectura y demás, como también permitirse el consumo de
esta por otras unidades del negocio tradicional, tal como la de Distribución.
o Un elemento dentro de la arquitectura de Celsia-Epsa debe permitir y habilitar la conectividad,
transformación de datos para equipos de campo que tenga capacidades de conectividad directa con
las plataformas.
53
o Dispositivos de campo permiten conectividad con otros equipos de campo que concentran señales
con los dispositivos intervenidos para sensado o medición.
Tabla 12 – Escenario 1 / Compatibilidad: Interoperabilidad – (fuente: propia)
Supuestos Se cuenta con elementos dentro de la arquitectura con capacidades de integración
vía servicios u otras modalidades de conexión mediante terceros.
Fuente Arquitectura tecnológica Celsia-Epsa.
Estimulo Consultas, registros, actualizaciones, etc.
Artefacto Herramienta de software dentro de la arquitectura tecnológica
Respuesta La solución entrega la información monitoreada y/o almacenada a través de una
interfaz de consumo.
Entorno Elementos de la arquitectura completamente en línea y disponibilidad de los equipos
de comunicaciones.
Medida Respuesta de consulta, registro o actualización / Tiempo de respuesta.
Táctica Interoperabilidad / Orquestación.
Tabla 13 – Escenario 2 / Compatibilidad: Interoperabilidad – (fuente: propia)
Supuestos Elementos dentro de la arquitectura permiten y orquestan la conectividad con un
analizador de red para el monitoreo y supervisión directa de los consumos de energía.
Fuente Arquitectura tecnológica Celsia-Epsa.
Estimulo Monitoreo de analizador de red.
Artefacto Herramienta de software dentro de la arquitectura tecnológica
Respuesta Conexión cada 5 segundos con el analizador de red con el fin de consultar los datos
de medida de energía activa.
Entorno Elementos de arquitectura completamente en línea y disponibilidad de los equipos de
comunicaciones.
Medida Tiempo de respuesta
Táctica Interoperabilidad - Orquestación
Tabla 14 – Escenario 3 / Compatibilidad: Interoperabilidad – (fuente: propia)
Supuestos Equipo de campo cableado y/o conectado físicamente, con conectividad estable, y
dispositivos de campo cableados correctamente a los módulos entradas y salida
análogos/digitales.
Fuente Equipo de campo / dispositivos intervenidos para sensado o medición
Estimulo Monitoreo, Control
Artefacto Equipo de campo
Respuesta El equipo de campo interroga cada 1 segundo los dispositivos para identificar
variaciones o realizar la toma de datos.
Entorno Conectividad y comunicaciones estables.
Medida Tiempo de respuesta
Táctica Interoperabilidad - Orquestación
54
2.1.3. Fiabilidad: Disponibilidad
• Atributos de disponibilidad evidenciados:
o El negocio se espera sea ofrecido en modalidad de servicio, es decir usando la infraestructura
centralizada de Celsia, por ende se debe asegurar que la información esté actualizada y disponible
para el cliente.
o Se tiene acceso para clientes finales que requieran de la información disponible, sea a nivel de
aplicaciones o directamente de los equipos de campo.
Tabla 15 – Escenario 1 / Fiabilidad: Disponibilidad – (fuente: propia)
Supuestos Se tiene un contrato con un cliente donde se acuerda la disponibilidad de su
información monitoreada 7x24, con opciones de ventanas coordinadas por
mantenimiento y actualizaciones.
Fuente Herramientas de la arquitectura tecnológica Celsia-Epsa, Equipos de campo el cliente,
canales de comunicación, etc.
Estimulo Monitoreo, Control, Consultas
Artefacto Herramientas de la arquitectura tecnológica Celsia-Epsa, Equipos de campo el cliente,
canales de comunicación, etc.
Respuesta La ventana de mantenimiento se programa para una hora de poco tráfico para
impactar lo menos posible. La aplicación al ser distribuida y con redundancia en
campo se actualiza por etapas, dejando operativa su contingencia; de esta forma el
sistema se encuentra operativo y los posibles huecos de información detectados
pueden ser llenados debido a que los equipos de campo almacenaron la información
durante el mantenimiento.
Entorno Sistema con redundancia operativa.
Medida Tiempo en que el sistema no estuvo operativo
Táctica Mantenibilidad – Acoplamiento y cohesión.
Disponibilidad.
Tabla 16 – Escenario 2 / Fiabilidad: Disponibilidad – (fuente: propia)
Supuestos Con el fin de certificar el nivel de disponibilidad de los proyectos se cuentan con
alarmas de pruebas de disponibilidad
Fuente Herramientas de la arquitectura tecnológica Celsia-Epsa, Equipos de campo el cliente,
canales de comunicación, etc.
Estimulo Se eliminan las contingencias para que solo un equipo quede soportando toda la
operación.
Artefacto Herramientas de la arquitectura tecnológica Celsia-Epsa, Equipos de campo el cliente,
canales de comunicación, etc.
Respuesta El sistema ve degradado su desempeño en más de 50% sobre su promedio en hora
pico, aunque atiende las peticiones que se le realizan.
Entorno Arquitectura tecnológica Celsia-Epsa o equipos de campo del cliente 100% operativo,
55
con total disponibilidad
Medida El tiempo de respuesta no debe superar los 5 segundos
Táctica Se asocia con la táctica de disponibilidad – Ping/Echo y Excepciones / Hearbeat
2.1.4. Portabilidad: Adaptabilidad
• Atributos de adaptabilidad evidenciados:
o Al ser modalidad de servicio se debe asegurar que la necesidad del cliente se adapte a la tecnología
disponible para el contexto sin requerir comercialmente que cargar sobrecostos por uso en la
tecnología.
o Se requiere incluir complementos adicionales por necesidad particulares de un proyecto sin afección
a la solución tecnológica.
Tabla 17 – Escenario 1 / Portabilidad: Adaptabilidad – (fuente: propia)
Supuestos Se tiene un contrato con un cliente el cual demanda incluir funcionalidades
especializadas para la gestión de energéticos particulares de tipo térmico.
Fuente Arquitectura tecnológica Celsia-Epsa
Estimulo Monitoreo, Consultas, Analisis
Artefacto Arquitectura tecnológica Celsia-Epsa
Respuesta La arquitectura permite realizar configuraciones particulares adicionales; por ejemplo,
a nivel de las herramientas de software se permite instalar plugins sin afectación a
otros proyectos productivos, y permitiendo a su vez analizar la información de índole
térmico requerido por proyecto particular. A nivel de equipos de campo se pueden
agregar nuevos sensores sin afectar o crear una indisponibilidad para un proyecto.
Entorno Arquitectura tecnológica adaptada.
Medida Ninguno.
Táctica Generalizar modulo
2.1.5. Seguridad: Integridad
• Atributos de integridad evidenciados:
o Se deben cumplir reglamentos regulatorios de ciberseguridad.
Tabla 18 – Escenario 1 / Seguridad: integridad – (fuente: propia)
Supuestos Se tiene un contrato con un cliente y equipos en sus instalaciones; el equipo permite
tener niveles de autenticación y cumple con los protocolos de seguridad acordados.
Fuente Equipos de campo
Estimulo Monitoreo, Consultas, Análisis
Artefacto Plataforma tecnológica Celsia-Epsa, herramientas de software de red.
Respuesta El equipo al realizar un comando de telnet bloquea el comando enviado por un
tercero y no por la plataforma tecnológica, evitando cualquier intento de intrusión y/o
manipulación.
56
Entorno Plataforma tecnológica Celsia-Epsa o equipos de campo del cliente 100% operativo,
con total disponibilidad
Medida Ninguno.
Táctica Autenticación a usuarios.
2.2. Tácticas
2.2.1. Compatibilidad: Interoperabilidad
• Orquestación: se utilizará como mecanismo de control para coordinar, gestionar y secuenciar la invocación
de servicios particulares.
2.2.2. Fiabilidad: Disponibilidad
• En tiempo de ejecución
o Ping/Echo: Como práctica de mantenimiento y gestión de la infraestructura, se programa el envío de
mensaje a los servidores incluyendo los que tiene redundancia activa con el fin de garantizar que
estos lo devuelvan en un tiempo determinado, de manera que, si no regresan los mensajes en un
rango de tiempo establecido, quizás el receptor está fuera de servicio o está degradando su servicio.
o Excepciones: Como práctica de mantenimiento preventivo, para detección de anomalías que podrían
impedir el normal funcionamiento de las aplicaciones de la solución con el fin de evitar un fallo
general del sistema.
o Heartbeat: A nivel de servidores se habilitan mediante una vinculación de una señal periódica que
detecte fallas sobre el componente monitoreado.
• El modelo de negocio requiere que el servicio del cliente tenga alta disponibilidad, por lo que se propone un
esquema de redundancia y recuperación ante fallas:
o Redundancia activa: Los componentes reciben los eventos en paralelo, así que todos ellos estarán
en el mismo estado. Si uno falla, cualquiera de los otros puede ocuparse del trabajo que debía hacer
el componente caído.
• Para restablecer un servicio después de recuperar un componente fallido:
o Sincronización de estado: Al recuperar el componente, se emite una señal de sincronización con los
equipos de campo con la finalidad de volver a la actividad normal. Esto debido a la redundancia que
se logra con los equipos de campo.
2.2.3. Portabilidad: Adaptabilidad
57
• Generalizar módulo: Extender funcionalidades de un elemento de campo o a nivel de software, para que
cualquier entrada futura permita su ejecución independiente de que se tenga que realizar nuevos cambios
estructurales.
2.2.4. Seguridad: Integridad
• Autenticar a los usuarios: Habilitación de la autenticación con la finalidad de asegurarse de que un usuario o
equipo remoto sea identificado y autorizado.
58
CAPÍTULO 4
Objetivo 4: Definir una arquitectura tecnológica de automatización que soporte nuevos negocios en Celsia-Epsa.
1. Propuesta de arquitectura tecnológica para automatización
Con la visión de capacidades esperadas, visión arquitectónica del producto, y la visual de los modelos de referencia
arquitectónicos estudiados internamente en Celsia-Epsa, se usaron 2 modelos de referencia arquitectónica (SGAM
y RAMI) con los que se posibilitó el entendimiento técnico y de interoperabilidad para el nuevo negocio; las
siguientes vistas arquitectónicas ilustran la composición propuesta que debe tener cada capa y dominio propuesto
en la arquitectura tecnológica de automatización que soporte nuevos negocios en Celsia-Epsa.
Ilustración 18 – Vista arquitectónica SGAM vs RAMI 4.0 – (Fuente: Celsia – Arquitectura)
La ilustración anterior presenta una interrelación SGAM – RAMI 4.0, frente a los componentes que se deben
contemplar para la arquitectura de automatización e IoT. Como se ve, los modelos visualmente proponen capas;
sin embargo, su composición y finalidad convergen. Por ejemplo:
• Lo que se denomina dominio de dispositivo en SGAM para la propuesta de RAMI 4.0 son activos, en
ambos modelos hacen referencia a los dispositivos a intervenir y/o medir.
• SGAM agrupa dentro del dominio de borde equipos de comunicaciones y tecnologías de conectividad;
RAMI lo desagrega en dos capas una para conectividad y otra para comunicaciones;
• SGAM propone un dominio de plataforma donde se definen las funciones de negocio y las
interrelaciones de información; RAMI 4.0 lo desagrega en capa de información y capa de funciones;
• Ambos modelos proponen dominios de negocio con el mismo alcance; es decir, los componentes
estratégicos de negocio o producto.
Para la definición de la arquitectura y por el “core” de negocio que maneja Celsia-Epsa, se opta por trabajar con
Negocio
Dominio
Plataforma
Dominio
Borde
Dominio
IoT Architecture
Dispositivo
Dominio
Negocio
Funciones
Información
Comunicaciones
Conectividad
ActivosMundo
Real
Mundo Digital In
tero
pe
rab
ilid
ad
59
RAMI 4.0 para la definición de cada capa. Como parte de la cadena de valor se usarán los dominios de Generación,
Transmisión, Distribución, Recursos Distribuidos y Clientes, debido a que la propuesta pretende una integración
entre el nuevo negocio y el negocio tradicional (Smart Grids).
De acuerdo con lo anterior, la siguiente ilustración representa la capa de negocio y sus componentes principales
de nivel estratégico Celsia-Epsa y de producto esperado que se expusieron tanto en el modelo Canvas como en
las capacidades esperadas de producto. Como se identifica a nivel de mercado, se esperan soluciones de eficiencia
energética y automatización. De esta vista se resalta lo siguiente:
• Un valor agregado desde la perspectiva de producto comercial es brindar al cliente un análisis de
comportamiento de todos los subsistemas instalados, escalamiento de alarmas, advertencias; esto se
logra con la supervisión de todas las señales monitoreadas y supervisadas.
• Ofrecer toda la externalización de la gestión remota, monitoreo, supervisión y mantenimientos,
logrando con ellos llevar al cliente a que se enfoque en su “core” de negocio y permita que Celsia-Epsa
realice toda esta labor.
• Asistencia y apoyo permanente al cliente final del proyecto.
• Conocimiento de grandes proyectos, cargas energéticas y su relación con el negocio de la distribución.
60
Ilustración 19 – Vista arquitectónica / Capa de Negocio – (Fuente: propia)
La siguiente ilustración representa las funciones propias de la arquitectura propuesta. Monitoreo, supervisión y
control son realizadas a nivel de empresa y operación con la opción de que el mercado pueda igualmente
consumir todas estas funcionalidades e información; los equipos se consideran con funcionalidades similares para
poder cubrir requisitos de proyectos que no requieran de servicios de supervisión por parte de Celsia-Epsa.
Capa de Negocio
Mercado
Empresa
Operación
Estaciones
Campo
Proceso(Transformación)
Dispositivos
Generación Transmisión DistribuciónRecursos
DistribuidosClientes
Soluciones para eficiencia
energetica
Soluciones para automatización
Mantenimientos correctivos /preventivos
Análisis de información de
proyectos supervisados
Programa de supervisión y/o
control de la infraestructura
del clienteAsistencia de
apoyo al negocio del
cliente
Monitoreo, Supervisión,
Control y Medida
Diagnósticos, diseños de
necesidades de eficiencia y
automatización
61
Ilustración 20 – Vista arquitectónica / Capa de Funciones – (Fuente: propia)
La siguiente ilustración representa la capa de información, la cual determina los componentes de software que
contempla la solución en el nivel de empresa y de operación como también lo mínimo esperado a nivel de
capacidad de equipos de campo.
Capa de Funciones
Mercado
Empresa
Operación
Estaciones
Campo
Proceso(Transformación)
Dispositivos
Generación Transmisión DistribuciónRecursos
DistribuidosClientes
Multiples señales y variables
- Corrientes- Voltajes- Potencia- Energías
- Factores- Frencuencias- Temperaturas- Estados
Edificio: Nucleo de Operación de Visión Avanzada NOVA (Centro Gestión de Tecnología)
Control de Cargas
MediciónControl de
EmergenciaCondiciones Ambientales
Desconexión de equipos
Control Automatico
Monitoreo
Desconexión de equipos
Control Automatico
Monitoreo
Traducción protocolos
SupervisiónGestión remota
BMS
62
Ilustración 21 – Vista arquitectónica / Capa de Información – (Fuente: propia)
Para lograr capacidades de convergencia tecnológica, los equipos de borde contemplan sistemas embebidos que
puedan incluir a menor escala los mismos componentes de la vista arquitectónica ya que para casos de
desconexión, aislamiento de proyectos o simplemente casos de negocio donde el cliente no requiera de
soluciones centralizadas, este debe poder suplir las funcionalidades por sí solo.
Capa de Información
- Indicadores- Señales de operación
Multiples señales y variables
Mercado
Empresa
Operación
Estaciones
Campo
Proceso(Transformación)
Dispositivos
Generación Transmisión DistribuciónRecursos
DistribuidosClientes
- Corrientes- Voltajes- Potencia- Energías
- Factores- Frencuencias- Temperaturas- Estados
Edificio: Nucleo de Operación de Visión Avanzada NOVA (Centro Gestión de Tecnología)
Almacenamiento Alarmas Eventos
- Señales de operación
- Integraciones
Gateway en nube
Operación y administración
Transformación
BMS
Transformación Almacenamiento
Alarmas Eventos
Conectividades
63
Un elemento primordial a nivel del macro componente BMS, es el Gateway en nube ya que este filtra y permite
las conexiones entrantes y salientes de y hacia la solución a partir de autenticaciones para dispositivos acreditados
y registrados previamente; a su vez este Gateway lógico contempla:
• Administrador de conectividad y protocolos, el cual dispone del modelo de datos maestro o plantillas de
protocolos que permiten entender los datos empaquetados desde campo.
• Modelo de datos que administra los tipos de señales y valores de los dispositivos de campo.
• Motor de comunicaciones y conectividad que interpreta, procesa los datos entrantes y salientes para el
monitoreo y control.
• Gestión del monitoreo, el cual ejecuta las actividades de adquisición de datos de los dispositivos basados en
las reglas del modelo de datos y el motor de comunicaciones y conectividad.
• Control, para el envío de comandos a equipos de borde o actuadores en campo.
• La operación y administración gestiona el modelo de datos, los modelos de conectividad y protocolos.
Para el procesamiento, análisis y almacenamiento, se contempla un gestor del dato tanto para la presentación
como transformación y almacenamiento, a su vez lo correspondiente a alarmas y eventos:
• Procesamiento de datos en tiempo real, el cual permite la interacción con el broker del Gateway gestionando
el dato crudo hacia las aplicaciones, APIs, almacenamientos y alarmas.
• Se contempla una transformación del dato adquirido para posteriormente ser almacenado y presentado.
• El almacenamiento corresponde al gestor con la base de datos de tiempo real e histórica en el cual se
almacenan los datos crudos, transformados, alarmas, eventos y logs generales de solución con sus respectivas
estampas de tiempo.
• La administración y motor de alarmas que se alimenta de los datos adquiridos para generar con base a los
diversos tipos de alarmas que se pudieran contemplar.
• Ejecución y administración de eventos y estrategias de control por demanda o automáticas a través de un
motor de eventos.
A nivel de aplicaciones, se consideran herramientas gestoras para la operación de administración de la solución
como también lo aplicable para realizar las funciones de supervisión y control. Igualmente es considerado un
componente de integraciones que tiene como objetivo exponer las funcionalidades que la solución pueda proveer
para el consumo de aplicaciones de terceros. A continuación, se presenta una vista de detalle del macro
componente BMS y los elementos indicados previamente.
64
Ilustración 22 – Vista arquitectónica componentes identificados – (Fuente: propia)
Las dos siguientes ilustraciones representan la capa de comunicación y de conectividad, en las cuales los
dispositivos y equipos de borde presentan capacidades de comunicación y conectividad aplicable al ámbito del
negocio empresas (Edificios Inteligente). Estos por interoperabilidad requerida soportan protocolos y tecnologías
estándares por escalabilidad técnica e igualmente por estrategia comerciales, ya que permite viabilizar proyectos
grandes y pequeños, donde se espera con baja inversión obtener las mismas capacidades funcionales hacia los
clientes. Estos dispositivos corresponden a sensores, actuadores, dispositivos de medida, equipos de borde, entre
otros, donde se contemplan mínimamente los siguientes ítems explorados en el estado del arte:
• Comunicación: TCP/IP (IPv4 e IPv6),DHCP/DNS, SNMP,HTTP/HTTPS,NTP,TSL/SSL, MQTT, CoAP, Rest.
• Conectividad: Modbus, Bacnet, Zigbee, DALI, LONWorks, Wifi, Bluetooth, KNX, Ethernet, RS485, USB, etc.
Dispositivos de campo
Sen
sore
s, A
ctu
ado
res,
Dis
posi
tivo
s de
med
ida
, etc
.
Elementos de borde
Gateway en nube
Au
ten
tica
cio
nes
Bro
ker
Monitoreo
Control
Modelo de datos
Modelos de conectividad -
Protocolos
Procesamiento, Analisis y Almacenamiento
Procesamiento de datos tiempo real
Transformación
Reglas de transformación
Motor de transformación
de datos
Almacenamiento
Almacenamiento Data Tiempo Real
Alarmas
Eventos
Logs
Alarmas
Administración de alarmas
Monitoreo y motor de alarmas
Eventos
Administración de Eventos / Estrategias
Motor de eventos
Motor de comunicaciones y conectividad
Almacenamiento Data Historico
Aplicaciones
Aplicaciones
Integraciones
Operación y administración de la solución
Middleware
65
Ilustración 23 – Vista arquitectónica / Capa de Comunicación – (Fuente: propia)
Capa de Comunicación
-Modbus TCP
-TCP-IP
EDGE/EGPRS3GPP
Mercado
Empresa
Operación
Estaciones
Campo
Proceso(Transformación)
Dispositivos
Generación Transmisión DistribuciónRecursos
DistribuidosClientes
Edificio: Nucleo de Operación de Visión Avanzada NOVA (Centro Gestión de Tecnología)
Ethernet
IEEE802.3u
Router
Ethernet
IEEE802.3u
Automatización Administración Energéticos
Reportes
WAN
Gateway
RS 485 (TIA-485-A.222)
Rs 232 (ANSI-TIA-232-F)
100BASE-LX10IEEE802.3ah
IEC 61158-1; IEC 61784-2 como CPF 15/1Red Modbus
Analizador / Gateway
-Corriente (4-20 mA)
-Voltaje (0-5V, 2-10V)
-Corriente (4-20 mA)
-Voltaje (0-5V, 2-10V)
Analizador
Router SE
-Modbus TCP
-TCP-IP
Ethernet
IEEE802.3u
RS 485 (TIA-485-A.222)
Rs 232 (ANSI-TIA-232-F)
BMS
66
Ilustración 24 – Vista arquitectónica / Capa de Conectividad – (Fuente: propia)
La siguiente ilustración presenta la capa de componentes. En esta solo se presenta de manera general los
dispositivos que son intervenidos para monitoreo, supervisión y control con su respectiva relación de los elementos
superiores de la cadena de valor, que para el caso de estudio son los clientes y el negocio de Distribución.
Capa de Conectividad
WAN
GatewayEthernet
IEEE802.3u
Ethernet
IEEE802.11g
100BASE-LX10IEEE802.3ah
Edificio: Nucleo de Operación de Visión Avanzada NOVA (Centro Gestión de Tecnología)
Front end communications
Ethernet
IEEE802.3u
IEC 61158-1; IEC 61784-2 como CPF 15/1Red Modbus
Ethernet
IEEE802.3u
Mercado
Empresa
Operación
Estaciones
Campo
Proceso(Transformación)
Dispositivos
Generación Transmisión DistribuciónRecursos
DistribuidosClientes
Router
Ethernet
IEEE802.3u
Analizador / Gateway
-Corriente (4-20 mA)
-Voltaje (0-5V, 2-10V)
-Corriente (4-20 mA)
-Voltaje (0-5V, 2-10V)
Automatización Administración Energéticos
Reportes
Ethernet
IEEE802.3u
Ethernet
IEEE802.3u
RS 485 (TIA-485-A.222)
Rs 232 (ANSI-TIA-232-F)
RS 485 (TIA-485-A.222)
Rs 232 (ANSI-TIA-232-F)
BMS
67
Ilustración 25 – Vista arquitectónica / Capa de Componentes – (Fuente: propia)
Uno de los elementos primordiales de la propuesta arquitectónica es la interoperabilidad de capas, por lo tanto,
para el entendimiento general del mismo a continuación se presenta una ilustración que busca con ellos dar
mayor claridad y precisión de la propuesta.
Mercado
Empresa
Operación
Estaciones
Campo
Proceso(Transformación)
Dispositivos
Edificio: Nucleo de Operación de Visión Avanzada NOVA (Centro Gestión de Tecnología)
Gateway
Automatización
Generación Transmisión DistribuciónRecursos
DistribuidosClientes
Capa de Componentes
- Medidores- Sensores- Actuadores
Administración Energéticos
Analizador / Gateway
- Analizador
Reportes
BMS
68
Ilustración 26 – Vista arquitectónica de interoperabilidad entre capas – (Fuente: Celsia – Arquitectura)
Activos
Conectividad
Comunicaciones
Información
Funciones
Negocio
Medidores
Controller
Surveillance
Thermostat
Proximity & LAN Communications: Zigbee, 6LowPan, WiFi, Bluetooth 4.0, RFID/NFC, LoRa,
IEEE 802.15, 3GPP...
Protocolos de comunicación:TCP/IP, MQTT, CoAP, HTTP, REST, MWM2M, AMQP, GPRS, PSTN, ...
Cross Protocol Gateway
Agent Gateway
Administración de canales
Comunicación Servicios
Segurdad y Control
Front-End Comunicaciones.
Digital I/O Analog I/O Archivos Setpoints
APIs
Autenticaciones y seguridad
Ingenieria de aplicaciones
Aplicaciones de negocio
Reporteria Reglas de negocio
Despliegues de usuario
Sensores Switch Inverter
Communication protocols adaptation & Normalization
Proximity & LAN Communications: Zigbee, 6LowPan, WiFi, Bluetooth 4.0, RFID/NFC, LoRa, IEEE
802.15, 3GPP, FieldBus, KNX, BACNet, LonWorks, X10, ...
Consolas de administración
Analisis de datos y monitoreo
Administración del sistema y operaciones
Controles
Cadena de valor de utilidad
Gestión de datos
69
Como vista general del negocio y producto, la implementación optó por soluciones especializadas e integradas
que cubrieran las capacidades esperadas en el corto, mediano y largo plazo. En la siguiente ilustración se presenta
para el ámbito de aplicación de Edificios Inteligentes, una distribución a nivel de servidores donde uno de ellos es
destinado para las capacidades de control, otro destinado para la administración de energéticos e integrados a
través de servicios para el traslado de los datos. La ilustración igualmente presenta dos capas transversales de
telecomunicaciones y ciberseguridad que van desde los dispositivos de campo hasta las soluciones de software.
Ilustración 27 – Vista arquitectónica servidores esperados / Desacoplamiento por negocio – (Fuente: propia)
Administrador de Energeticos
SOA
Automatizacion
Dis
po
siti
vos
de
Cam
po
Acc
eso
(W
AN
)
Infr
aest
ruct
ura
C
els
ia
Ges
tió
n d
e Te
leco
mu
nic
acio
nes
Cib
erse
guri
dad
Redes Terceras Redes Propias
Almacenamiento e Historiador
Consola de AdministraciónE Ingenieria
Estaciones Web
Ap
licac
ion
es
OtrosSubmedición Incendio
IlumininaciónHVAC Equipos electromecánicos(bombas, plantas de emergencia,etc)
Equipo de borde
IP,TCP,DHCP/DNS,HTTP/HTTPS,NTP, TSL/SSL
TCP/IP - Modbus - Bacnet - Zigbee – SNMP, DALI – LONWorks, etc.
IP/DNS,TCP,HTTP/HTTPS,NTP,SMTP, SSL/TSL
IP/DNS,TCP,HTTP,NTP,SMTP, SSL/TSL
HTTP/HTTPS
Acceso WAN
Dispositivos Moviles
HTTP/HTTPS
.
70
CAPÍTULO 5
Objetivo 5: Seleccionar el esquema de validación de arquitectura y homologar con referencia al marco de
aplicación de la empresa Celsia-Epsa.
1. Contextualización - Aplicación de pruebas
La validación de la arquitectura tecnológica propuesta para la implementación de un nuevo negocio asociado a
la automatización se realizó mediante la aplicación de pruebas en pilotos activos de infraestructura propia de
Celsia-Epsa (específicamente cerros de telecomunicaciones), los cuales carecían de monitoreo y automatismo, a
pesar de ser sitios remotos y de difícil acceso. En la ejecución de las pruebas se validó la integridad de la
arquitectura tecnológica propuesta para aplicación en el contexto de automatización como también las
capacidades identificadas en capítulos anteriores. Una de las características importantes de las pruebas es que por
los activos seleccionados transitan tres de los principales servicios requeridos para el control de activos de
generación, transmisión y distribución de energía de Celsia-Epsa, por lo cual toda la información monitoreada era
critica, siendo esto un apalancador tanto del resultado esperado como de la aplicabilidad de esta idea como
negocio para clientes externos. A continuación, los servicios de vital importancia que prestan los cerros de
telecomunicación:
• Red corporativa y seguridad física
• Red operativa de las subestaciones y embalses (Enlace de las RTUs)
• Trunking (servicio de radio para voz y datos)
Para la validación era de suma importancia poder tener infraestructura tecnológica instalada en sitio, de tal manera
que esta permitiera cubrir y probar las capacidades que dichos sitios requerían; por lo tanto, a continuación, se
listan capacidades a nivel estratégico relacionadas en el capítulo 2 e implementadas para cuatro cerros de
telecomunicaciones ilustrando vistas de detalle más la explicación detallada de lo desplegado a nivel de campo y
su interacción con las demás capas de la arquitectura planteada.
Tabla 19 – Visual general de activos seleccionados como esquema de validación – (fuente: propia)
Cerro Coordenada Fotografia
Cerro NIMA (Palmira) Coordenadas:
N 3 32 15.03 - W76 11
32
Altura:
1363 m
71
Cerro FRIAS (Obando) Coordenadas:
N4 38 24.0 - W75 54
00.0
Altura:
1500
Cerro PARAMILLO
(Calima)
Coordenadas:
N3 29 7.7 - W76 37
37.4
Altura:
2250
Cerro PEÑON (Salvajina) Coordenadas:
N2 56 15.7 - W76 41
30.5
Altura:
1383
Tabla 20 – Funcionalidades implementadas en los activos seleccionados como esquemas de validación – (fuente:
propia)
Funcionalidades sintetizadas a nivel estratégico
1. Administración de Energéticos
Monitoreo de señales del alimentador circuito externo y planta de emergencia.
Monitoreo de estados de señales transferencia eléctrica, centro de carga, estado del ATS (switch de
transferencia eléctrico), estado del supresor del centro de carga
2. Building (Automatización)
Monitoreo de sensores de temperatura en cuarto de telecomunicaciones, cuarto de planta de emergencia,
cuarto de planta de baterías
3. Funcionalidades - Seguridad Electrónica
72
Monitoreo de sensores de apertura y cierre cuarto telecomunicaciones, cuarto planta de emergencia, cuarto
tanque de combustible, puerta del tablero del centro de carga,
Monitoreo de sensores de humo en cuarto de telecomunicaciones, cuarto de baterías, cuarto tanque de
combustible, cuarto de la planta de emergencia
2. Validación y Homologación – Ejecución de protocolos de pruebas
2.1. Selección de herramientas de software
Basado en lo referenciado, respecto a capacidades esperadas, protocolos para conectividad, transferencia de
datos y marcos de aplicabilidad, se listan 5 elementos de restricción/falencias identificados de las herramientas
estudiadas:
• En las herramientas de libre distribución y comerciales eran notables los inconvenientes en la capacidad de
respuesta en tiempo real, la heterogeneidad y la interconectividad.
• No se evidenciaba la interoperabilidad deseada debido a la prevalencia de protocolos propietarios.
• Solo se permitían implementaciones standalone por proyecto debido a que sus modelos comerciales se
basaban en la réplica de infraestructura como parte del ingreso del producto.
• La aplicabilidad a diversos contextos se truncaba convencionalmente por los modelos comerciales de las
fábricas o de los productos debido que debían adquirirse la vertical del producto completas; es decir, no se
lograba modularidad.
• En soluciones de libre distribución no lograban concentrar los despliegues esperados a nivel de conectividad
para los contextos de estudio.
Viéndose herramientas de fabricantes referenciados y documentados, se seleccionó 3 herramientas de la fábrica
Schneider, esto debido a:
• Herramienta de software de supervisión independientes para aplicaciones energéticas y control
respectivamente, que permitían maximizar eficiencia operacional basado en el modelo negocio esperado.
• Permiten escalabilidad al desempeño de los casos de negocio particulares.
• Cubre las capacidades estratégicas expuestas en el capítulo 2 y las capacidades técnicas expuestas en capítulo
3.
Con base en estos criterios, las herramientas fueron implementadas bajo las siguientes especificaciones:
Tabla 21 – Especificación de servidores – (fuente: propia)
Recomendado
Procesador X2 Intel Xeon E56xx/4core @ 4GHZ
Memoria 24 GB
Disco duro HDD x6 300+ GB
Sistema operativo Microsoft Windows Server 2012 R2 (64 bits), por política corporativa.
Ambientes distribuidos Si
73
Motores de BD SQL Server 2012 Standard, Enterprise, Business Intelligence, SP2
Notas:
• Debido a que las herramientas de software no habían sido instaladas en ambientes distribuidos, se precisó
de fábrica directamente para empaquetar instaladores que permitieran las instalaciones en ambientes
distribuidos.
• Toda la información de instalación y manuales de usuario puede ser consultada en los anexos 5, 6, 7, 8 y
9.
2.2. Aplicación de las pruebas
Uno de los principales retos en la implementación fue alinear las herramientas de software comercial con la
arquitectura de referencia presentada anteriormente, debido a que a la fecha no se habían implementado dichas
herramientas en este sentido, es decir se encontraban casos de éxito aislados que no permitían modelar bajo una
sola arquitectura tecnología distribuida diversos contextos de aplicación y bajo un modelo para la presentación
de nuevos negocios a clientes externos.
Las herramientas de software centralizadas para este caso corresponden al SCADA planteado con capacidades
de recolección de datos Modbus IP, BACnet denominado Enterprise Server y el administrador de energéticos
propuesto denominado Power Monitor Energy; ambas herramientas permiten la obtención de data de campo
parametrizada que facilita la supervisión y control requerido.
Las señales de sensores y actuadores en campo fueron centralizadas en un equipo denominado SBO -
StruxureWare Building Operation de Schneider, el cual permite compatibilidad con diversidad de equipos a través
de Modbus, BACnet, entre otros. En ese sentido el proyecto en campo intervino:
• Planta de Emergencia.
• Transferencia Automática.
• Switch de Transferencia Automática.
• Centro de carga principal AC.
• UPS
• Aires acondicionados
• Circuitos del Tablero Eléctrico
• DPS
• Temperatura en las diferentes áreas
• Sistema de Detección de Incendio
Las funcionalidades de la tecnología fueron enmarcadas para las pruebas en:
• Pruebas de adquisición de data sobre equipos de campo.
• Pruebas de control sobre equipos de campo.
• Pruebas de configuración locales y remotas.
• Validación de instalación, configuración.
74
A nivel de interfaces de comunicación / hardware se incluyen en las pruebas las siguientes:
• Sistema de automatización, control y monitoreo de SBO
o Interface de Comunicación de entrada: Modbus RTU
o Interface de Comunicación de entrada: BACnet
o Interface de Comunicación de Salida: Ethernet IP
• Pasarela para Analizadores de Red (Com´X 510)
o Interface de Comunicación de entrada: Modbus RTU
o Interface de Comunicación de Salida: Ethernet IP
Para el desarrollo de las pruebas de canales de comunicación se usaron herramientas de diagnóstico genéricas
que permitían identificar apertura de puertos, rutas de conexión, tiempos de respuesta, anchos de banda,
limitaciones generales del canal; dentro de las pruebas se logró conectividad con soluciones de: Radio, Fibra
Óptica, Módem Celular.
2.3. Vista arquitectura tecnológica y aplicabilidad a proyectos de pruebas
Basado en la arquitectura propuesta, a continuación, se ilustra la vista extendida integrando 4 proyectos de campo
correspondientes tal y como se mencionó previamente, a cerros de telecomunicaciones.
Cerro de Telecomunicaciones Cerro Paramillo
Servidor de aplicacion
Servidor de base de datos
Servidor Web
Estación de trabajo
Equipo central de campo
Cerro de Telecomunicaciones Cerro Nima
Esquema para Report Server
Report ServerWorkStationConsola de Administración
E Ingenieria
Power Monitor Energy
Esquema para PME
AS-P-NIMA AS-P-PARAMILLO
WebServices / ES - PME
Enterprise Server
Cerro de Telecomunicaciones Cerro Frias
AS-P-FRIAs
Cerro de Telecomunicaciones Cerro Peñon
AS-P-PEÑON
... ... ... ...
Consolas de administración y configuraciónCliente Web para
monitoreo y/o control
Ilustración 28 – vista arquitectónica implementando 4 proyectos – (Fuente: propia)
Con base en lo anterior se identifica que:
• La arquitectura permite flexibilidad debido a que su composición permite el funcionamiento de los proyectos
centralizando data como también en modalidad stand-alone en caso de presentar desconexiones con la
plataforma central por fallas del canal de comunicación; también desacople a nivel de capacidades
75
estratégicas esperadas debido a que proyectos que solo demanden necesidades de administración de
energéticos, el modelo de negocio solo monetizaría lo requerido para el caso de negocio.
• La interoperabilidad es lograda mediante la integración de diversidad de equipos y protocolos de
comunicación abiertos aplicables a los contextos de las pruebas logrando para las diversas capas
mencionadas en los marcos de referencia del capítulo 1, como también en el capítulo 4 donde se presenta la
arquitectura propuesta;
• La escalabilidad es cumplida debido a que pueden sumarse nuevos proyectos en diversos contextos o
necesidades a cada proyecto puntual sin afectar el rendimiento de los demás;
• Para la seguridad se validan los mecanismos requeridos de ciberseguridad indicados por Celsia en sus
políticas, como también la habilitación de componentes de seguridad para autenticaciones, entre otros.
De los puntos anteriormente mencionados serán detallados en el validación de los resultados respecto a los
escenarios expuestos en el capitulo 3.
El equipo central permite el monitoreo, supervisión y control; además de cumplir con capacidades de Gateway,
permite la conectividad con las herramientas de la arquitectura central de Celsia-Epsa y dispositivos como
sensores. Este equipo también trae embebidos puertos de comunicación en los cuales se habilitó por el puerto
COM A, la red Modbus para monitorear y controlar equipos de cierre y apertura de cargas; en el puerto COM B,
la red BACnet para monitorear y controlar los termostatos “fan coil unit controller”. Adicionalmente se implementó
un módulo de entradas universales UI16 por medio del cual se conectaron todos los sensores de humo, contactos
auxiliares para identificar de estados, sensores magnéticos, de inundación y sensores de combustible. La
información que se recolecta es enviada por este equipo central al Enterprise Server, quien recibe, almacena y
gestiona.
Ya que la arquitectura tecnológica permite el desacople entre la gestión de los productos y la automatización de
estos, ello facilita su adaptación a diferentes contextos y requerimientos de negocio. Para las necesidades de
medida, se implementó una red Modbus RTU con 2 analizadores de red (referencia: IEM3255 de Schneider,
pudiendo ser cualquier dispositivo que cumpla Modbus), uno para el monitoreo de la red externa y el segundo
para monitoreo de la planta eléctrica. Este último en caso de falla de suministro de la red externa; ambos
analizadores de red al ser seriales se conectan a una Gateway (Referencia: Com´x 510 de Schneider; sin embargo
pudiera ser cualquier otro dispositivo siempre y cuando sea Modbus) que convierte de Modbus RTU a Modbus TCP
con el fin de enviar la información a la administración de energía denominada Power Monitor Energy, el cual
recibe y gestiona toda la data que recibe de campo.
Debido a que la herramienta Enterprise Server por ser un SCADA permite control, se habilitó y configuró un Web
Service para él envío de información desde el Power Monitor Energy a este, con fin de desplegar visualmente en
él, la información de medida que recolectan los analizadores de red como a su vez para implementar estrategias
de control como apagados automáticos de circuitos de iluminación por sobreconsumos que requieran a medida
que el proyecto se estabilice y madure.
Nota: las plantas eléctricas intervenidas contaban con tarjetas de comunicación que precisaban del módulo de
entrega de datos en Modbus RTU como también de automatización local, la cual no fue intervenida.
Seguido se presentan las vistas arquitectónicas para los 4 proyectos y explicación del montaje realizado, como
parte de la verificación de la arquitectura del concentrador de campo hasta los sensores y/o actuadores.
76
Tabla 22 – Vista local de la implementación en campo – (fuente: propia)
Cerro de
telecomunicación
Detalle de arquitectura e implementación
Cerro NIMA
(Palmira)
Puerto COM A: se realiza red Modbus con 2 equipos Smartlink Schneider conectados
• Red Modbus (Equipos Smartlink Schneider 1)
o puerto 1: s1 iluminación interna y externa, tomas 110 cuarto de equipos
o puerto 2: s2 iluminación interna y externa, tomas 110 cuarto de equipos
o puerto 3: s3 iluminación interna y externa, tomas 110 cuarto de equipos
o puerto 4: s4 iluminación interna y externa, tomas 110 cuarto de equipos
o puerto 5: s5 entrada ups toma beigh
o puerto 6: s6 inversor
o puerto 7: s7 torre antena
o puerto 8: s8
o puerto 9: aire acondicionado
o puerto 10: transformador carga Enatel
o puerto 11: s11 toma 220v cuarto planta eléctrica
• Red Modbus (Equipos Smartlink Schneider 2)
o puerto 1: reflector
o puerto 2: s9
• Nodos asignados para Smartlink Schneider en red Modbus:
o Smartlink Schneider 1: dirección 50
o Smartlink Schneider 2: dirección 51
Puerto COM B: se realiza red BACnet con 3 termostato: BACnet fan coil unit controller
conectados
• Red Bacnet (equipos termostato fan coil unit controller conectados)
o termostato fan coil unit controller 1(cuarto de baterías)
o termostato fan coil unit controller 2 (cuarto de control)
o termostato fan coil unit controller 3 (cuarto de planta eléctrica)
77
Entradas digitales:
• In1: sensor humo 1 (cuarto de baterías)
• In2: sensor humo 2 (cuarto de control al fondo)
• In3: sensor humo 3 (cuarto de control al frente)
• In4: sensor humo 4 (cuarto de planta eléctrica)
• In5: sensor humo 5 (cuarto de tanque de combustible)
• In6: estado de muletilla transferencia automática (normal)
• In7: estado de muletilla transferencia automática (emergencia)
• In8: estado de contacto auxiliar (red eléctrica externa)
• In9: estado de contacto auxiliar (red eléctrica planta)
• In10: sensor magnético de puerta gabinete de control
• In11: sensor de inundación.
• In12: Auxiliar DPS.
• In13: sensor nivel combustible
• In15: sensor nivel combustible ultrasonido
Cerro FRIAS
(Obando), Cerro
PEÑON
(Salvajina)
Puerto COM A: se realiza red Modbus con 1 equipo Smartlink Schneider conectados
• Red Modbus (equipos Smartlink Schneider 1)
o puerto 1: s1 Baliza torre
o puerto 2: s3 Inversor
o puerto 3: s4 Inversor
o puerto 4: s5 Rectificador Martel
o puerto 5: s6 Mini Split (Aire acondicionado)
o puerto 6: s7 Cargador de baterías
o puerto 7: s8 Iluminación piso 1 y 2
o puerto 8: s9 Cargador de baterías
o puerto 9: s10 Tomas 110vac lado izquierdo piso 2
o puerto 10: s11 Tomas 110vac piso 2
o puerto 11: s12 Reflectores
Puerto COM B: se realiza red Bacnet con 3 termostato: Bacnet fan coil unit controller
78
conectados
• Red Bacnet (equipos termostato fan coil unit controller conectados)
o termostato fan coil unit controller 1 (cuarto de equipos)
o termostato fan coil unit controller 2 (cuarto de planta eléctrica)
o termostato fan coil unit controller 3 (cuarto de baterías)
Entradas digitales:
• In1: (libre)
• In2: sensor humo 1 (cuarto de baterías)
• In3: sensor humo 2 (cuarto de planta eléctrica)
• In4: sensor humo 3 (cuarto de almacenamiento)
• In5: sensor humo 4 (cuarto de equipos)
• In6: sensor humo 5 (cuarto de equipos)
• In7: estado de muletilla transferencia automática (red eléctrica externa T2)
• In8: estado de muletilla transferencia automática (planta eléctrica T2)
• In9: estado de contacto auxiliar (red eléctrica planta T2)
• In10: estado de contacto auxiliar (red planta eléctrica T2)
• In11: estado de muletilla transferencia automática (remergencia T1)
• In12: estado de muletilla transferencia automática (normal T1)
• In13: estado de contacto auxiliar (red eléctrica villa rodas T1)
• In14: estado de contacto auxiliar (red eléctrica Obando T1)
• In15: sensor magnético tablero AS-P
• In16: sensor magnético tablero Smartlink
Cerro
PARAMILLO
(Calima)
Puerto COM A: se realiza red Modbus con 2 equipos Smartlink Schneider conectados
• Red Modbus (Equipos Smartlink Schneider 1)
o puerto 3: s9 Transformador 7.5KVA
o puerto 4: s8 Iluminación cuarto de control
o puerto 5: s7 Aire acondicionado mini Split
o puerto 6: s6 Tomas 110vac cuarto de control
o puerto 7: s5 panel de seguridad
o puerto 8: s4 Iluminación tomas 110vac cuarto planta
79
o puerto 9: s3 Aire acondicionado tipo ventana
o puerto 10: s2 Tomas 220vac lampara externa
o puerto 11: s1 Red eléctrica (alimentación UPS)
Puerto COM B: se realiza red Bacnet con 3 termostato: Bacnet fan coil unit controller
conectados
• Red Bacnet (equipos termostato fan coil unit controller conectados)
o termostato fan coil unit controller 1 (cuarto de control)
o termostato fan coil unit controller 2 (cuarto de planta eléctrica)
Entradas digitales:
• In1: sensor humo 1 (cuarto de baterías)
• In2: sensor humo 2 (cuarto de control al fondo)
• In3: sensor humo 3 (cuarto de control al frente)
• In4: estado de muletilla transferencia automática (normal)
• In5: estado de muletilla transferencia automática (emergencia)
• In6: estado de contacto auxiliar (red eléctrica externa)
• In7: estado de contacto auxiliar (red eléctrica planta)
• In8: sensor magnético de puerta gabinete de control
Cerro PEÑON
(Salvajina)
Puerto COM A: se realiza red Modbus con 2 equipos Smartlink Schneider conectados
• Red Modbus (Equipos Smartlink Schneider 1)
o Supresor
o Toma planta
o Iluminación planta
o Cargador planta
o Baliza
o Inversor
o Iluminación interior
o Tomas interiores
o Iluminación pasillo
o Iluminación baterías
80
o Tomas apto
• Red Modbus (Equipos Smartlink Schneider 2)
o Entrada ups
o Transformador aislamiento
o Cargador baterías
o Iluminación exterior
o Aire
Puerto COM B: se realiza red Bacnet con 3 termostato: Bacnet fan coil unit controller
conectados
• Red Bacnet (equipos termostato fan coil unit controller conectados)
o termostato fan coil unit controller 1(cuarto de baterías)
o termostato fan coil unit controller 2 (cuarto de control)
o termostato fan coil unit controller 3 (cuarto de planta eléctrica)
Entradas digitales:
• In1: sensor humo 1 (Cuarto Telco Rack)
• In2: sensor humo 2 (Entrada cuarto Telco)
• In3: sensor humo 3 (Tableros de distribución y automatización)
• In4: sensor humo 4 (cuarto de baterías)
• In5: sensor humo 5 (cuarto de planta)
• In6: sensor humo 6 (cuarto de tanque de combustible)
• In7: sensor nivel combustible
• In8: sensor de inundación.
• In9: sensor nivel combustible ultrasonido
• In10: Libre
• In11: estado de contacto auxiliar (red eléctrica externa)
• In12: estado de contacto auxiliar (red eléctrica planta)
• In13: estado de muletilla transferencia automática (emergencia)
• In14: estado de muletilla transferencia automática (normal)
• In15: sensor magnético de puerta gabinete de Smartlink
• In16: sensor magnético de puerta gabinete de control (Automatización)
Para la configuración de cada proyecto en la herramienta de administración de energía Power Monitor Energy y
en el Enterprise Server indicados en las ilustración anteriores (Vista local de la implementación en campo), se
realizaron las configuraciones de los despliegues navegables y las configuraciones para monitoreo y gestión. A
continuación, se presentan algunos de ilustraciones a nivel de las herramientas usadas para realizar las
parametrizaciones requeridas de equipos y señales de campo mencionadas anteriormente, como también una
vista de los diversos despliegues de usuario final para uno de los cuatro proyectos de verificación.
81
Ilustración 29 – Despliegue vista herramienta de
ingeniería para automatización – (Fuente: propia)
Ilustración 30 – Despliegue vista equipo central de
campo de denominados AS-P – (Fuente: propia)
Ilustración 31 – Despliegue vista módulo de entrada
de universal proyecto NIMA – (Fuente: propia)
Ilustración 32 – Despliegue vista configuración de
señales Modbus – (Fuente: propia)
Ilustración 33 – Despliegue vista configuración de
señales BACnet – (Fuente: propia)
Ilustración 34 – Despliegue vista registro de
tendencias / conectividad equipo central – (Fuente:
82
propia)
Ilustración 35 – Despliegue vista configuración de
señales de recepción de software de administración
de energía para analizadores de red proyecto NIMA
– (Fuente: propia)
Ilustración 36 – Despliegue vista usuario final página
principal – (Fuente: propia)
Ilustración 37 – Despliegue vista usuario final
transferencia eléctrica – (Fuente: propia)
Ilustración 38 – Despliegue vista usuario final
analizadores de red– (Fuente: propia)
Ilustración 39 – Despliegue vista usuario final
analizador de red externa – (Fuente: propia)
Ilustración 40 – Despliegue vista usuario final
analizador de red planta eléctrica – (Fuente: propia)
83
Ilustración 41 – Despliegue vista usuario final centro
de carga – (Fuente: propia)
Ilustración 42 – Despliegue vista usuario final planta
eléctrica – (Fuente: propia)
Ilustración 43 – Despliegue vista usuario final
temperatura de cuartos – (Fuente: propia)
Ilustración 44 – Despliegue vista usuario final
detectores de humo – (Fuente: propia)
Ilustración 45 – Despliegue vista usuario final
medidas en administrador de energéticos
2.4. Ejecución de pruebas
El objetivo principal de la ejecución de las pruebas contempló:
• La identificación de falencias funcionales y su posterior corrección en la configuración.
• Validación del funcionamiento de la arquitectura tecnológica aplicada a las herramientas seleccionadas.
• Validación de los canales de comunicación.
• Funcionamiento de las integraciones por servicios desplegados.
• Desacople de componentes para verificación de funcionamiento de la arquitectura.
84
Los criterios de aceptación de las pruebas determinados fueron:
• Ejecución del 100% de las pruebas planteadas por Celsia-Epsa y ejecutadas igualmente por Celsia-Epsa.
• El criterio de aceptación está definido para que el 95% de los casos de pruebas realizados fueran exitosos.
Se tuvo en cuenta que probar completamente no es posible y los casos de prueba reflejaron lo más relevante a
probar para cada proyecto. Seguido, se presenta el formato usado para documentar las pruebas técnicas, Sin
embargo, la documentación de los casos de prueba ejecutados puede ser consultada en los anexos 1, 2, 3 y 4
respectivamente.
Tabla 23 – Formato de caso de prueba – (fuente: propia)
CASO DE PRUEBA
Tipo de Prueba: Descripción del tipo de prueba Código de
la prueba
Codificación de la prueba
Descripción de la
prueba
Descripción del objetivo de la prueba
Versión de Ejecución Versión de ejecución de la
prueba
Fecha de
Ejecución
Fecha de ejecución
Prerrequisitos de la prueba
Lista de los prerrequisitos a tener en cuenta antes de ejecutar la prueba
Lista de chequeo de la prueba
Pasos a Seguir
Prueba
satisfactoria Observaciones
SI NO
Pasos numerados en orden lógico para la ejecución de
la prueba
Postcondiciones
Efectos secundarios de la prueba
Observaciones
Observaciones generales sobre la ejecución de la prueba
2.5. Resultados respecto verificación de escenarios de calidad
La ejecución de los casos de prueba fue exitosa logrando la aceptación de los umbrales solicitados en la definición
de estos:
• Escenario de Compatibilidad: Interoperabilidad:
o Monitoreo de señales de medida de los respectivos analizadores de red, capturando los datos de
campo, almacenándose localmente y en las herramientas respectivas, desplegando a su vez la
información aplicable para a supervisión y entregando al Enterprise Server y Power Monitor Energy
propuesto la información necesaria.
o Monitoreo de señales de sensores, capturando los datos de campo almacenándose en el Gateway y
85
las herramientas respectivas, desplegando la información aplicable para a supervisión.
o Toda la data fue testeada con trazas de hasta 5 segundos sin pérdida alguna.
o Para Power Monitor Energy: Señales por analizador: 15, Tiempo de captura: cada 5 segundo /
promedio, Usuarios conectados: + de 35
o Para Enterprise Server: Señales por proyecto: 300, Tiempo de captura: cada 5 segundo / promedio,
Usuarios conectados: + de 25
o Para Report Server: Automation Server: 100, Señales por proyecto: 100, Usuarios conectados: + de
50.
o Toda la información monitoreada fue consumida por clientes del servicio de Celsia-Epsa desde las
herramientas de software de la arquitectura y pudieron ser consumidas por otras aplicaciones.
o Se logró transformación de los datos de campo, convirtiendo estos datos en información.
o Dispositivos de borde permitieron conectividad con otros equipos de campo que concentran señales
con los dispositivos intervenidos para sensado o medición.
o Respecto a la táctica indicada anteriormente para este escenario (Orquestación), se usó el
middleware de la capa de aplicación para interrogación de equipos e igualmente el equipo de borde
para sensores sin la capacidad de conectividad directa a la plataforma central.
• Escenario de Fiabilidad: Disponibilidad:
o Se logró identificar que para perdidas de conectividad de los equipos de borde estos almacenaron
la información localmente para posteriormente al tener nuevamente conectividad actualizará la
información no monitoreada en el corte de comunicación.
o Las desconexiones de los equipos centrales de los proyectos permitieron identificar el bajo
acoplamiento y flexibilidad esperada logrando que cada proyecto actúe por si solo y activando las
respectivas alarmas asociadas a la supervisión.
o Respecto a las tácticas indicadas anteriormente para este escenario (Ping, hearbeat), se
implementaron mecanismos de validación en tiempo de ejecución para determinar conectividad de
cada equipo de borde. La redundancia activa quedo propuesta para una implementación de mejora
futura.
• Escenario de Portabilidad: Adaptabilidad:
o A nivel de campo se logro realizar conexiones de sensores adicionales sin verse afectado el
funcionamiento integrar de una solución puntual.
o La estructuración de la arquitectura permitió el desacoplamiento en dos negocios de cara a
comercial, la submedición de energéticos y la automatización.
o Respecto a la táctica indicada anteriormente para este escenario (Generalizar módulo), se
parametrizo equipo de borde indicando que después de recobrar conectividad después de
desconexión prolongada, se debía sobrescribir información almacenada localmente en la plataforma
central y adicionalmente la información almacenada debía ser reservada por un periodo de 30 días
adicionales.
• Escenario de Seguridad: Integridad:
o Se verificar que usuarios de aplicación no tuvieran acceso a equipo de borde y que estos mismos
equipos no tuvieran conectividad directa por usuarios malintencionados, para ellos se realizaron
pruebas generales de hackeo ético.
o Se permitió la parametrización de perfiles específicos para solo visualización y otros para control de
equipos de campo.
o Respecto a la táctica indicada anteriormente para este escenario (Autenticar a los usuarios), se
implemento esquema de seguridad, basado en perfiles, espacios de trabajo, permisos finos de
comando de control, entre otros.
86
Conclusiones
Sobre la arquitectura tecnológica propuesta:
• La arquitectura tecnológica implementada logró agrupo agrupar diversas soluciones de software comerciales
sacando provecho de manera individual y potencializándolos al integrarlos.
• La arquitectura tecnológica permitió mejoras de eficiencia, derivada de tecnologías mejor dirigidas vía
integración naturales, confiables y oportunas, reduciendo con ello costos operativos y de mantenimientos y
permitiendo escalabilidad, flexibilidad y oportunidad, y seguridad.
• La arquitectura tecnológica propuesta permitió flexibilidad y modularidad técnico-comercial, permitiendo
adaptar y viabilizar nuevos procesos de negocio para automatización y también en diversos ámbitos de
aplicación en Ciudades, Empresas e Inclusive Hogares; de esta forma desde TI se aporta en la generación de
una verdadera ventaja competitiva.
Sobre los nuevos negocios:
• Se logró brindar una solución tecnológica que brindará rapidez, flexibilidad respecto a la oferta comercial en
nuevos negocios.
• Se agregó valor al proponer un marco aplicado y funcional para nuevos negocios que apalancó la
consecución de la MEGA de Celsia-Epsa.
• Se aporta en la ruptura de paradigmas frente a áreas de tecnología como áreas de negocio y no de soporte,
igualmente frente a que modelos de aplicación como los BMS pudieran aplicarse bajo el marco de servicio y
no producto.
• Se brindan bases tecnológicas a los líderes de los negocios para la agregación de valor respecto a la
explotación del dato.
Sobre los proyectos implementados:
• Se logró mejorar la gestión operativa de edificaciones al contar con herramientas de monitoreo y control en
tiempo real para detectar fallas de manera oportuna y estados de operación en rangos no deseados.
• Se brindaron herramientas para controlar efectivamente el consumo de energéticos, reduciendo
sobreconsumos sin afectar el confort e identificando el uso de estos en subsistemas o procesos particulares.
• La arquitectura propuesta e implementada permitió tener un abanico de soluciones que permite tener
monitoreo y gestión remota desde el Núcleo de Operaciones de Visión Avanzada- NOVA de Celsia para
apoyarlo en la operación y entendimiento de la información proveniente de los edificios.
87
Próximos trabajos de implementación / estudio
• Convergencia tecnológica de equipos y aplicación de la arquitectura propuesta para el monitoreo y control
básico de PLCs instalados en distritos térmicos e iluminación exterior.
• Aplicación de arquitectura para proyectos solares, aplicando el monitoreo a inversores.
• Convergencia tecnológica de equipos y aplicación de la arquitectura propuesta para necesidades de
iluminación exterior, concesionada como alumbrado público.
• Submedición de otros tipos de energéticos y aplicaciones en la agroindustria.
88
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