Plataforma para teleoperación, a través de internet, de instalaciones domóticas sin conexión dedicada mediante dispositivos fijos y móviles Antonio Luis Flores Galea Miembro IEEE, Ingeniero de Telecomunicación, Ingeniero en Electrónica Grupo Intenict, División de Servicios Avanzados para la Construcción Ed. Expo Parque Tecnológico Cartuja 93, 41092 Sevilla Telf: 95-448-8463, Fax: 95-448-9010 E-mail: aflores@ieee.org Área V. Servicios y aplicaciones Domótica e Inmótica
Plataforma para teleoperación, a través de internet, de instalaciones domóticas sin conexión dedicada mediante dispositivos fijos y móviles Antonio Luis Flores Galea Miembro IEEE, Ingeniero de Telecomunicación, Ingeniero en Electrónica Grupo Intenict, División de Servicios Avanzados para la Construcción Ed. Expo Parque Tecnológico Cartuja 93, 41092 Sevilla Telf: 95-448-8463, Fax: 95-448-9010 E-mail: aflores@ieee.org Abstract Debido a su ya relativamente larga historia, principalmente en Estados Unidos, la Domótica goza hoy de numerosos dispositivos, incluyendo centralitas, sensores, actuadores, interfaces, etc. Sin embargo, su punto débil es la escasa integración con el mundo de las tecnologías de la información y las comunicaciones. Se presenta aquí un esquema que permite integrar cualquier instalación domótica con las tecnologías y medios de acceso más utilizados en la actualidad, como la telefonía móvil e internet, con el requisito esencial de no exigir una conexión permanente o una cuota de abonado en la vivienda domotizada, constituyéndose como un sistema idóneo para viviendas de ocio, donde la tendencia actual es no disponer de línea telefónica del servicio fijo. 1. Introducción Según encuestas y estudios estadísticos, la valoración de los usuarios en el campo de la Domótica refleja la necesidad de encaminar las tareas de I+D en dos líneas principales: a) Facilitar el manejo de los sistemas, ampliando las posibilidades de interconexión y simplificando los métodos de programación de los mismos, extendiendo el soporte de ayuda al usuario. b) Garantizar servicios considerados, de facto, fundamentales o básicos para cualquier instalación, como son las medidas de seguridad contra intrusos, el control de la iluminación, las alarmas técnicas y el control de la calefacción. De esto se deduce la necesidad de hacer uso de tecnologías como la telefonía móvil e internet para, por una parte, facilitar el acceso de los usuarios a los servicios comentados y, por otra, obtener el máximo provecho de la instalación, por ejemplo en el caso de los servicios de seguridad, alarmas técnicas y control de la calefacción. Tradicionalmente, en gran medida producido por haber tenido como cuna los Estados Unidos, el acceso remoto a estos servicios se ha venido realizando mediante el servicio de telefonía fija. Sin embargo, el gran despliegue que ha experimentado la telefonía móvil en Europa beneficia mucho más al sector de la Domótica, ofreciendo servicios nuevos y mejorando los existentes. A todo esto es necesario unir dos consideraciones de importancia: a) La proliferación de viviendas de ocio, donde el usuario valora mucho más la necesidad de mantener un contacto remoto con la misma, al permanecer fuera de ella durante gran parte de su tiempo. b) La tendencia actual a no instalar el servicio de telefonía fija en estas viviendas, al encontrarse totalmente extendida la telefonía móvil. Todo ello conduce a la necesidad de plantear un sistema de comunicación que permita la interacción entre el usuario y la vivienda no basado en la telefonía fija, ni en una conexión permanente a internet. 2. Arquitectura del sistema propuesto El sistema propuesto permite el acceso del usuario al control de la vivienda mediante un terminal móvil dotado con tecnología WAP (Wireless Application Protocol), así como mediante un ordenador con conexión tradicional a internet, un dispositivo tipo PDA (Personal Digital Assistant) o Pocket PC (ordenador de bolsillo). Como métodos auxiliares, también se ofrece el servicio a través de mensajes cortos (SMS) y telefonía convencional, mediante tonos multifrecuencia (DTMF). Dependiendo del canal utilizado, la comunicación del usuario con la vivienda es directa o se realiza a través de una Pasarela de Integración de Servicios (SIG) [3]. La instalación domótica de la vivienda se encuentra dotada de un subsistema terminal GSM/ para comunicarse con el usuario o la pasarela, y puede utilizar para ello o tecnología SMS básica. La arquitectura funcional del sistema se muestra en la Fig. 1.
En [1] es posible encontrar un sistema que permite una sesión WAP o HTML con la vivienda, aunque exigiendo una conexión ADSL permanente con IP fija real, y un servidor ubicado en la propia vivienda. Estas restricciones, que son de vital importancia para la implantabilidad en viviendas de ocio, quedan resueltas con el sistema propuesto. 3. Módulos del sistema El sistema ha sido estructurado de forma modular, con el fin de facilitar la incorporación de nuevos métodos de acceso o sustituir tecnologías sin afectar a la totalidad del mismo. A continuación se describen los elementos hardware de que consta el mismo. 3.1. Pasarela de integración de servicios Se trata de un servidor estándar con arquitectura de 32 bits (IA-32), bajo la gestión del proveedor del servicio (Intenict, en este caso), conectado a internet y a la red GSM a través de un módem. Su función es procesar las peticiones de los usuarios y emitir órdenes a la vivienda en cuestión. El servicio se prestará mediante un sistema OLTP (On-Line Transaction Process), dada la criticidad de las operaciones (actuaciones electromecánicas sobre elementos de la vivienda). A pesar de que la experiencia previa [1] utiliza Windows 2000 Server como sistema operativo, se prefiere aquí el sistema operativo Linux, por su mayor robustez y versatilidad, y una conexión a través de líneas dedicadas redundantes de gran ancho de banda, a través de un ISP de confianza. 3.2. Módem GSM/ para PC Se trata de una etapa convencional, cuya misión es permitir el acceso del mismo a la red móvil, para establecer enlaces con las viviendas. 3.3. Unidad principal de vivienda Consistirá en una placa de desarrollo propio con las siguientes funciones: - Establecer la comunicación, a través de la red móvil, con la SIG, para la transferencia de datos de control, monitorización y configuración. - Comunicarse con las placas secundarias de control, que se explican más abajo. - Permitir un control directo, a través de SMS, en caso de fallo de la SIG, así como una notificación de alarmas a receptores SMS en caso de estado de emergencia. 3.4. Placas secundarias de control Proveen la circuitería necesaria para actuar sobre los dispositivos domóticos a controlar. Constituyen la única parte dependiente del sistema domótico concreto seleccionado. 3.5. Módem GSM/ para unidad principal de vivienda Se trata de un segundo módem convencional, que se conectará a la unidad principal de vivienda, con la finalidad de proveer el acceso físico de ésta a la red móvil. 4. Software en el servidor El servicio se presta a los múltiples usuarios a partir de una base de datos alojada en la SIG. En ella quedan almacenados todos los datos referentes a los dispositivos de cada vivienda (estado, dirección de la placa secundaria de control, horarios de funcionamiento, alarmas, etc.), según informe cada unidad central de vivienda. Red telefónica básica INTERNET Red móvil GSM/ SMS Pasarela de integración de servicios (SIG) SMS Vivienda domótica Figura 1. Arquitectura del sistema
Cualquier modificación de la base de datos será transmitida a la unidad central de vivienda correspondiente, y viceversa. Al acceder al servidor ubicado en la SIG, el usuario actúa sobre el sistema de manera indirecta, a través de la actualización de la base de datos, obteniendo como interfaz las páginas generadas dinámicamente mediante PHP con los datos extraídos. Es importante mencionar que, para que el usuario pueda actuar sobre el sistema, es decir, modificar el contenido de la base de datos, es necesario proporcionarle permisos de escritura y ejecución, lo que hace más vulnerable el servidor a ataques externos. Por ello, se prefiere instalar en la pasarela un sistema Linux con opciones de seguridad [6]. 4.1. Generación de las páginas de la interfaz de usuario La presentación de las páginas se hace de manera independiente al contenido, lo cual permite acceder en su modo particular de visualización a terminales de diferente naturaleza (PDA, PC, teléfonos móviles, etc.). Se deberá ser capaz de detectar el tipo de terminal y adaptar la visualización, seleccionando la hoja de estilo (XSL) más adecuada, al menos, a dos modos: - Navegador basado en web - Navegador con protocolo WAP La página de hipertexto (HTML en el primer caso y WML en el segundo) se generará a partir del documento XML correspondiente, atendiendo al contenido de la hoja de estilo considerada. En el segundo caso, la presentación se acomodará al terminal WAP de peores prestaciones (texto de 16x15 caracteres e imágenes de 91x47 pixeles). Asimismo, las páginas serán generadas por el servidor, para liberar al terminal de carga computacional y necesidades de memoria. Esto conlleva, además, un incremento en la velocidad de ejecución de la aplicación. En la Fig. 2 se muestra un ejemplo de jerarquía de la interfaz de usuario, para ambos tipos de interfaces (web, WAP), extraída de [1]. 4.2. Diálogo con la base de datos Como es habitual, el diálogo se establece mediante el lenguaje estándar SQL, a través del código de las páginas PHP creadas. Se puede optar por un gestor de bases de datos gratuito en primera fase, ya que el uso de SQL permite sustituir esta implementación por otra distinta, sin afectar al resto del sistema. 5. Fases en el proceso de comunicación La comunicación entre la SIG y la vivienda se realizará mediante una conexión. Este tipo de conexiones se factura por bytes de información transmitidos, por lo que resultará muy económica en este caso, al tratarse de información de control y estado, que constituye un volumen pequeño de datos. Persianas Habitación Jardín Persianas Activar Habitación Desactivar Jardín BASE DE DATOS Luz comedor Luz habitación Luz jardín Alarma recibidor Alarma comedor Persiana habitación Persiana comedor Luces Persianas Persianas Recibidor Persianas Recibidor Conectar Desconectar Persianas Habitación Persianas Habitación Subir Bajar Páginas generadas a partir de la base de datos Páginas prediseñadas Figura 2. Ejemplo de una interfaz de usuario remota
Sin embargo, para minimizar el gasto, dicha conexión será desactivada transcurrido un cierto intervalo de tiempo sin que se haya transmitido información (por ejemplo, 5 horas), ya que una conexión TCP/IP envía información de protocolo aun cuando no existan datos que enviar. La reactivación de la conexión la debe realizar el terminal situado en la vivienda. En el caso de alarmas esto no constituye ningún problema, pues la conexión se inicia en este extremo. En el caso en que el usuario desee enviar una orden a la vivienda, a través de la SIG, y sea ésta quien deba iniciar la comunicación, comenzará enviando un SMS de inicio de conexión a la vivienda, que iniciará automáticamente una nueva conexión a internet, para recibir los datos. Conclusiones El sistema desarrollado permite una comunicación eficiente y flexible con viviendas domóticas que no se encuentren dotadas de una conexión permanente a internet o una línea telefónica del servicio fijo, permitiendo la actuación y monitorización de la misma de manera remota desde cualquier terminal con conexión a internet, desde terminales GSM hasta PC tradicionales. Además, es completamente abierto, en el sentido de que puede ser utilizado para controlar cualquier tipo de instalación domótica, sin depender de un fabricante o gama concretos. La única tarea necesaria para ello es el desarrollo de las placas secundarias de control adecuadas para cada caso específico. Se considera un gran avance el disponer de esta plataforma a nivel de explotación comercial, ya que podrá contribuir en gran medida al acercamiento del campo de la Domótica al público general, a unos costes bastante reducidos. Referencias [1] S. Alcántara Segura, Proyecto de Sistema de Control Domótico, TecnoMarkets, Galería de Tecnologías de la Información y Telecomunicaciones nº 10, 4 de junio de 2001, Revista electrónica. [2] K. Wacks, Home systems standards: achievements and challenges, IEEE Communications Magazine, Vol. 40, Issue 4, Abril 2002, pp. 152-159. [3] D. Valtchev e I. Frankov, Service gateway architecture for a smart home, IEEE Communications Magazine, Vol. 40, Issue 4, Abril 2002, pp. 126-132. [4] Neng-Shiang Liang, Li-Chen Fu y Chao-Lin Wu, An integrated, flexible, and internet-based control architecture for home automation system in the internet era, International Conference on Robotics and Automation 2002 (ICRA 02), Proceedings, Vol. 2, pp. 1101-1106. [5] F. Mateos, M.R. Poo, M. García y R. Olaiz, Villa domótica: vivienda a escala 1:12 automatizada con Simatic S7-200, El mundo de la Domótica, nº 40, Diciembre 2002. [6] A. Herzog, N. Shahmehri, A. Bednarski, I. Chisalita, U. Nordqvist, L. Saldamli, D. Szentiványi y M. Östring, Security Issues in E-Home Network and Software Infraestructures, 3 rd Conference on Computer Science and Systems Engineering, Proceedings, Linköping, Norrköping, Suecia, 2001, pp. 155-161. [7] J. Barton y T. Kindberg, The challenges and opportunities of integrating the physical world and networked systems, HP Labs Technical Report, (HPL-2001-31), 31 de enero de 2001.