REDES DE SENSORES. APLICACIONES PARA CONTROL AUTOMÁTICO DE EDIFICIOS.

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1 Observatorio Industrial del Sector de la Electrónica, Tecnologías de la Información y Telecomunicaciones REDES DE SENSORES. APLICACIONES PARA CONTROL AUTOMÁTICO DE EDIFICIOS. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS FECHA: 04/01/2010 1/62

2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN OBJETIVO Y ALCANCE ABREVIATURAS Y ACRÓNIMOS REFERENCIAS ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO METODOLOGÍA SITUACIÓN ACTUAL DOMÓTICA E INMÓTICA INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DE DOMÓTICA BENEFICIOS DE LA DOMÓTICA CAMPOS ESCENARIOS DE APLICACIÓN CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS COMPONENTES DE UN SISTEMA DOMÓTICO INTEGRACIÓN DE SENSORES EN LA AUTOMATIZACIÓN NECESIDADES ACTUALES DE AUTOMATIZACIÓN EN EDIFICIOS TENDENCIAS EN LAS REDES DE SENSORES TECNOLOGÍAS CLAVE DEFINICIÓN Y ORÍGENES HISTORIA DEFINICIÓN NODOS (MOTAS) ARQUITECTURA DE RED MOTAS Y SUS CARACTERÍSTICAS SOFTWARE OTROS SITUACIÓN DE MERCADO LISTADOS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 2/62

3 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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 3/62

4 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 REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 4/62

5 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 Michel Daoub Pacific Northwest National Laboratory Yan Zhang Cristobal Romero, Francisco Vázquez José Manuel Huidobro CEDOM Javier Lamas Graziani Antonio Rodriguez 6 th European Conference WSN EnOcean Phoenix Contact Paolo Baronti, Prashant Pillai Hamid Gharavi Meng-Shiuan Pan, Yu-CheeT seng Isabel Dietrich, Falko Dressler Fabio L. Zucatto, Clecio A. Biscassi Sistemas de Domótica y Seguridad en Viviendas de Nueva Promoción Wireless Technology Protocols, Standards and Techniques Advanced Sensors and Controls for Building Applications Wireless Mesh Networking Domótica e Inmótica Edificios Inteligentes Cuaderno de Divulgación Domótica Sistemas de Control para Viviendas y Edificios Instalaciones Automatizadas en Edificios Wireless Sensor Network Wireless Sensor Solutions for Building Automation Soluciones Inteligentes para la Automatización de Edificios A survey on the state of the art and the and ZigBee standards Sensor Networks and Applications Communication Protocols and Applications for ZigBee WSN On the Lifetime of Wireless Sensor Networks ZigBee for Building Control Wireless Sensor Networks REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 5/62

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7 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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 7/62

8 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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 8/62

9 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 DOMÓTICA E INMÓTICA. HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE AUTOMATIZACIÓN EN EDIFICIOS 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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 9/62

10 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: REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 10/62

11 «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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 11/62

12 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 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 ( 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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 12/62

13 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 CAMPOS Energía La gestión de la energía se encarga de gestionar el consumo de energía mediante temporizadores, relojes programados, termostatos, etc. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 13/62

14 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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 14/62

15 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, teleformación, 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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 15/62

16 - 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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 16/62

17 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 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.) REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 17/62

18 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 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS DE ENTORNOS HABITADOS 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 REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 18/62

19 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 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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 19/62

20 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. REDES DE SENSORES. APLICACIONES CONTROL DE EDIFICIOS 20/62

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