juan carlos rebolledo a asesor: antonio garcía

Proyecto de Grado

Estudio sobre redes de control domotico

Juan Carlos Rebolledo A Asesor: Antonio García

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA Y ELECTRÓNICA PROYECTO DE GRADO Bogota DC 2004

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Proyecto de Grado – “Estudio sobre redes Domoticas” Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Universidad de los Andes, Bogota, Colombia, Agosto de 2004

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Resumen: Lo que pretende este proyecto de grado es establecer un estado del arte de la Domotica, para este estudio se hizo en primer lugar referencia a las tecnologías mas usadas en la Domotica haciendo su distinción de acuerdo al medio que comparten, luego se hizo un estudio sobre cada uno de las estándares y protocolos que sobre las tecnologías anteriormente mencionadas existen y son mas utilizadas en la domotica, luego se hace énfasis en la parte de regulación y normas que afectan a la practica de la domotica, se hace un paralelo entre lo que existe en el mundo y lo que hay en Colombia, al final de este estudio por medio de visitas a diferentes empresas en Colombia se establecen ejemplos de domotica en Colombia.


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Índice: 1. Introducción

1.1 Introducción general 1.2 Organización del proyecto

2. Objetivos 3. Definición de Domotica

3.1 Objetivos de la domotica 3.2 sistemas Domoticos

3.2.1 Clasificación de los sistemas domoticos 3.3 Edificios Inteligentes

4. Home Networking 4.1. Tecnologías de Cableado Estructurado

4.1.1.Ethernet 4.1.2.Fast Ethernet 4.1.3.Gigabit Ethernet 4.1.4.10 Gigabit Ethernet 4.1.5.Conclusiones

4.2. Tecnologías sobre Cableado Existente 4.2.1.Comunicación por la línea eléctrica (PLC) 4.2.2.Ventajas y Desventajas de PLC 4.2.3.Caracterización de la línea de transmisión 4.2.4.Características del ruido sobre la línea eléctrica

domiciliaria 4.2.5.Tecnologías sobre la línea eléctrica

4.2.5.1. Protocolo X-10 4.2.5.2. PLC

4.2.6.comunicación por línea telefónica 4.2.7.Conclusiones


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4.3. Tecnologías inalámbricas

4.3.1.IEEE 802.11 4.3.2.HomeRF 4.3.3.Bluetooth 4.3.4.IrDA 4.3.5.Ultrawideband 4.3.6.Restricciones y Limitaciones 4.3.7.Conclusiones

4.4. Análisis del Mercado 4.5. Conclusiones

5. Estándares y Protocolos

5.1 LonWorks 5.2 CEBus 5.3 PowerPacket 5.4 BACnet 5.5 Konnex 5.5.1 EIB 5.5.2 EHS 5.5.3 Batibus 5.6 HAVi 5.7 ZigBee 5.8 DALI 5.9 SCP 5.10 TRON 5.11 R7

6. Regularización y normas.

6.1 RETIE 6.2 Regulación sobre domotica en el mundo 6.2.1 ANSI 6.2.2 HES 6.2.3 CENELEC


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7. Ejemplos de Domotica en Colombia

7.1 Bticino 7.1.1 My Home 7.1.2 Tecnología 7.1.3 Requerimientos y Consideraciones de Diseño 7.1.4 Análisis de costos 7.2 Leviton 7.2.1 DHC 7.2.2 Requerimientos y Consideraciones de Diseño 7.2.3 Análisis de Costos

8. Conclusiones 9. Bibliografía 10. Apéndices

10.1 Marco Técnico 10.1.1. Técnicas de Modulación 10.1.2. Transmisión digital de información 10.1.3. Tipos de multicanalización

10.1.3.1 Sistemas de Espectro Amplio (Spread Spectrum)

10.1.4. GSM-GPRS/EDGE, 3GSM, PCS 10.1.5. 3G y 4G


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1. Introducción

La domotica es el conjunto de servicios de vivienda garantizado por sistemas que realizan varias funciones, los cuales pueden estar conectados entre sí y a redes interiores y exteriores de comunicación. Gracias a ello se obtiene un notable ahorro de energía, una eficaz gestión técnica de la vivienda, una buena comunicación con el exterior y un alto nivel de seguridad. Estas necesidades están en incremento en el mercado, por lo que se hace necesario su estudio. Es necesario que la industria colombiana este preparada para la llegada de una nueva era de electrodomésticos y servicios. Se hará un paralelo detallado de las tecnologías para tener claro cuales son los requerimientos de las mismas y posteriormente de acuerdo a esto saber, de acuerdo a los reglamentos técnicos y legislatura nacional, el estado de la Domotica en Colombia. Introducción General Debido a la creciente demanda de viviendas domotizadas, esto impulsado por la reactivación de el sector de la construcción, es importante en este momento hacer claridad sobre el estado de de la domotica, aquí radica la importancia de este estudio. Lo que se busca mediante este estudio es hacer un estado del arte de la domotica para fomentar en la universidad el estudio y el desarrollo del tema ya que en el momento no existe un estudio especializado sobre el tema, existen varios estudios sobre tecnologías utilizadas en domotica pero no existe algo que los integre y relacione entorno a este tema. Por eso, un poco, la idea es introducir las tecnologías que se utilizan haciendo una clasificación según el medio (Cableado Existente, Inalámbrico, Cableado estructurado), teniendo clara toda la teoría necesaria se realiza un estudio sobre los protocolos y estándares que utilizan estas tecnologías para ofrecer soluciones de automatización de casas, después se hace referencia a las normas que rigen a estas instalaciones y cual es el estado de estas normas en Colombia, por ultimo gracias a la colaboración de empresas que en Colombia hacen este tipo de proyectos (Bticino y Leviton) se logro observar el estado actual de esta industria en el país, acercándonos un poco mas a la realidad y actualidad en nuestro medio.


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2. Objetivos Después de analizar las perspectivas de la industria domotica en el mundo nos lleva a la conclusión de que este importante sector de desarrollo muy pronto tendrá gran impacto en Colombia, por lo cual el principal objetivo de este trabajo es abrir las puertas de esta industria mediante un acercamiento a la realidad y factibilidad del mercado en Colombia. La importancia del desarrollo de este sector implica un desarrollo en la manera de construir edificios y casas para un futuro no muy lejano, al igual que implica un absoluto compromiso en el desarrollo de equipos, electrodomésticos que puedan interactuar en un ambiente como este, para ofrecer servicios como seguridad, control domotico, comunicaciones, control de tareas del hogar, entretenimiento y muchas mas. Los objetivos de este estudio son:

• Estudio de tecnologías relacionadas a la domotica • Estudio de los estándares existentes para redes domoticas.

• Análisis del estado de las redes domesticas en Colombia a nivel tecnológico y

normativo. • Comparación entre estándares internacionales y Colombia. • Aplicación e implementación en Colombia. • Analizar el Futuro de la domotica.

Al final de este estudio se buscara presentar claramente las tecnologías existentes para domotica y presentar un estado real de las características de las redes en Colombia teniendo en cuenta los requerimientos de los estándares internacionales.


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3. Definición de Domotica

El ritmo de vida actual ha provocado un fenómeno cultural sin precedentes, nos encontramos inmersos en la Sociedad de la Comunicación de Información, donde la Domótica se convierte en una necesidad actual y vital. La rápida evolución tecnológica de la electrónica e informática, ha inundado nuestro entorno con televisores, teléfonos, equipos de fax y módem, redes y sistemas informáticos tanto en oficinas como en viviendas particulares.

Una vivienda será Domótica si incluye una infraestructura de cableado y los equipos necesarios para disponer de servicios avanzados en la misma, El conjunto de servicios de la vivienda está garantizado por sistemas que realizan varias funciones, los cuales están conectados entre si mediante redes interiores y exteriores de comunicación, que gracias a ellos se obtiene un notable ahorro de energía, alto grado de comodidad, un nivel de seguridad y una buena comunicación tanto con el interior como con el exterior de la vivienda.

Fuente: Domotica.net [7].

Los sistemas domóticos actuales integran automatización, informática y Nuevas Tecnologías de información. Para sintetizar esta nueva filosofía aplicada al sector doméstico, se ha tomado un nuevo neologismo, Domótica (según [7]): "tecnología aplicada al hogar", formado por la raíz latina domus (casa), define todas las funciones y servicios proporcionados por una vivienda inteligente. En francés se utiliza un término similar, domotique formado por "domus" y "robotique" (robótica), y en inglés se utiliza la expresión home systems o smart house.


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Si buscamos una definición en el mundo no existe un estándar internacional de lo que es domotica, El nuevo modelo de habitad conectara todas las redes que nutren el hogar de energía y de información (el agua, el gas, la electricidad, la calefacción, el cable telefónico, y el cable coaxial) incluyendo funciones automatizadas. Países como USA, Japón, Francia, Inglaterra, España y Alemania poseen diferentes tipos de hogares modernos de acuerdo con su cultura y las necesidades de sus usuarios, En países como Estados Unidos tiene mayor importancia el acceso que se le pueda dar al usuario tanto a información como a comunicación mientras que en países como Japón toma mayor importancia la automatización e interacción con los electrodomésticos.

Hasta hace muy pocos años las exigencias de las instalaciones eléctricas se reducían a la disponibilidad de iluminación, calefacciones y tomas para conectar diferente material eléctrico. En la actualidad, el grado de confort deseado en el hogar se ve considerablemente incrementado. A los clásicos sistemas de calefacción y refrigeración, se unen sistemas tales como aspiración centralizada o la ventilación mecánica, sistemas de motorización para persianas y puertas de garaje o mando a distancia de la instalación, por poner algunos ejemplos. Por otro lado la energía cada vez más escasa y con mayor costo, junto al elevado índice de contaminación ambiental platea la necesidad de sistemas de gestión energética, optimización de recursos, racionalización de consumos, etc. Así mismo, las formas de vida actuales; trabajo, entretenimiento, etc., están dejando cada día, durante horas las casas vacías, siendo la seguridad uno de los factores mas tenidos en cuenta, hoy en día y que causa mayor preocupación en países como el nuestro.

Fuente: Domotica.net [7].


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Debido a todo lo anterior, los fabricantes de productos eléctricos llevan algunos años desarrollando productos que permiten gestionar y automatizar electrodomésticos y funciones dentro del hogar, gestionar la energía y aun mejor racionalizarla. A todas estas funciones se han sumado nuevas instalaciones singulares de vigilancia y comunicación, alarmas, monitoreo, etc.

Tantas ampliaciones en los servicios y necesidades en las casas llevan a requerir instalaciones mucho mas complejas, se genera una densidad mayor de cables y estructuras necesarias para cumplir las nuevas necesidades, lo cual en un país como Colombia en el que la plantación y normatividad es poca, se hace difícil de implantar, parte de la solución y estudio de esta problemática se vera a lo largo de este proyecto.

3.1 Objetivos de la Domotica:

Energía:

Por medio de la gestión de actividades como la desconexión de cargas eléctricas, el control de iluminación y aire acondicionado, el ahorro de energía se convierte en uno de los principales y más importantes objetivos de la domotica.

Confort:

Mediante la automatización de tareas y la reducción de trabajos domésticos domotica nos brinda una mejor calidad de vida, además la domotica nos brinda herramientas para el entretenimiento, importante para aumentar el bienestar de las personas que viven en la casa.

Seguridad:

La seguridad de la casa es uno de los aspectos más preocupantes para el dueño y mas hablando de países inseguros como el nuestro, este objetivo toma gran importancia en nuestro medio. No solo la seguridad esta ligada a la detección de intrusos por posibles robos sino también a la detección de posibles emergencias y peligros como incendios, fugas de gas, inundaciones, etc.

Comunicaciones:

Existe una comunicación directa entre el usuario o dueño de la casa y su vivienda, teniendo acceso a dispositivos no solo cuando se encuentre en la casa si no también a distancia, también es un objetivo de la domotica prestar un servicio de acceso información mediante Internet y demás medios electrónicos.


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3.2 Sistemas domoticos

Para cumplir con los objetivos anteriormente mencionados se debe tener un sistema domotico el cual sea capaz de cumplir con cualquier necesidad y función que el usuario le pida, estos sistemas incluyen censores, controladores, actuadotes conectados entre si.

Para que un sistema domotico tenga éxito hay ciertas características generales que debe cumplir estas son:

• Integración • Interrelación • Facilidad de uso • Control Remoto • Fiabilidad • Actualización

El sistema domotico debe ser capaz de integrar los diversos equipos y dispositivos de la casa desde un centro que permita interrelacionar el funcionamiento de los equipos unos con otros (por ejemplo el aire acondicionado con la apertura de las ventanas) sin obligar al usuario a realizar todo, además este sistema tiene que ser amigable a los ojos de un usuario común con una interfaz de fácil uso que incluya la posibilidad de ser operado remotamente desde una oficina vía telefónica o por medio de su celular, garantizando una completa fiabilidad pues son tareas que si se comete un error pueden crear situaciones peligrosas (dejar encendida un plancha o la estufa) para esto se debe garantizar una alimentación independiente y sin interrupciones. Por ultimo el sistema tiene que estar dispuesto a cualquier extensión de servicios que el usuario desee, es decir listo para cualquier actualización.

3.2.1 Clasificación de los sistemas Domoticos

Los Sistemas Domoticos pueden ser clasificados de diferentes maneras, según:

Tipo de Arquitectura:

Es decir como se van a ubicar los distintos elementos del sistema, diferenciándose dos tipos:

• Centralizada: En esta arquitectura todos los dispositivos a ser controlados van directamente conectados con una central de control.

• Distribuida: Es aquella en la que el elemento de control se sitúa próximo al elemento a controlar.


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En el siguiente cuadro se muestran las ventajas y desventajas de estas dos arquitecturas: Arquitectura Centralizada Arquitectura Distribuida

Ventajas Equipos más económicos: ya que el procesamiento de los dispositivos se ve reducido pues todo l control lo lleva acabo la central.

Sistemas robustos al fallo

Fácil diseño de instalaciones.

Gran facilidad de uso

Gran cantidad de cableado

Desventajas

Centralización de funciones (falla la central falla todo)

Dependiendo del sistema empleado puede tener una mala relación punto controlado-precio.

Complicada Interfaz Hombre-Máquina

Medios de Transmisión:

Como medio de transmisión se entiende el soporte físico sobre el cual se transportan los datos de comunicaciones, básicamente son:

• Cableado Estructurado. • Cableado Existente • Inalámbrico

El estudio sobre tecnologías aplicadas a domotica se hizo teniendo en cuenta esta clasificación de los sistemas, por loo que en el los siguientes capítulos se hará una profundización en cada uno de ellos.


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3.3 Edificios inteligentes Los Edificios inteligentes son análogos a la Domotica pero aplicada a edificios y oficinas. La más alta tecnología es utilizada en edificaciones convirtiéndolas en inteligentes. Edificios pensantes que ha base de una central inteligente, que controla básicamente todos los sistemas instalados, para reducir el consumo de energía y aumentar el confort; En pocas palabras es la automatización de edificios corporativos, hoteleros, empresariales y similares. Algunos de los servicios que comprende serian:

1. Administración del edificio:

Contempla los sistemas de gestión y control propios del edificio y de las prestaciones indirectas que el mismo facilita a los usuarios. Entre ellas:

-Control ambiental: alumbrado, climatización.

-Control energético.

-Seguridad: CCTV, control de rondas, alarmas de incendio e intrusos.

-Control de acceso: personal o visitantes.

-Sistema de altavoces-sonido.

-Control de ascensores.

-Control de motores varios: bombas de agua, extractores, inyectores.

2. Administración de oficinas:

En este caso se incluyen los elementos necesarios para una adecuada automatización del ámbito de trabajo, ya sea por prestación directa al usuario o bien teniendo una instalación lo suficientemente flexible y amplia para que el usuario pueda instalar sus propios equipos con posibilidad de interconexión, tanto con otros equipos exteriores como con otros sistemas del edificio, incluyendo la PC central.


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4. Home Networking

Las tecnologías en este sector están constantemente en crecimiento, unos de los principales factores para el crecimiento de estas tecnologías son los siguientes:

• Decrecimiento del precio de la tecnología: Nuevas tecnologías más eficientes nos brindan bajos precios y mejores servicios, se sigue remplazando el hardware por software, mejorando funcionabilidad y precio.

• Gran penetración de los computadores en las casas: El uso de computadoras es normal y necesario en el hogar de hoy en día, constituyendo al computador en una herramienta de uso diario según estadísticas de [46].

• Gran penetración de acceso a Internet por banda ancha: Esto lo podemos ver claramente en el número de abonados que ha aumentado significativamente y rápido, como lo muestra la siguiente grafica según [45]:

• Proliferación de artículos electrónicos en la casa: Nuevos artículos como video grabadoras, cámaras digitales, productos para la automatización de la casa, electrodomésticos inteligentes y muchos mas, son ahora parte de nuestra vida diaria.

• Formatos de multimedia: Formatos digitales como el CD, DVD o formatos digitales comprimidos como las imaginas en JPEG, audio en MP3 y videos en MPEG, son fáciles de conseguir y asequibles a todo el mundo.


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• Innovación en Home Networking:

Los avances en tecnología ha permitido la mejora de procesamientos de señales y protocolos generando un mejor beneficio-costo para el usuario. Como ya se explico en le primer capitulo son muchas las necesidades que están surgiendo para nuevos usuarios, esto hace que la transmisión de información dentro y hacia la casa tome gran importancia y es aquí donde nace el termino de Domotica, donde el usuario tenga acceso a toda la información digital que se le pueda dar a la mejor calidad posible además de ofrecerle características y ventajas de una casa domotizada. Los Efectos de las redes son caracterizados por la Ley de Metcalfe, esta predice que el valor de una red, y los equipos conectados a ella subirá dramáticamente de acuerdo con el crecimiento de usuarios y equipos conectados, esta Ley la podemos demostrar a un nivel macro con el Internet, y muchos expertos predicen que esto ocurrirá en un nivel micro con las casas. No es suficiente conectar aparatos entre si, son los beneficios alrededor de esto lo que genera el valor agregado para el usuario final. Algunas de las principales aplicaciones son: -Compartir recursos esto permite a los usuarios de la casa tener acceso al mismo tiempo de Internet y sus aplicaciones además de compartir recursos como scanner, impresoras permitiendo el acceso desde cualquier punto de la red. Además de datos la red permite compartir audio y video, lo que nos lleva a una importante reducción de costos. -Comunicación: una de las principales aplicaciones de una red domotica es la comunicación eficiente entre los usuarios de la casa, se pueden aplicar, para facilitar la comunicación, métodos de mensaje instantáneos, Chat, o voz IP (VoIP). Además de una gestión eficiente de teléfono, e-mail y fax. -Automatización y control de la casa: permite el control de elementos dentro de la casa como el caso de las luces, la temperatura, control de cortinas desde cualquier punto de la casa al igual que remotamente desde Internet afuera de la misma, lo cual permite por medio de circuitos de cámaras hacer un monitoreo de la casa desde cualquier lugar. Todas las tecnologías que permiten hacer esto se estudiaran más a fondo en los siguientes capítulos. Esto permite al usuario programas tareas para que realice la casa automáticamente incluso cuando no están (ejemplo: para simular presencia cuando se esta ausente) -Entretenimiento: permite a los usuarios compartir entretenimiento como juegos por red, compartir DVD a cualquier cuarto que se desee o cualquier otro servicio como televisión por cable o satelital. Para hacer realidad esta idea es necesario contar con una infraestructura o medio que nos permita lograrlo. Se necesitan redes de datos capaces de soportar trasmisiones a alta velocidad y con una confiabilidad alta pues un error puede llegar a generar un peligro


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muy grande para el usuario (por Ejemplo: en el control de electrodomésticos el mal control de una estufa puede generar un incendio si se la deja prendida y no era lo deseado), pero también debe existir un compromiso directo con los costos de la instalación y su viabilidad, pues para complacer todas las especificaciones necesarias para cumplir y suplir las nuevas necesidades, habrá la necesidad de tender nuevos cables pero sin saturar la casa de ellos comprometiendo no solo el rendimiento de la red en si, si no también comprometiendo la estética de la casa, pero esto no es siempre posible y mas en un país como Colombia en el que la normas y regulación sobre las construcciones no es muy buena, impidiendo la instalación de nuevos cables o llevando su instalación a costos muy altos, aquí nacen tres alternativas de tecnologías para lo que se conoce como BHN (Broadband Home Networks) para solucionar este problema:

• Tecnologías Alambradas • Tecnologías sobre líneas eléctricas • Tecnologías inalámbricas

Soluciones que mezclen efectivamente estas tecnologías también son posibles soluciones a esta problemática. En los siguientes puntos de este capitulo se tratara de presentar una visión técnica de cada una de estas tres soluciones. Los servicios antes mencionados requieren de estas tecnologías una amplia gama de rendimientos, funcionalidades y costos que deben cumplir, esto depende en gran parte de las características del canal para medir un porco los paramentos que se tendrán en cuenta: Ancho de banda, Latency, jitter y Eficiencia. 4.1 Tecnologías de Cableado Estructurado Las tecnologías de cableado estructurado son soluciones en las que se ve la necesidad de instalar nuevos cables para formar una LAN y así ofrecer los servicios que se necesiten, existen soluciones que requieren de la instalación de buses de información que utilizan los estándares típicos de una Ethernet, el cableado estructurado nos brinda velocidades muy altas al igual que un alto grado de seguridad en la red, a continuación se mostrara un breve resumen de esta clase de tecnologías según [31].


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4.1.1 Ethernet, IEEE 802.3:

Es la tecnología de red de área local (LAN) más Utilizada en el mundo actualmente. Fue diseñada y creada originalmente por Digital, Intel y Xerox por lo cual, la especificación original se conoce como Ethernet DIX. Posteriormente en 1.983, fue formalizada por el IEEE como el estándar Ethernet 802.3.

Ethernet/IEEE 802.3, está diseñado de manera que no se puede transmitir más de una información a la vez. El objetivo es que no se pierda ninguna información, y se controla con un sistema conocido como CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, Detección de Portadora con Acceso Múltiple y Detección de Colisiones), cuyo principio de funcionamiento consiste en que una estación, para transmitir, debe detectar la presencia de una señal portadora y, si existe, comienza a transmitir. Si dos estaciones empiezan a transmitir al mismo tiempo, se produce una colisión y ambas deben repetir la transmisión, para lo cual esperan un tiempo aleatorio antes de repetir, evitando de este modo una nueva colisión, ya que ambas escogerán un tiempo de espera distinto. Este proceso se repite hasta que se reciba confirmación de que la información ha llegado a su destino.

El formato de la trama del protocolo Ethernet 802.3 es el siguiente: los números están dados en Bytes.

*

Pre: bandera de inicio, indica el inicio de la trama.

SFD: (Start-of-frame delimiter).

DA: Dirección destino.

SA: dirección de la estación que envía.

FCS: usados para la detección de error, por medio de CRC (cyclic redundancy check)

* Fuente [31]


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Según el tipo de cable, topología y dispositivos utilizados para su implementación podemos distinguir los siguientes tipos de Ethernet:

10Base2 10Base5 10BaseT 10BaseFL Medio Thin coax. Thick coax. TIA/EIA 62.2/125

RG-58 A/U RG-8 ó

UTP Cat 3, Fibra

RG-11 4,5,5e Multimodo Tipo de BNC AUI/DIX RJ-45 MIC

conector al transceiver modular

Distancia 185m 500m 100m 2000m máxima Topología Bus Bus Estrella bus Tasa de 10Mbps 10Mbps 10Mbps 10Mbps Transferencia

Fuente: Cisco [14]

4.1.2 Fast Ethernet, IEEE 802.3u:

Para redes Ethernet que necesitan mayores velocidades, se estableció la norma Fast Ethernet (IEEE 802.3u). Esta norma elevó los límites de 10 Megabits por segundo (Mbps.) de Ethernet a 100 Mbps. con cambios mínimos a la estructura del cableado existente. Hay tres tipos de Fast Ethernet: 100BASE-TX para el uso con cable UTP de categoría 5, 100BASE-FX para el uso con cable de fibra óptica, y 100BASE-T4 que utiliza un par de cables más para permitir el uso con cables UTP de categoría 3. La norma 100BASE-TX se ha convertido en la más popular debido a su íntima compatibilidad con la norma Ethernet 10BASE-T. En cada punto de la red se debe determinar el número de usuarios que realmente necesitan las prestaciones más altas, para decidir que segmentos del troncal necesitan ser específicamente reconfigurados para 100BASE-T y seleccionar el hardware necesario para conectar dichos segmentos "rápidos" con los segmentos 10BASE-T existentes.

Esta tecnología conserva el mismo formato de trama y los mismos protocolos del nivel MAC (Medium Access Control)


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En resumen estas son las tecnologías de Fast Ethernet según su topología y cables:

100BaseT4 100BaseTX 100BaseFX Medio TIA/EIA TIA/EIA 62.2/125 UTP Cat 3, UTP Cat 5, Fibra 4,5,5e 5e Multimodo Tipo de RJ-45 RJ-45 MIC conector modular modular Distancia 100m 100m 412m máxima Topología Estrella Estrella punto-a- punto Tasa de 10Mbps 100Mbps 100Mbps Transferencia

Fuente: [31]

4.1.3 Gigabit Ethernet, IEEE 802.3z/802.3ab: Esta basado en los anteriores protocolos, esta extensión del protocolo elevo la velocidad sobre la de Fast Ethernet llevándola a una velocidad de 1000Mbps, usando tramas más pequeñas con “Carrier Extensión”. Esta es una solución simple, pero desperdicia ancho de banda. “Packet bursting” es “Carrier Extension” mas una ráfaga (Burst) de paquetes, Este modo permite al nivel MAC mandar una secuencia corta de paquetes igual o aproximadamente de 5.4 al largo máximo sin abandonar el control del medio.

Fuente: [31]


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Gigabit Ethernet es completamente compatible con instalaciones de Ethernet y Fast Ethernet, pues continua con la misma técnica de acceso al medio (CSMA/CD). Y soporta tanto comunicaciones Half-duplex como Full-duplex. Su arquitectura es la siguiente:

Fuente [31]

En resumen estas son las tecnologías de Gigabit Ethernet según su topología y cables:

1000BaseT 1000BaseSX 1000BaseLX Medio TIA/EIA 62.2/125 62.2/125 UTP Cat 5, Fibra Fibra 5e Multimodo Multimodo Tipo de RJ-45 MIC MIC conector Distancia 75m 500m 5Km máximo Topología Estrella punto-a- punto-a- punto punto Tasa de 1000Mbps 1000Mbps 1000Mbps Transferencia

Fuente [31]


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4.1.4 10 Gigabit Ethernet, IEEE 802.3ae:

10 Gigabit Ethernet es estandarizada por la IEEE 802.3ae, esta tecnología ofrece velocidades de 10Gbps basada en la tecnología de Ethernet, es utilizada para la conexión entre LANs, WANs (Wide Area Networks) y MANs (Metropolitan Area Networks). Utiliza el formato mismo formato y tamaño de trama que Ethernet, pero solo soporta Half-duplex y funciona solo sobre fibra óptica. La arquitectura de 10 Gigabit Ethernet es la siguiente:

Fuente [31]

En resumen estas son las tecnologías de 10 Gigabit Ethernet según su topología y cables:

10GBase-SR 10GBase-SW 10GBase-LR 10GBase-LW Medio multi-mode multi-mode single-mode single-mode Dark fiber fiber(850nm), Dark fiber fiber(1310nm), (850nm) SONET (1310nm) SONET Tipo de MIC MIC MIC MIC conector Distancia 2m-300m 2m-300m 2m-10Km 2m-10Km máxima Topología Bus Bus Bus Bus Tasa de 10Gbps 10Gbps 10Gbps 10Gbps Transferencia

Fuente [31]


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Continuación de las tecnologías:

10GBase-ER 10GBase-EW 10GBase-

LX4 10GBase-

LX4 Medio single-mode single-mode multi-mode single-mode Dark fiber fiber(1550nm), Dark fiber Dark fiber (1550nm) SONET (1310nm) (1310nm) Tipo de MIC MIC MIC MIC conector Distancia 2m-40Km 2m-40Km 2m-300m 2m-10Km máxima Topología Bus Bus Bus Bus Tasa de 10Gbps 10Gbps 10Gbps 10Gbps Transferencia

Fuente [31]

Cabe resaltar que las 10GBase-LX4 utilizan una tecnología de múltiplexación para mandar señales sobre 4 longitudes de onda sobre un solo par de cable de fibra óptica.

A continuación se muestra la clase de servicios que se ofrecen a través de estas tecnologías:

Tipo de servicio Usuario típico Ancho de Banda MODEM Particulares 56Kbps = 0,056Mbps

ISDN Pequeños negocios 128Kbps = 0,128Mbps

Frame Relay Pequeñas instituciones 0,56Mbps - 1.544Mbps

T1 Entidades grandes 1.544Mbps T3 Entidades grandes 44.736Mbps

STS-1 (OC1) Compañías telefónicas 51.840Mbps

Backbones de

compañías STS-3 (OC3) Compañías telefónicas 155.251Mbps

Backbones de

compañías STS-48 (OC48) Compañías telefónicas 2.488320Gbps

Backbones de

compañías

Fuente [14]


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4.1.5 Conclusiones: En este capitulo se muestran las diferentes tecnologías para una Ethernet, Ethernet se muestra como una gran solución para necesidades de velocidades muy altas, ya sea para aplicaciones en tiempo real o que conlleven a la transmisión de grandes cantidades de información, la seguridad y calidad de este tipo de tecnologías es altísima, su estandarización es excelente, pero presenta un gran inconveniente y es que exige la instalación de nuevos cables, para edificaciones ya construidas esto es un inconveniente pues no es fácil hacerlo y conlleva a unos costos muy altos, mientras que para nuevas edificaciones es mucho mas fácil pero implica un costo en cableado también importante. 4.2 Tecnologías sobre Cableado Existente: En esta época de la información en la que vivimos, la demanda por servicios como envió y recibo de voz, datos, video y otros esta constantemente en crecimiento, la instalación de cables que puedan soportar esta clase de demandas se vuelve costosa, molesta y emplea mucho tiempo, en este contexto tecnologías llamadas “no new wires” (“no nuevos cables”), es decir tecnologías que utilicen sistemas de cableados que anteriormente existían en las casas o oficinas para conectar a altas velocidades a las mismas, son alternativas que toman fuerza y son parte importante a la hora de decidir una solución optima a las necesidades ya planteadas. Entre las tecnologías que utilizan cableado existente podemos resaltar dos: las que utilizan la línea telefónica y las que utilizan la línea eléctrica. 4.2.1 Comunicación por la línea eléctrica (PLC) En este tipo de comunicaciones, la línea eléctrica es utilizada no solo para la distribución de energía, si no también es utilizada como medio para la transmisión de datos. Esta tecnología se encuentra en el momento bajo desarrollo y permite a los usuarios finales el uso de su ya existente sistema eléctrico para conectar entre si sus equipos y electrodomésticos y a su ves estos con Internet, esta tecnología de comunicación permite controlar cualquier aparato que se conecta a la línea AC de distribución eléctrica como por ejemplo: luces, alarmas, televisión, horno, calefacción y muchos mas.


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La red de distribución eléctrica se divide de acuerdo a los niveles de tensión en corriente alterna, en Colombia según la norma NTC 1340, ahora adoptada por el RETIE, la clasificación es la siguiente: - Extra Alta Tensión (EAT): los de tensión nominal entre fases superior a 220 kV. - Alta Tensión (AT): los de tensión nominal mayor o igual a 57.5 kV y menor o igual a 220 kV. - Media Tensión (MT): los de tensión nominal superior a 1000V e inferior a 57.5 kV. - Baja Tensión (BT): los de tensión nominal mayor o igual a 25 V y menor o igual a 1000 V. Esta clasificación la podemos observar mejor en la siguiente grafica

Fuente [8]

Bandas de frecuencia. Existen comisiones internacionales (FCC (Federal Communications Commission, para Estados Unidos), Industry Canadá, MPT Japón y CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica)) que reglamentan y regulan la transmisión de señales de información a través de la red eléctrica. CENELEC EN50065-1 (Rige en Estados Unidos, Europa y otros países del mundo) es la norma más precisa sobre el uso de las bandas de frecuencia. En la gráfica se muestra la designación de las bandas y sus rangos de frecuencias.


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Designación y rangos de frecuencia para bandas de transmisión, según la norma CENELEC EN50065-1. Fuente [8]

Por debajo de la Banda A se encuentran todas las señales provenientes de los proveedores del servicio eléctrico, normalmente señales de 50Hz para Europa y 60Hz para América; en la Banda A se encuentran las aplicaciones de “Utilidad Eléctrica” (Electric Utility). La Banda B fue utilizada, inicialmente en Europa, para la transmisión de señales de comunicación por sus numerosos beneficios en términos de seguridad, privacidad y ancho de banda; la Banda C es usada para aplicaciones de consumidor, ya sea en la vivienda o en la industria. Según la normatividad dictada por la FCC, cualquier frecuencia, en el rango de 100KHz a 400KHz, puede ser usada para la transmisión de información modulada por la red eléctrica.

Anchos de Banda.

El tendido eléctrico domiciliario esta constituido por pares de cobre que tienen capacidad en ancho de banda para guiar señales eléctricas desde el nivel DC hasta 300000 Hz. Esta característica de la red eléctrica limita la transmisión de datos a velocidades bajas y medias.

Los sistemas de comunicación sobre líneas eléctricas los podemos diferenciar dentro de dos categorías principalmente:

• Acceso. • In-house.


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Acceso: Las PLC de acceso, permite el envió de datos sobre las líneas de Baja Tensión (BT) esto facilita y provee de una nueva solución de ultimo kilómetro para las empresas prestadoras de servicios de Internet. Esto genera un enlace extra sin la necesidad de grandes inversiones en infraestructura. Actualmente se encuentra en varios países ya funcionando y varias compañías de todo el mundo, las españolas Iberdrola, Unión FENOSA y Endesa, realizan distintas pruebas para proporcionar acceso a Internet de alta velocidad. En la ciudad de Mannheim en Alemania se proporciona este servicio comercialmente con el nombre de “Vype” (www.vype.de), en la ciudad de Hameln bajo el nombre de “Piper-Net” (www.piper-net.de) y en la ciudad de Dresden bajo el nombre de “PowerKom” (www.drewag.de ). En la ciudad de Linz Austria se presta el servicio bajo el nombre de “Speed-Web” (www.linzag.net). También en la isla de Gotland, Suecia, bajo el nombre de “ENkon” (www.enkom.nu ) y así en mas ciudades de Europa.

Las comunicaciones a través de líneas eléctricas utilizan en las casas módems especiales y concentradores próximos a las estaciones transformadoras de baja tensión. De allí se conectan a los proveedores de telecomunicaciones. Si la distancia es superior a 300 metros desde el domicilio, se deben poner repetidores. Son equipos que permiten combinar la corriente eléctrica con altas frecuencias que transportan voz y datos.

Cada nodo agrupa unas 200 casas que comparten el ancho de banda y cada aparato conectado a la red es controlado por una dirección IP individual. La seguridad de la información queda garantizada, según los expertos, por técnicas de cifrado y el tipo de gestión de la red.

Fuente [8]


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In-House: son aquellas en las que el usuario permite la comunicación exclusiva dentro de su casa por medio de los enchufes eléctricos, convirtiendo las salidas de energía eléctrica en puntos de acceso a la red. Para que esta tecnología pueda ser soportada es necesaria la instalación de módulos o módems entre el cualquier aparato (incluso los teléfonos) y la red eléctrica, pues esta actúa como medio de transmisión tanto de Internet como de vos, de la siguiente manera:

Fuente ABB 4.2.2 Ventajas y desventajas de la comunicación por línea eléctrica Es importante resaltar cuales son las ventajas que presenta la utilización de esta tecnología. En los siguientes capítulos se profundizara en cada uno de los aspectos técnicos de la tecnología. A continuación se muestra ventajas y desventajas globalmente que estarán sustentadas a lo largo del estudio. VENTAJAS: Ubicuidad: una de las principales ventajas al trabajar con comunicaciones sobre la línea eléctrica es que en cada habitación de una casa, existe una salida de energía o toma corriente, lo cual permite eliminar la necesidad de instalar nuevos cables en la casa. Capacidad para la transmisión de datos: este tipo de tecnologías aprovecha una capacidad que no había sido utilizada antes, y es la transmisión de datos sobre líneas eléctricas existentes.


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Distribución de multimedia: la comunicación por línea eléctrica nos brinda la capacidad de distribuir a todos los puntos de la casa servicios como audio, video y otros servicios en tiempo real junto a los datos. Velocidad: con todos los avances tecnológicos que se han hecho la comunicación sobre líneas eléctricas es capaz de distribuir datos a altas velocidades, actualmente se tienen velocidades de 14Mbps pero se aspira en poco tiempo llegar a velocidades de 100Mbps. Por otro lado existen también desventajas de estos sistemas: DESVENTAJAS: Ruido: la gran cantidad de ruido eléctrico sobre la línea limita la velocidad de transmisión. Fuentes de Ruido: fuentes de los computadores, luces eléctricas, dimmers, aspiradoras, planchas, taladros, utensilios de cocina son ejemplos de fuentes de ruido que afectan el comportamiento de la línea eléctrica como medio. Bajos niveles de seguridad: a pesar de que los fabricantes de estas tecnologías garantizan la seguridad por medio de encriptaciones, el medio no es necesariamente muy seguro. Atenuación: la variación constante de las cargas de la línea eléctrica debido a los diferentes equipos que están prendidos a la red hace que la atenuación tome importancia en esta tecnología. Alto costo de los accesorios: a pesar que la tecnología no emplea grandes inversiones en cuanto la instalación de nuevo cableado, si es importante resaltar que los módulos para que los aparatos se acoplen con la red y al sistema si son costosos. Baja estandarización: ya que cada país maneja aspectos regulatorios diferentes hace que el mercado internacional no este estandarizado y se creen por cada región un estándar diferente. No ser un Canal Dedicado: ya que la red eléctrica no es un canal solamente dedicado a la comunicación como ocurre con una LAN cableada con UTP, hace que el rendimiento de la misma no sea el mas optimo, las distancias físicas no son las optimas para la transmisión de datos si no para la distribución de energía, las propiedades físicas en si del cable, la variación de carga del canal por los electrodomésticos a el conectados, el comportamiento de la corriente, todo esto hace crea obstáculos para la creación de la red.


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4.2.3 Caracterización de la Línea de Transmisión. La comunicación sobre las líneas eléctricas es muy diferente a la comunicación sobre canales dedicados como el caso de Ethernet (UTP, fibra óptica). PLC presenta numerosas dificultades debido al medio de transmisión, ya que este medio tiene ruido impredecible y interferencia causada por distintitos aparatos que se conectan a el como, lámparas halógenas, aspiradoras, lavadoras, licuadoras, microondas, y muchos mas electrodomésticos de uso diario en el hogar, lo cual vuelve el medio variante en el tiempo dependiendo de las cargas, esto es totalmente diferente al medio de una Ethernet, en la cual las características del medio son constantes. Las características de una línea de transmisión, según [6] y [42], están determinadas por sus propiedades eléctricas y de sus propiedades físicas. En la red eléctrica domiciliaria se encuentra una línea de transmisión con las siguientes especificaciones:

• Línea Bifilar • Conductor de cobre • Tamaño nominal del conductor: 12 (calibre 12) • Diámetro del cobre desnudo: 2.03mm. • Conductores recubiertos con caucho (material plástico que se obtiene por

polimerización del etileno, es decir polietileno) • separación entre centros de 1cm.

Las propiedades eléctricas y físicas de una línea de transmisión determinan las constantes eléctricas para su modelación. Las constantes eléctricas que se distribuyen uniformemente en toda la línea son: R (resistencia de corriente directa en serie), L (inductancia en serie), C (capacitancia en paralelo) y G (conductancia en paralelo). Como se muestra en el siguiente circuito.

El cálculo de estas constantes eléctricas (R, L, C y G), por unidad de longitud, se encuentran a partir de la permitividad-conductividad del dieléctrico y del conductor. Los fabricantes de material aislante establecen que el coeficiente de permitividad eléctrica relativa “εr” para el polietileno es de 2.27.

0εε

ε r= (Ecuación 1)


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La permitividad eléctrica “ε” para el polietileno es mC /1020 12−⋅ La conductividad del dieléctrico “σd” está determinada por la siguiente ecuación:

perdidasgenteadpermitividfrecuenciaWmSwd

−××≈

tan:tan;:;:)/(tan

δεδεσ

(Ecuación 2)

En la práctica para un rango de frecuencias de 50 Hz a un 1 GHz se tiene que:

33 103.0tan102.0 −− ×≤≤× δ ; Se puede asumir que la tangente de pérdidas es constante e igual a 0.2 x 10-3, a una frecuencia de portadora de 100 KHz a 200 KHz. La conductividad eléctrica “σ” para el cobre es de 5.8 x 107 S/m y el coeficiente de permitividad magnética “µ” es 4π x 10-7 H/m. Si la profundidad de penetración l es menor que el radio del conductor (1mm), los cálculos de los parámetros para la línea de transmisión se realizan con las expresiones para alta frecuencia; de lo contrario, se usan las fórmulas para baja frecuencia.

µσw2

=l (Ecuación 3)

Otras Constantes son: la impedancia característica y el coeficiente de propagación. Éstas se calculan a partir de las cuatro constantes anteriores. Impedancia característica: es la impedancia vista hacia una línea de longitud infinita, ó la impedancia vista hacia una línea de longitud finita que termina en una carga puramente resistiva igual a la impedancia característica de la línea.

)(Ω++

=jWCGjWLRZo

(Ecuación 4) Coeficiente de propagación: se usa para expresar la atenuación y el desplazamiento de fase por unidad de longitud de una línea de transmisión. El coeficiente de propagación ó constante de propagación es una cantidad compleja y se define como:

))(( jWCGjWLRj ++=+= βαγ (Ecuación 5)


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A frecuencias intermedias y de radio, WL>R y WC>G, entonces:

22GZo

ZoR

+=α ; LCW=β (Ecuación 6)

Propagación de ondas en líneas de transmisión. La velocidad con la que se propaga una onda electromagnética por la línea eléctrica domiciliaria varía de acuerdo con su inductancia y capacitancia. Al aumentar la frecuencia de transmisión, la velocidad de fase tiende al valor que tendría la velocidad de propagación en un medio con εr = 2.27 y sin pérdidas.

βπ

βω FV fase

2==

(Ecuación 7) Si la distancia se normaliza a un metro, la velocidad de propagación de un bit modulado en un hertz, en una línea bifilar sin pérdida es:

)/(*

1 smCL

mV npropagació √=

(Ecuación 8) El tiempo de retardo esta dado por la siguiente ecuación:

)(segV

tnpropagacio

dl

= (Ecuación 9)

La velocidad de transmisión de ciclos por bit es el cociente entre la frecuencia de la portadora (Hz) y la velocidad de los datos (Bps); en consecuencia el retardo es:

)(*/ segtbpsFct dbitciclosd =−

(Ecuación 10) El tiempo de retardo total se encuentra con la siguiente fórmula:

)(** / segdtnt bitciclosdbitsdtotal −= (Ecuación 11) El módulo transmisor de datos sobre la red eléctrica domiciliaria tendrá que esperar dos veces el tiempo de retardo total por razones de ida de la señal y confirmación de respuesta.


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Acople a la línea de transmisión. El acople es un circuito que adapta la señal de datos modulada por el transmisor para que sea inyectada a la red eléctrica, y que a la vez le permite detectar señales de retorno. Para acoplar el módulo transmisor con la red eléctrica domiciliaria se requiere un filtro pasa altas pasivo con el fin de atenuar la señal de 60 Hz. y dejar pasar la señal de datos modulada La reactancia capacitiva que opone el condensador a una señal de corriente alterna se calcula así:

CfXc

π21

= (Ecuación 12)

Con una resistencia de carga baja se puede simular en Spice la repuesta del filtro para las señales eléctrica de 60Hz y de datos modulada. Conocido el nivel de voltaje de la señal de salida se puede encontrar la atenuación del filtro con la siguiente fórmula.

VinVoutLogA 20=

(Ecuación 13) El comportamiento en frecuencia del filtro se puede examinar en la gráfica de su función de transferencia.

CRVV

s

s

s

i

*1

0

=+

=

ττ

τ

(Ecuación 14) Circuito de acondicionamiento de la señal de datos modulada-recuperada. Se utiliza un amplificador lineal con transistor para regenerar la señal de datos modulada que fue transmitida por la red eléctrica domiciliaria. Demodulación de la señal de información. El circuito de demodulación depende de la técnica de modulación utilizada en el otro extremo. Para demodular una señal FSK se requiere un lazo de fase cerrada: PLL; para demodular ASK es conveniente utilizar un filtro pasa bajas. Los datos recuperados atenuados y distorsionados se pueden regenerar a través de un conmutador con transistor trabajando en corte y saturación.


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4.2.4 Características del ruido sobre la línea eléctrica domiciliaria De acuerdo con el articulo “A classification of the Power-Line Voltage Disturbances for an Exhaustive description and measurement” publicado en el “National Symposium on Electromagnetic compatibility”, Denver, Colorado, realizado en mayo de 1989. Las perturbaciones sobre la línea eléctrica pueden ser clasificadas de la siguiente manera:

1. Perturbaciones “Wave-shape” (de la línea de voltaje de 50/60Hz.)

a) Sobrevoltaje • Persistente (>2segundos) • Oleada (< 2 segundos)

b) Subvoltaje

• Persistente (> 2 segundos) • Oleada (< 2 segundos)

c) apagón d) Variaciones de Frecuencia e) Distorsión Armónica

2. Perturbaciones sobrepuestas

a) Oscilaciones persistentes

• Coherentes • Aleatorias (estacionarias/ no estacionarias)

b) Transitorio • Impulsos • Oscilaciones

Según el Doctor Olaf Hooijen y el articulo publicado por la IEEE “noise on the residential power distribution circuits”, el Ruido producido por los diferentes aparatos de un hogar convencional pueden ser clasificados en cuatro grandes categorías: 1. ruido sincrónico a la frecuencia del sistema: Las principales fuentes de este tipo de ruido son todos los tipos de aparatos con interruptores, por ejemplo: algunas fuentes de poder, SCR´s (silicon-controlled rectifier) que se encuentran en dimmers para las luces. Ya que estos aparatos cambian un numero entero de veces (típicamente una o dos) en el ciclo de frecuencia del sistema, estos producen ruido a armónicos mas altos de la frecuencia del sistema.


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El espectro de este ruido consiste en una serie de armónicos de los componentes fundamentales de 100 Hz. Esto entraría también dentro de 2b (impulsos) de la clasificación de las perturbaciones que anteriormente se menciono. 2. Ruido con espectro suave: La principal fuente de este ruido son aquellos aparatos que no operan sincrónicamente con la frecuencia de la línea eléctrica, por ejemplo: Motores universales como los de los taladros. Esto entraría también dentro de 2a (oscilaciones persistentes aleatorias) de la clasificación de las perturbaciones que anteriormente se menciono. 3. Ruido de impulso único: La principal razón de este ruido es toda clase de switches, los interruptores de On/Off de un aparato equipado con un condensador, lleva a que el condensador este conectado o desconectado a la línea, causando variaciones de voltaje en la red. Esto entraría también dentro de 2b (oscilaciones) de la clasificación de las perturbaciones que anteriormente se menciono. 4. Ruido Periódico, Asíncrono a la frecuencia de la línea eléctrica: Este tipo de ruido exhibe líneas espectrales a frecuencias no correlacionadas a la frecuencia de la línea eléctrica. Lámparas fluorescentes, televisores, monitores de computadores. Esto entraría también dentro de 2a (oscilaciones persistentes coherentes) de la clasificación de las perturbaciones que anteriormente se menciono. Al final de sus investigaciones el Dr. Olaf Hooijen concluye y resume estas categorías en 4 tipos principales de ruido para la línea eléctrica: a. Ruido de Fondo: el cual en un sitio dado y a un tiempo arbitrario para las frecuencias, se aproxima a la siguiente distribución:

( )[ ]HzWfN fK /10)(51095.3 −⋅−=

Donde K es normalmente distribuido con una media 64.8−=µ y una desviación estándar de 0.5 ( 5.0=σ ). b. ruido impulsivo c. ruido sincrono d. ruido tonal


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Para ver mejor como todos estas categorías de ruido afectan la transmisión de datos sobre la línea eléctrica se mostrara a continuación la experiencia desarrollada en el laboratorio de comunicaciones de la Escuela Colombiana de Ingeniería JULIO GARAVITO dirigidas por el Ingeniero Hernán Paz, fuente [42], para el análisis y modelamiento del ruido sobre la línea eléctrica. A continuación se muestran todas las gráficas con sus respectivos anexos gráficos para identificar amplitud de la señal, porcentaje de atenuación, periodo y frecuencia de la señal enviada. Se debe recordar que la amplitud del mensaje transmitido es 18[V]. En la siguiente figura se observa la transmisión de un byte de información por la red AC sin presencia de cargas. La trama enviada fue la siguiente 1100000010 tiene diez bits que está distribuidos así: 1 de arranque, 8 de dato y 1 de paridad (Que se usa como bit de stop al mismo tiempo). SIN CARGAS


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CARGA 1 (ESTABILIZADOR Y PC)

CARGA 2 (TALADRO SIN CARGA)


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CARGA 3 (TALADRO CON CARGA)

CARGA 4 (LICUADORA)


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CARGA 5 (MOTOR)

CARGA 6 (TODOS)


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DISTANCIA DOS METROS

DISTANCIA CINCO METROS


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Resultados del Experimento realizado en los laboratorios de la Escuela Colombiana de Ingeniería, fuente [42]. Análisis: En las gráficas se destaca el ruido aditivo al canal cuando se transmite un byte de información. Las características del ruido permiten deducir tres componentes: (a) Ruido impulsivo, La amplitud de dichos impulsos llegaron a alcanzar hasta 56 Vp y eran eventos aislados generados por el encendido y apagado de dispositivos eléctricos que sucedían a la frecuencia de la red (60 Hz) ó armónicos superiores. (b) Ruido tonal: fue observado en el dominio de la frecuencia y caracterizado por ser de banda estrecha produciendo una ligera desviación de frecuencia de los datos modulados. (c) Ruido de fondo: es el remanente de la eliminación del ruido impulsivo y tonal, se destaca porque su potencia decrece con la frecuencia. Modelamiento del ruido: El ruido impulsivo se caracteriza por la amplitud, ancho y tiempo entre llegadas; el ruido tonal genera ínter modulación y el ruido de fondo es típicamente guassiano. El modelado del ruido aditivo se basa en un proceso ciclo estacionario de valor medio nulo y varianza periódica (período igual al semiciclo de la señal de 60 Hz.); El valor cuadrático medio del ruido se puede aproximar a la siguiente expresión:

JKAKAC

JK

KK tFSINAt −+= ∑

−

=

)2()(0

2 θπσ

El valor de los parámetros que se encuentran en la ecuación, se determinan a partir de las medidas experimentales realizadas con la ayuda del osciloscopio digital. Cuando una fuente de ruido esta situada cerca del receptor y la señal modulada se atenúa, por causa de otras señales interferentes en fase o frecuencia ó por la presencia de cargas de baja impedancia en la línea, la fuente de ruido local puede exceder la tolerancia de la relación señal a ruido y degradar la transmisión generando datos erróneos.


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Atenuación de la señal sobre la línea eléctrica: La atenuación de la red de baja tensión es más o menos de 100 dB/km, y para la red de media tensión es de 10 dB/km, la gran atenuación especialmente de la red de baja tensión hace frecuente el uso de repetidores para distancias menores a 1Km, muchos factores determinan la atenuación de la señal: Dependencia del tiempo: fuerte sensibilidad al día y la noche. Dependencia de la Frecuencia: para frecuencias por encima de 100Khz, un incremento de 0.25 dB/KHz debe ser tenido en cuenta. Debido a efectos de la línea de transmisión en cables largos (>400m), la atenuación de la señal puede llegar a ser muy alta para ciertas frecuencias. La atenuación según el Doctor Lars Selander de la Universidad de Luna, la atenuación aumenta con la frecuencia, para frecuencias mayores de 10MHz es difícil diferenciar la señal recibida del ruido de fondo. Dependencia a la distancia: para efectos prácticos una atenuación de 100 dB/Km es tomada. Atenuación sobre las pases de la red: la atenuación a través de las fases puede llegar a ser de 40 dB. 4.2.5 Tecnologías sobre la línea eléctrica A continuación se hará una descripción de las tecnologías y estándares actuales en el área de la comunicación por líneas eléctricas (PLC). El primero que se mostrara es el protocolo X10 ya que fue el primero y constituye una base importante para el desarrollo de otros estándares como LonWorks o el CEBus. 4.2.5.1 Protocolo X10 Es una tecnología de acceso que permite transmisión de información a través de la red de distribución eléctrica de baja tensión; por un canal distribuye la energía eléctrica de consumo y por otro canal transmite voz y datos. Los primeros proyectos fueron desarrollados entre los años 1976 a 1978, en Glenrothes Escocia, por los ingenieros de Pico Electronics Ltda. Y la empresa de sistemas de audio BSR.

Proviene de una familia de chips, que son los resultados de los proyectos X (la serie X). El propósito era controlar un dispositivo electrónico de forma remota. Como resultados de sus estudios y experimentación nació el protocolo X-10 que se ha convertido en un estándar internacional.


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El método utilizado por X-10 esta basado en una trama de un byte (8 bits) precedido por un código de “start”. Para la transmisión de los datos sobre la línea eléctrica tanto el trasmisor como el receptor tiene que tener un detector del cruce por cero de la onda sinusoidal de la red eléctrica para que todos estén sincronizados. Estos detectores pueden saber si estos cruces son positivos (si vienen de la parte positiva hacia abajo) o negativos (si vienen de la parte negativa)

Fuente [47]

Cada receptor abre la “ventana” de recepción 120 veces por segundo (para una línea de 60Hz), así tanto el receptor como el trasmisor sabe cuando recibir y trasmitir datos. La transmisión de los datos se hace mediante el envió de impulsos de 1ms (120KHz) a penas pasa un cruce por cero de la onda de 60Hz. El “1” lógico fue definido como la presencia de uno de estos impulsos seguido de la ausencia de pulso, y el “0” lógico fue definido como la ausencia de pulso seguida por una presencia de pulso así:

Fuente [47]

La duración del pulso trasmitido es de 1ms, y el receptor abre su ventana para la recepción 6ms desde el cruce por cero, dando una holgura para cualquier retardo.


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Antes de comenzar cualquier trama de datos el protocolo dice que se debe comenzar con por lo menos 6 cruces por cero, después un código de comienzo de trama de la siguiente manera: tres pulsos seguidos de una ausencia (pulso, pulso, pulso, ausencia de pulso es decir 1110). Así:

Fuente [47]

Después de enviar el código de comienzo de trama, se envía un primer dato de 4 bits, a estos códigos se les dio una letra (A, B, C…) para hacer mas fácil su operación, como se muestra en la figura.

Fuente [47]

Después del código de letra, siguen 4 bits con el código de número y un último bit que es el bit de función, este ultimo bit si es cero, “0”, indica que los 4 bits anteriores son el código de numero y si es “1” indica que los 4 bits anteriores son el código de comando así:


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Fuente [47]

Los anteriores serian los códigos de numero para complementar y obtener mas direcciones, si terminaran en uno serian comandos, por ejemplo:

fuente [47]

Para propósitos de redundancia, seguridad y confiabilidad, el protocolo X-10, llama a cada trama dos veces.

Fuente [47]


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Cada vez que los datos cambian de una dirección a otra, o de una dirección a un comando, o de un comando a otro, la trama debe ser separada por al menos 6 cruces por cero (000000).

Fuente [47]

Teniendo en cuenta todas estas cosas y ya que se deben enviar 2 tramas iguales por cada una, el envió de una trama toma en este protocolo 22 ciclos de la onda sinusoidal de 60Hz lo cual nos llevaría un tiempo de 0.3666, por supuesto hay tramas mas cortas por ejemplo cuando se necesita prender todas las luces no se necesitaría dirección lo cual acorta la trama y el tiempo. Para mejorar esto el protocolo X-10 se puede utilizar mandando los impulsos sobre las tres fases de la línea eléctrica, se estarían enviando 3 pulsos por media onda sinusoidal, mejorando la eficiencia en términos de velocidad.

Fuente [47]

El protocolo X-10 tiene como defensa hacia el ruido que solo se observa cuando la señal de 60Hz es cero por lo cual no causa interferencia, su topología es de Bus, utiliza un modo de transmisión Simples, modula los impulsos mediante ASK con una potencia de 0.5 W, y para demodularlos se hace por medio de filtros pasa altas para solo observar los cruces por cero.


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Ventajas, Desventajas y Limitaciones del Protocolo X-10: Ventajas:

• Reducción de costos relacionados a la contracción o adecuación de infraestructura para la instalación.

• Los dispositivos son conectar y funcionar (plug and play) • Al utilizar la red eléctrica y su ubicuidad presenta características como

Flexibilidad, modularidad, capacidad de crecimiento • La filosofía fundamental de diseño de X-10 es la de que los productos puedan

ínter operar entre ellos, y la compatibilidad con los productos anteriores de la misma gama, es decir, equipos instalados hace 20 años siguen funcionando con la gama actual.

• El sistema X-10 ha sido desarrollado para ser flexible y fácil de usar. Se puede empezar con un producto en particular, por ejemplo un mando a distancia, y expandir luego el sistema para incluir la seguridad o el control con el computador, siempre que desee, con componentes fáciles de instalar y que no requieren cableados especiales.

• Optimización de recursos, y la universalidad del medio. Desventajas y Limitaciones:

• Las tasas de transmisión de datos son bajas. • La señal modulada se atenúa y distorsiona mucho debido a las altas potencias y al

ruido existente en el canal. • La limitación en el ancho de banda de los pares de cobre que se encuentran en el

tendido eléctrico domiciliario; además, el recurso debe compartirse entre los usuarios.

• La comunicación es unidireccional • No existe confirmación de recibido. • La seguridad es baja.


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4.2.5.2 PLC En el año de 1997 en Canadá las empresas Nortel y la británica West Electricity, continuaron los estudios en comunicación sobre la línea eléctrica, mas recientemente surgió una alianza entre 13 compañías, entre ellas: Cogency, comcast, Panasonic, RadioShack, Intel, Motorota, 3Com, AMD, Cisco Systems, Compaq, Texas Instruments y SONICblue, que después se unieran grandes como Sony y muchas mas, para formar HomePlug Powerline Alliance, en el momento tienen mas de 90 miembros. Creada para poner una especificación de tecnología para la línea de corriente de la casa que conecta una red y promover su aceptación ancha en el mercado. El objetivo de la alianza es habilitar y promover la disponibilidad rápida y adopción de costo eficaz. HomePlug utiliza la ubicuidad de la toma de corriente de la casa para conectar una red. En Junio de 2001 se anuncio el protocolo Homeplug 1.0, el principio es muy parecido al de X-10, pero este utiliza un protocolo del nivel físico (PHY) basado en OFDM de 128 carriers desde 0Hz hasta 25MHz cada canal soporta diferentes tipos de modulación como BPSK, DBPSK, DQPSK o ROBO (una forma robusta de DBPSK), además usa en el nivel MAC el protozoo CSMA/CA utilizando además VCS (Virtual Carrier sense), esta tecnología permite velocidades hasta de 14Mbps con una distancia no mayor entre 100 y 150m, construida con calidad de servicio (QoS) y tecnología de detección de error, soporta trasmisiones Broadcast y no necesita ecualización del canal ni tampoco sincronización con reloj. Se espera para el 2005 un nuevo protocolo que permitirá elevar la velocidad hasta 170Mbps se llamara HomePlug 2.0 – Homeplug AV, ofreciendo servicios de HDTV (high definition Television) a través de la red eléctrica. Ventajas:

• Reducción de costos relacionados a la contracción o adecuación de infraestructura para la instalación.

• Al utilizar la red eléctrica y su ubicuidad presenta características como Flexibilidad, modularidad, capacidad de crecimiento

• Altas Velocidades • Optimización de recursos, y la universalidad del medio.

Desventajas y Limitaciones:

• La distancia es muy corta. • Necesita un procesamiento de la señal muy alto para lograr un OFDM en tiempo

real, lo cual sube los costos de la solución. • El ruido y las Interferencias Electromagnéticas.


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4.2.6 Comunicación por Línea Telefónica: Estas tecnologías utilizan la línea Existente telefónica, La Home Phone Networking Alliance (HomePNA), recientemente público la especificación 3.0, la cual alcanza tasas de 128Mbps con extensiones opcionales que alcanzan los 240Mbps. Ya que es la única industria de “Home Networking” capaz de superar los 100Mbps y además que ofrece calidad de servicio (QoS), la tecnología HomePNA complementa las redes inalámbricas proveyendo un backbone de alta velocidad ideal para una red multimedia de una casa. La Unión internacional de telecomunicaciones (ITU) adopto estándares mundiales para el trabajo sobre la línea telefónica estos son: G.989.1, G989.2 y el G989.3, basados en la especificación HomePNA 2.0 que permitía velocidades hasta de 10Mbps, este es completamente compatible con la especificación 3.0. Una red típica de HomePNA seria de la siguiente manera:

Fuente [26]

Ahora mismo 3COM y Gateway ya comercializan hardware que soporta esta tecnología, de gran éxito durante estos últimos meses en USA. Estas gamas de productos completan los interfaces para PC con gateways que permiten compartir la conexión a la red desde varios ordenadores. La utilización de esta tecnología es muy popular en estados unidos donde es muy frecuente tener una salida de la línea de teléfonos en cada vivienda.


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4.2.7 Conclusiones: en este capitulo se mostró las diferentes tecnologías para el uso de cableado existente, las tecnologías sobre líneas eléctricas, en donde la investigación se profundizo mucho mas, nos muestran un medio para la transmisión de información muy difícil y complicado ya que ha sido creado para otro propósito (distribución de energía), esto hace que se comporte totalmente diferente a un canal dedicado como el de una Ethernet, el capitulo muestra cada uno de los problemas que se pueden presentar debido al ruido y otros factores. Pero así como presenta dificultades hay muchas ventajas que nos hacen pensar en estas tecnologías como solución para las redes dedicadas a la Domotica, por ejemplo la ubicuidad de la red aparece como una gran ventaja, ofreciendo conexión en cada salida de energía (en cada Habitación), la eliminación de nuevos cables, el soporte de QoS y velocidades de 14Mbps, hacen de esta tecnología una solución llamativa. En cuanto a la red por línea telefónica muestra velocidades excelentes (128Mbps) lo cual es muy bueno, pero no presenta la misma ubicuidad de la red eléctrica y habría que complementarla con otras tecnologías como inalámbricas, Ethernet o el mismo PLC. Una breve comparación de estas tecnologías seria la siguiente:

Línea Telefónica Red Eléctrica velocidad actual 1-128 Mbps 1-14Mbps velocidades futuras 30- 240Mbps 30- 250Mbps soporte de QoS si si Estandarización estable en desarrollo


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4.3 Tecnologías inalámbricas Las WLAN (Wireless Local Area Networks) no hacen parte de la evolución de las redes móviles, por el contrario es una evolución de las redes LAN, estas redes habían sido mantenidas al margen pero últimamente han tenido un auge muy grande desatando la aparición y evolución de nuevas tecnologías tanto para el uso en la casa como en el espacio publico. Algunas WLAN han sido remplazadas por redes móviles, donde deben ser vistas como un complemento a la tercera generación (3G) de área extendida. Las redes inalámbricas quita el costo de instalación de nuevos cables y los múltiples desafíos que componen la comunicación por cableados existentes. A continuación se hará una breve reseña de las principales tecnologías inalámbricas.

4.3.1 IEEE 802.11

IEEE 802.11 es una familia que envuelve una serie de estándares, actualmente existen 4 especificaciones de esta familia (fuente [31]): 802.11, 802.11a, 802.11b y 802.11g, los cuatro utilizan el protocolo de Ethernet y utilizan CSMA/CA en ves de utilizar CSMA/CD. 802.11: Aplica para WLAN´s y entrega velocidades de transmisión entre 1Mbps y 2Mbps, utiliza la banda de 2.4GHz y utiliza FHSS o DSSS y modula con PSK. Las versiones FHSS y DSSS de 802.11 se diseñaron para edificios de empresas con muchas oficinas o construcciones de campos con muchos edificios, con el fin de poder moverse libremente entre “puntos de control” inalámbricos que están conectados a una red Ethernet formando “micro-células” que se superponen. Las tecnologías robustas de 802.11 permiten a los trabajadores moverse la casa mientras permanecen conectados. Pero este aumento de complejidad y función de la red hace incrementar el coste. 802.11a: Es una extensión del 802.11, este entrega velocidades de transmisión mayores llevando hasta 54Mbps, utiliza la banda de 5GHz y utiliza OFDM como método de modulación, lo que le permite llegar a esas velocidades. 802.11b: Esta familia es también llamada “high rate” o “Wi-Fi”, es una extensión de la 802.11 y fue la ratificación de la misma, esta familia entrega velocidades de transmisión hasta de 11Mbps, con opciones mas lentas de 5.5, 2 y 1Mbps, opera en la banda de 2.4GHz, 802.11b solo utiliza DSSS, modula con CCK (complementary code Keying) y es compatible con Ethernet.


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802.11g: Esta familia ofrece transmisión inalámbrica para distancias relativamente cortas, alrededor de 50m, entrega velocidades hasta de 54Mbps utilizando la banda de 2.4GHz, y también utiliza la técnica de OFDM. La estructura de la familia 802.11 es la siguiente:

Fuente [31]

Estructura del protocolo: la estructura de la trama es la siguiente:

* El significado de cada uno de los cuadros es el mismo que se explico para Ethernet. * Fuente [31]


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4.3.2 HomeRF Esta era una familia de tecnologías WLAN exclusivamente diseñadas para el hogar. Con la incompatibilidad con la 802.11b, el grupo salio a favor de la 802.11a para la siguiente generación, este grupo se disolvió en enero de 2003, la revisión de la especificación HomeRF 2.01 dio soporte para la comunicación para voz y datos en la casa, bajo un ambiente sin licencia de la banda ISM de 2.4GHz. Se diseñó para operar con Public Switched Telephone Network (PSTN) e Internet. Utiliza “hopping” (saltos) de frecuencia digital, radio tecnología de amplio espectro con extensiones del teléfono inalámbrico existente (Digital Enhanced Cordless Telephone o DECT) y los protocolos de Radiofonía Ethernet (IEEE 802.11). Da soporte al servicio Time Division Multiple Access (TDMA) para ofrecer la voz del tiempo real y a otros servicios del tiempo críticos y al servicio Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance (CSMA/CA) para los datos de alta velocidad. Resumen de los parámetros del sistema: Hops de frecuencia: 50 hops/seg. Rango de frecuencia: banda 2.4 ISM Potencia de transmisión: 100mW Relación de datos: 1 Mbps al usar una modulación de 2FSK (2 Mbps al usar una modulación de 4 FSK) Alcance: cubre una vivienda y jardín normales. Estaciones de soporte: hasta 127 dispositivos/network Conexiones de voz: hasta 6 conversaciones. Seguridad de datos: algoritmo de codificación “blowfish” (1 trillón de códigos) Compresión de datos: algoritmo LZRW3-A.


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4.3.3 Bluetooth Bluetooth es una propuesta de especificación de radiofrecuencia por transmisión de corto alcance, transmisión de datos de punto a multipunto. Bluetooth puede transmitir a través de objetos sólidos no metálicos. Su cable de unión nominal es de 10 cm. a 10 m en teoría, pero se puede extender a 100 m mediante el incremento de la energía de transmisión. El nombre de Bluetooth viene del rey danés que unió a suecia, Dinamarca y noruega en siglo 10 el Rey Harald Blatand (en ingles Harold Bluetooth). Las características generales del Bluetooth son: -Opera en una banda 2.4 GHz de la Industria Científica Médica (ISM). -Usa la frecuencia de salto FHSS, con espectro extendido el cual divide la banda de frecuencia en un número de canales de salto. Durante la conexión, los transmisores de radio saltan de un canal a otro de forma aleatoria. -Soporta más de ocho aparatos en una piconet (dos o más unidades de Bluetooth comparten un canal). -Construido con seguridad interna. -Omnidireccional. -Contiene servicios sincrónicos y asincrónicos; de fácil integración con TCP/IP. -Reguladas por gobiernos internacionales -tiene un alcance en cualquier dirección de hasta 100m. Bluetooth permitirá a los usuarios conectarse a un amplio rango de computadores y aparatos de telecomunicación sin necesidad de comprar, llevar, o conectar cables. La eficiencia de la energía de la radio tecnología, puede usarse en muchos de los mismos servicios que usa IR: - Teléfonos - Módems - Aparatos de acceso a LAN - Servidores - Notebook, desktop, y handheld PC`s Es una interfase universal de radio en la frecuencia de banda 2.45 GHz y que ha conseguido el soporte de Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba, Intel, y otros muchos productores. Para funcionar con unas bases a nivel mundial, Bluetooth necesita una frecuencia de radio de libre licencia y abierta a cualquier radio. la banda ISM 2.45 GHz, satisface estos requerimientos aunque debe adaptarse a las interferencias de los pequeños monitores, a las de los mandos de garajes, teléfonos sin cables, microondas, que también usan la misma frecuencia.


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4.3.4 IrDA La IrDA, Asociación de datos por infrarrojos, especifica tres estándares de comunicación por infrarrojos: -La IrDA-Data -IrDA control - y el estándar llamado ALr En general, IrDA se usa para proporcionar tecnología de conexión por radio para aparatos que normalmente usarían cables para su conexión, IrDA utiliza comunicación punto a punto, cubre un estrecho ángulo (un cono de 30º), es un estándar de conexión de datos diseñado para operar en una distancia de 0 a 1 metro y a una velocidad de 9600 bps a 16Mbps Como características generales del IrDA podemos señalar: -es una conexión mundialmente Comprobada y universal sin cable. -tiene una Base instalada de más de 50 millones de unidades. -soporta un Amplio abanico de plataformas de hardware y software. -alternativa para diseños de cables punto a punto. -Actúa en un Cono de ángulo estrecho de 30º en una aplicación point-and-shoot (sin interferencias con otros equipos eléctricos y bajo un nivel de seguridad para los aparatos estáticos). -velocidades de 4Mbps y 16 Mbps. Aparatos compatibles con esta tecnología: - Notebook, desktop y handheld Para PCs - Impresoras - Teléfonos y buscas - Módems - Cámaras - Aparatos de acceso a LAN - Equipo médico industrial - Relojes IrDa cuenta con una instalación mundial de más de 50 millones de unidades y creciendo a un 40% anualmente, IrDA está ampliamente disponible en computadores personales, aparatos portátiles (PDA y otros) y aparatos de todo tipo. El amplio uso y la aceptación de los estándares IrDA y sus robustas soluciones, han acelerado la adopción de las especificaciones de IrDa por parte de otras organizaciones. La adopción universal y la implementación a nivel mundial de las especificaciones IrDA, garantiza un puerto universal de hardware y una rápida y emergente interoperatividad de software.


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4.3.5 Ultrawideband Ultrawideband (UWB) esta empezando a tomar fuerza en la industria de las redes inalámbricas. Esta tecnología fue en un principio utilizada por las fuerzas militares de los Estados Unidos. Aunque su desarrollo ha sido relativamente lento, la posibilidad de que UWB se vuelva la mejor alternativa en comunicaciones inalámbricas esta cerca, Para esto compañías como XtremeSpectrum, Motorota, Intel, Texas Instruments y otras se encuentran trabajando en el desarrollo de esta tecnología. De acuerdo con la FCC, UWB es cualquier señal que ocupa por lo menos 500MHz de ancho de banda dentro de la pequeña zona del espectro comprendida entre 7.5GHz y 10.6GHz. UWB utiliza un pulso muy corto (del orden de 10-1000 pico segundos) de baja potencia muchas veces a través de un muy amplio rango de frecuencias, ya que estas frecuencias intrínsecamente ocupan una gran cantidad de ancho de banda, su energía es dispersada por pocos sobre el espectro de la radio frecuencia (desde unos pocos MegaHertz hasta los GigaHertz). Estas frecuencias son tan altas que pueden ser trasmitidas directamente, sin la necesidad de ser moduladas previamente como ocurre en sistemas convencionales de radio como AM o FM, telefonía celular y Wi-Fi. En teoría la velocidad de transmisión de UWB esta entre 100-500Mbps, a distancias no mayores de 10m. Algunas compañías como XtremeSpectrum y Motorola utilizan CDMA, XtremeSpectrum ha realizado pruebas llegando a velocidades de 100Mbps consumiendo una potencia de 200mW. Mientras otras compañías como Texas Instruments utilizan una combinación de Frequency Hopping con OFDM, esta tecnología se llama Multiband OFDM. 4.3.6 Restricciones y Limitaciones Una de las restricciones y limitaciones mas fuertes que presenta esta tecnología corresponde a la atenuación, ya que las ondas pierden fuerza a medida que se encuentran con obstáculos y con el mismo aire, es un fenómeno al que no se puede escapar y se debe tener en cuenta para un correcto diseño de una WLAN. Esta perdida esta representada en decibles (dB), por ejemplo si una onda RF (802.11b) choca con una pared su señal iría de 200milliwatts a 100 miliwatts esta perdida en términos de decibeles se representa por una atenuación de 3dB. Para predecir esto existen programas avanzados que permiten hacer una precisión sobre la potencia de la onda en un plano virtual, pero en términos generales usando 802.11b (Wi-Fi) operando a 11Mbps se tiene una atenuación de 100dB por cada 200 pies, esto puede variar de acuerdo a las condiciones de el espacio donde se desee instalar, algunos valores de atenuación para materiales comunes de construcción son:


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Plasterboard wall 3dB Glass wall with metal frame 6dB Cinder block wall 4dB Office window 3dB Metal door 6dB Metal door in brick wall 12.4dB

Fuente [36]

Todas estas atenuaciones se suman para obtener la atenuación total, así si la estación trasmisora produce una señal de 200 miliwatts (23dBm) una sensibilidad de recepción normal seria de -76dBm, esto quiere decir que la máxima atenuación que puede soportar seria de 99dB. En teoría se dice que entre más alta sea la frecuencia de la trasmisión las perdidas serán mayores, pero según experimentos realizados por “RFdesign” y el Dr. Dan Dobkin, se encontró que no existe una diferencia significativa entre la propagación a 5.2-5.8GHz y 2.4-2.5GHz en una oficina normal, con una área central abierta ocupada por cubiculos, oficinas y cuartos de conferencia y pisos separados por lozas delgadas de concreto y acero, se tuvieron en cuenta estanterías, bibliotecas y obstáculos normales que presentaría una oficina convencional. Esto se confirma en la siguiente grafica donde se muestra las mediciones que se hicieron trasmitiendo una señal a estas frecuencias de 10mW recibiéndolas en diferentes partes del edificio, las líneas representan la más alta y mas baja medición en un mismo punto.

Fuente [54]


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Se puede observar que para las dos tecnologías los resultados son prácticamente los mismos lo que nos lleva a la conclusión que aunque en teoría la de más alta frecuencia debería experimentar mayores perdidas la diferencia con la de menor frecuencia no es tan grande. Otras soluciones como UWB son menos inmunes a los obstáculos debido al ancho espectro en frecuencia a la que estos actúan. 4.3.7 Conclusiones En este capitulo se hizo un pequeño resumen sobre las tecnologías inalámbricas que actualmente tienen mas fuerzas, Estas Tecnologías ofrecen muchas ventajes entre ellas la desaparición de los cables, además de no presentar los problemas y retos que presenta la transmisión por líneas eléctricas, las principales características de estas tecnologías están en el siguiente cuadro:

Tecnología Tasa de Potencia de Alcance Medio

Transferencia Salida Frecuencia Bluetooth 1-2Mbps 100mW 100m 2.4GHz IrDA 4Mbps 100mW/sr 1-2m infrarrojo

Ultrawideband 100-500Mbps 1mw 10m 3.1-10.6GHz

IEEE 802.11a 54Mbps 40-800mW 20m 5GHz IEEE 802.11b(Wi-Fi) 11Mbps 200mW 100m 2.4GHz IEEE 802.11g 54Mbps 65mW 50m 2.4GHz

Fuente [15]

Para estas tecnologías surgen inconvenientes como la interferencia de otros aparatos y los alcances de distancia que pueden tener dependiendo también de los obstáculos físicos que presente el espacio donde se valla a utilizar este tipo de soluciones, para esto existen herramientas poderosas para la ubicación de las antenas y así observar la cobertura de la red, tal es el caso de las herramientas WirelessInSite, ProMan, Wallman


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4.4 Análisis del mercado El mercado del “Home Networking” se predice que va a crecer de 8.3 billones de dólares en este año a 17.1 billones de dólares para el 2008, según los datos dados por In-Stat/MDR. Esto pone un punto muy alto en la perspectiva de la domotica en el mundo, esto quiere decir que dentro de muy poco este tipo de tecnologías van a estar en todas partes y van a ser parte diaria de nosotros, en la siguiente grafica se puede observar el crecimiento de años anteriores de este mercado y el numero de casas con soluciones Domoticas:

Fuente [48] Dentro de la domotica como vimos en este capitulo existen varias tecnologías de acuerdo al medio para adoptar una solución domotica, según la encuesta hecha por la firma CRN la tecnología más aceptación y que en planes futuros se planea emplear si le dieran las tres opciones que durante el capitulo desarrollamos, la mas utilizada como muestra la siguiente grafica seria la inalámbrica así:


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Fuente [49]

Estas estadísticas son confirmadas por el estudio hecho por parte de Telefónica de España con las siguientes cifras:

Fuente [50]

En términos de costos el análisis hecho por CSFB Technology Group estimates, comparando una red pequeña con diversas tecnologías los precios son los siguientes:

Fuente [48]


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Esto demuestra que a pesar de que las tecnologías inalámbricas son mas costosas sus grandes ventajas la hacen ver como la solución que en el momento tiene mas acogida y esta mas en crecimiento, en esta comparación no se tiene en cuenta costos de instalación que podría generar el Ethernet si la construcción no tiene desde el principio este tipo de solución, estos sobre costos ya se han mencionado anteriormente y podrían equilibrar los costos respecto a las tecnologías inalámbricas. 4.5 Conclusiones Una vez observados los tres tipos de tecnologías (Cableado Estructurado, Cableado Existente, Inalámbrico.) con sus diferentes características, ventajas y desventajas, podemos resumirlas en este cuadro: Diferenciador Cableado Estructurado Cableado existente Inalámbrico mejores usos nuevas construcciones interconexión de aparatos móviles: remodelaciones aparatos estacionarios laptops, PDA, etc. costo alto ( por la instalación) bajo bajo numero de donde sea necesario múltiples salidas de la ideal para toda la "outlets" red eléctrica y telefónica casa velocidad actual 100Mbps 10-14Mbps mas o menos 10Mbps velocidad futura 1000Mbps o mas 30-250Mbps 25-100Mbps seguridad alta menor menor

estandarización bien definida (mundial) competencia de estándares

competencia de estándares


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5. Estándares

Uno de los principales problemas en el desarrollo de la Domotica a sido la estandarización, ya que es un nuevo mercado al que cada gran compañía busca acaparar, llevo a la ramificación de muchos estándares, esto va en contra de una estandarización mundial que enfoque todos los esfuerzo en un solo sentido. En el mundo existen dos grandes tendencias de estándares las europeas y las Norte Americanas como se muestra en el siguiente mapa:

Fuente [51] El mapa anterior nos muestra los diferentes nombres de los estándares y su ubicación, es decir donde operan, para el 2002 este número había crecido notablemente en Norte América mientras en Europa por medio de Konnex se busca la unificación de los antiguos estándares, como se muestra en el siguiente mapa:

Fuente [51]


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A continuación se hará un resumen de las principales características de algunos de los principales estándares actuales para Domotica. 5.1 LonWorks La tecnología LonWorks es desarrollada por Echelon, es un estándar abierto para cualquier fabricante, esta basado en una arquitectura distribuida y multimedia tanto de proceso como de ubicación, es decir, Cada elemento del sistema tiene su propia capacidad de proceso y puede ser ubicado en cualquier parte de la vivienda. Esta característica proporciona al instalador domotico una libertad de diseño que le posibilita adaptarse a las características físicas de cada vivienda en particular. Cada sistema de control esta compuesto básicamente de los siguientes componentes: censores, actuadotes, programas de aplicación, redes de comunicaciones, interfaces hombre-maquina y herramientas para el manejo de la red. La arquitectura distribuida de la tecnología LonWorks se muestra a continuación:

Fuente [17]

En esta arquitectura los nodos se conectan entre si utilizando el protocolo y por cualquier medio que sea el mas conveniente (par trenzado, línea eléctrica, radio frecuencia, fibra óptica o infrarrojo) a esta característica se le denomina multimedial. Tecnología LonWorks La tecnología LonWorks tiene los siguientes elementos fundamentales:

• Neuron Chip control Processor y transceivers • Protocolo de comunicación LonTalk. • LonWorks Network Services (LNS)


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El Neuron Chip control Processor es la base del nivel físico de esta tecnología. Es un sistema dentro de un chip con múltiples microprocesadores, memorias ROM y RAM, interfaces de comunicación y puertos de entrada/salida (I/O). la ROM del chip contiene el sistema operativo, el protocolo de comunicación LonTalk y una librería de las funciones de I/O. el chip también tiene memoria RAM para la configuración de los programas de aplicación. Cada Neuron Chip contiene un único código de 48 bits llamado el “Neuron ID”. Estos chips están disponibles en una serie de velocidades, capacidades de memoria y interfaces diferentes y es fabricado por Motorola y Toshiba. El Transceiver es el modulo que permite una interfaz física entre el puerto de comunicación del chip y el medio o canal (incluyendo cualquier medio par trenzado, línea eléctrica, inalámbrico). El Protocolo de Comunicación LonTalk es un protocolo por niveles y orientado al envió de paquetes, esta totalmente de acuerdo con la arquitectura de niveles propuesta por la ISO (International Standard Organization). Cada uno de los terminales conectados al canal tiene un turno para la transmisión de paquetes. Cada paquete tiene un largo variable de bytes y contiene la información sobre el nivel de aplicación junto a la de direccionamiento y a otra información. Todos los terminales conectados miran cada uno de los paquetes para ver si corresponde a ellos, si lo es, entonces procede a ver el paquete y si no pasa nada. Este protocolo es independiente al medio utilizado. El programa de implementación del protocolo llamado Lontalk Firmware esta dentro de la ROM del Neuron Chip, dando una serie de parámetros de seguridad, rendimiento y calidad. LonWorks Network Services (LNS) es una arquitectura cliente-servidor que proporciona el fundamento para la interoperabilidad de las herramientas de la red LonWorks. LNS permite basado en componentes el diseño de software para la generación de nuevas herramientas para instalar, monitorear y controlar la red LonWorks. Componentes del sistema:

• Nodo • Canal • Herramientas de la Red

El Nodo es cada uno de los aparatos que se encuentran pegados a la red y que contienen al menos un Neuron Chip y un Transceiver, dependiendo de la función y el actuador que sea este puede variar en su presentación y diseño.


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El Canal es el medio de comunicación físico al que llegan todos los elementos del sistema, cada tipo de canal tiene diferentes características así:

Fuente [17]

Las herramientas son las que facilitan la interacción con el usuario permitiéndolo controlar, monitorear y configurar su red a la medida de su hogar. 5.2 Consumer Electronic Bus (CEBus) El protocolo de comunicación CEBus (Consumer Electronics Bus) es un estándar vigente en los Estados Unidos que ha sido desarrollado por la Asociación de Industrias Electrónicas (EIA-Electronic Industries Association). El estándar surgió en 1984 cuando la EIA se propuso unificar los protocolos de control remoto de electrodomésticos por medio de infrarrojos, de aquí surge el estándar IS-60 (interim Standard 60) que luego en revisiones hechas en 1993 y 1994 genero el estándar abierto EIA-600 (CEBus). Los objetivos principales del estándar son: -Facilitar el desarrollo de módulos de interfaz de bajo costo que puedan ser integrados fácilmente en electrodomésticos. -Soportar la distribución de servicios de audio y vídeo tanto en formato análogo como digital. -Evitar la necesidad de un controlador central, distribuyendo la inteligencia de la red entre todos los dispositivos. -Permitir añadir y quitar componentes de la red sin que afecte al rendimiento del sistema ni que requiera un gran esfuerzo la configuración por parte del usuario. -Proporcionar un método adecuado de acceso al medio. Medios físicos permitidos Red eléctrica Cable trenzado Cable coaxial Infrarrojos Radio Frecuencia Fibra óptica Bus audio-vídeo


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En todos los medios físicos, la información de control y datos se transmite a la misma tasa, 7500 bps. Utilizando CSMA/CDCR Aunque también se permite canales para acomodar audio o vídeo. Funcionamiento Se contemplan diversos protocolos para que los electrodomésticos y equipos eléctricos puedan comunicarse usando corrientes portadoras por las líneas de baja tensión, par trenzado, cable coaxial, infrarrojo, radiofrecuencia o fibra óptica.

Para la transmisión de datos por corrientes portadoras, el CEBus usa una modulación en espectro expandido (Spread Spectrum); se transmite uno o varios bits dentro de una ráfaga de señal que comienza en 100 kHz y termina en 400 kHz (el barrido para Europa es de 20 kHz a 80 kHz) que tiene una duración de 100 microsegundos. La velocidad media de transmisión es de 7500 bps. Un 1 digital es creado mediante la ausencia o presencia de una ráfaga que dura 100 microsegundos, mientras que un 0 digital es creado mediante la ausencia o presencia de una ráfaga que dura 200 microsegundos, esto hace que la tasa de transmisión sea variable dependiendo de la cantidad de unos y ceros que contenga los datos.

Los nodos CEBus tienen grabado una dirección física prefijada en fábrica, que los identifican de forma única en una instalación Domótica. Hay más de 4.000 millones de posibilidades. Como parte de la especificación CEBus se ha definido un lenguaje común para el diseño y especificación de la funcionalidad de un nodo, a este lenguaje lo han llamado CAL (Common Application Language) y esta orientado a objetos. La estructura de la trama es la siguiente:

Estructura de la trama [Intellon Corporation] [17]


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En donde: LPDU: Link Protocol Data Unit NPDU: Network Protocol Data Unit APDU: Application Protocol Data Unit Las tramas definidas en CEBus pueden tener longitud variable en función de la cantidad de datos que se necesitan transmitir. El tamaño mínimo es 50 bits y el máximo casi 350 Bits. Como detección de error el protocolo utiliza CRC (Cyclic Redundancy Check). La empresa Intellon Corporation dispone del hardware y el protocolo embarcados en un único circuito (chip). Los comandos y los informes de estados se transmiten por el canal de control en forma de mensajes. El núcleo de la especificación CEBus se centra en definir este canal de control. El formato de los mensajes CEBus es independiente del medio de físico utilizado. Cada mensaje contiene la dirección de destino de receptor sin ninguna referencia sobre que medio físico esta situado el receptor o el transmisor. De esta forma CEBus forma una red uniforme a nivel lógico en forma de bus. CEBus soporta una topología flexible. Cualquier dispositivo se puede conectar a cualquier medio siempre que tenga la interfaz adecuada. Para comunicar segmentos de red que tienen diferente medio físico, se utilizan routers. Estos pueden estar integrados dentro de otro dispositivo con más funcionalidades. Para facilitar la difusión de mensajes todos los dispositivos tienen una dirección a la que responden todos (broadcast address). Además, los dispositivos se pueden agrupar en grupos (group address). De esta forma se puede mandar un único mensaje a varios dispositivos al mismo tiempo. Un dispositivo puede pertenecer a uno o más grupos. La empresa Intellon Corporation dispone del hardware y el protocolo embarcados en un único circuito (chip), Intellon Además proporciona el entorno de desarrollo en lenguaje CAL compatible con sus propios circuitos así como Kits de inicio para aquellas empresas que deseen empezar a desarrollar productos CEBus.


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5.3 PowerPacket PowerPacketTM es desarrollado por Intellon Corp. Y constituye la base de la especificación de la HomePlug Poweline Alliance, utilizando OFDM, PowerPacket es el nombre que le dio Intellon a la tecnología de alta velocidad sobre las líneas eléctricas, actualmente 14Mbps. Esta tecnología soporta servicios como voz IP (VoIP) y QoS, garantizando aplicaciones de multimedia y telefonía al consumidor. Tecnología: El nivel físico (PHY) utiliza OFDM como la técnica de transmisión básica, lo cual consiste en procesar múltiples cadenas paralelas de bits, cada una con una tasa de bit baja, cada cadena es modulada con portadoras no muy separadas (en frecuencia), este espacio es elegido igual a la inversa de la tasa de los datos para que sean ortogonales. La necesidad de ecualización es eliminada utilizando diferentes modulaciones de fase, esto se ilustra mejor en la siguiente grafica:

Modulación de PowerPacket [Intellon][17]


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Las ondas para OFDM son generadas mediante la Inversa de la Trasformada de Furrier (IFFT), y la información se pude recuperar mediante una trasformada de furrier (FFT), el método que utiliza para la modulación es DQPSK, PowerPacket esta ubicado en la banda de 4.5 a 21 MHz, además cumple con los filtros digitales que requiere HomePlug para PSD (Power Spectral Density), además crea notches de 30dB para eliminar la interferencia con los operadores de radio aficionados. Para el nivel MAC (medium access control) utiliza CSMA/CA, utilizado también en el protocolo IEEE 802.11. 5.4 BACnet El BACnet es un protocolo norteamericano para la automatización de viviendas y redes de control que fue desarrollado bajo el patrocinio la asociación norteamericana de fabricantes e instaladores de equipos de calefacción y aire acondicionado (ASHRAE- American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers). El principal objetivo, a finales de los años ochenta, era la de crear un protocolo abierto que permitiera interconectar los sistemas de aire acondicionado y calefacción de las viviendas y edificios con el único propósito de realizar una gestión energética inteligente de la vivienda. Se definió un protocolo que implementaba la arquitectura de niveles OSI y se decidió empezar usando, como soporte de nivel físico, la tecnología RS-485 (similar al RS-232 pero sobre un par trenzado, para hacer más inmune esta a las interferencias electromagnéticas). Incluso a principios de los años 90, cuando apareció el protocolo LonTalk usado en Lonworks, esta asociación planteó su inclusión como parte del protocolo BACnet, a pesar de que Echelon demostró que no pensaba ceder los derechos de patente ni dejar de cobrar royalties por los chips que implementan el Lonworks. Todo ello iba en contra de las bases fundacionales del grupo de trabajo BACnet como protocolo abierto. El BACnet no quiere cerrarse a un nivel físico o a un protocolo de nivel 3 concretos, realmente lo que pretende definir es la forma en que se representan las funciones que puede hacer cada dispositivo, llamadas "objetos" cada una con sus propiedades concretas. Existen objetos como entradas/salidas analógicas, digitales, bucles de control (PID, etc) entre otros. Algunas propiedades son obligatorias otras son opcionales, pero la que siempre se debe configurar es la dirección o identificador de dispositivo el cual permite localizar a este dentro de una instalación compleja BACnet. El protocolo BACnet fue primero publicado como el estándar ANSI/ASHRAE 135-2001 en 1995 y sus posteriores actualizaciones y adiciones se hacen por parte de la ASHRAE, BACnet ha sido traducido en chino, japonés y coreano e incluso en Corea se adopto como un estándar el KS X 6909 (Korean national Standard), posteriormente el estándar fue avalado por la ISO y la CEN (committee for European Standardization) como un DIS (Draft International Standard) el ISO/DIS 16484-5.


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BACnet es un modelo orientado a objetos que es independiente a la tecnología de la red, muchos tipos de LAN son permitidos en esta solución dando como resultado una gama muy alta de costos y desempeño; BACnet integra diversos sistemas de control que incluyen:

• Control de HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) • Control de luces • Control de acceso • Detección de incendios y funciones de seguridad • Transmisión de información.

a pesar de que esta solución es muy buena y cuenta con un respaldo y aceptación mundial, una de sus limitaciones es que su diseño esta orientado a edificios, a pesar de que se puede aplicar a viviendas pequeñas, la tecnología BACnet en el momento para este tipo de problemas es muy costosa y poco viable.

5.5 KONNEX

El Konnex es la iniciativa de tres asociaciones europeas:

1. EIBA, (European Installation Bus Association), 2. EHSA (European Home Systems Association), 3. Batibus Club International,

Con el objeto de crear un único estándar europeo para la automatización de las viviendas y oficinas.

5.5.1 EIB La EIBA es una asociación de empresas punteras en instalaciones eléctricas, que se han unido para impulsar el desarrollo en la técnica de sistemas de gestión de edificios y para poder ofrecer en el mercado europeo un sistema unitario de alta fiabilidad. Más de 110 miembros de la EIBA, que como fabricantes cubren el 80% de la demanda de aparatos de instalación eléctrica en Europa, pertenecen a la asociación. La EIBA desarrollo El bus EIB que se puede definir como un sistema descentralizado en el que cada uno de los dispositivos conectados tiene control propio. Cada uno de los dispositivos tiene su propio microprocesador, y se pueden clasificar en censores, que son


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los responsables de detectar actividad en el edificio, y en actuadores, que son capaces de modificar el entorno. La EIBA propone una especificación abierta en la cual todos los dispositivos se conectan a través de la única línea de bus existente, sin precisar un control centralizado. Se basa en el protocolo CSMA/CA para solucionar el acceso al medio físico. Los censores se comunican mandando datagramas a los actuadores los cuales ejecutan los comandos apropiados que suplen todas las necesidades de una vivienda automatizada. El bus se adapta fácilmente a distintos tamaños y topologías pudiéndose conectar hasta 10000 dispositivos. El bus es independiente del medio físico que se utilice estando disponibles los siguientes:

• Par trenzado, con una velocidad de 9600bps. • Red eléctrica, con una velocidad de 1200/2400bps, en un principio para 230V y

50Hz • EIB.net (10 Mbps sobre Ethernet) • Radio Frecuencia. • Infrarrojos.

Las instalaciones que existen en la actualidad están implementadas sobre par trenzado y en menor medida sobre red eléctrica, pudiendo tener elementos que se comunican mediante infrarrojos o radio frecuencia. El EIB efectúa la comunicación directa, gobierna todas las funciones a través de la única línea de Bus existente, es decir sin precisar de una central, como por ejemplo: Regulación de la iluminación Control de subida y bajada de persianas Regulación de la calefacción. Ventilación y climatización Gestión de cargas eléctricas Vigilancia y avisos Interfaces para sistemas de servicios y sistemas de control de edificios


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5.5.2 EHS La especificación EHS define la manera de cómo los aparatos eléctricos y electrónicos pueden interactuar y comunicarse dentro de la casa entre si. La EHSA se fundó en 1990 para promocionar el uso de la especificación European Home Systems (EHS). Los principales fabricantes europeos de electrodomésticos y telecomunicaciones han desarrollado desde 1987 la norma EHS bajo los programas Europeos EUREKA y ESPRIT. EHS ha sido desarrollada posteriormente por el Comité de Control de Estándares de la EHSA, involucrando también a las principales compañías Europeas de semiconductores y aparatos eléctricos. Durante los años 1992 al 1995 la EHSA auspició el desarrollo de componentes electrónicos que implementaran la primera especificación. Como resultado nació un circuito integrado de ST-Microelectronics (ST7537HS1) que permitía transmitir datos por una canal serie asíncrono a través de las líneas de baja tensión de las viviendas (ondas portadoras o "powerline communications"). Esta tecnología, basada en modulación FSK, consigue velocidades de hasta 2400 bps y además también puede utilizar cables de pares trenzados como soporte de la señal. En la actualidad, se están usando o se están desarrollando los siguientes medios físicos:

• PL-2400: Ondas Portadoras a 2400 bps. • TP0: Par Trenzado a 4800 bps (idéntico a nivel físico del BatiBUS). • TP1: Par Trenzado/Coaxial a 9600 bps. • TP2: Par Trenzado a 64 Kbps. • IR-1200: Infrarrojo a 1200 bps. • RF-1100: Radiofrecuencia a 1100 bps.

Protocolo Este protocolo está totalmente abierto, esto es, cualquier fabricante asociado a la EHSA puede desarrollar sus propios productos y dispositivos que implementen el EHS. Con una filosofía Plug&Play, se pretende aportar las siguientes ventajas a los usuarios finales:

• Compatibilidad total entre dispositivos EHS. • Configuración automática de los dispositivos, movilidad de los mismos (poder

conectarlo en diferentes emplazamientos) y ampliación sencilla de las instalaciones.

• Compartir un mismo medio físico entre diferentes aplicaciones sin interferirse entre ellas.

Cada dispositivo EHS tiene asociada una subdirección única dentro del mismo segmento de red que además de identificar unívocamente a un nodo también lleva asociada información para el enrutado de los telegramas por diferentes segmentos de red EHS.


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5.5.3 Batibus

La velocidad binaria es única (4800 bps) la cual es mas que suficiente para la mayoría de las aplicaciones de control distribuido.

La instalación de este cable se puede hacer en diversas topologías: bus, estrella, anillo, árbol o cualquier combinación de estas. Lo único que hay que respetar es no asignar direcciones idénticas a dos dispositivos de la misma instalación.

Protocolo

Este protocolo está totalmente abierto, esto es, al contrario de los que sucede con el protocolo LonTak de la tecnología Lonworks, el protocolo del BatiBUS lo puede implementar cualquier empresa interesada en introducirlo en su cartera de productos.

A nivel de acceso, este protocolo usa la técnica CSMA-CA, (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) similar a Ethernet pero con resolución positiva de las colisiones. Esto es, si dos dispositivos intentan acceder al mismo tiempo al bus ambos detectan que se está produciendo una colisión, pero sólo el que tiene más prioridad continua transmitiendo el otro deja de poner señal en el bus. Esta técnica es muy similar a la usada en el bus europeo EIB y también el en bus del sector del automóvil llamado CAN (Controller Area Network).

La filosofía es que todos los dispositivos BatiBUS escuchen lo que han enviado cualquier otro, todos procesan la información recibida, pero sólo aquellos que hayan sido programados para ello, filtrarán la trama y la subirán a la aplicación empotrada en cada dispositivo.

Al igual que los dispositivos X-10, todos los dispositivos BatiBUS disponen de unos micro-interruptores circulares o mini teclados que permiten asignar una dirección física y lógica que identifican unívocamente a cada dispositivo conectado al bus.

Estandarización

BatiBUS ha conseguido la certificación como estándar europeo CENELEC. Existen una serie de procedimientos y especificaciones que sirven para homologar cualquier producto que use esta tecnología como compatible con el resto de productos que cumplen este estándar. A su vez, la propia asociación BCI ha creado un conjunto de herramientas para facilitar el desarrollo de productos que cumplan esta especificación.


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Konnex:

Los objetivos de esta iniciativa son:

• Crear un único estándar para la domotica que cubra todas las necesidades y requisitos de las instalaciones profesionales y residenciales de ámbito europeo.

• Aumentar la presencia de estos buses domóticos en áreas como la climatización o HVAC.

• Mejorar las prestaciones de los diversos medios físicos de comunicación sobretodo en la tecnología de radiofrecuencia.

• Introducir nuevos modos de funcionamiento que permitan aplicar una filosofía Plug&Play a muchos de dispositivos típicos de una vivienda.

• Contactar con empresas proveedoras de servicios como las telefónicas y las eléctricas con el objeto de potenciar las instalaciones de telegestión técnica de las viviendas o domotica.

En resumen, se trata de, partiendo de los sistemas EIB, EHS y Batibus, crear un único estándar europeo que sea capaz de competir en calidad, prestaciones y precios con otros sistemas norteamericanos como el Lonworks o CEBus.

Actualmente la asociación Konnex está terminando las especificaciones del nuevo estándar (versión 1.0) el cual será compatible con los productos EIB instalados. Se puede afirmar que el nuevo estándar tendrá lo mejor del EIB, del EHS y del Batibus y que aumentará considerablemente la oferta de productos para el mercado residencial el cual ha sido, hasta la fecha, la asignatura pendiente de este tipo de tecnologías.

La versión 1.0 contempla tres modos de funcionamiento:

1. S.mode (System mode): la configuración de Sistema usa la misma filosofía que el EIB actual, esto es, los diversos dispositivos o nodos de la nueva instalación son instalados y configurados por profesionales con ayuda de la aplicación software especialmente diseñada para este propósito. está especialmente pensada para su uso en instalaciones como oficinas, industrias, hoteles, etc. Sólo los instaladores profesionales tendrán acceso a este tipo de material y a las herramientas de desarrollo. Los dispositivos S.mode sólo podrán ser comprados a través de distribuidores eléctricos especializados.


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2. E.mode (Easy mode): en la configuración sencilla los dispositivos son programados en fábrica para realizar una función concreta. Aún así deben ser configurados algunos detalles en la instalación, ya sea con el uso de un controlador central (como una pasarela residencial o similar) o mediante unos micro interruptores alojados en el mismo dispositivo (similar a muchos dispositivos X-10 que hay en el mercado). cualquier electricista sin formación en manejo de herramientas informáticas o cualquier usuario final, podrán conseguir dispositivos E.mode en ferreterías, almacenes de productos eléctricos. Aunque la funcionalidad de estos productos esta limitada (viene establecida de fábrica), la ventaja de este modo es que se configuran en un instante seleccionando en unos micro interruptores las opciones ofrecidas con una pequeña guía de usuario.

3. A.mode (Automatic mode): en la configuración automática, con una filosofía Plug&Play ni el instalador ni el usuario final tienen que configurar el dispositivo. Este modo está especialmente indicado para ser usado en electrodomésticos, equipos de entretenimiento (consolas, DVD, HiFi,...) y proveedores de servicios. es el objetivo al que tienden muchos productos informáticos y de uso cotidiano. Con la filosofía Plug&Play, el usuario final no tiene que preocuparse de leer complicados manuales de instalación o perderse en un mar de referencias o especificaciones. Tan pronto como conecte un dispositivo A.mode a la red este se registrará en las bases de datos de todos los dispositivos activos en ese momento en la instalación o vivienda y pondrá a disposición de los demás sus recursos (procesador, memoria, entradas/salidas, etc.). Es la misma filosofía que la iniciativa de Sun Microsystems con el Jini o de Microsoft con el Universal Plug&Play.


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La siguiente grafica ilustra estos modos de funcionamiento:

Modos de Funcionamiento Konnex [Konnex fuente[35]]

Los medios físicos del estándar en los cuales podrá funcionar son:

• Par trenzado (TP1): aprovechando la norma EIB equivalente. Con tasa de bit de 9600 bps.

• Par trenzado (TP0): aprovechando la norma Batibus equivalente. Con tasa de bit de 4800 bps.

• Ondas Portadoras (PL110): aprovechando la norma EIB equivalente. Con tasa de bit de 1200 bps.

• Ondas Portadoras (PL132): aprovechando la norma EHS equivalente. Con tasa de bit de 2400 bps.

• Ethernet: aprovechando la norma EIB.net. • Radiofrecuencia: aprovechando la norma EIB.RF. con una tasa de bit de

38.4Kbps.


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5.6 HAVi

El HAVi es una iniciativa de los fabricantes más importantes de equipos de entretenimiento (Grundig, Hitachi, Panasonic, Philips, Sharp, Sony, Thomson y Toshiba) para crear un estándar que permita compartir recursos y servicios entre los televisores, los equipos HiFi, los vídeos, etc. El HAVi es una especificación software que permite la interoperabilidad total entre estos.

Con el HAVi los usuarios podrán usar la pantalla del televisor para gobernar el equipo de música, la vídeo cámara, la videoconsola, a su vez, la TV o el equipo HiFi. Podrán escuchar la música del reproductor de CD del salón en el equipo mini de la habitación, o usar un ordenador, situado en otra habitación, como reproductor de películas DVD mientras cenamos en la cocina o en el salón. Por otro lado, todos estos equipos podrán bajar automáticamente el volumen cuando suene el teléfono o llamen a la puerta. El sistema de alarma de la vivienda podrá usar la TV como pantalla y el vídeo como sistema de almacenamiento.

Tecnología

El HAVi ha sido desarrollado para cubrir las demandas de intercambio de información entre los equipos de audio y vídeo digitales de las viviendas actuales. Es independiente del firmware usado en cada uno de los equipos, de hecho, el HAVi tiene su propio sistema operativo (independiente del HW y de la función del equipo) que ha sido especialmente diseñado para el intercambio rápido y eficaz de grandes paquetes de datos de audio y vídeo (streaming).

Cuando estemos adquiriendo un equipo con el logo HAVi de alguno de los fabricantes mencionados, tendremos asegurado que:

• La interoperabilidad será total, cualquier otro dispositivo HAVi podrá gobernar al nuevo y viceversa.

• Compatibilidad entre dispositivos de fabricantes diferentes está asegurada. • Plug&Play inmediato. Una vez conectado el bus IEEE 1394 al nuevo dispositivo

este se anunciará al resto de equipos HAVi instalados en la vivienda y ofrecerá sus funciones y servicios a los demás. No será necesario estudiarse ningún manual de configuración o de instalación en red del nuevo equipo.

• Podremos descargar de Internet las nuevas versiones de SW y controladores que actualizarán las prestaciones del equipo adecuándolo así a las necesidades de cada usuario o a su entorno de equipos HAVi que tenga instalados en su vivienda.


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Nivel Físico

El HAVi ha escogido al estándar IEEE 1394 (llamado "i.Link"o "FireWire") como soporte físico de los paquetes de datos. Este estándar, que alcanza velocidades de hasta 500 Mbps, es capaz de distribuir al mismo tiempo diversos paquetes de datos de audio y vídeo entre diferentes equipos de una vivienda, además de todos los paquetes de control necesarios para la correcta distribución y gestión de todos los servicios.

5.7 ZigBee

ZigBee es una alianza, sin ánimo de lucro, de 25 empresas, la mayoría de ellas fabricantes de semiconductores, con el objetivo de auspiciar el desarrollo e implantación de una tecnología inalámbrica de bajo coste.

Destacan empresas como Invensys, Mitsubishi, Philips y Motorola que trabajan para crear un sistema estándar de comunicaciones, vía radio y bidireccional, para usarlo dentro de dispositivos de domotica, automatización de edificios, control industrial, periféricos de PC y censores médicos. Los miembros de esta alianza justifican el desarrollo de este estándar para cubrir el vacío que se produce por debajo del Bluetooth.

Baja velocidad, bajo consumo

ZigBee, conocido con otros nombres como "HomeRF Lite", es una tecnología inalámbrica con velocidades comprendidas entre 20 kB/s y 250 kB/s y rangos de 10 m a 75 m. Puede usar las bandas libres ISM de 2,4 GHz, 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU). Una red ZigBee puede estar formada por hasta 255 nodos los cuales tienen la mayor parte del tiempo el transceiver ZigBee dormido con objeto de consumir menos que otras tecnologías inalámbricas. El objetivo es que un censor equipado con un transceiver ZigBee pueda ser alimentado con dos pilas AA durante al menos 6 meses y hasta 2 años. Como comparativa la tecnología Bluetooth es capaz de llegar a 1 MB/s en distancias de hasta 10 m operando en la misma banda de 2,4 GHz, sólo puede tener 8 nodos por celda y está diseñado para mantener sesiones de voz de forma continuada.

Los módulos ZigBee serán los transmisores inalámbricos más baratos jamás producidos de forma masiva. Con un coste estimado alrededor de los 2 euros dispondrán de una antena integrada, control de frecuencia y una pequeña batería.

Al igual que Bluetooth, el origen del nombre es oscuro, pero la idea vino de una colmena de abejas pululando alrededor de su panal y comunicándose entre ellas.


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5.8 DALI Digital Addressable Lighting Interface (DALI), hace referencia al estándar IEC 929. DALI es un protocolo dedicado únicamente al control de luces. Este protocolo es muy bueno para crear escenarios dentro de una habitación, para supervisar remotamente y controlar el uso de energía. Cada unidad dentro de la red cuenta con su propia dirección haciendo posible la comunicación punto a punto, DALI permite que mediante un solo cable de control se tenga acceso a todas las unidades, apagando cualquier luz de donde usted el usuario lo desee, eliminando la necesidad de switches extras. Otra ventaja de este protocolo es que es bidireccional, esto permite no solo realizar acciones como prender o apagar si no también de saber el estado de la unidad (prendida o apagada, por ejemplo). Este protocolo no pretende competir con los demás, pretende ser un complemento o interfase. 5.9 SCP El Simple Control Protocol (SCP), es un intento del gigante Microsoft, y de la mayor empresa del mundo (por facturación y empleados) General Electric, de crear un protocolo para redes de control que consiga afianzarse como la solución, de facto, en todas las aplicaciones de automatización de edificios y viviendas. Se trata de poner un poco de orden en la oferta que hay ahora mismo en EEUU para estos temas (X-10, CEBus, Lonworks, otros) y auspiciar la convergencia de todos estos hacia un protocolo abierto y libre de royalties, además de desarrollar un conjunto de productos que cubran todos los requisitos de automatización de las viviendas. Esta iniciativa, aunque ya había trabajos previos, tiene formalmente apenas dos años de vida. Para el desarrollo de este protocolo, no se ha partido de cero, el CIC (CEBus Industry Council) junto con las empresas que auspician el desarrollo del UPnP (Universal Plug&Play), se unieron a la causa y trabajan desde el principio en esta convergencia. Evidentemente era lógico que ambas iniciativas lo hicieran, algunas de las empresas asociadas al CIC ya estaban trabajando en lo que iba a ser el Home PnP, además General Electric estaba usando el CEBus en algunos de sus productos. Por otro lado UPnP es una iniciativa liderada por Microsoft (aunque se empeñe en decir lo contrario) que pretende ser la solución estándar para todos lo problemas de instalación y configuración de una red de dispositivos pequeños o grandes, facilitando así la vida al usuario final. Hay que recalcar que el UPnP y el Jini (Sun Microsystems) son iniciativas que tienen objetivos similares y que por lo tanto se están desarrollando en competencia. Nivel Físico A nivel físico el SCP ha escogido una solución basada la transmisión de datos por las líneas de baja tensión (ondas portadoras) que ya estaba desarrollada, el CEBus. Gracias a esto, el estándar CEBus está disfrutando de una segunda oportunidad después de varios años de existencia con una implantación escasa. En este punto hay que recalcar que en


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EEUU, donde llevan varios años de adelanto en la implantación de sistemas domóticos respecto a Europa, el X-10, en el mercado residencial y el Lonworks, en el mercado profesional, tienen copado el mercado. En la página CEBus podréis encontrar más detalle del nivel físico de este protocolo. Hay que destacar, como usa las líneas eléctricas como medio de transmisión, que no es necesario cablear la vivienda para acceder a los dispositivos. Actualmente las empresas Domosys, ITRAN Communications Ltd y, Mitsubishi Electric Corporation, están desarrollando circuitos integrados que implementen la especificación SCP en poco espacio y a bajo coste, haciendo posible su uso en multitud de dispositivos eléctricos, electrodomésticos y equipos de consumo de las viviendas. Está previsto el desarrollo de varios medios físicos adicionales como el par trenzado y la radiofrecuencia. Protocolo El SCP esta optimizado para su uso en dispositivos de eléctricos y electrónicos que tienen una memoria y una capacidad de proceso muy limitadas. Al igual que otros buses o protocolos de control distribuido, el SCP está diseñado para funcionar sobre redes de control con un ancho de banda muy pequeño (< 10 Kbps) y optimizado para las condiciones de ruido características de las líneas de baja tensión (Ondas Portadoras o "Powerline Communications"). Los dispositivos SCP usarán un modelos definidos por el UPnP que serán configurados mediante el acceso a un conjunto de primitivas o APIs (Application Program Interface). Se trata de asegurar la conexión punto-a-punto entre dispositivos y definir un conjunto de funciones distribuidas extremo-a-extremo que permita el desarrollo de múltiples servicios en las viviendas con un bajo coste y de manera segura. 5.10 TRON TRON fue creado en 1984 por el Dr. Ken Sakamura de la universidad de Tokio, el propuso una nueva arquitectura para un sistema operativo de computador, la palabra TRON viene de: “The Real-time Operating System Nucleus”. Este proyecto esta basado en “Computing Everywhere” (computación en cualquier parte), en el que objetos que hacen parte de la vida diaria tengan capacidad de procesamiento, es decir que a cada objeto se le adhiera inteligencia por computador, y sean capaces de comunicarse entre si. En este orden de ideas para que un sistema operativo tenga un uso en un gran rango de objetos (celulares, aparatos móviles) necesita tener un tamaño compacto y adicionalmente realizar todos los procesos en tiempo real, además deben ser fácil de usar con una interfase para el usuario común fácil de utilizar.


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Los resultados de este proyecto son accesibles como especificaciones abiertas, cualquier persona puede utilizarlas y desarrollar productos basados en estas tecnologías. Ya que TRON define la interfase de los sistemas operativos y no la implementación del sistema como tal se crean “loose specifications”, las interfases son definidas jerárquicamente, haciendo posible que ocurran independientemente el desarrollo de procesos y la implementación. Hasta el momento se han desarrollado las siguientes especificaciones: ITRON: especificaciones del sistema operativo en tiempo real para sistemas embebidos, para el control de aparatos domésticos, de oficina o industriales, los objetos basados en ITRON son llamados “objetos inteligentes”. JTRON: es la combinación de ITRON con las ventajas de JAVA. BTRON: es la interfase grafica, GUI (Graphical User Interface) y sus interacciones con el sistema operativo basada en la arquitectura TRON. Esta dirigida a computadores personales, PDA, ETC. CTRON: los sistemas basados en CTRON sirven como Hub dentro de las redes donde se realiza la comunicación basada en TRON. TRON Human Interfase: es la guía estándar para el diseño de productos electrónicos que sirvan de interfaces con humanos. MTRON: el macro TRON es la arquitectura para unir a sistemas ITRON, BTRON y CTRON. Futuro de TRON: El proyecto esta tomando la iniciativa para establecer plataformas de software y hardware (T-Engine y T-Kernel) para futuras generaciones de sistemas en tiempo real. Al igual que sus esfuerzos en desarrollo se centran a obtener una plataforma segura para la siguiente generación de computación ubicua (Ubiquitous Computing, HFDS-Highly Functionally Distributed System), en la siguiente grafica podemos observar el mapa de lo que se ha hecho que son las etapas 1 y 2 y hacia donde va que es la etapa 3.


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Fuente [55]

5.11 R7 – Consumer Electronics Association (CEA) Es uno de los comités que hacen parte de la CEA Technology and Standards Department. Varias de las especificaciones de este grupo vienen de otras organizaciones que ya hemos estudiado en este proyecto anteriormente como HomePlug, CEBus y otros, el propósito final de este grupo es establecer puentes entre estos grupos de estandandares, el trabajo de el R7 es identificar los grupos especializados en Domotica para actuar como un vinculo entre los grupos y brindarles apoyo técnico mediante la CEA. En caso de que varios grupos trabajen en lo mismo (lo cual es muy frecuente) la labor del R7 es poner de acuerdo todos los esfuerzos, encaminarlos hacia una meta común y motivarlos a utilizar las guías hechas por el HNC (Home Network Committee). Un ejemplo del trabajo de la R7 es el realizado al obtener un adaptador definido por el R7.5 WG1 que permite conectar aparatos que están sobre Ethernet con aparatos sobre 1394. En el área de las redes inalámbricas el grupo R7.7 WG1 es el encargado de estudiar cada una de las tecnologías, evaluando sus capacidades y limitaciones. Otros trabajos del R7 incluyen:


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R7.1 – Home Control Systems, actualmente se encuentra traduciendo al chino el estándar EIA/CEA 709. R7.2 – CEBus R7.3 Data Networking R7.4 Versatile Home Network (VHN) R7.5 WG4 Enhanced Human – Machine Interface R7.6 The digital Entertainment Network Actualmente se encuentra hacienda revisiones del estándar CEA-2008. Los grupos se encargan de un determinado estándar, de apoyarlos, guiarlos y motivarlos a utilizar las guías publicadas para Domotica de la CEA. Aplicaciones: Controles: Luces, administración de energía, HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) seguridad, control de ventanas, persianas, etc. Datos: PLC de alta velocidad, conexiones de Internet compartido, compartimiento de recursos, compartimiento de archivos, etc. Backbone: conectar redes entre si que usen IEEE 1394b, CAT 5, fibra óptica que usen protocolo IP.


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6. Regularización y normas.

En un proceso de globalización de la economía mundial y apertura de mercados en el que nos hayamos inmersos, el mundo creo organizaciones como la OMC (organización Mundial de Comercio), en esta importante organización mundial se firmo un acuerdo sobre obstáculos técnicos al comercio (TBT). Mediante el cual los países pueden legítimamente crear reglamentos técnicos para proteger a sus ciudadanos a fin de garantizar la seguridad nacional, proteger la vida, la salud y la seguridad humana, animal y vegetal. En Colombia se reconoció la valides de estos acuerdos mediante la Ley 170 de 1994 en la que el país se adhiere al acuerdo firmado en el OMC, además Colombia ratifica los mismos conceptos con la ley 172 de 1994 en la que aprobó el tratado de libre comercio con México y Venezuela (G3) y en la decisión 376 de 1995 del acuerdo de Cartagena. En nuestro país, a fin de lograr un adecuado nivel de protección, se venían adoptando como obligatorias por parte del gobierno nacional Normas Técnicas Colombianas (NTC), a través del Consejo Nacional de Normas y Calidades del Ministerio de Desarrollo. Esta práctica en general ha sido ampliamente aceptada y acatada en el país, lo cual ha ayudado de una manera efectiva a proteger a nuestros consumidores de los abusos de los productores pero especialmente de la importación de productos de otros países que no cumplieran con dichos requisitos. En la OMC no existe el término de Normas Técnicas Oficiales Obligatorias (NTCOO). La práctica internacional es la de que los países, por razones legítimas expidan Reglamentos técnicos de acuerdo a los principios de esa organización en la cual además de características técnicas se incluyen las disposiciones administrativas aplicables a los productos o servicios y las cuales son de obligatorio cumplimiento. La OMC señala, sin embargo, que a fin de evitar las barreras técnicas al comercio mundial los países deben elaborar sus reglamentos técnicos basados en normas internacionales existentes o cuya expedición sea inminente o en normas técnicas del país, en este caso en NTC, basadas en las normas internacionales. En caso de que tanto las normas internacionales como las nacionales no sean eficaces o apropiadas para alcanzar los objetivos buscados por el gobierno, los reglamentos deben basarse en evidencia científica y reconocida. A fin de Modernizar las prácticas del país y alinearlas con las disposiciones de la OMC, el presente gobierno se fijo la meta de sustituir las NTC obligatorias por Reglamentos técnicos.


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En la Reestructuración del Ministerio de Desarrollo Económico se abolió el Consejo Nacional de Normas y Calidades, por lo cual desde esa época no s volvieron a actualizar las NTC obligatorias ni se aprobaron nuevas solicitudes que presento el sector productivo colombiano. Con el Decreto 2522 del 4 de diciembre de 2000, el Ministerio de Desarrollo Económico estableció que: En un plazo no superior a 8 meses a partir de la vigencia del presente decreto, El Ministerio coordinara la revisión de las NTC obligatorias vigentes conjuntamente con las entidades en cada materia. De esta revisión se deben eliminar aquellas NTC que no cumplan con los requisitos establecidos en el acuerdo del TBT consagrados en la Ley 170 anteriormente mencionada. Aquellas que deben continuar como obligatorias “deben ser incorporados al ordenamiento jurídico, por las autoridades competentes, según la materia a través de la expedición de reglamentos técnicos, al tenor de lo dispuesto en el decreto 1112 de 1996”. El ministerio de desarrollo Económico expidió la resolución 0370 del 4 de mayo de 2001 por medio de la cual se anulo unas 90 Normas Técnicas Colombianas Oficiales Obligatorias y posteriormente en el decreto 0432 del 21 de mayo de 2001 se anularon otras 89 y a partir del 4 agosto de 2001 todas las demás NTC obligatorias serán abolidas. Es por esto que surgen los Reglamentos técnicos, que deben ser dados a conocer 60 días antes de entrar en vigencia, en la actualidad el único Reglamento Técnico que incumbe a las instalaciones eléctricas y afines, que afectaría la practica de la Domotica en Colombia es el RETIE. 6.1 RETIE – Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas. Como se menciono anteriormente las Normas Técnicas Colombianas Oficiales Obligatorias (NTCOO) han perdido su vigencia y se adopto un esquema de Normas Técnicas de carácter voluntario y que cada país es legitimo de proponer y defender. Con el fin de cumplir con el Articulo 2o de la Constitución Nacional, en donde el gobierno debe proteger a todas las personas residentes en Colombia en su vida, honra y bienes, se reunió en el RETIE: “los principales preceptos que por ser una garantía de seguridad frente a riesgos eléctricos, definen el ámbito de aplicación y las características básicas de las instalaciones eléctricas y algunos requisitos que pueden incidir en las relaciones entre las empresas de servicios publicas y los usuarios, con especial enfoque en los problemas de seguridad de estos últimos y los aspectos que se refieren a la intervención del gobierno en caso de infracciones y al procedimiento aplicable en cada caso”fuente[41]. Este reglamento fue elaborado por un asesor contratado por el Ministerio de Minas y Energia y sometido a discusión publica durante tres meses por parte de los actores del sector electrico colombiano, luego se paso a una etapa de discusión internacional entre el 5 de dic de 2002 y 5 de marzo de 2003, para su posterior entrada en vigencia.


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Objetivo del RETIE El principal objetivo del RETIE es garantizar una serie de medidas, que brinden a las personas seguridad, eliminando cualquier riesgo de origen eléctrico. Además mediante estas medidas busca también preservar el medio ambiente. Además constituye un instrumento técnico-legal para Colombia, en donde sin crear obstáculos al libre comercio, permite garantizar que cualquier instalación, equipo, producto que tengan que ver con generación, transmisión, transformación y distribución de energía eléctrica cumpla con (tomado de [41]: a) La protección de la Vida y salud Humana. b) La protección de la vida animal y vegetal. c) La Preservación del medio ambiente. d) La preservación de prácticas que puedan inducir a error al usuario. Para cumplir los anteriores objetivos el RETIE se basa en: a) Fijar las condiciones para evitar accidentes por contactos eléctricos directos e indirectos. b) Establecer las condiciones para prevenir incendios causados por electricidad. c) Fijar condiciones para prevenir quema de árboles causada por acercamiento a líneas de energía. d) Establecer las condiciones para evitar muerte de animales causada por cercas eléctricas. e) Establecer las condiciones para evitar daños debidos a sobrecorrientes y sobretensiones. f) Adoptar los símbolos de tipo verbal y grafico que deben utilizar los profesionales que ejercen la electrotecnia. g) Minimizar las deficiencias en las instalaciones eléctricas. h) Establecer claramente los requisitos y responsabilidades que deben cumplir los diseñadores, constructores, operadores, propietarios, y usuarios de instalaciones eléctricas, además de los fabricantes, distribuidores o importadores de materiales o equipos. i) Unificar las características esenciales de seguridad de productos eléctricos de más utilización, para asegurar mayor confiabilidad en su funcionamiento. j) Prevenir los actos que puedan inducir a error a los usuarios, tales como la utilización o difusión de indicaciones incorrectas o falsas o la omisión de datos verdaderos que no cumplen las exigencias del presente reglamento.


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k) Exigir confiabilidad y compatibilidad de los productos y equipos eléctricos mencionados expresamente. Diferencia entre Reglamento Técnico y Norma Según el TBT (tratado de obstáculos al comercio) un reglamento técnico es: “un documento en el que se establecen las características de un producto los procesos y métodos de producción con ellas relacionados, con inclusión de las disposiciones administrativas aplicables y cuya observancia es obligatoria”. Mientras que una NORMA es un documento establecido por consenso y aprobado por un organismo reconocido, que proporciona, a efectos de un uso común y repetido, direcciones, directrices o pautas destinadas a actividades o a sus resultados.

Fuente [41]

Aplicación: Este Reglamento debe ser acatado por toda nueva instalación o ampliación, y cualquier proceso de generación, transmisión, transformación, distribución de energía. El RETIE define que: “Este Reglamento (RETIE) será de obligatorio cumplimiento en Colombia, en todas las instalaciones de corriente alterna o continua, publicas o privadas, con valor de tensión nominal mayor o igual a 25 V y menor o igual a 500 kV de corriente alterna (c.a.), con frecuencia de servicio nominal inferior a 1000 Hz y mayor o igual a 50V en corriente continua (c.c.), que se construyan a partir de su entrada en vigencia. También serán exigibles donde se tengan plantas para el consumo propio, siempre que las características de la tensión utilizada correspondan a los limites determinados en este.” Además este reglamento aplica a todas las personas naturales o jurídicas nacionales o extranjeras, contratistas u operadores, a que hace referencia el articulo 14.25 (servicio publico domiciliario de energía eléctrica) y 14.2 (actividad complementaria de un servicio publico) de la Ley 142 de 1994.


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El RETIE no aplica para instalaciones y equipos de automóviles, navíos, aeronaves, electrodomésticos, equipos de electromedicina, estaciones de telecomunicaciones, sistemas de radio, ni instalaciones de muy baja tensión (Teléfonos, timbres, relojes, juguetes). Contenido: El RETIE comienza haciendo una referencia de todos los peligros a los que se ve enfrentado un usuario al manipular elementos eléctricos, el RETIE establece con las siguientes tablas la corriente necesaria para causar la muerte, de la siguiente manera:

Fuente [41]

Después de mostrar los peligros del tratamiento con aplicaciones eléctricas, sus riesgos mas comunes, y hacer una evaluaron de los niveles de riesgo pasa al capitulo II, Requisitos Técnicos Esenciales, que son los que competen a las instalaciones de redes Domoticas y afines. Para los sistemas de PLC establece los niveles de tensión: - Baja tensión. - Media tensión - Alta tensión. Que ya fueron discriminados en el capitulo de redes sobre líneas eléctricas. Después para lo que concierne a domotica se hace referencia a las distancias se seguridad, como una de las normas básicas para la prevención efectiva de accidentes, estas distancias tanto horizontales como verticales fueron tomadas del National Electrical Safety Code (ANSI C2), y todas las tensiones son tomadas entre fases, todas las distancias deberán ser medidas de superficie a superficie y todos los espacios de centro a centro, así:


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Fuente [41]


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Además establece que ninguna instalación eléctrica no puede superar los siguientes niveles en cuanto a campo magnético se refiere:

Fuente [41]

EL RETIE establece que toda instalación eléctrica debe disponer de un sistema de puesta a tierra (SPT) con el fin de garantizar la seguridad de las personas que tienen contacto con el sistema garantizando una capacidad suficiente para conducir o dispara corrientes de falla, para instalaciones domiciliarias para verificar el electrodo de puesta a tierra cumpla con el RETIE se debe dejar un punto accesible e inspeccionadle con una dimensión mínima de 30 cm. x 30 cm. Y si existe más de una puesta tierra por edificación, estas deben estar interconectadas Los materiales permitidos para los electrodos de puesta a tierra son los siguientes, con sus respectivas dimensiones mínimas:

Fuente [41]

El reglamento hace referencia a muchas más recomendaciones sobre la puesta a tierra que se pueden consultar en el documento del mismo que esta abierto para cualquier persona. El reglamento toca un punto de mucha importancia para la Domotica y es el de la Iluminación el articulo 16o del reglamento toma la iluminación no solo como un factor de seguridad, productividad si no como un instrumento para el confort visual.


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Los requisitos mínimos son los siguientes: se debe suministrar la cantidad de luz suficiente, eliminar todas las causas de deslumbramiento, prever el tipo y cantidad de luminarias apropiadas para cada caso en particular y asegurar fuentes luminosas que aseguren satisfactoriamente la distribución de los colores. Además se debe garantizar el suministro de iluminación donde este represente un riesgo para la vida, las lámparas de emergencia deben durar encendidas por lo menos 90 min. Después de que se interrumpa el suministro de energía y además establece los niveles de iluminancia para todos los sitios, para el hogar establece los siguientes:

Fuente [41]

El Reglamento también establece los requerimientos esenciales para los productos de mayor utilización en instalaciones eléctricas. Estos productos deben estar certificados antes de su instalación, entre los que mas se utilizan para Domotica se encuentran los cables y alambres, según el reglamento la resistencia máxima en corriente continua referida a 20oC será 1.02 veces la resistencia nominal en corriente continua, el área mínima de la sección trasversal no debe ser menor al 98% del área nominal, y así nombra cada uno de los cables que se encuentran en el mercado con los requisitos que deben cumplir como el numero de hilos, el área, la resistencia, el calibre. Además el fabricante debe especificar:

- El calibre (Kcmil, AWG o mm2) - Material del conductor - Tipo de aislamiento (TW, THW, THHN) - Tensión nominal (300V, 600V) - Nombre del fabricante - Tipo de cableado (Alambre, cable)

AWG: American Wire Gage TW: Thermoplastic Wet (Termoplástico resistente a la humedad) THW: Thermoplastic Heat Wet (Termoplástico resistente al calor (75oC) y a la humedad) THHN: Thermoplastic High Heat Nylon (Termoplástico resistente al calor (90oC) y a la abrasión). Así el RETIE fija una serie de instrucciones para el buen manejo de las instalaciones eléctricas en Colombia, este reglamento es extenso y lo que se mostró anteriormente son algunos de los artículos que mas interinen a la hora de desarrollar un proyecto de una


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casa Domotica, el resto del documento puede ser consultado mediante la ACIEM (Asociación Colombiana de Ingenieros). 6.2 Regulación sobre Domotica en el Mundo En cada país o región existe una organización encargada de velar por la seguridad y buen uso de las instalaciones eléctricas, normalización y estandarización, las más importantes son:

Fuente [41]

6.2.1 ANSI Uno de los estándares mas implementados y que tiene mas importancia en el mundo por su influencia sobre los demás es el avalado por la ANSI y la TIA, el estándar ANSI/TIA/EIA 570 de Alambrado de Telecomunicaciones Residencial y Comercial Liviano. En este estándar están los requerimientos para tecnología existente y tecnología emergente. Especificaciones de cableado para voz, video, datos, automatización del hogar, multimedia, seguridad y audio están disponibles en este estándar. Este estándar es para nuevas construcciones, adiciones y remodelaciones en edificios residenciales. Por lo cual constituye una guía para cualquier instalación domotica. Esta norma es dirigida a toda instalación eléctrica de cualquier construcción comercial liviana y residencial. Aplica a equipos de telecomunicaciones que alambran sistemas instalados dentro de un edificio individual con residencia (de una sola familia o múltiples familias) y los usuarios finales comerciales ligeros. La norma ANSI/EIA/TIA-570- se usará con las excepciones notadas por todas las agencias del estado en la planificación y plan de sistemas acerca de instalaciones eléctricas (En nuestro caso el RETIE) cuando ANSI/TIA/EIA-568-A, no está usándose, ya que la norma 568 esta dirigida hacia edificios o construcciones comerciales grandes. Esto incluye ambos, la instalación eléctrica de nuevos edificios, la renovación de edificios existentes y la mejora de


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infraestructuras de cableado de telecomunicaciones existentes. Las agencias estatales deben usar la norma ANSI/TIA/EIA-568-A siempre que sea posible y debe considerar sólo usar la norma ANSI/EIA/TIA-570 en medios residenciales y espacios de oficinas y comerciales livianos. Este estándar establece unos grados de sistemas de cableados para uso residencial, cada uno soporta una serie de aplicaciones y servicios así:

Grado 1 Grado 2

servicios

telefonía, satélite, CATV, datos

telefonía, satélite, CATV, Datos, servicios de multimedia y otros servicios avanzados

tipos de cable Par Trenzado, coaxial

Par trenzado, coaxial, fibra óptica

topología Estrella Estrella

configuración mínima de salidas

1-UTP de 4 pares Cat 3 o mayor y 1 coaxial de 75 ohm

2- UTP de 4 pares Cat 5 o mayor y 2 coaxial de 75 ohm

Fuente [37] El estándar establece ciertos puntos de importancia en las instalaciones residenciales, estos son: - Punto de Demarcación (demarcation point) este punto es la interfase entre la compañía de teléfono y otras redes de proveedores de servicios y la red interna de la casa. No puede ser ubicado a más de 150m sin previa autorización de los proveedores de los servicios. - salida auxiliar de desconexión (ADO- Auxiliary Disconnect Outlet) proporciona al usuario un punto para desconectar el acceso de cualquier servicio en caso de algún problema - Dispositivo de distribución (DD- Distribution Device) el DD es el punto central donde todos el cableado horizontal terminan y interconecta diversos servicios del usuario. Una salida eléctrica a menos de1.5m debe ser ubicada al lado del DD y debe ser dedicada al mismo de 15 A, 120 V, las puestas a tierra deben ser acorde con el ANSI/TIA/EIA-607. Este debe ser localizado dentro de la casa y en un lugar accesible para el usuario, debe ser centralizado para optimizar el largo de los cables de la casa. Dependiendo del número de conexiones que soporte debe tener las siguientes dimensiones:


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Numero de conexiones Grado 1 Grado 2

1 a 8 410 mm de ancho 610 mm de alto

815 mm de ancho 915 mm de alto





24 o mas 410 mm de ancho 1525 mm de alto


Fuente [37] En caso de apartamentos o residencias de multiusuarios un cuarto de equipos debe ser localizado por cada piso, el backbone del edificio conectaría la Terminal externa principal con cada uno de los DD de cada piso. Para mas detalles como la luminosidad y ventilación del espacio se debe consultar y seguir la que dicta la ANSI/TIA/EIA-569-A. Para interconectar edificios la norma acepta conexiones: bajo tierra, aéreas de no más de 60m o túneles, para información mas detallada sobre este tipo de conexiones se debe consultar la ANSI/TIA/EIA-758. Para la conexión de los backbones se reconocen los siguientes cables: 100 ohm par trenzado (ANSI/TIA/EIA-758 y ANSI/TIAEIA-568-B) 50/125 mµ fibra multimodo. 62.5/125 mµ fibra multimodo. Fibra monomodo Coaxial (SCTE IPS-SP-100) Y las series 6 y 11 de cable coaxial (SCTE IPS-SP-100). Para par trenzado y fibra óptica la topología que se debe usar es de estrella, y si se usa cable coaxial puede ser implementada una topología de Bus o Estrella. Los cables que conecta el DD con las salidas de telecomunicaciones de la casa al igual que en los cableados de edificios comerciales, no pueden superar una distancia máxima de 90m, y el total de largo contando los “patch cords” después de la salida no puede superara los 100m. Los cables que reconoce este estándar son: UTP de 4 pares (ANSI/TIA/EIA-568-B.2). 50/125 mm fibra multimodo. 62.5/125 mm fibra multimodo. Fibra monomodo. Serie 6 de coaxial (SCTE IPS-SP-001) Todos los cables deben cumplir con los requerimientos para cada entorno (resistente a la humedad, al calor, luz ultra violeta, etc.)


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Los cables UTP deben cumplir con (ANSI/TIA/EIA-568-B.2), el conector debe ser de 6mm a 6.2 mm para prevenir dañar el conector RJ45 y cumplir con las especificaciones dadas por el fabricante acerca de manejo al momento de la instalación, como el máximo radio de doblamiento (20 veces el diámetro) o la tensión que soporta por lo general 220 N (50 ft/lb). La fibra óptica debe cumplir con la ANSI/ICEA S 83-596.entre ellas el cable óptico no puede ser doblado a un radio mayor de 25mm y el cable no debe exceder una atenuación óptica de 0.3dB. La demás especificaciones acerca de cómo conectarlos, las puestas a tierra se encuentran en el estándar. El estándar además obliga a separar con un mínimo de 50mm el cable de telecomunicaciones y el cable de la electricidad Topología de los conectores Las tomas deben ser ubicados en una topología de estrella. Ubicación de los conectores Por los menos una conexión debe ser ubicada en cada una de las siguientes habitaciones: Cocina. Sala. Living room. Estudio. Se recomienda si es posible poner una conexión por cada habitación. Además se debería ubicar una conexión cada 7.6m empezando a medir desde el punto donde se parte la pared (por ejemplo una puerta) hasta el otro conector, esto con el fin que la extensión entre el conector y el aparato final no exceda los 10m y así cumplir con la norma de los 100m desde el DD. Cada conector debe ser compatible con el tipo de medio que se necesite para el servicio. Para los caminos de los cables deben ser utilizados los recomendados por la ANSI/TIA/EIA-569-A.


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6.2.2 HES Uno de los esfuerzos mundiales por crear un estándar internacional que regule las instalaciones residenciales es el que se lleva acabo por la HES (Home Electronic System), la HES esta en el desarrollo de las siguientes áreas:

- Gateway residencial - Interoperabilidad de aplicaciones - Cableado estructurado - Redes residenciales de banda ancha.

El primer estándar sobre el Gateway Residencial fue publicado como HomeGate. HES es un estándar internacional para la automatización de casas bajo el desarrollo de expertos norte americanos, europeos y asiáticos, Los estándares de la HES son revisados, criticados y aprobados por 23 países: Alemania, Australia, Bélgica, Canadá, Dinamarca, Finlandia, Francia, Holanda, Irlanda, Israel, Italia, Japón, Republica checa, Republica de Corea, Nueva Zelanda, Noruega, Polonia, España, Suecia, Suiza, Ucrania, El Reino Unido y los Estados Unidos. Además en: Argentina, China, Austria, Cuba, Hungría, Islandia, Indonesia, Malasia, Méjico, Filipinas, Rumania, Serbia y Montenegro y Singapur observan y debaten las decisiones de la HES. Los miembros se reúnen anualmente en donde los estándares son propuestos y debatidos, el ultimo comité se realizo del 21 al 24 de junio de 2004 en Chitose City, Hokkaido, Japón cerca de Sapporo. El grupo es formalmente conocido como el ISO/IEC/JTC1/SC25/WG1. JTC1 = Joint Technical Committee 1. SC25 = Subcommittee 25, Interconnection of Information Technology Equipment. WG1 = Working Group 1, titulado Home Electronic System HES. El estándar tiene consenso entre las naciones miembros de la ISO y IEC. El estándar sobre cableado estructurado esta bajo desarrollo por un grupo de la HES, la misión es escribir un estándar para el cableado residencial que contenga:

- Comando y control de aplicaciones (Luces, manejo de energía, etc.) - Aplicaciones de información (comunicaciones de datos y acceso a Internet) - Comunicaciones de banda Ancha (TV y otros servicios de video)

La tecnología incluiría, cables coaxiales, par trenzado de categoría 5,6 (unshielded) o 7 (shielded). El trabajo en el estándar comenzó en 1998 y ya alcanzo el estatus de borrador de estándar internacional, Bajo la ISO 14543 (Technical Report Series) y el 10192 (Draft Standard Series). Las principales características del estándar son:


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-Interfase Universal una interfase modular que pueda ser incorporado en cualquier aparato domiciliario para comunicar con una variedad de redes de automatización de casas. -lenguaje de comando un lenguaje de aparato a aparato independiente de la red que lo trasporta. -HomeGate un Gateway Residencial para conectar la red de control domotico con el proveedor de servicio externo. -interoperabilidad establecer una interoperabilidad entre servicios como seguridad, control de luces y control de energía. 6.2.3 CENELEC CENELEC, Comité Europeo de Normalización Electrotécnica, se creó en 1973 como resultado de la fusión de dos organizaciones europeas anteriores: CENELCOM y CENEL. En la actualidad, CENELEC es una organización técnica sin ánimo de lucro, amparada por la legislación belga y compuesta por Comités Electrotécnicos Nacionales que representan a 28 países europeos Los 15 países de la Unión Europea: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Holanda, Portugal, Reino Unido y Suecia, 3 miembros de AELC: Islandia, Noruega y Suiza Más Chipre, Eslovenia, Estonia, Hungría, Eslovaquia, Letonia, Lituania, Malta, Polonia y República Checa. Asimismo, cuenta con 7 Comités Nacionales de Europa Central y del Este que participan en CENELEC como miembros Afiliados. Su objetivo final es lograr ser miembros de pleno derecho de las actividades de normalización de CENELEC. La misión de CENELEC es preparar normas electrotécnicas de carácter voluntario que ayuden a desarrollar un Mercado Único Europeo y una Región Económica Europea para productos y servicios eléctricos y electrónicos y eliminar las barreras comerciales, creando nuevos mercados y reduciendo los costes de adaptación. Para lograr sus objetivos, CENELEC se compromete a: Mejorar la calidad de los productos, la seguridad de los mismos, la calidad de los servicios en los campos de la electricidad, la electrónica y las tecnologías asociadas, incluyendo la protección del medioambiente y con ello, contribuyendo a mejorar el bienestar de la sociedad. Cumplir y promocionar los intereses de los miembros y partes interesadas de CENELEC, de la industria electrotécnica, las organizaciones colaboradoras, y representantes sociales y económicos en el sector de la normalización y la evaluación de conformidad en los campos de la electricidad, la electrónica y las tecnologías asociadas. Apoyar a IEC, Comisión Electrotécnica Internacional, en el desarrollo de su misión: ser reconocida a nivel mundial como proveedor de normas, Evaluación de la Conformidad y otros servicios relacionados necesarios para facilitar el comercio internacional en los campos de la electricidad, electrónica y tecnologías asociadas.


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La CENELEC a recientemente publicado la norma que tiene que ver con todos los aparatos eléctricos conectados por una red en las casas, HBES – Home and Building Electronic System, los estudios sobre esta norma comenzaron en los 80´s bajo el grupo CENELEC/TC 105 que luego fue renombrado TC205, esta norma se concentra en tres tipos de clases de HBES:

- clase 1: sistema de control del hogar con capacidades de trasporte y aplicaciones de telecontrol como: Control, monitoreo, medida, alarma, transferencia a baja velocidad de datos por ejemplo para: control de luces, temperatura, control de energía, control de agua, alarmas de incendio, etc.

- Clase 2: sistemas de control del hogar que contengan todos los servicios de la clase 1 mas: transmisión de vos o otra transferencia de información de similar ancho de banda.

- Clase 3: sistemas de control del hogar que contengan todos los servicios de la clase 2 mas: transmisión de alta calidad de sonido y video, y transferencia de información a altas tasas.

El TC 205 define estándares para los principales medios de transmisión utilizados en redes domoticas como: línea eléctrica, par trenzado, cable coaxial, IR, RF y que a su ves deben estar conectadas a redes externas como: Línea telefónica, televisión por cable, redes de seguridad y alarmas, red de poder y otros. Los requerimientos que debe cumplir el consumidor para ser acreditado son: primero debe cumplir con todas las normas publicadas que conciernan al usuario, además debe cumplir con los requerimientos de confort, ahorro de energía, flexibilidad a cambios en aplicaciones adicionales, interoperabilidad de los productos, aspectos de seguridad técnica, entre otros. Los estándares relacionados con HBES son publicados en las series EN 50090 y los reportes técnicos CENELCE R205-xxx. El más importante es el EN 50090-2-2 “HBES System Overview- General Technical Requirements” En Brúcelas, el 4 de Diciembre de 2003 El Comité Técnico del CENELEC ha suscrito los documentos finales para declarar el estándar Konnex (KNX) como Norma para el Control de Viviendas y Edificios (registrada bajo los siguientes números EN: 50090-3-2, 50090-4-1, 50090-4-2, 50090-5-2 y 50090-7-1).

• EN 50090-3-2 correspondiente a “KNX Application Interface Layer” • EN 50090-4-1 correspondiente a “KNX Application Layer” • EN 50090-4-2 correspondiente a “KNX Network, Transport and Link Layer

(general part)” • EN 50090-7-1 correspondiente a “KNX Management Procedures” • EN 50090-5-2 correspondiente a “KNX TP medium”


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7. Ejemplos de Domotica en Colombia

En Colombia a nivel de mercado existen varias compañías que ofrecen servicios relacionados con Domotica y que prestan de una o otra forma alguno de los objetivos de la domotica, este es el caso de la seguridad en donde se puede encontrar en el mercado una gran cantidad de empresas que presten este tipo de servicios con algún grado de automatización con sistemas que incluyen circuitos cerrados de TV (CCTV) y control de acceso por medio de tarjetas inteligentes, también se encuentran en Colombia varias compañías que prestan servicios de control de luces como el caso de Luminnex, pero se limitan a la iluminación y no ofrecen el resto de beneficios que hacen parte importante de la Domotica, es por eso que el mercado de Domotica en Colombia se ve reducido a dos grandes empresas que prestan el servicio de Domotica como tal estas son Bticino y Leviton, mediante varias visitas y charlas con los ingenieros de estas empresas se pudo obtener información sobre sus sistemas, a continuación se describe cada uno de ellos. 7.1 Bticino Bticino es una empresa Italiana con representación en mas de 60 países en el mundo, Bticino a sido parte del grupo Legrand desde 1989, dándole a estos últimos, a nivel internacional, una representación del mejor diseño y producción Italiano. Lo que busca Bticino como filosofía tras el estudio de las formas, materiales y colores, es que en Bticino el diseño no es solo una herramienta decorativa si no la habilidad para participar en proyectos y crear soluciones innovadoras. Esta filosofía hace que la renovación de los productos de la compañía sea de 20% al año, creando una alta introducción de nuevas tecnologías al usuario. En lo que concierne a domotica Bticino introduce al mercado su solución “My Home”, esta solución ofrece un rango completo de funciones para la automatización del hogar. 7.1.1 MY HOME My Home es una solución de automatización del hogar que le brinda confort, seguridad, ahorro y el control directo de su casa estando dentro o afuera de ella. Este sistema le permite controlar su hogar con herramientas como un computador personal, el teléfono fijo o el celular. El sistema le permite hacer: Control de Iluminación ajustando la intensidad de luz (dimmerizacion), se puede encender o apagar toda la iluminación, por medio del control remoto como los celulares se puede simular presencia en caso de una ausencia prolongada para aumentar la seguridad.


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Control de Temperatura permite adecuar los sistemas de calefacción y aire acondicionado. Control de automatismos esto le permite al usuario abrir o cerrar persianas, cortinas, telones, puertas motorizadas o cualquier dispositivo electromecánico. Sonido Ambiental creando para cada cuarto el sonido que desee. Funciones complementarias Intercomunicación para toda la casa y sistema de localización mediante intercomunicadores, además permite hacer monitoreo acústico (en caso de bebes, para su vigilancia) Central Telefónica garantiza la comunicación dentro y fuera del hogar con la versatilidad de un PBX Seguridad permite la detección de gases, al detectar una fuga corta el suministro del gas. Protección de tomas eléctricas, todos los tomas diseñados por Bticino eliminan el riesgo de electrocución. Sistema de Alarma, mediante avisos oportunos ante la presencia de intrusos. Cámaras de vigilancia, estando dentro o fuera de su casa, mediante su computador personal se puede observar que todo este normal. Escenarios My Home permite la creación de escenarios, con solo un botón se puede crear todo un escenario controlando la luminosidad (persianas y luces), la temperatura. El sonido, etc. 7.1.2 Tecnología Sistema de BUS Las instalaciones eléctricas de la casa son caracterizadas por la gran flexibilidad y la gran capacidad para adaptarse a los requerimientos del usuario, pero circuitos muy complicados son requeridos ya que para cada una de las funciones necesitadas por el usuario se emplearía un cableado dedicado, esto hace que sea complicado la adición de una nueva función, ya que esto limita al usuario pues estas instalaciones están sujetas al espacio para nuevo cableado y la instalación puede llevar a tener unos costos demasiado altos. Por ejemplo para hacer control de varias luces desde un punto es necesario llevar varios cables.


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Fuente [12]

lo que propone Bticino es la instalación de un bus, es decir un medio por el cual todos los aparatos se conecten y puedan transferir información, este bus consiste en un par trenzado que además de llevar la información llevan también la fuente de poder. Cada elemento conectado al BUS debe ser definido en términos de su función y con quienes tiene que interactuar. De esta forma consigue eliminar sustancialmente la cantidad de cables necesarios.

Fuente [12]


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El Sistema Bus esta caracterizado por tener elementos inteligentes conectados al BUS, que a su ves transporta información y energía, todos los elementos están conectados en paralelo, el sistema cuenta con tres tipos principales de elementos:

• Mandos: son la interfaz, el control al que tiene acceso el usuario • Actuadores: son diseñados para controlar las cargas estos están conectado al BUS

y a la línea de energía de 110V o 230V que alimenta las cargas • Fuentes de energía: provee de energía a los Mandos y los Actuadores. con las

siguientes características:

Alimentación: 230V a.c. ± 10% 50/60Hz Max. Current drain: 300mA Max. Delivered current: 1.2A Rated output voltage: 27V d.c. Size: 8 DIN modules

Fuente [12]


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Sistema completo Bticino:

Fuente [12]

Cada elemento del sistema es conectado al sistema mediante un adaptador de interfaz al medio y su propio microprocesador programable, así cada elemento reconoce la información y procesa la información para ejecutar determinada función. Así un mando recibe la orden por ejemplo de on/off la envía al actuador y este interpreta este mensaje digital convirtiéndolo en una acción (apagar o prender la luz). Ventajas del Sistemas:

• Cableado simple: solamente es necesario un cable para la conexión en paralelo de todos los elementos, no hay errores en el cableado.

• Mayor seguridad: el usuario actúa sobre los controladores que son alimentados por un voltaje muy bajo, usualmente con 20 o 30V d.c.

• Flexibilidad: en cualquier momento es posible de modificar el sistema, es posible cambiar la funcionabilidad de cada uno de los elementos e inclusive añadir más.

• Operación continua: si uno de los elementos falla al estar en paralelo el funcionamiento de todo el sistema no se ve interrumpido.

• Economía: la instalación de un solo cable hace que su instalación sea fácil y por lo tanto más económico.


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Descripción del sistema: Como ya se describió anteriormente el sistema propuesto por Bticino permite realizar distintas y complicadas funciones típicas de un sistema domotica, El BUS debe ser un cable trenzado, “sheathed”, “unshielded y no polarizado, Bticino provee este cable para sus instalaciones bajo la referencia SCS. La instalación del cable SCS se hace por los mismos ductos por donde va la línea eléctrica y es independiente a la función que realice. El sistema cuenta con básicamente 2 elementos que deben ser configurados para realizar las funciones deseadas: Mandos o Elementos de Control: Estos elementos controlan el estatus de los actuadotes realizando varias funciones como: ON, OFF, Dimmerizacion, Etc. Dependiendo del modo asignado en la configuración. Dependiendo del número de funciones que deba realizar existen mandos adecuados para cada necesidad incluyendo botones, censores, mandos infrarrojos que permiten controlar los actuadotes a distancia.

Fuente [12]

Por ultimo se encuentra dentro de los mandos las interfaces, las interfaces permiten conectar cualquier computador al BUS, dándole una serie de ventajas y funciones extras. Las interfaces Bticino las divide en dos tipos: -1er nivel: termostatos, censores, anemómetros, etc. -2do nivel: interfaz RS232 para el computador.


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Actuadores Los actuadores son los encargados de controlar las cargas conectadas a estos, es por esto que están conectados al SCS para recibir las funciones desde los mandos y deben estar conectado a la línea eléctrica para poder controlar las cargas.

Fuente [12]

Los actuadores pueden cambiar en tamaño y diseño dependiendo de la carga que manejen, por ejemplo algunas son pequeñas para manejar cargas como las luces, o más grandes si desean poner un actuador para varias luces, hay actuadores un poco más grandes para el manejo de motores para el control de persianas, que incluyen 2, o 4 mandos actuadores para reducir y facilitar el cableado. Control de energía La parte de control de energía se hace por medio de PLC y se llama EHC (Energy Management System), lo que busca este sistema es proteger la casa de sobrevoltaje y reducir el costo del uso de energía, el sistema EHC trasfiere las señales de control mediante la tecnología de PLC, el sistema cuenta con actuadores en cada uno de los switches que se desea controlar de la siguiente manera:

Fuente [12]


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Así desde el control se puede interferir o interrumpir la corriente a cualquier mando conectado a la red eléctrica, un temporizador también esta disponible para programar tareas y así ahorrar energía. Configuración de elementos: En la configuración de los elementos que hacen parte del sistema se define: para los actuadores, cuales son los actuadores que controla y cual es el modo de operación, para los actuadores, la dirección o grupo al que pertenece y el modo de operación. Esta configuración se hace mediante los configuradotes que se muestran en la grafica de abajo cada uno de estos esta numerado.

Fuente [12]

Los elementos tienen varias posiciones demarcadas con letras así: <A> establece zonas dentro de la casa, así la zona uno puede ser la sala, zona dos un cuarto, etc. <PL> identifica un actuador dentro de un área. <G> identifica grupos de actuadores que deben se controlados incluyendo elementos de otras áreas. Así lo por medio de estos configuradores el sistema permite configurar fácilmente quien controla y a quien y establecer funciones con los comandos de grupo, general o punto a punto. La otra posición demarcada con <M> sirve para establecer la función que debe realizar (on/off, arriba, abajo, dimeerizacion, etc.)


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7.1.3 Requerimientos y consideraciones de diseño Bticino como primer requisito fundamental para la instalación de su sistema, ya que la idea es no hacer nuevos caminos que conlleven a esfuerzos de instalación como romper paredes, exige que las vías por donde va la línea eléctrica que son por las que se va instalar el cable SCS sean al menos de ¾” a 1” para así cumplir con la norma de la ANSI/TIA/EIA 568B de ocupación, en la que dice que la tubería no puede llenarse a mas del 40%, además estas dimensiones son necesarias para poder sondear y meter todo el nuevo cable, se hace muy difícil en tubos de menos diámetro. El SCS puede ser instalado junto a la línea eléctrica pues no interfiere electromagnéticamente ya que el voltaje que trasporta es un voltaje D.C. Por otro lado Bticino aconseja instalar cajas 5800 (cajas donde se ubican las tomas) estas son mas amplias permitiendo cumplir la norma sobre la curvatura máxima del cable UTP dado por la ANSI/TIA/EIA 568B como vimos en el capitulo de regulación que es de 4 veces el diámetro de el cable. ya que Bticino incluye en sus sistemas, como parte importante de su solución, el diseño las cajas se aconsejan de instalar verticalmente y no horizontalmente como normalmente ocurre pues todos su tomas y controles son dispuestos de esa manera. Una vemos se cumplen estos primeros requerimientos al momento de afrontar un proyecto se tiene en cuenta los siguientes paramentos: -Restricciones de direcciones lógicas: como ya se menciono anteriormente se pueden configurar áreas dentro de la casa mediante las configuraciones, una de las restricciones es que el número de áreas máximas es de 9 y 9 elementos (actuadores) pueden ser instalados dentro de un área. -Restricciones de extensión: La longitud de la conexión entre el alimentador y el dispositivo más lejano no debe superar 250 m.

Alimentador Mando Actuador Alimentador Fuente [12]


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La longitud total de las conexiones no debe sobrepasar 500 m Mando Actuador Alimentador Fuente [12] -Restricción de Absorción de Corriente: la corriente la corriente absorbida por todos los dispositivos conectados no debe superar los 1.2A. Preajuste del edifico:

• Como ya se menciono la ruta del par trenzado puede ser la misma que la de la línea de energía.

• Es necesario prever para cada habitación de la casa cajas de derivación para los servicios de energía y la derivación (en topología Estrella) del bus.

• Para la motorización de los cierres metálicos, es necesario que la energía llegue a las cajas.

• Predisponer cajas para los equipos con capacidad que permita futuras ampliaciones.

7.1.4 Análisis de Costos Para el análisis de costos se tomo una cotización de un proyecto promedio que incluya los productos básicos para un apartamento promedio que pueda costear este tipo de soluciones, a continuación esta detallado por elemento, numero de unidades deseadas y valor total.


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Item Descripción # V.

Unitario S. Total Valor

Sistema I Automatización de iluminación

1.1 Automatización básica on/off, con intensidad de iluminación fija.

3 299.392 898.176

1.3 Automatización con intensidad de iluminación variable (dimerización)

6 661.728 3.970.368

1.4 Mando para complemento de función conmutable o control de dimmer.

2 227.328 454.656

1.5 Interruptor automático 4 226.000 904.000 1.6 Linterna de emergencia extraíble. 140.000 0 1.7 Receptor Infrarrojo 4 258.112 1.032.448 1.8 Comando infrarrojo 7 canales 4 155.210 620.840 1.9 Central de escenarios 5 367.168 1.835.840

Sub. total automatización de iluminación 9.716.328II Automatización cortinas/telones

2.1 Puntos a automatizar 4 299.392 1.197.568 Sub. total automatización cortinas 1.197.568III Sistema antirrobo

3.1 Telecomando infrarrojo 2 174.192 348.384 3.2 Central anti robo 1 zona 1 428.730 428.730 3.3 Fuente de alimentación 1 367.910 367.910 3.4 Censor de presencia infrarrojo, orientable 1 400.566 400.566

3.5 Sirena para interiores 1 406.320 406.320 3.6 Batería 6V para sirena 1 91.104 91.104 3.7 Activador alarma 1 258.128 258.128

Sub. total sistema antirrobo 2.301.142IV Detección de gas 4.1 Punto inicial, incluye dispositivo de corte de

suministro. 1 1.290.128 1.290.128

4.2 Punto adicional. 2 1.114.528 2.229.056 Sub. total detección de gas 3.519.184V Cámaras

5.1 Fuente de alimentación de video 0 297.000 0 5.2 Telecámara de 2 módulos 590.000 0

Sub. total cámaras 0VI Sonido ambiental 6.1 Difusor sonoro - salida de sonido 82.500 0 6.2 Caja para difusor sonoro 0 4.000 0 6.3 Fuente de alimentación 0 253.000 0 6.4 Micrófono buscapersonas 3 módulos 194.000 0 6.5 Micrófono vigilancia acústica 0 218.000 0 6.6 Interruptor sencillo cambio de fuente 0 11.500 0 6.7 Pulsador para cambiar emisora 0 10.800 0 6.8 Amplificador local 2 módulos 0 180.000 0


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6.9 Radio FM 3 módulos 498.000 0 6.10 Preamplificador para fuente externa 246.000 0

Sub. total sonido ambiental 0VII Control de temperatura 7.1 Control de dispositivo de calefacción por

circulación de agua caliente con accionamiento eléctrico (solenoide).

2 778.704 1.557.408

Sub. total control de temperatura 1.557.408VIII Comunicación, administración y control 8.1 Comunicador telefónico 1 1.828.224 1.828.224 8.2 Batería 6V para comunicador 1 91.104 91.104 8.3 Protector de línea telefónica 1 60.000 60.000 8.4 Interfase RS232 para computador 1 494.304 494.304 8.5 Servidor de red y video 0 3.288.384 0 8.6 Interfase SCS 1 560.704 560.704

Sub. total comunicación, administración y control

3.034.336

IX Otros 9.1 Cable SCS para bus de datos 100 mts. 4 148.845 595.380 9.2 Módulo de memoria 1 332.736 332.736 9.3 Gabinete dimmers y equipos varios. 1 640.464 640.464 9.4 Fuente de alimentación general 1 367.910 367.910

Sub. total otros 1.936.490 SUBTOTAL MATERIALES AUTOMATIZACION 23.262.456 Placas( blanca), accesorios, protecciones y mano de obra 20% 4.652.491 SUBTOTAL MATERIAL Y MANO DE OBRA 27.914.947 DESCUENTO 10% 2.791.495 SUBTOTAL CON DESCUENTO 25.123.452 IVA 16% 4.019.752 VALOR TOTAL OFERTA 29.143.204

Al final aparte de todos los materiales para la automatización, es decir mandos, actuadores, fuentes, etc., se les suma al proyecto un 20% referente a todos los costos que implica la instalación del bus a través del apartamento, accesorios, protecciones que tienen que ver con el proceso de instalación, además se le suma los impuestos y ha este cliente se le hizo un descuento del 10%. Aunque la solución no cuenta con todo los sistemas que ofrece Bticino como las cámaras y el sonido ambiental, el costo del proyecto es elevado y se dirige a gente de estratos muy altos 5 o 6. Esto se debe al alto costo de cada uno de los elementos pues Bticino al vender una solución no solo vende tecnología si no esta muy ligado con el diseño y esto incrementa los costos finales.


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7.2 Leviton La compañía comenzó en 1906, originalmente se dedicaba a la fabricación de de elementos para las lámparas a gas, después se dedicaron a la fabricación de productos para lámparas eléctricas, hoy en día Leviton ofrece mas de 20.000 diferentes productos, convirtiéndola en una de las compañías lideres de la industria eléctrica a nivel industrial, comercial y residencial. Con mas de 9 décadas de experiencia que respaldan el desarrollo de nuevas tecnologías, todos las platas y oficinas de Leviton son certificadas y aprobadas por la ISO certificando una producción de tecnología automatizada que facilita la abolición de los defectos de fábrica combinándolo con bajos costos. La línea que Leviton destina a la domotica es DHC (Decora Home Controls) y ofrece una solución completa a las necesidades actuales del usuario. 7.2.1 DHC Decora Home Controls permite el control automático de luces y dispositivos, los componentes PLC de este sistema pueden ser incluidos dentro de las casa para proporcionar una gran variedad de beneficios de una casa automatizada, la idea de esta solución esta basada en los principios y ventajas que ofrece un sistema PLC, DHC ofrece máxima flexibilidad al utilizar las líneas existentes de electricidad, medio por el cual se manda las señales de control, Leviton ofrece dispositivos fáciles de instalar y que cumplen con los requisitos de calidad de Leviton. Tecnología DHC Señal de comando: Los controladores de DHC mandan pulsos de 5 voltios, 121 kHz en los cruces por cero de la señal AC, esta tecnología es básicamente la misma de X10 que se describió en el capitulo 5.2, mandan dos veces la información para asegurarse de que esta llego bien (igual a X10), este sistema requiere de la sincronización con el cruce por cero, la señal de control contiene las funciones que debe realizar (ON, OFF, DIM, Etc.) los controladores pueden mandar señales a una o varias direcciones dependiendo de la función y el modelo. -Receptores DHC al igual que en el protocolo X10 los receptores de DHC están permanentemente escuchando el canal (línea eléctrica) por una señal de comando, si la dirección corresponde a la del receptor este procede a ejecutar la función, Esto es el funcionamiento normal al del protocolo X10, pero además, Leviton incluye en sus receptores una tecnología para reducir la interferencia debido al ruido existente en la línea eléctrica esta tecnología es IntellisenseTM Technology (gated automatic gain control, control automático de ganancia con barrera), esta tecnología permite una inmunidad muy alta al ruido durante el tiempo critico del paso de la onda sinusoidal de 60Hz por cero, en donde debe importar pues es donde la señal de comando es trasmitida.


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En las siguientes graficas se describe el funcionamiento de esta tecnología, las señales solo son aceptadas si y solo si están dentro de la ventana de la señal y supera el nivel de sensitividad (en amarillo en las graficas), la primera grafica (Figure A) se puede observar un receptor sin control automático de ganancia, y se observa como el ruido interferiría la señal pues a pesar que la primera señal es correcta y es aceptada, en la segunda ventana se puede interpretar el ruido como una señal de comando.

Fuente [11]

en la siguiente figura se muestra un receptor con control de ganancia no acotado, sin barrera, este caso soluciona el problema de la interferencia del ruido pero ya que la sensibilidad es tan alta la señal de comando es tomada como ruido y el receptor no la ve.

Fuente [11]

Por ultimo la solución de Leviton (Intellisense), con este sistema la sensibilidad de la señal es ajustada con lo justo para eliminar el ruido y tomar la señal de comando.

Fuente [11]


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Como Opera DHC Los controles del sistema operan como una red, los Trasmisores son dispuestos a la medida del usuario estos son los encargados de mandar un único código a través de la línea eléctrica para conectar toda la red, mientras que los Receptores son instalados en switches, tomas, dimmers. Etc. A través de la casa. Para la identificación de los dispositivos (trasmisores y receptores) se hace mediante direcciones que consisten en una letra de la A hasta la P y un numero del 1 hasta el 16, así las direcciones serian A-4, C-10, J-15, esto nos permite obtener 256 combinaciones de posibles direcciones. Para Los trasmisores que controlan un receptor deben ser programados con el código que corresponda a la dirección del Receptor que debe controlar. La configuración se hace mediante una especie de relojes (ruedas), el rojo para configurar la letra y el negro el número así:

Fuente [11]

Para los controladores de varios receptores son configurados para que cada botón contenga la dirección de el receptor deseado, estos permiten también la creación de escenarios mediante la programación de varias funciones al pulsar un solo botón.


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7.2.2 Requerimientos y Consideraciones de Diseño la primera cosa que se debe realizar al comenzar un proyecto es medir la fuerza que tendría la señal en una determinada instalación eléctrica, esto nos indica una correcta instalación eléctrica cumpliendo con los estándares y normas, con un nivel de ruido, en la red, normal para esto Leviton desarrollo un aparato capas de medir la fuerza de la señal. Se recomienda que todo el cableado sea en cobre.

Fuente [11]

Es necesario tener en cuenta que la red eléctrica esta conectada en el mismo circuito para varias casa en la mayoría de los casos, por lo que hay que tener en cuenta primero que hay que crear barreras entre casas esto se logra por medio de filtros a la entrada y salida de la casa (Leviton cuenta con una gama grande de filtros apropiados para cada casa), por otro lado se puede tener la precaución de al momento de instalar los dispositivos se les asigne un código de casa diferente para que no los vean los de la otra casa.


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7.2.3 Análisis de Costos

Propuesta DHC para conjunto residencial Balcones de Medina

ESTUDIO En esta área estarían ubicados equipos del sistema Home Theatre como son TV, DVD ó VCR, Equipo de sonido, antenas de recepción satelital, entre otros, además se contara con iluminación de bombillas halógenas. Los equipos del sistema Home Theatre podrán ser manejados a través del Control remoto Universal Cat. No. HCCUR que es compatible con una gran variedad de marcas. Utilizando este mismo control universal también podemos manejar la iluminación encendiendo, apagando, aumentando o disminuyendo la intensidad de luz de las luminarias, para lo cual necesitaríamos instalar un Dimmer Cat. No. HCM06-1SW y un Transceiver Cat. No. HCPRF-1TW que recibe las señales de radio (que atraviesan paredes y pisos) del control remoto y a través de la red eléctrica existente las envía al Dimmer para que actúe. Además damos como opción la adquisición de un control remoto de llavero Cat. No. HCCKR-E el cual le sirve a alguno de los habitantes de la casa para portar llaves y le permite encender y apagar algunas luces de la casa apuntándolo al transceiver. SALON Esta área estará iluminada por bombillas halógenas y una vista al exterior del edificio a través de un ventanal con unas cortinas eléctricas. La iluminación la dividiremos en dos grupos de bombillas controlados cada uno por un dimmer Cat. No. HCM06-1S. Las cortinas podrán ser controladas utilizando un interruptor Cat. No. 16400/16450-1W y un receptor 6337 lo que nos permite abrirlas y cerrarlas El control de la iluminación y las cortinas también podemos hacerlo a través del control remoto HCCUR apuntando al transceiver HCPRF-1TW COMEDOR En esta área encontraremos iluminación compuesta por bombillas incandescentes en la parte central y halógenas en el perímetro. Además tiene una vista al exterior del edificio a través de un ventanal con cortinas eléctricas. Para el control de la iluminación utilizaremos un dimmer para cada grupo de bombillas (incandescentes y halógenas) Cat. No. HCM06-1S. Para el control de las cortinas también utilizaremos el interruptor 16400/16450-1W y el receptor 6337. De igual forma esta área también podrá ser controlada a través del control remoto HCCUR.


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HALL Este es el sitio de intersección de varias áreas de la casa entre ellas la entrada principal, en este sitio encontraremos una iluminación compuesta por bombillas incandescentes en la parte central y halógenas en el perímetro. La iluminación en esta parte de la casa será controlada por dimmers HCM06-1S, uno por cada grupo de luminarias (incandescentes y halógenas). También estos dimmers pueden ser manejados a través del control remoto HCCUR. Los precios de cada una de las referencias están en el siguiente cuadro: Cat. No. $ cantidad subtotal HCCUR 108,750.00 1 $ 108,750.00 HCMO6-1SW 174,000.00 7 $ 1,218,000.00 HCPRF-1TW 163,125.00 2 $ 326,250.00 HCCKR-E 76,125.00 1 $ 76,125.00 16400 221,415.00 2 $ 442,830.00 16450-1W 61,335.00 2 $ 122,670.00 6337 115,710.00 2 $ 231,420.00 6201 605,955.00 1 $ 605,955.00 Total $ 3,132,000.00

Esta Solución es para un apartamento promedio, en donde se pretende hacer control de luces básicamente, por lo que el presupuesto final es tan pequeño, cabe resaltar que dentro de esta cotización esta incluida la instalación pues no implica mayores costos al proyecto, por lo que esta solución es perfecta para comenzar con algo sencillo y básico en domotica.


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8. Conclusiones Después de analizar cada una de las tecnologías que hacen parte de la Domotica cabe resaltar que lo que busca la domotica en cada una de ellas es un compromiso de beneficio-costo muy alto, esto viéndolo bajo los siguientes puntos de vista: términos de instalación, costos que conlleva, calidad y eficiencia de la red, ya sea velocidad, seguridad, etc. Y que tipo de soluciones a las necesidades del usuario pueden prestarse a través de una determinada tecnología, como ya lo vimos durante el desarrollo de esta tesis, cada una de ellas presenta una distinta relación entre sus costos y beneficios, para resaltar, de las tecnologías de cableado estructurado basadas en Ethernet, las grandes ventajas a nivel de velocidades y seguridad, además que la estandarización de estas tecnologías es excelente facilitando el acople con cualquier otra que deseemos, por lo que su capacidad de expansión es enorme, por otro lado, una gran desventaja salta a la vista y es la instalación, pues este tipo de tecnologías requiere de un canal dedicado, nuevo dentro de la casa, por lo que en casa ya construidas su instalación se hace mucho mas costosa en relación a las otras tecnologías, mientras que para una casa en construcción es una muy buena opción. Por otro lado las tecnologías sobre líneas eléctricas, PLC, surgen como solución al problema de la instalación de nuevos cables, esta es su principal ventaja al lado de la ubicuidad que la línea eléctrica ofrece en cualquier casa, esta tecnología nos ofrece una buena velocidad de trasmisión, es una muy buena solución de ultimo kilómetro para compañías que cuenten con la infraestructura como las compañías de electricidad, pero tiene muchos problemas referentes al medio y su comportamiento poco predecible, por lo que la calidad es un poco baja, las velocidades aunque para hacer funciones de control domotico son buenas, son muy bajas comparándolas con las de Ethernet para envió de información. Por ultimo sobresale las tecnologías inalámbricas en donde las mayor parte de los esfuerzos en la actualidad se están centrando, una explosión vertiginosa de estas tecnologías se esta efectuando, llevándola a alcanzar velocidades y distancias muy altas, las tecnologías inalámbricas al igual que las de PLC, ofrecen la ventaja de no tener que instalar nuevos cables, reduciendo os costos de la instalación. Por ultimo quisiera anotar que la mejor solución domotica no es aquella que mejor adopte una de estas tecnologías, si no aquella que se complemente de todas y las adapte de una manera flexible a los requerimientos físicos de la casa y los requerimientos del usuario a nivel de sus necesidades. En cuanto a la regulación actual del país la preocupación consiste en la eliminación de las normas obligatorias y pasarnos a un régimen de normas voluntarias de acuerdo con lo dictado por la OMC, después de estar investigando dentro de las empresas se observa que el RETIE aunque si es reconocido y algunas veces tenido en cuenta sus normas o sugerencias no son suficientes y no cubren una gran parte de aspectos necesarios para la Domotica, por lo se adoptan las normas que exige la ANSI y en muchos casos las únicas que se tiene en cuenta. Es importante crear conciencia dentro del gremio de la importancia de este documento y para ello es necesario que se realice una constante evaluación y además se complemente en varias áreas en la que el RETIE no es suficiente.


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Las visitas a las empresas en el sector fueron muy importantes, aunque el sector en Colombia no esta muy desarrollado y son pocas las empresas que de verdad prestan un servicio de domotica, el mercado es excelente cada día mas la gente se interesa mas por esta forma de vida y esta mostrando un crecimiento acelerado en el ultimo año, el desarrollo de este sector se ha visto beneficiado por la reactivación de la construcción sobretodo de estratos altos, pues este tipo de vivienda esta dirigido a estos estratos (5,6). Debo agradecer a toda la colaboración que se me presto por parte de las empresas que se visitaron Control y Telemática, Bticino y Leviton, estas visitas y la colaboración de las empresas hizo posible mostrar el mercado colombiano, su actualidad, sus perspectivas y su problemática. La soluciones de domotica que encontramos en el mercado Colombiano son básicamente dos (Bticino y Leviton) que actúan en dos tipos de tecnologías diferentes (Bus de Datos y PLC) aunque el fin perseguido es el mismo Bticino es una empresa que se especializa en este sector y ofrece una solución mucho mas vistosa y con componentes de diseño que encarecen su solución, mientras que Leviton es una empresa dedicada a toda clase de artículos eléctricos y la solución para domotica (DHC) es una rama de esto, la solución de Leviton es un poco mas versátil y sus costos un poco menores, esta diferencia radica en los costos de instalación pues Leviton utiliza la línea Eléctrica con elementos Plug and play que hacen fácil la instalación. Por Ultimo quisiera resaltar que aunque en Colombia el mercado de la domotica esta todavía en una etapa de posicionamiento, es un gran momento para invertir en este tipo de negocios pues todo en el mundo muestra la gran tendencia hacia la domotica que existe, e inclusive a nivel local se ve una marcada aceleración en el crecimiento del mercado.


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9. Bibliografía

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[43] Programa y contenido del curso: Aplicaciones Móviles e Inalámbricas, Rubén

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[45] CRT – Comisión de Regulación de Telecomunicaciones Republica de Colombia, http://www.crt.gov.co

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http://www.dane.gov.co.

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[55] TRON Web, http://tronweb.super-nova.co.jp/trondef.html


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10. Apéndices

10.1 Marco Teórico A continuación se hará una breve introducción elementos importantes para la comprensión de los capítulos del estudio. 10.1.1 Técnicas de modulación Las técnicas de modulación permiten la transferencia de información como cambios en la información de la señal portadora, la modulación es usada tanto en formación análoga como digital. Modulación AM (amplitude modulation): Es la técnica más sencilla. La amplitud de la onda portadora varía de acuerdo con las características de la señal que se va a modular, la cual puede ser análoga o digital, esta modulación esta representada de la siguiente manera:

Donde: m (t) = señal modulada Wc = frecuencia de la portadora Ac = Constante La Modulación AM es utilizada para la transmisión de voz análoga (300-3400 Hz) y para trasmitir imagines de TV en redes de televisión por cable. Modulación FM: (frequency Modulation) En esta modulación la frecuencia de la portadora (fc) es directamente proporcional a la señal modulada (mt). Esta técnica es utilizada para la transmisión de la banda FM en radio, el canal de audio de TV y algunas comunicaciones móviles. La siguiente figura se muestra el concepto de la modulación AM y FM


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Fuente [43]

Modulación PM: En la modulación PM la fase de la onda portadora es directamente proporcional a la onda modulada.

Donde: m (t) = señal modulada Dp = sensitividad de la fase


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10.1.2 Transmisión digital de información La modulación hace posible la transmisión digital, información digital (1´s y 0´s) en portadoras análogas como la radio y ondas de luz. La transmisión digital es en consecuencia la transmisión análoga de información digital. Los principales métodos de modulación son:

• Amplitude-shift modulation • Frequency-shift modulation • Phase-shift modulation

Shift Modulation: En la siguiente grafica se muestra el concepto de amplitude, frequency y phase Shift modulation.

Fuente [43]


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Frequency-shift modulation es también llamada Frequency-shift Keying (FSK) y Phase-shift modulation es también llamada Phase-shift Keying (PSK), en PSK la fase el cambio de fase indica un 1 o un 0, por ejemplo 0o para 0 y 180o para 1. Una variación de la Amplitud modulada (también llamada ASK) es la On-Off Keying (OOK) es utilizada para fibra óptica, donde: Luz prendida se representa con toda la amplitud, mientras que Luz apagada se representa sin amplitud.

Fuente [43]

La combinación de ASK y PSK nos da como resultado la modulación QAM (quadrature amplitude modulation), permitiendo mas bits\ Hz que los anteriores por separado. Si el trasmisor es un trasmisor PM con un nivel digital de la señal modulada, se genera una modulación llamada MPSK, si M es igual a 4 se tiene QPSK (en cuadratura). 10.1.3 Tipos de multicanalización FDMA (Frequency Division Multiple Access).− FDMA divide los canales de radio en un rango de radiofrecuencias y es utilizado en el sistema analógico celular tradicional. Con FDMA, un solo suscriptor es asignado a un canal a la vez. TDMA (Time Division Multiple Access).− TDMA divide los canales de radio convencional en ventanas de tiempo para obtener una mayor capacidad. Se utiliza en sistemas celulares. Ninguna conversación puede acceder un canal ocupado. CDMA (Code Division Multiple Access).− Asigna a cada usuario un código único para colocar diversos usuarios en el mismo ancho de banda al mismo tiempo. Los códigos, llamados secuencias de pseudo ruido, son utilizados por la estación móvil y la estación base para distinguir las conversaciones. Todos los usuarios de CDMA pueden compartir el mismo canal de frecuencia debido a que se distinguen por código digital. Requiere una potencia mucho menor que las tecnologías FDMA y TDMA. La ventaja en CDMA es que la entrega del cliente entre bases no es discernible por el usuario. Las desventajas son que el usuario debe recibir señales de toda base que pueda escuchar, lo que hace que el equipo sea más complejo; cada base debe dedicar un canal a todo usuario en su línea de vista, lo cual reduce la capacidad del sistema.


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Alternativas en CDMA: CDMA por control de potencia (PCDMA); CDMA de control de distancia (DCDMA), CDMA de salto en frecuencia (FCDMA) y CDMA de división en tiempo (TCDMA). DCDMA se utiliza en sistemas satelitales como GPS. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).- Es una técnica de telecomunicaciones que divide un canal de comunicaciones en bandas de frecuencias iguales y ortogonales entre si. Una sub-portadora que lleva un pedazo de la información del usuario es transmitida en cada banda. Cada sub-portadora es independiente de las demás. Así:

Fuente [43]

10.1.3.1 Sistemas de Espectro Amplio (Spread Spectrum) Un sistema de espectro Ensanchado o amplio es aquél en el que la señal transmitida es esparcida en una banda de frecuencia ancha, mucho más ancha que el mínimo ancho de banda requerido para transmitir la información que se envía. Existen dos tipos de espectro amplio, los sistemas modulados de secuencia directa y los de salto en frecuencia. Similares al salto en frecuencia, se tienen sistemas de salto en tiempo (time hopping) y salto en tiempo y frecuencia (time frequency hopping). La información puede ser incluida en la señal de espectro amplio por diversos métodos. El más común es el de añadir la información al código de esparcimiento del espectro antes de utilizarlo para modular, alternativamente, podemos utilizar información para modular una portadora antes de esparcirla. Un sistema de espectro amplio debe cumplir con dos cosas: primero el ancho de banda transmitido debe ser mucho mayor al ancho de banda o la tasa de información que se envía, y en segundo lugar se emplea alguna otra función aparte de la información que se envía para determinar el ancho de banda RF modulado resultante.


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Algunas de las propiedades de los sistemas de espectro amplio:

• La capacidad de direccionamiento selectivo; • La posibilidad de acceso múltiple por multicanalización por división de código; • El espectro de potencia de baja densidad para ocultar la señal; • El rechazo de interferencia.

No todas estas características están necesariamente disponibles en un sistema al mismo tiempo. Considerando el teorema de Shannon respecto a la tasa de información, el cual demuestra que se puede enviar información libre de errores utilizando algún método que emplee anchos de banda lo suficientemente grandes para transmitir la información, podemos decir que la ganancia de procesamiento es una forma de aplicación de ese teorema, en el cual la señal es ampliada, y la ganancia de procesamiento producida por el proceso de esparcimiento y recuperación es igual a la relación de ancho de banda entre la información y el ancho de banda en RF utilizado para mandarla. Un sistema de espectro amplio desarrolla su ganancia de procesamiento en un proceso de esparcimiento y recuperación del ancho de banda de una señal secuencial. La parte de transmisión del proceso puede llevarse a cabo con cualquiera de los métodos de modulación para ampliación de banda. La Recuperación se logra al correlacionar la señal recibida en espectro amplio con una señal local similar de referencia. Cuando dos señales se igualan, la señal deseada se colapsa a su ancho de banda original (antes del esparcimiento), mientras que cualquier entrada diferente es esparcida por la referencia local al ancho de banda de la referencia local. Después, un filtro rechaza todas las señales de banda estrecha menos la deseada; esto es, dado una señal Deseada y su interferencia (ruido atmosférico, ruido en el receptor, o interferencia), un receptor de espectro amplio magnifica la señal a la vez que suprime los efectos de todas las demás entradas. SISTEMAS DE SECUENCIA DIRECTA (Direct sequence spread spectrum DSSS) Un método de ampliar el espectro de una señal de datos modulada es modulando la señal por segunda ocasión utilizando una señal de espectro amplio en frecuencia. Esta segunda modulación adquiere generalmente una forma de modulación digital de fase. La señal ampliadora (denominada c(t) y llamada código de expansión) es escogida de tal manera que tenga propiedades que faciliten la demodulación por un receptor conocido e intencionado. Estas propiedades harán una demodulación imposible por un receptor no intencionado.


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Fuente [43]

Técnicas de Spread Spectrum: Básicamente son tres: BPSK (Binary Phase Shift Keying) QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) MSK (Minimum Phase Shift Keying) SISTEMAS DE SALTO DE FRECUENCIA (Frequency Hopping Spread Spectrum FHSS) En estos sistemas, la frecuencia portadora del transmisor cambia abruptamente, salta de acuerdo a una secuencia de código pseudo aleatorio. El receptor rastrea estos cambios y produce señales de frecuencia intermedia constantemente. La dispersión del espectro se logra al dividir el ancho de banda disponible en un gran número de ranuras de frecuencia contiguas y luego utilizando una secuencia pseudo aleatoria (generada en el transmisor), se cambia la frecuencia de la señal portadora constantemente entre dichas ranuras de frecuencia. De aquí que al transmitir sobre una multiplicidad de frecuencias, el rechazo de interferencias se debe a que se puede evitar transmitir, el mayor tiempo posible, sobre las frecuencias en donde se encuentran las señales interferentes. A los sistemas Los sistemas FHSS se clasifican de acuerdo a la cantidad de tiempo que permanecen en cada frecuencia discreta antes de saltar a la siguiente, se les divide en: Salto en frecuencia lento. Son sistemas en los que se transmite uno o más bits de información en cada frecuencia. Salto en frecuencia rápido. Son sistemas en los cuales en cada frecuencia se transmite parte de un bit y son necesarios varios saltos para transmitir el bit completo.


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Fuente [43]

10.1.4 GSM-GPRS/EDGE, 3GSM, PCS GSM (Sistema Global para comunicaciones Móviles) es el estándar inalámbrico líder en el mundo, este sistema es ampliamente utilizado en Europa y en otros países del mundo. Fue diseñado para ser compatible con RDSI. Las características que busca GSM son los siguientes:

• Eficiencia de espectro • Roaming internacional (un solo número de directorio en todo el mundo) • Estaciones base y móviles económicos • Calidad de voz • Compatibilidad con servicios RDSI • Soporte para nuevos servicios. • Alto nivel de seguridad (alta confidencialidad y prevención de fraudes),

Tiene en la actualidad más de 500 millones de usuarios en todo el mundo y está disponible en más de 120 países, de acuerdo con la Asociación MoU de GSM. Ya que varios operadores de GSM tienen acuerdos de Roaming con otros operadores, los usuarios frecuentemente continúan utilizando sus teléfonos cuando han viajado a otros países. GSM es la más utilizada de las tres tecnologías actuales de telefonía inalámbrica (TDMA, GSM y CDMA) GSM utiliza una variación del acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) en combinación con FDMA, primero realiza una división en frecuencias, una o más de estas frecuencias son asignadas a las estaciones base. Luego cada una de estas portadoras se dividen en tiempo utilizando TDMA. GSM digitaliza y comprime voz y datos, y después los envía en un canal junto con otras dos series de datos del usuario en particular.


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Bandas de frecuencia de los distintos sistemas GSM. GSM-900: 124 canales en dos sub-bandas de 25 Mhz c/u en los rangos 890 Mhz-915 Mhz y 935 Mhz-960 Mhz, con BW por canal de 200 Khz. Cada portadora se divide en frames donde cada frame tiene 8 rebanadas de tiempo (time slot), con una duración de frame de 4.6 ms. Separación entre la portadora del Down Link y del Up Link: 45 Mhz. DCS-1800: 374 canales en dos sub-bandas de 75 Mhz c/u en los rangos 1710Mhz-1785 Mhz y 1805 Mhz – 1880 Mhz, con BW por canal de 200 Khz. Separación entre la portadora del Down Link y del Up Link: 75 Mhz. PCS-1900: 374 canales en dos sub-bandas de 75 Mhz c/u en los rangos 1850Mhz-1925 Mhz y 1930 Mhz – 2005 Mhz, con BW por canal de 200 Khz. Separación entre la portadora del Down Link y del Up Link: 75 Mhz. En USA se asignó parte del rango de la banda de 1800 Mhz a aplicaciones de comunicaciones punto a punto. Arquitectura de los Sistemas GSM: Un sistema GSM está basado, principalmente, en tres subsistemas: El Subsistema de Red y de Conmutación, El Subsistema de la Radio Base y el Subsistema de Soporte de Operación


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GSM-GPRS (General Packet Radio Service) Es un servicio de valor agregado al prestado por GSM que le permite a esta tecnología enviar y recibir información dentro de una red de telefonía móvil, la velocidad teórica de transmisión es 171.2 kbps, ampliando los servicios que existían previamente en las redes GSM permitiendo internetworking por lo que todos los servicios de Internet son agregados a GSM GSM-EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) Esta tecnología de radio permite velocidades de transmisión de datos hasta de 384Kbps, esta tecnología puede ser utilizada actualmente en tecnologías actuales GSM de frecuencias 800, 900, 1800 y 1900MHz y es un complemento a las tecnologías WCDMA. Esta tecnología nos permite obtener hasta tres veces la velocidad que GPRS ofrece, además los operadores de EDGE pueden manejar tres veces más usuarios que con GPRS añadiéndole capacidad extra para la voz. La tecnología EDGE usa la misma estructura TDMA, y la portadora de 200KHz de las redes actuales de GSM lo que permite una sencilla actualización de los sistemas actuales. 3GSM Es al igual que EDGE y GPRS una tecnología de GSM, 3GSM consiste en llevar los servicios de multimedia móvil de tercera generación, concentrándose en las nuevas formas de comunicación de la gente hoy en día. En la actualidad el 85% de los operadores internacionales escogieron esa tecnología.


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La tecnología esta basada en una red GSM con una interfase aérea W-CDMA (Wideband-CDMA). Este se basa en dos principios que ya mencionamos anteriormente y son spread spectrum y multirate technology así:

10.1.5 3G y 4G Las generaciones en comunicaciones hacen referencia a la evolución en servicios ofrecidos que las tecnologías ofrecen, actualmente vamos en la tercera generación. 3G es también llamado UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) y consiste es la trasmisión de texto, voz digitalizada, video y multimedia a tasa de trasmisiones hasta de 2Mbps o mayores utilizando una conexión de packet-switched, ofreciendo conectividad a Internet inclusive cuando viajan a usuarios de computadores y teléfonos móviles en cualquier parte del mundo. Esta tecnología no esta completamente implementada y los usuarios pueden utilizar otra clase de tecnologías como GPRS y EDGE donde UMTS no es disponible.


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La forma de conexión permite nuevas formas de pago como el pagar por bit o por sección, o tarifas planas. El mayor ancho de banda permite la entrada de nuevos servicios como el de video conferencia, lo que pretende UTMS (3G) es crear el concepto de ‘Virtual Home Environment’ es decir que el usuario tenga los mismos servicios dentro y afuera de la casa. En el siguiente cuadro se muestra la clasificación de cada uno de las tecnologías en las generaciones de comunicaciones

por ultimo esta la cuarta generación (4G) en esta generación el teléfono tendrá la capacidad de interactuar con el medio y actuar de acuerdo a este, se busca una realidad virtual tridimensional, para ofrecer nuevos servicios se busca un throughput de 100mbps superando problemas que tiene el 3G, en la actualidad se han llegado a tasas de transferencia de 34Mbps. La capa física se realiza en TDMA o OFDM y se dice que estará lista para el 2010.

juan carlos rebolledo a asesor: antonio garcía

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