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REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 1/62

Observatorio Industrial del Sector de la Electrónica, Tecnologías de la

Información y Telecomunicaciones

REDES DE SENSORES. APLICACIONES PARA CONTROL AUTOMÁTICO DE EDIFICIOS.

FECHA: 04/01/2010


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

1.1. OBJETIVO Y ALCANCE................................................................................. 3 1.2. ABREVIATURAS Y ACRÓNIMOS..................................................................... 4 1.3. REFERENCIAS................................................................................................... 5 1.4. ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO ................................................................... 7

2. METODOLOGÍA..................................................................................................... 8 3. SITUACIÓN ACTUAL ........................................................................................... 9

3.1. DOMÓTICA E INMÓTICA ............................................................................... 9 3.1.1. INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DE DOMÓTICA ....................................... 9 3.1.2. BENEFICIOS DE LA DOMÓTICA................................................................... 12 3.1.3. CAMPOS ............................................................................................................ 13 3.1.4. ESCENARIOS DE APLICACIÓN..................................................................... 17 3.1.5. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS........................ 18 3.1.6. COMPONENTES DE UN SISTEMA DOMÓTICO.......................................... 22 3.1.7. INTEGRACIÓN DE SENSORES EN LA AUTOMATIZACIÓN .................... 25

3.2. NECESIDADES ACTUALES DE AUTOMATIZACIÓN EN EDIFICIOS.. 27 3.3. TENDENCIAS EN LAS REDES DE SENSORES ........................................ 29

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

4.1. DEFINICIÓN Y ORÍGENES.......................................................................... 32 4.1.1. HISTORIA .......................................................................................................... 32 4.1.2. DEFINICIÓN...................................................................................................... 32 4.1.3. NODOS (MOTAS) ................................................................................................ 34

4.2. ARQUITECTURA DE RED ........................................................................... 36 4.3. MOTAS Y SUS CARACTERÍSTICAS.......................................................... 40 4.4. SOFTWARE.................................................................................................... 45 4.5. OTROS ............................................................................................................ 46

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

5.1. LISTADOS ...................................................................................................... 50 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................... 61


1. INTRODUCCIÓN

1.1. OBJETIVO Y ALCANCE El objetivo de este documento es recoger los conceptos principales de la domótica

así como hacer un estudio de las principales tecnologías disponibles para redes de sensores aplicadas al control automático de edificios. Una red de sensores es una red de dispositivos inalámbricos distribuidos por una zona y que utilizan sensores para monitorizar condiciones en diferentes localizaciones. Los dispositivos o nodos se comunican entre ellos (de forma inalámbrica) y con un nodo central de forma que pueden cooperar entre sí y trasmitir la información a otros sistemas de información.

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

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

Este documento se centra en el uso de las redes de sensores para aplicaciones en

el control automático de edificios y su uso para aplicaciones inmóticas y domóticas en general.

Este documento se encuentra enmarcado dentro de los trabajos del Observatorio

de Electrónica, tecnologías de la información y las telecomunicaciones y con este trabajo se pretende que las empresas conozcan los conceptos principales de la domótica, la situación actual de las redes de sensores, qué tecnologías intervienen y cuáles son los principales agentes que existen. Con todo ello se facilita a las empresas información suficiente para desarrollar actividades de I+D+i en este campo.


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

documento.

CNAE Clasificación Nacional de Actividades Económicas FEDIT Federación Española de Entidades De Innovación y Tecnología GTD Gestión Técnica Domótica ADAPT Asociación para el Desarrollo, el Adelanto y la Productividad a través

del dominio de las Tecnologías KNX KONNEX CO2 Dióxido de Carbono MEMS MicroElectroMechanical Systems UWB Ultra Wide Band GPS Global Positioning System TOA Time Of Arrival AOA Angle Of Arrival RSS Really Simple Syndication UPnP Universal Plug And Play DLNA Digital Living Network Alliance HGI Home Gateway Initiative URC Universal Remote Console DSN Distributed Sensor Networks DARPA Defense Advanced Research Projects Agency WSN Wireless Sensor Networks CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance ISM Industrial, Scientific and Medical OSI Open System Interconnection HVAC Heating, Ventilating, and Air Conditioning RF4CE Radio Frequency for Consumer Electronics RFID Radio Frequency Identification CCD Charge-Coupled Device RAM Random Access Memory SRAM Static Random Access Memory EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory RISC Reduced Instruction Set Computer USB Universal Serial Bus UART Universal Asynchronous Receiver-Transmitter SPI Serial Peripheral Interface ASIMELEC Asociación Multisectorial de Empresas de Tecnologías de la

Información, Comunicaciones y Electrónica


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

que se hace referencia a los largo de los trabajos.

Estudio MINT-CASADOMO 2008

Sistemas de Domótica y Seguridad en Viviendas de Nueva Promoción

Michel Daoub Wireless Technology – Protocols, Standards and Techniques Pacific Northwest National Laboratory

Advanced Sensors and Controls for Building Applications

Yan Zhang Wireless Mesh Networking Cristobal Romero, Francisco Vázquez

Domótica e Inmótica

José Manuel Huidobro

Edificios Inteligentes

CEDOM Cuaderno de Divulgación Domótica Javier Lamas Graziani

Sistemas de Control para Viviendas y Edificios

Antonio Rodriguez Instalaciones Automatizadas en Edificios 6th European Conference WSN

Wireless Sensor Network

EnOcean Wireless Sensor Solutions for Building Automation Phoenix Contact Soluciones Inteligentes para la Automatización de Edificios Paolo Baronti, Prashant Pillai

A survey on the state of the art and the 802.15.4 and ZigBee standards

Hamid Gharavi Sensor Networks and Applications Meng-Shiuan Pan, Yu-CheeT seng

Communication Protocols and Applications for ZigBee WSN

Isabel Dietrich, Falko Dressler

On the Lifetime of Wireless Sensor Networks

Fabio L. Zucatto, Clecio A. Biscassi

ZigBee for Building Control Wireless Sensor Networks


1.4. ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO En el capítulo 1 Introducción, se describe el objetivo y el alcance del documento. En el capítulo 2 Metodología, se describe los pasos que se han seguido para la

elaboración del documento. En el capítulo 3 Situación Actual, se define el estado actual de la automatización

en edificios y las necesidades que se prevén de los mismos, así como unas tendencias básicas de las redes de sensores.

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

en cuanto a redes de sensores, exponiendo sus características fundamentales y repasando cada uno de los dispositivos más representativos que han surgido hasta la actualidad.

En el capítulo 5 Situación del mercado, se resumen algunos aspectos importantes

desde este punto de vista de estas aplicaciones y tecnologías, y se detalla una lista de las empresas, instituciones y centros de investigación más relevantes en la actualidad.

Finalmente el capítulo 6 Conclusiones y Recomendaciones, hace un resumen de

las principales conclusiones relativas a las tecnologías y conceptos descritos en el estudio, así como unas recomendaciones generales.


2. METODOLOGÍA En este apartado se recogen los pasos que se han seguido para obtener los

resultados expuestos en el documento. Como primer paso se ha realizado un estado del arte de toda la información

relevante relacionada tanto con las redes de sensores como con las aplicaciones para control automático de edificios y la domótica. A partir de esa información se han detectado las tecnologías clave y su implicación en el desarrollo de las redes de sensores.

El paso siguiente ha sido, realizar un estudio de estas tecnologías, detallando su

composición estructural, así como su capacidad de procesamiento, almacenamiento, comunicación y autonomía.

Se han buscado aplicaciones de las redes de sensores, obteniendo su nivel de

implantación, sus tendencias de actuales, y un listado de empresas, instituciones y centros de investigación que desarrollan actividades relacionadas con las redes de sensores.

Toda la información se ha introducido en diferentes versiones del documento que

se ha circulado entre los miembros del equipo de trabajo para su revisión y aprobación definitiva.


3. SITUACIÓN ACTUAL Como se ha comentado en la introducción de este documento, una red de

sensores es una red de dispositivos inalámbricos distribuidos por una zona y que utilizan sensores para monitorizar condiciones en diferentes localizaciones. Los nodos se comunican entre ellos y con un nodo central de forma que pueden cooperar entre sí y trasmitir la información a otros sistemas de información.

Por otra parte, se entiende por domótica la automatización de una vivienda, ya sea

individual o colectiva. Si la automatización se refiere a un edificio no destinado a la residencia de personas (edificios de oficinas, servicios, etc.) se denomina inmótica. Una definición general del concepto sería el conjunto de soluciones que mediante la utilización de la tecnología existente (electrónica, telecomunicaciones, electricidad, robótica, etc.) consigue un manejo, control y gestión más eficaz de todos los aspectos relacionados con la vivienda, como pueden ser la comodidad, la seguridad, el ahorro energético, el entretenimiento, etc.

El control automático de edificios es uno de los campos que puede resultar muy

interesante para el uso de las redes de sensores. Sus características de comunicaciones inalámbricas, transmisión de variables de entorno y posibilidades de actuación sobre determinados elementos las hacen una alternativa clara y eficaz en aplicaciones domóticas.

Los siguientes apartados recogen un estado del arte de lo que son las redes de

sensores, la domótica y la inmótica y sus necesidades.

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

3.1.1. INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DE DOMÓTICA A finales de los años setenta y principios de los ochenta, con el auge de las

telecomunicaciones, aparece en Estados Unidos de América el concepto de “casa inteligente” (smart house).

Hacia la mitad de los 80 aparecen en Europa los primeros productos (buses)

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

En los años 90 se desarrollan una demanda de seguridad, flexibilidad, economía

de energía en los inmuebles ya sean destinadas a vivienda, oficinas o servicios…, y se empieza a hablar de “inmótica”.


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

Actualmente la cantidad de nombres que aparecen en la literatura es casi

interminable, y en ella encontramos términos tales como: • Vivienda domótica. • Casa inteligente (smart house). • Vivienda del futuro. • Vivienda automatizada. • Vivienda domótica (home automation). • Sistemas domésticos (home systems). • El hogar conectado. • Inmótica (la misma tecnología aplicada al inmueble, Gestión Técnica Edificio). • El inmueble inteligente. • La casa digital / el hogar digital. • La casa numérica. • La casa de última generación. • La gestión técnica doméstica, GTD. • El ambiente inteligente. • Home and Building Electronic System. En lo comentado anteriormente, todos los conceptos están ligados a la

automatización de un edificio, pero según la naturaleza y el uso de ese edificio las exigencias serán muy diferentes, lo cual nos permite determinar inicialmente dos grandes grupos:

• La automatización de la vivienda, del hogar esté en una vivienda aislada o en

un piso de un inmueble. Dicha automatización, sea cual sea su grado y las tecnologías empleadas, se conoce como domótica.

• La automatización de edificios no destinados a vivienda, es decir, oficinas,

despachos, pequeño terciario y servicios en general, se denomina inmótica. Según la ADAPT (Asociación para el Desarrollo, el Adelanto y la Productividad a

través del dominio de las Tecnologías.): «Domótica es la integración de servicios y tecnologías, aplicadas a hogares y pequeños edificios para automatizarlos y obtener mejoras en: • Seguridad y protección. • Confort. • Comunicación. • Gestión técnica.» Según el diccionario Larousse, de la Real Academia de la Lengua Francesa, la

domótica es:


«El conjunto de servicios proporcionados por sistemas tecnológicos integrados, como el mejor medio para satisfacer las necesidades básicas de seguridad, comunicación, gestión energética y confort, del hombre y de su entorno más cercano.» Según el Diccionario de la Lengua Española, de la Real Academia Española, en su

vigésima segunda edición, domótica es: «Conjunto de sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de una vivienda.» Para CEDOM, el término “domótica” intenta dar significado al conjunto de

soluciones que, mediante el uso de las técnicas y tecnologías disponibles (electricidad, electrónica, informática, robótica, telecomunicaciones…), logra una mejor utilización, gestión y control de todos los aspectos relacionados con la vivienda (confort, seguridad, ahorro de consumo de energía, comunicaciones, informática, televisión, cine en casa…).

Una definición que trata de integrar todos los aspectos anteriores es la siguiente: «La domótica es la automatización y el control aplicado a la vivienda. La automatización y el control se realizan mediante equipos que disponen de capacidad de comunicarse interactivamente entre sí, y con capacidad de seguir las instrucciones de un algoritmo o programa previamente establecido por el usuario de la vivienda y con posibilidades de cambio según sus intereses. En consecuencia, la domótica permite una mayor calidad de vida, reduce el trabajo doméstico, aumenta el bienestar y la seguridad, racionaliza los distintos consumos y, además, su evolución permite ofrecer continuamente nuevas aplicaciones.» Se entiende por domótica la automatización de una vivienda aportando servicios

de gestión energética, seguridad, bienestar, comunicación, etc. La incorporación de sistemas automáticos de gestión de las instalaciones de edificios de uso industrial o terciario (no viviendas) con objetivos similares se denomina inmótica. Finamente se denomina urbótica a la automatización de complejos urbanos como unidades residenciales o urbanizaciones, barrios, grandes centros comerciales, o incluso ciudades completas. Como se aprecia, se trata básicamente del mismo concepto pero aplicado en distintos sectores o marcos de actuación.

La mayoría de los sistemas domóticos se estructuran en tres grandes apartados.

El primero es la comunicación con el exterior, que permite la gestión remota del sistema y que suele disponer de un elemento que enlaza esa parte exterior con los sistemas internos. El segundo es una red interna, local o doméstica que permite la conexión de todos los equipos y sistemas involucrados entre sí. El tercero son los propios equipos o métodos que proporcionan los servicios y funcionalidades necesarias.

La gama de aplicaciones y servicios ofrecidos por este tipo de sistemas son muy

amplias: seguridad, control de accesos, gestión de la energía (iluminación, climatización, aguas y riegos, etc.), monitorización y control (avisos y alarmas, monitorización de la salud, automatización de tareas domésticas, etc.), ocio y entretenimiento (equipos multimedia, cultura, etc.), comunicación con sistemas y servidores externos, operación y mantenimiento de las propias instalaciones, etc.


En general se aprecia una tendencia en este tipo de sistemas hacia la estandarización de los mismos, pasando de soluciones propietarias a sistemas basados en estándares con equipamientos genéricos y basados en equipamiento de campo, controladores y PCs.

3.1.2. BENEFICIOS DE LA DOMÓTICA A la hora de realizar una instalación domótica en una vivienda hay que tener en

consideración que los requerimientos de los usuarios residenciales son distintos a los de los usuarios profesionales, ubicados en oficinas o fábricas, algo que hay que tener en cuenta al evaluar la tecnología y los sistemas más adecuados para satisfacer sus necesidades que, fundamentalmente, se dirigen a hacer más amigable su relación con el entorno en el que pasa la mayor parte de su tiempo.

La introducción de todos estos sistemas y tecnologías en el hogar aún no es una

realidad, salvo en muy contadas ocasiones, pero si hay muchos catalizadores que ayudarán a que ello se realice rápidamente. Por una parte, cada vez existen más dispositivos electrónicos en el hogar, y eso provoca una necesidad real de comunicar unos con otros. Por otra, la estandarización de las tecnologías de comunicación privadas, como las redes Ethernet cableadas o las redes inalámbricas Wi-Fi, han reducido los costes a unos niveles que permiten su despliegue masivo. Para las empresas promotoras, dotar a las viviendas que construyen de una instalación domótica supone añadirles valor, lo que les permite venderlas mejor. Y mientras, las empresas de telecomunicaciones y los proveedores de contenidos y servicios, ven la posibilidad de aumentar los servicios que ofrecen a sus clientes, generando nuevos ingresos; a las compañías de servicios de luz, agua, electricidad, seguridad, etc., se les abre una puerta para racionalizar sus costes, y añadir valor para el usuario final.

Y con todo esto, ¿para qué le sirve a alguien tener todos estos sistemas, y con qué

nivel de complejidad? Dependerá de cada uno, ya que mientras a un anciano que vive solo le bastará con un sistema de tele-asistencia muy simple tecnológicamente, pero con alto nivel de servicio (247365 – 24 horas, 7 días a la semana, 365 días al año), que garantice poderle ofrecer asistencia inmediata en caso de urgencia, para una familia con varios hijos puede ser más importante el poder disponer de acceso a Internet en todas las habitaciones. Para personas que viven solas, poder encender la calefacción o el aire acondicionado desde la oficina o disponer de un sistema automático de riego puede tener mucho interés; para una pareja trabajadora puede que lo más interesante sea disponer de una cámara IP en su casa, que les permita ver a través de Internet a su hijo pequeño, que está siendo cuidado por otra persona.

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

Al usuario:

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

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

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


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

• Un hogar más sostenible: aprovechar al máximo la luz solar, evitar gastos

inútiles de luz y agua, control de consumo, etc. Al promotor:

• Presentar viviendas con más y nuevas prestaciones.

• Racionalización de aplicaciones destinadas a zonas e instalaciones comunes.

• Revalorización de vivienda.

• Diferencia frente a la competencia.

• Sostenibilidad del edificio y ahorro energético. Al instalador:

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

• Nuevas oportunidades de negocio en instalación.

• Servicios adicionales de mantenimiento.

Al prescriptor:

• Mejora continua con la aplicación de nuevas tecnologías.

• Nuevas oportunidades de negocio. Al fabricante:

• Evolución.

• Nuevas líneas de producto.

• Innovación.

3.1.3. CAMPOS

• Energía

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


Funciones:

- Programación y zonificación de climatización y equipos domésticos.

- Racionalización de cargas eléctricas: desconexión de equipos de uso no prioritario en función del consumo eléctrico en un momento dado. Reduce la potencia contratada.

- Gestión de tarifas eléctricas, derivando el funcionamiento de algunos

aparatos a horas de tarifa reducida, o aprovechándolas mediante acumuladores de carga.

- Detección de apertura de ventanas y puertas.

- Zonas de control de iluminación con encendido y apagado de luces

interiores y exteriores dependiendo del grado de luminosidad, detección de presencia, etc.

• Confort La gestión del confort y la calidad de vida nos proporcionan una serie de

comodidades, como el control automático de los servicios de calefacción, agua caliente, refrigeración, iluminación y la gestión de elementos como accesos, persianas, toldos, ventanas, riego automático, etc.

Funciones:

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

- Regulación automática de la iluminación según el nivel de luminosidad

ambiente.

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

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

de riego.

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

- Supervisión automatizada de cualquier dispositivo electrónico. - Control de climatización y ventilación hidrorregulable, que permite una

mayor ventilación a mayor humedad y mejora la salubridad.


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

más amplia que la que nos puede proporcionar cualquier otro sistema, pues integra tres campos de la seguridad que normalmente están controlados por sistemas distintos.

Seguridad de los bienes:

- Gestión del control de acceso con reconocimiento o identificación de los

usuarios.

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

- Detección de rotura de cristales y forzado de puertas.

- Simulación de presencia, memorizando acciones cotidianas para su repetición.

- Video vigilancia a través de cámaras.

Seguridad de las personas:

- Tele-asistencia y telemedicina para las personas mayores, enfermos o

discapacitados.

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

Incidentes y averías:

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

- Detección de incendios y alarmas.

- Detectar averías en los accesos, en los ascensores, o cualquier otro

sistema. • Comunicaciones La gestión de las comunicaciones, o gestión técnica de la información, se encarga

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

- Control y monitorización remotos, de la instalación domótica y poder

comprobar su estado actual utilizando línea telefónica, Internet, etc.


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

- Intercomunicación interior de todos los servicios electrónicos del hogar

como vídeo portero con el televisor, portero automático en el teléfono, etc.

- Comunicación de información con el exterior, con servicios telemáticos. • Accesibilidad Una persona con movilidad reducida o con otras discapacidades puede encender

sus aparatos electrónicos bien por voz, bien por mandos a distancia, o pueden realizar llamadas de emergencia o activar sus servicios de alarma si lo necesitan. En casos de movilidad reducida severa incluso hay aparatos habilitados para levantarse de la cama, acceder a la ducha, mandos para abrir puertas, etc.

Funciones:

- Mejora su autonomía y fomenta su vida independiente.

- Incrementa la calidad de vida y bienestar del usuario.

- Tiene mayor seguridad ante imprevistos (inundaciones, entrada de ladrones

en la casa, etc.).

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

- Los cuidadores y asistentes también mejoran su calidad de vida, al verse

apoyados en su tarea diaria con la ayuda de sistemas tecnológicos.

- Menor coste en contratar servicios asistenciales. • Entretenimiento Este nuevo tipo de servicio está muy relacionado con los servicios de gestión de

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

Funciones:

- Vídeo bajo demanda, videoconferencia y grabaciones de vídeo.

- TV interactiva, publicidad interactiva y canales virtuales.

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

- Control de visionado y guía de programación.

- Juegos de consolas y juegos de TV interactiva.


• Servicios específicos de edificios Para algunos edificios, se necesitan unos servicios más específicos dependiendo

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

- En los hoteles se potencia todos los servicios (confort, energía, seguridad y

comunicaciones), que requieren un control de accesos personalizado en las habitaciones y salas o zonas de pago, supervisión de la ocupación y la productividad, etc.

- En los hospitales los servicios más controlados son la energía y seguridad

personal, requieren control de la calidad ambiental y de aislamiento en quirófanos y zonas con posibilidades de contagios, control de ocupación de las habitaciones, etc.

- En los museos, donde sobre todo se requiere un control de la seguridad y el

mantenimiento adecuado del contenido, requiere de un control ambiental, de la humedad, de la calidad del aire y de otras variables que puedan afectar en la conservación de las obras de arte, etc.

3.1.4. ESCENARIOS DE APLICACIÓN En general se pueden distinguir dos tipos de edificaciones dependiendo de si el

edificio está orientado a vivienda o a servicios. Los edificios para vivienda o edificios residenciales, donde las aplicaciones están más orientadas al confort y seguridad, y a los grandes edificios no residenciales, donde los servicios están más orientados al ahorro energético y a mejorar el ambiente de trabajo.

• Edificios residenciales Los edificios residenciales pueden ser de distintos tipos, dependiendo de si

disponen de una o varias viviendas:

- Edificios de una sola vivienda.

- Edificios de dos o más viviendas.

- Residencias para colectivos de personas. Se pueden distinguir también distintas tipologías de viviendas, diferenciando entre

vivienda de nueva construcción o de rehabilitación profunda (donde se recomienda la colocación de un cableado específico que transmita la información necesaria entre los diferentes elementos del sistema) y el caso de vivienda existente (puede ser posible aprovechar la propia red eléctrica de la vivienda y la tecnología radio como medio de transmisión.)


Vivienda de nueva construcción. En el caso de vivienda o edificio de nueva construcción o de rehabilitación profunda, no existe en principio ninguna limitación. En este caso se recomienda la colocación de un cableado específico que transmita la información necesaria entre los diferentes elementos del sistema.

Reforma de vivienda existente. En cambio en el caso de vivienda/edificio existente

se recomienda una solución no cableada donde los requisitos de instalación son mínimos ya que es posible aprovechar o bien la propia red eléctrica de la vivienda y o bien la tecnología radiofrecuencia como medio de transmisión. En cualquier caso, son sencillos de utilizar y su coste se ha reducido sensiblemente en los últimos años.

También se pueden diferenciar las viviendas dependiendo del tipo de usuario que

las habita. No es deseable pensar en el mismo modelo de casa inteligente para la totalidad de la población. En otras palabras, el concepto de casa inteligente no debe ser unívoco. Existen tres especificaciones que determinan el tipo:

1. Tamaño y composición del hogar. 2. División del trabajo. 3. Edad y estado en el ciclo vital de la familia. • Edificios no residenciales Los edificios de tipo no residencial se clasifican según su objetivo o utilización

específica, pudiendo ser concebidos para varios fines (por ejemplo, un edificio que combine los aspectos residencial, hotelero y de oficinas). De esta forma se pueden diferenciar los siguientes tipos de edificios:

- Hoteles, hostales, albergues y edificios similares. - Inmuebles para oficinas y edificios dedicados para el comercio al por mayor y al

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

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

3.1.5. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS DE ENTORNOS HABITADOS

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

diferenciar entre sistemas centralizados y sistemas descentralizados. • Sistemas centralizados Son aquellos sistemas en los que los elementos para controlar y supervisar

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


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

Este sistema es ampliamente utilizado, por ejemplo, en gestión de la seguridad o

en gestión de la energía. Los sistemas centralizados presentan dos inconvenientes: - Para el fabricante, la manera más fácil de suministrar productos que operen

con este diseño es mediante la producción del sistema completo. Ello crea una dependencia de una sola marca, dado que no se asegura que elementos de un fabricante puedan comunicarse con los de otros.

- El sistema de control es el corazón de la vivienda, lo que supone, que si éste

falta, todo deja de funcionar.

• Sistemas descentralizados

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

Mediante este método se eliminan los dos problemas mencionados en el sistema

centralizado. No existe una unidad de control central, y por tanto, el usuario no depende de un solo fabricante; por otra parte, la avería de cualquier elemento no afecta al funcionamiento del resto. Además existen otras ventajas, como la facilidad de reconfiguración del sistema, lo que incide directamente en el grado de flexibilidad, y sobre todo en el ahorro de cableado de la instalación. Al tratarse de sistemas más caros también son sistemas más potentes, que permiten implementar una gran cantidad de aplicaciones y servicios al usuario.

Como inconveniente, este sistema implica una estandarización de los mensajes y

la forma en que se han de transmitir: todos los equipos han de ser capaces de recibir y comprender los mensajes enviados por otros elementos. Por otra parte, el mayor coste de los elementos del sistema también supone otro inconveniente.

3.1.5.2. Topología

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

Las principales topologías de red o interconexión de nodos son: estrella, anillo,

bus, árbol y malla. Los nodos se conectan a un bus, que normalmente los alimenta a su tensión de

funcionamiento y también es utilizado para comunicarse entre ellos.


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

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

Las principales ventajas de la topología en estrella son que:

- Un error o fallo en un nodo (cualquiera menos el control central) no afecta al

resto de la instalación. - Es muy fácil añadir nuevos nodos a la red. Como inconveniente tiene que: - Un error o fallo en el controlador central, afecta a toda la instalación. - El cableado de la instalación es muy extenso, dado que todos los nodos se

unen al control central. • Anillo En un sistema en anillo, todos los nodos están conectados en serie por lo que el

principio y el final están unidos formando un camino cerrado o bucle. De esta manera la información se transmite desde el emisor hasta el receptor pasando por todos los demás, circulando la información solamente en una sola dirección. Este sistema es muy utilizado en las redes de gestión de la seguridad.

El sistema en anillo presenta algunos inconvenientes: - Como se puede suponer, añadir nuevos nodos en este sistema es más

complicado, ya que se ha de interrumpir el funcionamiento de la red. - Por otra parte, si hay un corte en el cable se inutiliza toda la red. - Si hay nodos que envían constantemente información a otros nodos, se puede

producir la saturación de información del bus. • Bus En este sistema la línea es compartida por todos y cada uno de los nodos del

sistema. Todos los nodos transmiten y reciben señales a través del bus. Como ventajas cabe citar la facilidad en cuanto a añadir y quitar nodos al bus y, por otra parte, que si un nodo tiene un fallo no afecta al resto del sistema. El inconveniente más importante está en la necesidad de contar con un protocolo de comunicación más sofisticado que en el resto de redes.

• Árbol La topología en árbol es una mezcla de las topologías en bus y en estrella. Las

ventajas e inconvenientes van a depender de la configuración final.


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

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

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

información entre sí, los medios que se utilizan principalmente son: - Sistemas que usan en todo o en parte señales que se acoplan y transmiten por

la instalación eléctrica de baja tensión, tales como sistemas de corrientes portadoras.

- Sistemas que utilizan en todo o en parte señales transmitidas por cables

específicos para dicha función, tales como cables de pares trenzados, paralelo, coaxial o fibra óptica.

- Sistemas que usan señales radiadas, tales como ondas de infrarrojo,

radiofrecuencia o ultrasonidos. Un sistema domótico puede combinar varios de los sistemas anteriores, debiendo

cumplir los requisitos aplicables en cada parte del sistema.

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

cerrados (denominados también propietarios). • Sistemas cerrados o propietarios: son aquellos en los que los nodos de

control utilizan un protocolo de comunicaciones cerrado, es decir, un protocolo que ha sido creado únicamente para comunicar los productos de un fabricante. Generalmente estos equipos son más económicos aunque tienen una gran dependencia de un solo fabricante y altos costes de mantenimiento.

• Sistemas abiertos: son aquellos en que los nodos de control utilizan un

protocolo de comunicación estándar. Estos sistemas ofrecen soluciones más viables y los diferentes protocolos han evolucionado enormemente. Tienen su origen en la década de los 90, y se presentan con soluciones más completas que los protocolos propietarios, y con capacidad de integrar productos de distintos fabricantes.

Su mantenimiento tiene costes más bajos, hay una amplia gama de productos, y

se tiene mucha flexibilidad y capacidad de ampliación.


Los principales protocolos de sistemas domóticos abiertos son:

- LONWORKS - X-10 - KONNEX-EIB

3.1.6. COMPONENTES DE UN SISTEMA DOMÓTICO

• Sensores La misión de un sensor es la conversión de magnitudes de una determinada

naturaleza a otra, generalmente eléctrica. Estas magnitudes pueden ser físicas, químicas, biológicas, etc.

En un edificio, se encargarán de proporcionar toda la información necesaria para

su posterior gestión. Sensores habituales son los de temperatura, humedad, presencia, iluminación, etc.

En la mayoría de los casos, los sensores disponen de un encapsulado mediante el

cual consigue un correcto funcionamiento al evitar que no le afecten condiciones externas distintas de la magnitud a medir.

A continuación se citan las características más importantes que definen el

funcionamiento de un sensor:

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

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

Se pueden realizar varias clasificaciones de sensores en función de sus

características, por ejemplo atendiendo a su alimentación: - Activos: Deben ser alimentados eléctricamente a los niveles apropiados

(tensión, corriente, etc.). Son los más habituales. - Pasivos: No necesitan alimentación eléctrica. Un ejemplo de sensores activos son las sondas de temperatura, como las PT-100,

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


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

Atendiendo al tipo de señal implicada: - Continuos: Cuando las señales que proporcionan son continuas. - Discretos: Cuando las señales que proporcionan son discretas. Un sensor discreto dispone de un número finito de salidas posibles, que

corresponden a un número finito de estados posibles de la variable a medir: presencia o no presencia, circuito abierto o cerrado, iluminación o no, etc. Suelen ser más sencillos, baratos y de gran fiabilidad.

La salida de un sensor continuo es una magnitud cuyo valor varía de forma

continua en función de la variable medida. Algunos ejemplos son los de iluminación, de temperatura, de presión, de humedad, de viento.

Atendiendo al ámbito de aplicación:

Gestión climática

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

Gestión contra incendio

Sensores iónicos, termovelocimétricos, sensores ópticos, infrarrojos, de barrera óptica, sensores ópticos de humos, de dilatación, etc.

Gestión contra intrusión/robo

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

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

Control de la iluminación Sensor de luminosidad

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

Tabla 1. Sensores

Las señales que entrega un sensor, en la mayoría de los casos deben ser acondicionadas y/o adaptadas al controlador o sistema que las recibe. Para efectuar esta conversión se utilizan los acondicionadores de señal. Existen varios estándares de acondicionamiento de señales, algunos de tensión (0-5V, 0-10V) y otros de corriente (0-20mA, 4-20 mA).


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

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

- Relés: son interruptores que permiten conmutar circuitos de potencia más

elevada mediante una señal de baja potencia.

- Contactores: son relés de mayor potencia.

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

- Electroválvula: son válvulas cuya apertura es controlada mediante una

señal eléctrica externa. Se utilizan principalmente para controlar caudales de líquidos o gases.

- Motores eléctricos: Convierten energía eléctrica en mecánica para generar,

de esta forma, un movimiento.

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

• Controladores Es la unidad del sistema capaz de recibir, procesar o tratar la información, según

programa o algoritmo preestablecido, y comunicarlo, cuando proceda, a los actuadores correspondientes.

Gracias a la evolución de la electrónica embedida, algunos sensores y actuadores

han llegado a ser autónomos al incorporar la función del procesador. En definitiva, es lo que caracteriza la arquitectura del sistema.

- Reguladores físicos. - Microcontroladores. - Microprocesadores.

• Pasarelas Una pasarela es un elemento de conexión entre diferentes redes de una vivienda o

edificio (control domótico, telefonía, televisión y tecnologías de la información) a una red pública de datos, como por ejemplo Internet, efectuando, en su caso, la adaptación y traducción entre diferentes protocolos. La red de control domótico puede estar o no conectada a la pasarela residencial; en caso de que esté conectada, el nodo puede desempeñar también las funciones de pasarela residencial.


• Red Se puede definir una red como:

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

- Un conjunto de elementos independientes interconectados.

- Una multiplicidad de agentes (nodos) que actúan autónomamente

(independientes) coordinándose de forma espontánea en la red y que forman un universo reticular.

3.1.7. INTEGRACIÓN DE SENSORES EN LA AUTOMATIZACIÓN DE EDIFICIOS

• Preinstalacíón Durante la construcción del edificio es necesario prepararlo para poder instalar en

ese momento, o más adelante, un sistema de automatización. Para ello es necesario realizar las siguientes tareas:

Definición de la preinfraestructura: posibilitar sobre todo el cableado la opción

de futuras ampliaciones. La preinfraestructura es la previsión en cuanto a un posterior despliegue de un sistema de automatización. Consiste en dejar canales para poder pasar en el futuro bandejas, tubos o cables para intercomunicar los dispositivos que se instalen. Podemos distinguir dos tipos de infraestructura según esté orientada a viviendas o a edificios.

‐ Viviendas: se suele instalar una topología en bus. Es necesario tener

previsto un lugar donde albergar el módulo central de control en la entrada general de control, que se utilizará en el caso de instalar un sistema centralizado (más indicados en viviendas). Además dejar tubos vacíos desde dicha localización hasta el centro de los techos o cajas de distribución.

‐ Edificios: se suele instalar una topología en estrella. Es importante disponer

de falso suelo y falso techo para la colocación de dispositivos. Lo ideal es dejar un hueco en cada planta para instalar un cuadro donde albergar los dispositivos domóticos. En el edificio se suele dejar una pequeña sala donde situar el centro de monitorización del edificio.

Coordinación de sistemas: consiste en integrar todos los sistemas presentes en

el edificio, para ello es necesario tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

‐ Cuadro eléctrico. Es necesario prever en el cuadro eléctrico espacio suficiente para la colocación de los dispositivos domóticos así como las correspondientes protecciones. En caso de sistemas basados en corrientes portadoras es necesario disponer también de un filtro específico.


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

‐ Cableado. Considerar la existencia de un cableado específico para el

sistema de control, puede ser complicado ya que cada sistema utiliza un cable específico. En caso de querer dejar preparado el edificio es necesario instalar un entubado mínimo para poder instalar el cableado correspondiente. En sistemas centralizados el cableado se haría desde la ubicación de la central de control a los componentes, mientras que en sistemas distribuidos el cableado se instalaría desde un dispositivo a otro.

• Instalación Consiste en la colocación de cada uno de los sensores en su lugar

correspondiente teniendo en cuenta las pautas que la topología del sistema de control requiera. Hay que examinar con detenimiento su ubicación, elegir un lugar desde donde se mida bien el valor o puedan actuar de forma correcta y que esté alejado de fenómenos externos que le puedan afectar. A continuación se muestran unas recomendaciones a la hora de realizar la instalación.

Recomendaciones de instalación de sensores

Gas

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

En posición vertical. Los de gas natural o ciudad por encima del nivel de la posible fuga a

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

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

Termostato

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

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

De temperatura

Igual que los termostatos. Las sondas de exterior se instalarán en la zona norte de la vivienda,

sin incidencia directa del sol. Las sondas de suelo en el interior de tubos.

Las sondas de contacto en tuberías, alejadas 1,5 m de la fuente de calor.

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

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

distancia mínima de 50 cm de la pared.


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

detecciones. En cuartos de baño se seguirán recomendaciones del Reglamento

Electrotécnico de Baja Tensión.

Receptor de radiofrecuencia

En aplicaciones de alarmas técnicas, deben asegurar el alcance de la señal en toda la vivienda.

De intrusión

Se colocarán en las esquinas de las estancias y en la parte superior, alejados de fuentes de calor.

Se recomiendan los de tipo infrarrojo. La parte de imantada colocada en puertas o ventanas de los

detectores perimetrales con contactos magnéticos se colocara en los marcos, en la parte contraria a las bisagras.

Tabla 2. Recomendaciones de instalación

3.2. NECESIDADES ACTUALES DE LA AUTOMATIZACIÓN EN EDIFICIOS

En la última década, se aprecia una tendencia en el diseño de nuevos sistemas

domóticos, que se basa en la descentralización de funciones. En otras palabras, desaparece el concepto genérico de central de gestión, para convertirse en la suma de módulos de funciones especializadas, que se interconectan a través de un bus doméstico de comunicaciones (en algunos sistemas, uno de estos módulos actúa como central de gestión, que controla al resto de módulos).

Una de las virtudes de este tipo de sistemas era permitir una mayor modularidad y

ampliabilidad del sistema. A voluntad del usuario, el sistema domótico podía crecer mediante la adición de nuevos módulos, cubriendo nuevas aplicaciones deseadas por el usuario, los cuales eran reprogramados (algunos de ellos) para permitir estas nuevas funciones.

Además, aparece el concepto de Hogar Digital. Este nuevo concepto se basa en la

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

Por otro lado, el vertiginoso avance en las tecnologías inalámbricas está haciendo

que los dispositivos, cada vez, mejoren sus características y disminuyan su precio. De esta forma, dichos dispositivos han reducido su consumo energético para posibilitar una mayor autonomía, en el caso de tener que instalarlos en lugares donde deban ser alimentados con baterías.


Tecnologías como Wi-Fi, Bluetooth entre otras, nos rodean hoy en día

proporcionándonos servicios digitales avanzados. Además los grandes estándares domóticos (EIB-KNX y LonWorks) actualmente disponen de la posibilidad de implantar su protocolo por medio de transmisión inalámbrica, permitiendo realizar instalaciones sin tener que hacer obras.

La tecnología inalámbrica en la actualidad es una realidad y cada vez está más

extendida, este hecho junto con los avances de la electrónica embedida, han propiciado una reducción en los costes de fabricación que se ha traducido en una implantación masiva de todo tipo de comunicaciones inalámbricas, que además sigue creciendo.

La tendencia de las tecnologías inalámbricas en el ámbito de los edificios terciarios

ha dado lugar en la última década a la aparición de un nuevo protocolo de comunicaciones, optimizado para adaptarse perfectamente a las prestaciones necesarias para soportar los servicios digitales necesarios. ZigBee comunica una serie de dispositivos haciendo que trabajen de forma más eficiente entre sí. Es un transmisor y un receptor que usa baja potencia para trabajar y tiene como objetivo las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías. Es ideal para conexiones con diversos tipos de topología, lo que a su vez lo hace más seguro, barato y que no haya ninguna dificultad a la hora de su construcción porque es muy sencilla. Esta tecnología no tiene competencia fuerte con las tecnologías existentes debido a que sus aplicaciones son de automatización de edificios, residenciales e industriales, especialmente para aplicaciones con usos de sensores. Es el protocolo principal de las redes de sensores.

Por otro lado, los edificios cada vez tienen una necesidad más fuerte en lo que se

refiere a equipamiento informático y el correspondiente cableado estructurado para distribuir la red local necesaria para suministrar una conexión a internet y compartir archivos. Por ello, la tarea de diseñar la red de comunicaciones interna del edificio para soportar los servicios necesarios, es cada vez más, una labor previa a la utilización del edificio.

La instalación y utilización de redes tiende a estructurarse según una jerarquía, en

la cual, existen niveles en los que se sitúan cada uno de los servicios instalados. La planificación, instalación y utilización de todas estas redes, se realiza hoy en día

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

Las redes de sensores, se encuentran hoy en día en período de inserción dentro

de todas las redes comentadas anteriormente. Están ideadas para participar en la gestión del edificio recogiendo los parámetros necesarios para participar en cada uno de los cuatro pilares básicos de la domótica e inmótica hoy en día: eficiencia energética, confort, seguridad y telecomunicaciones.


3.3. TENDENCIAS EN LAS REDES DE SENSORES Las necesidades de los sistemas actuales muestran la tendencia natural de los

sistemas domóticos. Por una parte se observa una mayor implantación de este tipo de sistemas no solo en los ámbitos de los grandes edificios sino también en las viviendas. La estandarización y apertura de los protocolos hace que cada vez existan más productos y que los principales fabricantes quieran proclamarse como el estándar universal en ese tipo de aplicaciones.

Hoy en día tenemos ya muchas redes en el hogar (redes multimedia, Internet, etc.)

y dispositivos con una capacidad de procesamiento cada vez mayor (teléfonos, televisores, vídeos, etc.) y muchos de ellos con capacidad de comunicación, pero con sus propios controles y protocolos. Existen tendencias para la interoperabilidad de protocolos y cada fabricante suele ofrecer gateway a los principales sistemas. Es lo que se conoce como el Hogar Digital. Esto implica necesidades de integración, pero sobre todo una integración de servicios.

Las redes de sensores y su protocolo principal ZigBee cumple con las principales

necesidades de los sistemas domóticos. Aunque ya se han mencionado sus características, a continuación se citan unos conceptos y tendencias básicas de las redes de sensores, fruto de trabajos previos y que algunos de ellos se desarrollarán en más detalle en los siguientes apartados.

Una red de sensores es una red de dispositivos distribuidos que usan sensores

para monitorizar condiciones en diferentes localizaciones. Estos dispositivos deben de ser pequeños y baratos de forma que puedan ser producidos y utilizados a gran escala. Estas características hacen que tanto su consumo de energía, memoria, velocidad y capacidad de comunicación estén limitadas.

Cada dispositivo está equipado con un sensor(es), un trasmisor, un pequeño

microcontrolador y una fuente de energía (normalmente una batería). Los dispositivos se comunican unos con otros usando una arquitectura ad-hoc (sin infraestructura predeterminada) y de forma inalámbrica. El flujo de información acaba en unos nodos especiales (nodos recolectores o “sinks”) que disponen de unas capacidades superiores a los nodos sensores y que permiten enviar la información a otras redes para su procesamiento posterior.

A grandes rasgos, las redes de sensores engloban tres áreas de tecnología o

conocimiento: comunicaciones, sensórica y computación (entendiendo por ello hardware, software y algoritmos), todo ello ligado a estrategias de gestión eficiente de la energía consumida (en cada una de las áreas) y a tecnologías de microgeneración de energía y de almacenamiento de la misma.

Una de sus características principales es la capacidad de comunicarse sin hilos y

su potencial de autoorganizarse y autoconfigurarse. Generalmente utilizan una topología de red que asemeja una malla, un sensor puede descubrir a sus vecinos y el software de ruteado abre múltiples conexiones de forma que siempre se puede encontrar un camino al destino final. Cada nodo puede actuar como un repetidor o como un router, o bien esas funciones se asignan a nodos específicos dentro de la red. Principalmente se basan en el estándar IEEE 802.15.4 (para los niveles físicos y de acceso al medio) y en el estándar ZigBee aunque también se utilizan otras


tecnologías como UWB, Bluetooth (o su evolución para pequeños dispositivos WiBree), RFID o WiFi. También están apareciendo estándares que permiten la utilización directamente de IP sobre esas redes basadas en radio como es el caso de 6LoWPAN. En general se basan en las conocidas como redes inalámbricas de ámbito personal.

En lo que se refiere a la sensórica utilizan transductores que convierten la cantidad

a ser medida (temperatura, presión, etc.) en una señal útil que pueda ser medida y procesada. Debido a que el acondicionamiento de señal y el procesado se realizan por circuitos electrónicos, los transductores generalmente tiene salidas en voltajes o corrientes. Los sensores con tecnología MicroElectroMechanical Systems (MEMS) están hoy en día muy desarrollados y son los que se suelen utilizar en las redes de sensores. Las características principales de los sensores MEMS son: escala microscópica (alrededor de 1mm), capacidades eléctricas y mecánicas y que son realmente sistemas (combinan sus capacidades para realizar una función).

Como ya se ha comentado, cada nodo sensor se compone de cuatro componentes

básicos, la unidad sensora, el trasmisor, la unidad de energía y la unidad procesadora. Ésta última es la que maneja los procedimientos para que el nodo colabore con los demás, la que se encarga de procesar los datos de los sensores, y la que en realidad hace que el nodo realice las tareas que tiene encomendadas (además suele disponer de una pequeña unidad de almacenamiento). Existen dispositivos que ya combinan la parte de radio (comunicaciones) con un procesador (de uso más o menos general) en un único formato. Existen sistemas operativos embebidos como TinyOS que ha sido seleccionado muchos fabricantes, plataformas y desarrolladores como el sistema operativo utilizado en las redes de sensores inalámbricas. Ha sido específicamente diseñado para este tipo de redes y un diseño basado en componentes de SW y un modelo de ejecución basado en eventos que soporta un alto grado de concurrencia, minimiza el consumo mientras que permite la implementación de algoritmos complejos y protocolos sofisticados.

Otro aspecto importante suele ser la ubicación o localización del propio nodo que

se suele resolver por medio de un GPS o bien mediante otras técnicas de localización de interiores como pueden ser TOA (Time Of Arrival) o AOA (Angle Of Arrival) aunque generalmente se utilizan las técnicas de fuerza de la señal radio (RSS) utilizada para las comunicaciones inalámbricas.

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

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

Las redes de sensores son una de las tecnologías o conceptos que se asocian a

otros términos o conceptos como son la inteligencia ambiental, la Internet de las cosas, conceptos de “ubiquitous sensor Networks”, etc. De hecho constituyen uno de sus pilares. Con las claves del bajo consumo, la reducción de tamaño y precio y la consolidación de las comunicaciones inalámbricas de área personal serán uno de los conceptos que se irán popularizando y consolidando. Sensores corporales y ambientales ligados a servicios de comunicación y posicionamiento generarán un sin


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

Como ya se ha comentado el futuro o las tendencias en los sistemas domóticos

son el control de los distintos sistemas en el hogar (casa automatizada, entretenimiento salud, seguridad, tanto para control de accesos, control de sistemas en el hogar, etc.) pero no tenemos porque quedarnos dentro del hogar sino que esa misma tendencia nos debe permitir al mismo tiempo poder interactuar con la ciudad exterior (una ciudad inteligente para poder utilizarlo como sistema de pago, control de acceso, comercio electrónico, información de tráfico, etc.) y todo ello controlado por un único dispositivo.

Los conceptos de “siempre conectado”, “computación ubicua”, “acceso

permanente”, están también relacionados y las redes “mesh” forman parte de las redes de sensores.

Por otra parte la interoperabilidad es fundamental en este mundo. Ya existen

iniciativas como el Universal Plug & Play (UPnP), DLNA (Digital Living Network Alliance), Jini, OSGI (que aunque no es un estándar es una plataforma de servicios para la interoperabilidad de pequeños dispositivos, HGI (Home Gateway Initiative), URC (Univesal Remote Console) etc. que muestran esa necesidad de interoperabilidad y estandarización. Además muchos de ellos ofrecen interfaces con los protocolos y sistemas más habituales en el mundo de la domótica.


4. TECNOLOGÍAS CLAVE

4.1. DEFINICIÓN Y ORÍGENES

4.1.1. HISTORIA

La evolución de redes de sensores tiene su origen en iniciativas militares. Por eso no hay mucha información sobre la fuente de la idea. Se conoce que la investigación en redes de sensores comenzó cerca de 1980 con el proyecto Distributed Sensor Networks (DSN) de la agencia militar de investigación avanzada de Estados Unidos Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).

Las investigaciones fuera del ámbito militar datan de finales de los 90, con el

proyecto Smartdust. Uno de los objetivos de este proyecto fue crear sensores con comunicación en un milímetro cúbico. Aunque este proyecto finalizó de forma anticipada, dio lugar a muchos otros proyectos de investigación. Los investigadores participantes en estos estudios, apodaron con el término “mote” (mota) a los nodos sensores.

La idea de desarrollar estos dispositivos fue promovida por la evolución de la

miniaturización de ordenadores, la cual, dio lugar a desarrollar pequeñas computadoras, extremadamente pequeñas y baratas que se comunican de forma inalámbrica y se organizan autónomamente. Este concepto trata de repartir aleatoriamente estos nodos en un territorio grande, en el cual los nodos adquieren parámetros de la zona hasta que sus recursos energéticos se agoten. Los atributos “pequeño”, “barato” y “autónomo” dieron a conocer la idea como polvo inteligente.

Estos nodos sensores disponen, tradicionalmente, de una capacidad de cómputo y

de almacenamiento muy pequeña en comparación con los sistemas electrónicos normales. Como veremos más adelante, esto se debe a la necesidad de disminuir al máximo el consumo de energía para prolongar la vida de las baterías.

4.1.2. DEFINICIÓN Una red de sensores es una red de pequeños computadores (nodos), equipados

con sensores que trabajan con un fin común. Están formadas por un grupo de sensores con ciertas capacidades sensitivas y de comunicación inalámbrica los cuales permiten formar redes ad hoc sin infraestructura física preestablecida ni administración central.

Este concepto es relativamente nuevo en adquisición y tratamiento de datos con

múltiples aplicaciones en distintos campos como entornos industriales, domótica, entornos militares, detección ambiental.

Se caracterizan por su facilidad de despliegue y por ser autoconfigurables,

pudiendo convertirse en todo momento en emisor, receptor, ofrecer servicios de encaminamiento entre nodos sin visión directa, así como registrar datos referentes a los sensores locales de cada nodo. Otra importante característica es la gestión que


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

Dicho de otra forma, las redes de sensores inalámbricos (WSN – Wireless Sensor

Networks), hacen referencia a una clase de sistemas distribuidos caracterizados por la operación autónoma y totalmente embedida de nodos de bajo consumo y reducido tamaño que realizan medidas mediante sensores y adquieren datos del entorno que les rodea, comunicándose de forma inalámbrica entre ellos. La adquisición y el control se llevan a cabo por medio de sensores conectados que pueden ser administrados remotamente o bien a través de de una aplicación embedida en el nodo. Una red de sensores puede estar comprendida desde unos cuantos nodos hasta cientos de éstos, distribuidos por un edificio o un espacio abierto.

Muchas redes de sensores inalámbricos están basadas en estándares de redes

inalámbricas propietarios, pero la tendencia reciente crece cada vez más hacia la estandarización de la comunicación inalámbrica de bajo consumo. ZigBee es un claro ejemplo de esto, ya que ofrece un estándar para la medición y control inalámbricos que está basado en unas especificaciones bien conocidas como la 802.15.4.

El estándar IEEE 802.15.4 define el nivel físico y el control de acceso al medio de

redes inalámbricas con tasa bajas de transmisión de datos. El propósito del estándar es definir los niveles de red básicos para dar servicio a un tipo específico de red inalámbrica de área personal (WPAN) centrada en la habilitación de comunicación entre dispositivos ubicuos con bajo coste y velocidad.

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

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

El nivel físico controla el transceptor de radiofrecuencia y realiza la selección de

canales junto con el control de consumo y de la señal. Opera en una de tres posibles bandas de frecuencia de uso no regulado:

- 868-868,8 MHz: Europa. - 902-928 MHz: Norte América. - 2400-2483,5 MHz: uso en todo el mundo. El control de acceso al medio se resuelve por medio de CSMA/CA (Carrier Sense

Multiple Access/Collision Avoidance), es decir, no hay dos nodos dentro del radio de alcance uno del otro que puedan transmitir simultáneamente. Si lo hacen, ambos fracasan y ambos lo reintentarán en un momento posterior. Si la red ya está congestionada, los reintentos producen un fallo de transmisión en cascada por la que más y más nodos intentan acceder al medio, el aire, solo para encontrarlo ocupado. De hecho, uno de los principales retos al aumentar el tamaño de las redes más allá de unos pocos cientos de nodos, es la gestión eficaz de la congestión de red. La otra es la optimización de los recursos del sistema utilizados para almacenar el estado de la pila interna es tiempo de ejecución.


4.1.3. NODOS (MOTAS) Como hemos visto anteriormente las motas, son dispositivos capaces de realizar

procesados, sensar parámetros y comunicar con otros dispositivos de su misma red. Los componentes principales de una mota son un microcontrolador, un transceiver, sensores y una fuente de alimentación.

A continuación se muestra una ilustración de la estructura típica de uno de estos

dispositivos:

Figura 2. Estructura mota

• Microcontrolador El microcontrolador realiza tareas, procesa datos y controla la funcionalidad del

resto de componentes de la mota. Existen distintas alternativas a usar un microcontrolador: microprocesadores de propósito general, DSP’s, FPGA’s y circuitos integrados específicos.

Sin duda alguna los microcontroladores son la mejor opción para estos

dispositivos, ya que son flexibles a la hora de conectar con otros dispositivos, son programables y consumen muy poca energía, ya que son capaces de pasar la mayor parte del tiempo inactivos y despertar solo para realizar las tareas necesarias.

• Transceiver Las redes de sensores operan en la banda ISM, la cual está libre de señales de

radio, y están disponibles en todo el mundo. Existen varias opciones a la hora de transmitir de forma inalámbrica: radiofrecuencia, comunicaciones ópticas (láser) e infrarrojos.

La comunicación mediante láser requiere poca energía, pero necesita apuntar a

cada dispositivo con el que se quiera comunicar y disponer de unas condiciones atmosféricas propicias. La utilización de infrarrojos, al igual que con el láser, no dispone de capacidad de broadcasting.


La comunicación mediante radiofrecuencia es la idónea para las aplicaciones implantadas mediante redes de sensores. Opera en las frecuencias entre 433 MHz y 2.4 GHz La funcionalidad de transmisor y receptor se combinan en un solo dispositivo conocido como transceiver.

• Sensor Los sensores son las partes hardware que proporcionan una respuesta medible

ante un cambio en una condición física como por ejemplo la temperatura. La señal continua captada por el sensor es recogida por el convertidor A/D del microcontrolador que digitaliza la señal para su posterior procesado.

Los requisitos de este tipo de sensores son: tamaño muy reducido, consumo de

energía muy bajo, autónomo y operación desatendida. • Fuente de alimentación El consumo de energía en una mota se produce por las acciones de sensar,

procesar y transmitir. La mayor parte de esta energía se corresponde a las tareas de comunicaciones; las tareas de sensado y procesado apenas consumen. La cantidad de energía necesaria para transmitir 1 Kb a una distancia de 100 metros es aproximadamente la misma que para ejecutar 3 millones de instrucciones a una velocidad de 100 millones de instrucciones por segundo.

La energía puede almacenarse en condensadores o en baterías, aunque son estas

últimas las más utilizadas en redes de sensores. Existen dos tipos de baterías: las recargables y las no recargables. También se pueden clasificar en función del material electro-químico del que estén compuestos, como NiCd (níquel-cadmio), NiZn (níquel-zinc), Nimh (níquel-hidruro metálico) y Li-Ion (Ion-Litio).

Actualmente se están desarrollando sensores que tienen la capacidad de obtener

la energía por sí mismos mediante la luz del sol, temperatura, vibraciones, etc. A continuación se muestran algunos de las motas más importantes desde que

empezaron a desarrollarse. • RF Mote (1999) • WeC (1999) • MiniMote(2000) • Rene (2000) • Dot (2001) • Mica (2002) • Mica2 (2002) • Spec (2003) • Telos (2004) • Iris Mote (2005) • Intel Mote (2006) • TinyNode (2008) Más adelante profundizaremos en las características de algunos de ellos.


4.2. ARQUITECTURA DE RED Las comunicaciones son uno de los principales elementos de las redes de

sensores y que más las caracteriza. Por otra parte son uno de los componentes clave de los sistemas domóticos ya que fija la integración y la compatibilidad de los sistemas. Los siguientes párrafos profundizan un poco más en las características de este atributo de las redes de sensores.

Todos los aspectos relacionados con las redes de sensores están diseñados y

pensados para ofrecer un bajo consumo y siempre teniendo en cuenta las limitaciones de procesamiento y capacidad de los propios nodos. El apartado de las comunicaciones no es una excepción y hay que tener en cuenta que es uno de los elementos o bloque que más consume en la arquitectura interna de una mota.

Las redes de sensores son por su propia naturaleza inalámbricas. Además hay que

tener en cuenta otras características propias de las mismas como son la no necesidad de una infraestructura predefinida o que los datos finalmente se redirigen a un nodo destino (o varios) en el que se envía la información a un nivel superior.

La arquitectura de comunicaciones suele presentar una distribución por capas o

niveles típicos de las redes de comunicaciones: un nivel físico, un nivel de acceso al medio y un nivel de enrutamiento o red, ejecutándose por encima del mismo las aplicaciones. El nivel físico suele presentar varias alternativas de bandas de radio (las tres principales bandas de radio para sistemas de comunicaciones) y que se dividen a su vez en varios canales. Sobre él se definen los protocolos de acceso al medio y transmisión básica de datos que constituyen el nivel 2 de de los niveles OSI de comunicaciones (y cuya principal misión en permitir la comunicación entre dos dispositivos). Actualmente el estándar de estos primeros niveles en las redes de sensores es 802.15.4.

Sobre esa capa se definen una serie de protocolos que permiten el enrutamiento

de paquetes y arquitecturas de red, y finalmente la aplicación que usa los servicios ofrecidos por el nivel inferior. En el mundo de las redes de sensores el principal y más extendido estándar es ZigBee. A modo de resumen este nivel se encarga de funciones como el descubrimiento de vecinos, el mantener una topología de red, el enrutamiento de paquetes, está preparado para preservar la energía de los nodos, y otros servicios adicionales como la autenticación y encriptación, servicios de aplicación adicionales (como el concepto de clúster), etc.

Una red ZigBee puede adoptar tres topologías distintas: • Estrella en la que un existe un nodo central que está asociado con todos los

demás nodos de la red y por el que pasan todos los mensajes. • Árbol en la que existe un nodo superior y del cual cuelga una estructura de

ramas y hojas. Para alcanzar su destino, un mensaje viaja arriba o abajo a través de la jerarquía hasta lograrlo.

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

están directamente asociadas.


Así mismo, existen tres tipos distintos de nodos en una red ZigBee: • Coordinador encargado de arrancar la red, seleccionar el canal de

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

• Nodo Final, que envían y reciben mensajes. Están optimizados para una bajo

consumo y generalmente están dormidos a no ser que tengan que trasmitir o recibir información. Son los nodos extremos en una topología de estrella y las hojas en la topología en árbol y malla.

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

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

Estos estándares de comunicaciones permiten que dispositivos creados por

distintos fabricantes puedan interrelacionarse. En el ámbito de este documento y de su aplicabilidad a la domótica o al control de edificios es además un elemento prioritario. En este aspecto de interoperabilidad el estándar ZigBee también define una serie de conceptos que permiten esa relación.

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

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

Dentro del estándar también se definen los “profiles” o perfiles que agrupan

elementos de los “clúster” a determinados dominios de aplicación. Los “profiles” que tienen relación con el tema tratado pueden ser “Home Automation”, “Building Automation”. El primero de ellos, “Home Automation” define el estándar global para el control de electrodomésticos, alumbrado, entorno, gestión de la energía y seguridad. Por otra parte el “Building Automation” permite integrar y centralizar la gestión del alumbrado, el aire acondicionado, la calefacción y los sistemas de seguridad, con las ventajas que aporta la flexibilidad de poder cambiar los espacios y ampliar el edificio con un mínimo esfuerzo.

Estas arquitecturas de red que permiten las redes de sensores hacen posible

sensorizar a precios muy bajos y prácticamente sin infraestructura previa muchas zonas de los edificios, zonas que anteriormente incluso no era posible con el uso del cableado, lo que permite la definición de nuevas estrategias para mejorar y optimizar el consumo de energía y mejorar la seguridad en todos sus aspectos, consiguiéndose edificios “mas verdes” y reduciendo el coste de explotación.


Por otra parte también hay que mencionar que dentro de ZigBee se ha definido el estándar ZigBee RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) que lo que proporciona es una solución de control remoto para electrónica del hogar, que es interoperable entre distintos fabricantes y que permite una conectividad inalámbrica bidireccional entre dos dispositivos, simple, robusta y de bajo coste. Este aspecto reafirma la introducción del estándar ZigBee en el hogar y cómo las soluciones basadas en radio frecuencia van sustituyendo a los tradicionales infrarrojos en aplicaciones como el control de dispositivos de entretenimiento en el hogar, la apertura de puertas de garaje o los sistemas de cerraduras sin llaves.

No hay que olvidar el resto de estándares de protocolos de comunicaciones

inalámbricas existentes y que pueden ser utilizados como base para las redes de sensores como pueden ser WiFi (IEEE 802.11), Bluetooth (IEEE 802.15.1), RFID (Radio Frequency Identification), UWB (Ultra Wide Band), etc. Muchos de ellos están desarrollando nuevos estándares que disminuyen el consumo (generalmente a costa de reducir el ancho de banda) y que podrían ser utilizados en las aplicaciones que estamos tratando.

Aunque ZigBee fue diseñada desde un principio para un consumo mínimo de

energía (se estaba pensando en 2 pilas de tamaño AA que durasen un año) no está completamente diseñado para aprovechar alternativas de alimentación más novedosas como la auto alimentación del sistema mediante la generación de energía internamente aprovechando el entorno. En este aspecto se está trabajando en una nueva especificación denominada ZigBee Green Power, diseñada específicamente para conectar dispositivos utilizando las técnicas de recolección de energía existentes, y como un estándar abierto internacional.

También existen redes de sensores que se basan en sistemas de comunicaciones

tanto abiertos como propietarios. Generalmente son sistemas inalámbricos y muchos de ellos están íntimamente relacionados con la domótica. Son sistemas que permiten la creación de topologías en red mallada y arquitecturas de red flexibles y adaptables. Entre ellos se destaca una tecnología que nace asociada a la recolección de energía del propio ambiente. Se trata de la tecnología EnOcean y que el protocolo integra una red de comunicaciones inalámbricas energéticamente eficiente con tecnología de sensores optimizados para funcionar utilizando energía obtenida del propio ambiente o entorno.

EnOcean se podría resumir como sistemas que permiten la comunicación

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

Para permitir la interoperabilidad entre los sistemas se ha formado la Alianza

EnOcean de forma que sea posible la comunicación entre dispositivos fabricados por distintas compañías. Recientemente han anunciado la publicación de la primera especificación abierta para los sensores inalámbricos recolectores de energía. Se han definido unos perfiles de dispositivos entre los que existen interruptores, sensores,


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

Estos sistemas se pueden englobar tanto en el apartado de comunicaciones como

en el asociado al bajo consumo. Además de los mencionados existen otras soluciones de comunicaciones

inalámbricas en relacionados con la electrónica del hogar, la domótica, control remoto, etc. que son de aplicación en el ámbito del documento. Son soluciones inicialmente propietarias aunque su alta implantación muchas veces permite considerarlas como estándares y están realizando, o han realizado ya, los primeros pasos para su apertura y estandarización.

Z-Wave, se considera la próxima generación del ecosistema inalámbrico que

permite a la electrónica de hogar hablar entre ellos y con el usuario final a través de un control remoto. Utiliza ondas de radio de baja potencia, simples y de confianza y que pueden atravesar paredes, suelos, etc. Se puede añadir un módulo Z-Wave a casi todos los dispositivos electrónicos del hogar ya existentes, existiendo una amplia variedad de productos con el sistema ya integrado.

Wavenis, es una plataforma de comunicación inalámbrica bidirecional para

aplicaciones que necesitan intercambiar pequeñas cantidades de datos, con alta fiabilidad y muy bajo consumo. Se utiliza principalmente en lectura automática de medidores, automatización de edificios y hogares, automatización industrial, etc. Se ha creado una organización con el objetivo de abrir y estandarizar la tecnología, existiendo también productos que permiten enlazarlos con los protocolos y sistemas más habituales.

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

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

Finalmente hay que mencionar los principales protocolos y productos existentes

hoy en día en los sistemas domóticos que disponen de sistemas de comunicaciones y arquitecturas de red y posibilidades o pasarelas para enlazar los sistemas de forma inalámbrica. KNX y LonWorks pertenecen a este apartado. También se comentan otros protocolos de carácter genérico y abierto como TCP/IP o más específicos como CONTACT ID, X10, BACnet, EHS, Home RF, etc.


4.3. MOTAS Y SUS CARACTERÍSTICAS A continuación se hace una descripción de las principales motas, así como una

breve exposición de sus características. Se han incluido tanto las motas (o nodos) más antiguas hasta las últimas existentes para mostrar la evolución que han tenido.

• RF Mote La “RF mote” fue el primer dispositivo desarrollado en 1998 gracias al proyecto

“Smart Dust”. Estaba constituida de un procesador AT90LS8535, un transceiver de 916 MHz y sensores de temperatura, humedad, presión barométrica, intensidad luminosa, vibraciones y campos magnéticos. Funcionaba con baterías de pila de 3V de litio que dotaban a la mota de una autonomía de 5 días en funcionamiento continuo o 1,5 años con un ciclo de trabajo del 1%.

La mota usaba una sola frecuencia portadora para transmitir, por esto solo un

dispositivo podía transmitir al mismo tiempo. Tenía un rango de 20 metros de distancia con una velocidad de 5 kbps.

• Laser Mote Esta mota se utilizó en 1999 para demostrar la capacidad de las comunicaciones

láser en micro-dispositivos. Constaba de sensores de temperatura, irradiancia, presión y humedad. En el experimento realizado se consiguió comunicar la información a una distancia de 21 Km.

Como receptor se utilizó una cámara CCD conectada a un ordenador portátil.

Debido a la baja velocidad de la cámara la velocidad de transmisión era excesivamente baja.

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

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

Para enviar información la mota debe recibir una interrogación de otro elemento

mediante un rayo láser. Dicha interrogación contiene los comandos exigidos por el interrogador. La mota al recibir esta señal, mediante modulación y reflexión devuelve la información requerida al interrogador si es necesario. El rango de comunicación depende de la intensidad del rayo láser.


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

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

• WeC Mote La mota WeC fue una versión optimizada de la “Mini Mote”, con varias mejoras y

un tamaño ligeramente superior. Integraba un sensor de temperatura y de luminosidad, así como una antena en la PCB para mejorar el rendimiento de las comunicaciones.

La CPU funcionaba con una frecuencia de reloj de 4 MHz, además la mota podía

ser reprogramada de forma remota a través de la red de sensores de la que formaba parte. Su funcionamiento se basaba en el sistema operativo TinyOS.

• René Mote Desarrolladas en 1999, estas motas estaban equipadas con una CPU de Atmel

AT90LS8535 a 4 MHz. Disponen de una capacidad de almacenamiento de programa de hasta 8 Kbytes en su memoria flash interna. Cada mota tiene 4 salidas de potencia programables y siete entradas multiplexadas al convertidor A/D de 10 bits. Una de estas entradas está conectada por defecto a un sensor de luminosidad.

Funcionan con TinyOS como sistema operativo. Las lecturas del sensor se realizan

con una frecuencia de 64 Hz y la comunicación entre nodos se realiza en la banda de frecuencia de 916 MHz.

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

CPU.

• René 2 Mote Es una evolución de las motas René desarrollada en 2000, en la cual se sustituye

la CPU AT90LS8535 por el ATmega163, mejorando las prestaciones en memoria y en tiempos de inactividad.

• Dot Mote Esta mota es similar a la mota René 2, pero se elimina el conector de expansión,

reduciendo el tamaño del dispositivo y limitando su capacidad de sensado a los sensores de temperatura y humedad integrados.


• Mica Mote Esta mota desarrollada en 2001 supuso la llegada de la segunda generación

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

Disponía también de un conector de 51 pines para ampliar sus funcionalidades con

entradas analógicas, I2C, SPI, etc.

• Mica2 Mote Esta mota supuso la ampliación de las funcionalidades de Mica en el 2002,

ampliando la cantidad de memoria hasta los 512 Kbytes, y el rango de funcionamiento a los 150 metros.

• Mica2Dot Mote Es similar a Mica2 pero reduciendo su tamaño, a costa de disminuir la batería y el

número de entradas/salidas disponibles.

• MicaZ Mote Es una evolución de Mica2, mejorando el transceiver para operar a 2,4 GHz y

transmitir a una velocidad de 250 Kbps.

• Spec Mote La mota Spec se diferencia del resto por estar la mayor parte de sus componentes

integrados en un solo chip de 2 mm x 2,5 mm. Con este chip solo sería necesario disponer de una batería, una bobina y una antena para poner la mota en funcionamiento.

Utiliza una CPU tipo RISC con 3 Kbyte de memoria y un transceiver de 902.4 MHz.

Con este dispositivo se ha conseguido transmitir a 12 metros con una velocidad de 19,2 Kbps.

• Telos Mote Esta mota desarrollada por la empresa Crossbow’s en el 2004, dispone de un

microcontrolador de la casa Texas Instruments MSP430, que dispone de 1 Mb de memoria flash para almacenar datos, un consumo de energía ultra-bajo, y capacidad de para ser ampliado mediante un conector de 10 pines. Además la mota dispone de un transceiver que le permite transmitir a 250 Kbps.


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

Dispone de un conector USB para ser utilizado como estación base conectado a

un PC o para extraer los datos almacenados en su memoria. Cuando se realiza la conexión al PC, la alimentación se realiza a partir de éste. Como las motas anteriores funciona con el sistema operativo TinyOS.

• Cricket Mote Esta mota es una versión de la Mica2. Dispone de las mismas características que

ésta, pero incorpora un emisor/receptor de ultrasonidos. Utiliza una combinación de radiofrecuencia y ultrasonidos para establecer

diferentes tiempos de llegada, y por lo tanto estimar la distancia entre dispositivos.

• Iris Mote La mota Iris es una evolución de la familia de motas Mica, mejorando sus

características. Amplia el rango de comunicaciones hasta 500 metros. Además aumenta su capacidad de memoria y dispone de un conector de 51 pines para conectar sensores o placas de adquisición de datos.

• IMote Intel® ha creado una plataforma para el desarrollo de motas destinada a

desarrollar dispositivos, incrementando su capacidad de procesado, mejorando las comunicaciones y su fiabilidad y utilizando componentes no comerciales para mantener un precio reducido.

Actualmente se comercializa la versión IMote2, que cuenta con un procesador Intel

PXA271 XScale a 13-416 MHz, un coprocesador DSP/Wireless MMX y 32 Mb de memoria FLASH.

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

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

Como puede observarse, es un dispositivo con una potencia superior a los

anteriores, y se orienta a aplicaciones que requieran una complejidad mayor.

• XBee Al igual que ocurre con Spec, el Xbee es un integrado que incluye el

microcontrolador y el transceiver, siendo necesario conectar únicamente los sensores a sus entradas disponibles e incorporarle una fuente de alimentación.


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

• TinyNode mote El filosofía de desarrollo de TinyNode es la de implementar nodos para

aplicaciones industriales. La empresa Shockfish SA ha desarrollado dos dispositivos, el TinyNode 584, y el TinyNode 184.

Se trata de dispositivos modulares, que pueden ser ampliados mediante

conectores. Ambos modelos funcionan con el microcontrolador MSP430 a 16MHz de Texas Instruments. Tienen un consumo ultra-bajo que les permite hasta 10 años de autonomía con dos baterías tipo 3AA. Además de la memoria del microcontrolador dispone de un chip externo flash de 512 KB para almacenar los datos recogidos.

La diferencia entre ambos modelos reside en la velocidad y distancia de

transmisión, y en la capacidad de ampliación. El modelo 584 permite rangos de hasta 2 Km y velocidades de 150 Kbit/s, mientras que el 184 permite hasta 150 m y hasta 250 Kbit/s.

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

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

Los principales socios de la ZigBee Alliance disponen de esos productos. A

continuación se citan algunos de ellos: TI, RF/IF and ZigBee Solutions, Atmel, Freescale ZigBee, Ember, InSight, AeroComm, MeshNetics, Silicon Laboratories, Helicomm, One RF Technology, Jennic, Microchip, Oki, Digi, Tessolve: WiSens, etc.


4.4. SOFTWARE El procesamiento dentro de las motas de una red de sensores suele ser limitado.

Esta limitación es debida a varios factores. En primer lugar viene dada por las características técnicas de los propios elementos que integran. Generalmente los microprocesadores que contienen son elementos especialmente diseñados para un bajo consumo. Su capacidad de almacenamiento y procesamiento están también limitados. Por otra parte, los elementos de comunicaciones (generalmente transceptores de radio) suelen ser dispositivos que tienen un alto consumo por lo que se suelen utilizar protocolos de comunicación también diseñados para minimizar el gasto de batería. Finalmente, y de cara a minimizar como no el consumo, los sistemas operativos y elementos de programación existentes suelen estar orientados a eventos y componentes.

Las aplicaciones tradicionales de monitorización (generalmente cableadas) se

basan en principios o arquitecturas cliente servidor. En las redes de sensores este concepto no es válido y deberían estar orientadas a arquitecturas orientadas a evento, de forma que sólo se produzca una comunicación (o cualquier actividad de intercambio de información) cuando se alcanza un determinado umbral o se ha detectado algún cambio significativo. Por otra parte la estructuración en módulos o componentes hace más livianos, portables y configurables los sistemas software. Otro motivo para la estructuración en módulos es que facilita la carga remota ya que sólo es necesario descargar los módulos que necesitan actualización y posibilita la actualización incremental.

En el mundo de las redes de sensores cada fabricante suele disponer de sus

propias herramientas para programar sus motas. Pero también ha surgido un sistema operativo con la idea de estandarizar y facilitar la programación de este tipo de sistemas. Se trata del sistema operativo TinyOS (como ya se ha visto en las descripciones de las motas anteriormente presentado). Los dos principales componentes que contiene cada una de las motas de la red de sensores son el microprocesador y el transceptor de radio. El sistema operativo contiene bloques conceptuales que aíslan esos componentes puramente hardware de forma que las aplicaciones y funciones que proporciona son portables de una plataforma a otra. Las principales familias de motas permiten este sistema operativo y suelen contener los micros ATmega128 de Atmel y MSP430 de TI especialmente diseñados para bajo consumo (por mencionar algunos de ellos).

El sistema operativo define componentes y los utiliza para la composición de otras

funcionalidades. Estos componentes suelen tener una serie de interfaces de entrada (comandos) y otros de salida (eventos) y generalmente se programan en un dialecto de C denominado nesC.

nesC es el lenguaje de programación orientado a componentes que se suele

utilizar para programar las redes de sensores, e íntimamente relacionado con el TinyOS. Se basa en el lenguaje C pero con capacidades añadidas para explotar los conceptos de componentes y concurrencia. Una aplicación desarrollada con nesC consiste en una serie de componentes, cada uno con su funcionalidad, que han sido ensamblados o unidos.


Un componente tiene una doble vertiente en la que por una parte proporciona unos interfaces y por otra hace uso de interfaces. Los interfaces que proporciona representan la funcionalidad que provee a su usuario mientras que los que usa son aquellos que necesita para su ejecución. Los interfaces pueden ser una serie de comandos (funciones a desarrollar por el proveedor del interface) y eventos (funciones a desarrollar por el usuario del interface). Para que un componente utilice los comandos de un interface debe de implementar también los eventos que ese interface proporciona. En nesC hay dos tipos de componentes: los módulos (que proporcionan la implementación de uno o varios interfaces) y las configuraciones (utilizadas para unir varios componentes utilizando los interfaces). Todas las aplicaciones nesC tienen un módulo configuración que une o enlaza a todos sus componentes.

También están apareciendo variaciones y adaptaciones del sistema operativo

TinyOS para intentar mejorar algunos aspectos del mismo. A pesar de ser el más utilizado, también existen otros sistemas operativos como

Contiki, kernel basado en eventos, que permite compartir un stack común entre varios procesos. Desarrollado en C y por lo tanto fácilmente portable a varias plataformas. Permite cargar y descargar programas en ejecución y permite la integración en redes a través de un stack TCP/IP sobre uIP.

MANTIS es un sistema operativo también pensado para dispositivos con poca

capacidad de procesamiento como son las redes de sensores y con una estructura multihilos.

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

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

Por otra parte se señalan algunas necesidades detectadas en este apartado como

es la realidad de que hoy en día para desarrollar aplicaciones hace falta dominar los lenguajes de desarrollo y conceptos generales en los que se basan las redes de sensores. Sin embargo los expertos o personas que dominan las aplicaciones en las que se suelen utilizar no son expertos en desarrollo ni en tecnologías de la información. Es preciso diseñar elementos o componentes software que aíslen ambos mundos y que permitan a los expertos de dominio desarrollar sus procesos y aplicaciones en entornos sencillos, intuitivos y sin necesidad de un conocimiento profundo de desarrollo de software para sistemas embebidos.

4.5. OTROS También se quiere hacer una mención a otras tecnologías o líneas de investigación

dentro de las redes de sensores, y su aplicación al control automático de edificios y hogares, que pueden ser claves para su desarrollo.

Por una parte está la propia tecnología que nos permite la recepción de las

características del entorno. El mundo de la sensórica merece un estudio aparte, pero su integración en edificios puede hacer que la monitorización del mismo sea más fácil


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

La ya mencionada anteriormente tecnología MicroElectroMechanical Systems

(MEMS) puede servir con estos propósitos así como para otro de los campos importantes de este mundo, la microgeneración de energía.

Obtener la energía necesaria para poder trasmitir los datos y soportar el

funcionamiento de cada mota evita las operaciones de cambio de batería y el mantenimiento del sistema. Mejorar la eficiencia en el almacenamiento de dicha energía (tanto en capacidad como en tamaño de las baterías) es también otro de los puntos en el que nuevas tecnologías pueden desarrollarse y cuyo fortalecimiento tendrán una aplicación directa en las redes de sensorses.


5. SITUACIÓN DE MERCADO El mundo de la domótica está cada día más presente en nuestros hogares y en

nuestro entorno. Recientemente ha salido la noticia de que AFME (ASOCIACION DE FABRICANTES DE MATERIAL ELECTRICO), CEDOM (Asociación Española de Domótica), KNX España (KNX es uno de los principales estándares abiertos a nivel mundial para el Control de Casas y Edificios) y LonMark España (asociación de usuarios de la tecnología LON que se utiliza principalmente en domótica, inmótica, control industrial y de transporte) están trabajando en la constitución de la Agrupación Empresarial Innovadora (AEI) de Domótica e Inmótica en España.

Se trata de un proyecto en común que tiene como objetivo dinamizar el sector de la

Domótica y la Inmótica en España, a través de la formación, la divulgación y la cooperación interempresarial en proyectos de innovación.

Por otra parte hay que mencionar que existe la Plataforma Tecnológica del Hogar

Digital cuyo principal objetivo es el de liderar y desarrollar la I+D+i en materia de Hogar Digital que se realiza en España. La plataforma cuenta con la Comisión Multisectorial del Hogar Digital de ASIMELEC y tiene unos grupos de trabajo que tratan sobre la Sostenibilidad y Eficiencia Energética, Pasarelas, Accesibilidad y Teleasistencia.

El mundo del Hogar Digital está más cercano a las personas y a todo tipo de

viviendas. Esto implica que por una parte serán necesarias más empresas y profesionales encargados de la instalación, así como oportunidades de creación de nuevo equipamiento. Esto exigirá la formación y especialización de muchas empresas en estas nuevas tecnologías tanto en las etapas iniciales de definición e instalación como en el mantenimiento de los sistemas implantados.

Como ya se ha mencionado en varios apartados, la necesidad de interoperabilidad

entre distintos fabricantes y la estandarización también es un reto a afrontar. Las grandes empresas del sector abren sus protocolos y al mismo tiempo surgen nuevos estándares y necesidades de integración en el hogar. Todo esto hay que ligarlo con la legislación y normativa en el ámbito del hogar digital.

Desde el punto de vista de usuario final los sistemas deben de ser sencillos y

seguros, fiables y transparentes, integrados con el entorno y elegantes, sin necesidad de cableado e interconectados. Muchos de estos aspectos son ofrecidos por las redes de sensores.

Integrar las aplicaciones de “Building Automation Systems” con las redes de

sensores eliminan la necesidad de cableado reduciéndose tanto los costes de instalación como de posterior mantenimiento y operación. Además esta integración permite la creación de instalaciones temporales abriéndose un nuevo mundo de aplicaciones y servicios. Por otra parte este tipo de redes solucionan problemas que se dan en este tipo de grandes edificios como son la ausencia de paredes, la reestructuración de los espacios, nuevas aplicaciones y espacios, instalación sin obras y en pleno funcionamiento de los espacios, integración de los dispositivos en el mobiliario ya existente, etc. Estas integraciones se basan principalmente en la adopción de los estándares de los protocolos, bien por las aplicaciones de gestión y control o bien en las propias redes de sensores.


En el año 2008 se publicó el “ESTUDIO MINT-CASADOMO 2008: Sistemas de Domótica y Seguridad en Viviendas de Nueva Promoción” realizado por Casadomo basado en una serie de cuestionarios realizados tanto a usuario finales como a proveedores e instaladores. El informe hace una distinción entre sistemas domóticos (incluyendo también lo que se consideran las alarmas técnicas, escapes de agua, gas, incendios, etc.) y los sistemas de seguridad (objetivo principal la detección de intrusos, aunque también suelen disponer de alarmas técnicas y funciones domóticas).

Según el estudio los usuarios finales valoran de forma muy alta las soluciones de

construcción sostenible (ahorro energético, de agua, recogida de residuos, etc.) y consideran las alarmas técnicas (humo, incendio, agua, etc.) como soluciones muy valoradas los sistemas de Hogar Digital.

Según ese mismo informe un “8,23% de las viviendas de obra nueva en España en

el año 2007 incluyeron un Sistema de Domótica” y que “2.518 € es el precio medio de los Sistemas de Domótica instalados en viviendas en nueva promoción”. La implantación de sistemas de seguridad es mayor, 14,85% (como ya se ha comentado el estudio se divide en esos dos tipos de sistemas), aunque también hay que mencionar “el 85% de los sistemas de seguridad instalados en viviendas de nueva promoción tiene un precio de hasta 500€”. Un dato importante de dicho estudio es que “El 99% de los Sistemas de Seguridad instalados en viviendas de nueva promoción pueden utilizar soluciones inalámbricas como Medios de Transmisión.”

Hay que mencionar que la situación actual del sector inmobiliario y de la

construcción no es el de los años anteriores. Aún así la necesidad de vender casas puede hacer que se aumenten las prestaciones o servicios que ofrece, siendo la domótica una opción que puede ayudar en ese aspecto.

Otro aspecto ya resaltado es la posibilidad de implantación de estos sistemas

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

Existen productos de domótica ZigBee homologados por la ZigBee Alliance lo que

hace del ZigBee Home Automation ya una alternativa de hecho. Aunque no sea exclusivo de las redes de sensores, sí que están íntimamente relacionados con ellas.

El estándar soluciona las vías de comunicación y una empresa que desee

evolucionar sus productos puede adaptarlos para integrarse en la red. En cuanto a otras posibilidades de innovación se pueden dirigir a los distintos bloques que forman las motas de las redes de sensores.

La formación es fundamental para la adaptación al nuevo mercado. Por una parte

es necesaria para la adaptación de productos a las nuevas necesidades domóticas, pero también lo es para los instaladores e integradores, que deben conocer las limitaciones y ventajas de cada una de las tecnologías existentes para seleccionar la que mejor se adapta a cada usuario. A pesar de que los sistemas deben de ser de fácil instalación y uso siempre será necesario el asesoramiento y conocimiento de los profesionales del sector.


5.1. LISTADOS A continuación se presentan unos listados con empresas y agentes relacionados

con la temática tratada y que se han utilizado, entre otros, para la elaboración del informe.

Nombre Descripción Dirección

Airbee

Airbee es un proveedor de soluciones de software para ad-hoc, redes inalámbricas de sensores. Diseño de software de eficiencia energética.

http://www.airbee.it

Airtest

AirTest Technologies Corp. es un fabricante y distribuidor de tecnologías de monitoreo del aire que aseguran la comodidad, la seguridad, la salud y la eficiencia energética.

https://www.airtesttechnologies.com

Arch Rock

Arch Rock Energy Optimizer (AREO) es un portal, que no requiere de instalación de ningún software por parte del cliente y que permite monitorizar nodos inalámbricos.

http://www.archrock.com

Atmel

Diseña, desarrolla y comercializa un amplio rango de productos de microelectrónica.

http://www.atmel.com

Atywireless

ATI es uno de los fabricantes de telecomunicaciones líder en el extranjero.

http://www.atiwireless.net

Bacnet

El BACnet es un protocolo norteamericano para la automatización de viviendas y redes de control.

http://www.bacnet.org

CENELEC

Responsable de la estandarización europea en las áreas de ingeniería eléctrica.

http://www.cenelec.eu


Center for the built environment

Proporciona un espacio de colaboración donde las personas pueden compartir ideas para mejorar el diseño y operación de edificios comerciales.

http://www.cbe.berkeley.edu

Cirronet

Los Cirronet OEM módulos y productos independientes están bajo la marca de RFM. Ahora bajo una marca sola, RFM provee de conducción de industria ZigBee.

http://www.rfm.com

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

Continental Automated Buildings Association

Asociación sin fines de lucro que promueve las tecnologías para la automatización de viviendas y edificios en Norteamérica.

http://www.caba.org/trm

Control4

Fabrica una gama completa de productos asequibles, tanto inalámbricos (Zigbee para control y WiFi para distribución de audio) como cableados.

http://www.control4.com

Coronis

Plataforma para mediciones OEM, telemetría y aplicaciones RFID. Productos listos para usar, y redes de sensors en general.

http://www.coronis.com

Crossbow

Empresa que ha desarrollado redes de sensores a gran escala para su uso comercial.

http://www.xbow.com

Daintree

Es un proveedor líder de soluciones para el desarrollo, puesta en marcha y mantenimiento de dispositivos WiFi.

http://www.daintree.net

Darpa

Agencia del Departamento de Defensa de los EEUU responsable del desarrollo de nuevas tecnologías para uso militar.

http://www.darpa.mil


Daserin

Tecnología Inteligente. Soluciones tecnológicas para el control centralizado y gestión energética de edificios.

http://www.daserin.com

Dexma Sensors

DEXMA ofrece productos y servicios especializados en Redes Inalámbricas de Sensores (WSN) a integradores, ingenierías y fabricantes que trabajan en sectores verticales como el energético, industrial, agrícola, logístico, alumbrado, sanitario y emergencias.

http://www.dexmatech.com

Digi International

Digi International es el líder en la red de dispositivos para las empresas. Desarrolla productos fiables y tecnologías que permiten la conexión de redes inalámbricas.

http://www.digi.com

DLMS

En la fase inicial la comunicación con los contadores de energía ha sido complicada por los diferentes sistemas de comunicación de fabricantes y usuarios y su gran variedad de protocolos.

http://www.dlms.com

Dust Networks

Dust Networks líder en estándares basados en la creación de redes inteligentes de sensores inalámbricos (WSN), ofrece ultra baja potencia, alta fiabilidad de sistemas embebidos

http://www.dustnetworks.com

Dynastream Innovations

Empresa destacada en desarrollo de redes de sensors.

http://www.dynastream.com/home

Echelon

Echelon produce productos y sistemas que pueden monitorear y ahorrar energía, reducir costos, etc.

http://www.echelon.com


Ember Corporation

Proveedor de red inalámbrica de datos de un dispositivo a otro y el dispositivo a las aplicaciones empresariales, incluye información sobre la arquitectura de producto y las características.

http://www.ember.com

EMerge

Emerge es una asociación de la industria abierta que está impulsando el uso de corriente continua en edificios comerciales.

http://www.emergealliance.org

Enocean Alliance

La tecnología EnOcean utiliza la energía del ambiente, como la luz, la pulsación mecánica o la temperatura para desarrollar productos inalámbricos vía radio.

http://www.enocean-alliance.org

ESNA

ESNA (European sensor network architecture) objetivo del proyecto es proporcionar el apoyo necesario para el desarrollo eficaz de las aplicaciones de red de sensores inalámbricos

http://www.sics.se/esna

Flexpanel

ZigBee, Bluetooth y IEEE 802.15.4 módulos de radio y productos para el control remoto, redes de sensores y adquisición de datos.

http://www.flexipanel.com

Freescale

Freescale es un fabricante estadounidense de semiconductores, microcontroladores y microprocesadores

http://www.freescale.com

G2 Microsystems

Diseña y fabrica circuitos integrados para la Gestión de Recursos Móviles (MRM), un mercado en rápido crecimiento que permite a las empresas el seguimiento de activos en todo el mundo.

http://www.g2microsystems.com


Gainspan Proporciona soluciones Wi-Fi en un único chip de muy bajo consumo.

http://www.gainspan.com

Greenpeak

Greenpeak es un fabricante de semiconductors, módulos y software que ofrece tecnología de ultra-bajo consumo para soluciones inalámbricas.

http://www.greenpeak.com

Helicomm

Helicomm proporciona comunicaciones inalámbricas para monitorizar y controlar dispositivos.

http://www.helicomm.com

HomePlug

HomePlug es una alianza de varias empresas que trabajan en el desarrollo de una tecnología que permita implementar redes de área local usando la instalación.

http://www.homeplug.org

IEEE 802.15.4 WPAN Task Group 4

Grupo 4 que ha desarrollado el estándar que define el nivel físico y el control de acceso al medio de redes inalámbricas de área persona

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

Ingeniería y Sistemas Inteligentes SAC

Distech Controls fabrica productos abiertos y escalables para automatización de edificios, promocionando un diseño ambiental y con consumo eficiente de la energía en edificios a nivel mundial.

http://www.ingesinsac.com

Jennic

Jennic es miembro activo del grupo de estandarización IEEE802.15.4 y miembro de la alianza ZigBee, es una compañía dedicada a la conectividad inalámbrica que ofrece circuitos integrados al mercado emergente de redes inalámbricas de sensores.

http://www.jennic.com


L.S. Research

L.S. Research es la principal empresa de desarrollo de productos inalámbricos que se especializa en diseño de RF, incluyendo hardware, CAD, diseño de la antena, el desarrollo de software.

http://www.lsr.com

Lemos Intl Desarrolla aplicaciones WiFi para ambientes comerciales e industrials.

http://www.lemosint.com

Meshnetics*

Meshnetics es un proveedor tecnológico líder en el mercado especializado en control inalámbrico y sensores inalámbricos 802.15.4/ZigBee. Meshnetics ayuda a sus colaboradores y clientes a acelerar el tiempo de lanzamiento de los productos desarrollando y desplegando conjuntamente soluciones M2M para todo tipo de proyectos.

http://www.meshnetics.com

Moteiv

Desarrolla productos TMotes inalámbricos para aplicaciones de redes de sensores.

http://www.moteiv.com

NIST

National Institute of Standards and Technology es una agencia tecnológica federal que desarrolla y promueve medidas, estándares y tecnología.

http://www.nist.gov

NRC

National Research Council (NRC) es una organización canadiense para la investigación y desarrollo.

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

One RF Technology

Ofrece soluciones RF de corto alcance de diseño propio.

http://www.one-rf.com

Radiocrafts

Ofrece módulos RF con protocolos embebidos para operar en la banda ISM.

http://www.radiocrafts.com


RF Micro Devices

Es líder global en el desarrollo y comercialización de componentes semiconductores de alto rendimiento.

http://www.rfmd.com

Schneider Electric

Especialista global en gestión de la Energía. Soluciones, Productos y Servicios en Distribución Eléctrica y Automatización.

http://www.schneider-electric.com

Sensicast

Es una compañía centrada en las redes de sensores que diseña y desarrolla soluciones completas para monitorización y control de edificios.

http://www.sensicast.com

Sensinode Es pionero en redes de sensores inalámbricos basados 6LoWPAN IP.

http://www.sensinode.com

Sigma Designs

Sigma Designs desarrolla y comercializa semiconductores para IPTV, reproductores Blue-Ray, HDTV, etc.

http://www.sigmadesigns.com

Signaletics

Incluye 'Ambientes Inteligentes' en sus soluciones de señalización personal y vial, utilizando innovadoras tecnologías sin cables y sin mantenimiento.

http://www.signaletics.net

Smartlabs

Empresa relacionada con la fabricación de sistemas de redes de sensores y redes inalámbricas.

http://www.smartlabsinc.com

Synapsense

Desarrolla dispositivos inalámbricos para la creación de redes en automatización de edificios.

http://www.synapsense.com

Tendril

Plantea soluciones energéticas para ambientes industriales y edificios terciarios.

http://www.tendrilinc.com


Texas Instruments

Texas Instruments (TI) se dedica al diseño y la fabricación de productos para tecnologías analógicas, procesadores digitales de señales (DSP) y semiconductores para microcontroladores (MCU). TI es una empresa líder en soluciones de semiconductores para procesamiento de aplicaciones y sistemas analógicos y digitales integrados.

http://www.ti.com

Ubec

Uniband Electronic Corporation (UBEC) es una compañía especializada en el desarrollo de dispositivos con semiconductores, incluyendo WSN.

http://www.ubec.com.tw

Virtual Extension

Virtual Extension desarrolla dispositivos WSN de alto rendimiento, optimizados para redes mesh.

http://www.virtual-extension.com

Zensys

Zensys se dedica a la creación de una nueva generación de WSN para el control y automatización de viviendas y edificios.

http://www.zen-sys.com

Zerog Wireless

ZeroG desarrolla chips para la realización de dispositivos inalámbricos para todo tipo de aplicaciones.

http://www.zerogwireless.com

Zigbee Alliance*

La ZigBee Alliance es una asociación sin ánimo de lucro formada con más de 300 compañías miembro que llevan a cabo el desarrollo de la tecnología inalámbrica de ZigBee.

http://www.zigbee.org


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

Nombre Descripción Dirección

CEDOM Asociación Española de Domótica http://www.cedom.es

Proyectos Domótica

Portal dedicado a Domótica y Hogar Digital.

http://www.proyectosdomotica.com

Inmótica.org Portal sobre domótica e inmotica, sistemas y marcas

http://www.inmotica.org

Casadomo.com Portal de la domótica e inmótica del edificio y hogar digital

http://www.casadomo.com

Domótica.net Portal dedicado a la red profesional del hogar digital

http://domotica.net

domotica-online.com

Blog dedicado a las nuevas tecnologías aplicadas a facilitarnos las tareas cotidianas del hogar, empresa, etc.

http://domotica-online.com

Construible.es Portal de temas relacionados con la Construcción Sostenible

http://www.construible.es

DOMODESK

Empresa dedicada a la domótica, distribuidores / mayoristas / instaladores, etc.

http://www.domodesk.com

Domótica Viva

Proyectos y soluciones de domótica avanzada personalizadas para su vivienda o promoción residencial.

http://www.domoticaviva.com


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

nacional. Localización Nombre

Guipúzcoa ABB S.A. Barcelona BJC Fábrica Electrotécnica Josa S.A. Barcelona Unex Aparellaje Eléctrico S.L. Madrid Gewiss Ibérica S.A. Madrid Home System Asturias Ingenium Ingeniería y Domótica S.L. Madrid Legrand España S.L. Valencia Miniaturas Tecnológicas S.A. Vizcaya Carlo Gavazzi S.A. Valencia Domoval Electronics S.L. Zaragoza Advanced Digital Design S.A. Barcelona Simon S.A. Guipúzcoa Fagor S. Coop. Barcelona Delta Dore S.A. Madrid Orbis Tecnología Eléctrica S.A. Barcelona LCN Ibérica Guipúzcoa Dinuy S.A. Barcelona Himel S.A. Barcelona Zeyrin Technologies S.L. Madrid Isde S.L. Barcelona Schneider Electric España S.A. Barcelona Somfy España S.A. A Coruña Televés S.A. Madrid Orbis Tecnología Eléctrica S.A. Zaragoza Advanced Digital Design Barcelona E-Controls Barcelona Jung Electro Ibérica Madrid Axis Communications Madrid Visonic Valencia DiLartec Alicante Ineli Valencia IP Domo Málaga Crestron Ibérica Málaga AT Home Automatización Sevilla AMX Asturias H.T. Sistemas S.L. Baleares Mobotix Baleares Rotec Control Cantabria DX View Toledo Zennio Barcelona BTicino


La siguiente tabla muestra una lista de los Integradores e Ingenierías más

importantes. Localización Nombre

Madrid Home System Madrid Inmomática Soluciones Guipúzcoa Elektra S.A. Guipúzcoa Fagor S. Coop. Cádiz Andalucía Home Futura S.L. Madrid Unitronics Comunicaciones S.A. Barcelona Zeyron Technologies S.L. Castellón Minguet Eléctricas S.L. Madrid SPACIO Integración de Sistemas Madrid freeDom Valencia DiLartec Málaga Acerca S.L. Sevilla Agilware Nuevas Tecnologías Sevilla Asdivent SL. Córdoba AtelMedia S.A. Málaga Climed S.L. Almeria DomoIndal Cádiz Domotécnica Zaragoza Doelectric S.L. Asturias Faltec Sistemas

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

Localización Nombre

Barcelona Centros de Formación Disced S.L. Asturias Bureau Veritas Formación S.A. Vizcaya Robotiker Innova Valencia Instituto de Tecnológico de la Energía Madrid P.L.C. Alicante Futurasmus KNX Group Toledo ICT-Futura Madrid CEDINT


6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Hoy en día se disponen de una gran variedad de sistemas automáticos que nos

facilitan las tareas cotidianas o que los utilizamos para nuestro ocio y entretenimiento. Los sistemas domóticos son uno de ellos y cada día están más presentes en nuestras viviendas. Muchos de los grandes edificios ya cuentan con sistemas de control que ayudan a que sean más eficientes e inteligentes y esa tendencia se está trasladando a los hogares.

La instalación de estos sistemas requiere habitualmente de una preinstalación que

permita la interconexión de los dispositivos y la integración con otras funcionalidades. Las redes de sensores y su capacidad de comunicación inalámbrica facilita esas labores de infraestructura por lo que permiten disponer de todas las funcionalidades requeridas en viviendas inicialmente no preparadas para ello.

Muchos de los conceptos, características, propiedades y recomendaciones de

carácter genéricos para los sistemas domóticos son aplicables si se utilizan redes de sensores para su implantación, con las particularidades propias de las características de las tecnologías involucradas.

Otra ventaja de la utilización de redes de sensores para estas aplicaciones es la

posibilidad de poder instalar sensores en lugares donde antes no merecía la pena o no se podía debido a los conexionados eléctricos necesarios. Esta característica puede hacer que se mejore la eficiencia de los sistemas con el consiguiente ahorro energético (o de cualquier otro tipo) o bien que se utilicen para automatizar o controlar elementos que antes era inviable.

En este aspecto se quiere destacar la posibilidad que se abre desde el punto de

vista del ahorro energético y también la coordinación que podría existir con los agentes distribuidores pidiéndose adecuar los consumos y las referencias de los sistemas (aire acondicionado, calefacciones, etc. por ejemplo) a los necesidades globales del sistema en función de los picos de demanda o horas valle (para aprovechar los precios de la energía en determinado horario).

Las comunicaciones principales de las redes de sensores se basan en ZigBee.

Este protocolo permite cubrir todas las funcionalidades que se requieren para el uso domótico. Al estándar le ha costado afianzarse en un campo en concreto, pero parece que la automatización del hogar es el que finalmente ha cuajado. Los estándares y perfiles definidos están consolidados y cada vez hay una oferta mayor de productos del sector homologados.

Otro aspecto a destacar es la creación del estándar ZigBee RF4CE (Radio

Frequency for Consumer Electronics) que en un futuro parece que sustituirá a los infrarrojos como solución de control remoto para electrónica del hogar.

Por otra parte también se vislumbran nuevas oportunidades o líneas de

investigación en cada uno de los aspectos que forman una red de sensores, algunas de ellas ya mencionadas en el documento y relacionadas con el sector aunque también existente otras, principalmente en aquellas que tienen que ver tanto con el almacenamiento de la energía como la generación de la misma de forma autónoma, sin olvidar la sensórica y la miniaturización de los sistemas.


La formación en todos los aspectos relacionados con los sistemas domóticos es también una clave para los agentes involucrados. Esta formación se puede aplicar a varios niveles, desde los propios instaladores encargados de la decisión, instalación y mantenimiento de los sistemas, como a los propios fabricantes que deberán hacer un esfuerzo de adaptación de los equipos tradicionales para permitir su integración en los sistemas domóticos.

A partir del estudio realizado se plantean una serie de recomendaciones que

pueden ayudar a las empresas del sector. También se recogen otras recomendaciones frutos de los trabajos de años anteriores.

Fomentar las labores de formación en tecnologías inalámbricas y su aplicación a

sistemas domóticos, así como la formación en general en sistemas domóticos, su instalación, integración, puesta a punto y mantenimiento.

Promover el uso e instalación de sistemas de control y automatización en el hogar

orientados a aumentar el rendimiento de la energía, la disminución de las pérdidas energéticas y la integración y accesibilidad a personas con discapacidades. Revisar aspectos legales.

Impulsar las tareas de estandarización que permitan la interoperabilidad de los

distintos sistemas tanto en el entorno de los sistemas domóticos como en cualquiera de los otros ámbitos de las tecnologías de la información.

Persistir en aquellas acciones que clarifiquen los conceptos y los retos asociados a

con la Internet de las cosas y la Internet del futuro, en la medida en que puedan generar oportunidades para el sector.

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

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

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