Protocolos de los sistemas domóticos
Repaso de los principales protocolos empleados en sistemas domóticos.
¿Qué son los sitemas domóticos?
Se conoce como sistema domótico a la interconexión que existe entre los distintos dispositivos domóticos que se encargan de la automatización de los procesos de iluminación, seguridad y energéticos una vivienda o edificio.
Tipos de sistemas domóticos que existen
Dentro de la domótica, no existen tipos de domótica, sino que más allá de los sensores, los interruptores y múltiples dispositivos electrónicos que recopilan información a través de un sistema interconectado, existen diferentes tipos de sistemas domóticos dentro de una vivienda como:
- Sistema domótico centralizado
- Sistema domótico descentralizado.
- Sistema domótico distribuido.
Veamos cada uno de ellos con sus ventajas y desventajas a continuación.
Sistema domótico centralizado
Quizás el sistema más popular y utilizado en las casas debido a su gran capacidad de almacenar información en tiempo real. Este tipo de domótica casera funciona a través de un cerebro o unidad de control central.
Este ordenador principal se encarga de recopilar todos los datos proporcionados por los sensores ubicados en los puntos estratégicos de la casa con el objetivo de generar una orden gracias a un algoritmo en la memoria del sistema.
Ventajas del sistema centralizado
- Los sensores y actuadores que utiliza son de tipo universal, de forma que su instalación y posterior utilización son simples, además tiene un precio bastante económico en comparación a otros sistemas.
- Además de los sensores el sistema centralizado cuenta con interfaces vocales vía llamada telefónica y control remoto vía internet.
Desventajas del sistema centralizado
- La presencia de cables hace que el sistema central sea un poco limitado.
- Si la unidad central falla, el sistema domótico en la vivienda se ve afectado hasta que la computadora se reinicie.
Sistema domótico descentralizado
A diferencia de la domótica centralizada, este sistema funciona de manera independiente. Cada sensor se encarga de enviar y recibir información actuando como un sistema centralizado, generando una respuesta sin importar lo que hayan registrado otros sensores.
En otras palabras, existe más de un cerebro, lo que permite una reducción importante en el tiempo de respuesta del sistema.
Ventajas del sistema descentralizado
- A diferencia del sistema centralizado, este se caracteriza por poseer menor densidad de cables.
- Es muy fácil de ampliar debido al sistema de red con el que funciona.
- Gracias a su sistema independiente ofrece un mejor rendimiento.
Desventajas del sistema descentralizado
- Sus periféricos no son del tipo universal.
- Requiere de un técnico especializado para su instalación.
Sistema domótico distribuido ¿Qué es?
Ahora bien, cuando se habla de domótica distribuida, se hace referencia a la inteligencia artificial, gracias a que este sistema es capaz de tomar decisiones propias.
Cada uno de los sensores y/o actuadores funciona como un ordenador que tiene la capacidad de recopilar información y generar una respuesta de acuerdo a lo que recibe de los otros controladores instalados en la vivienda.
Ventajas del sistema domótico distribuido
- Además de tomar decisiones por su propia cuenta, una de sus principales ventajas es la seguridad y eficiencia con la que actúa.
- Permite la personalización de la red y de sus controladores.
- A pesar del tipo de domótica tan sofisticada que utiliza, su coste es relativamente bajo.
Desventajas del sistema domótico distribuido
- Su gran punto débil es que requiere de un profesional especializado para su instalación y programación.
Como verás, los sistemas domóticos se encargan de recibir y procesar información con la tarea de generar una respuesta que le permita al usuario tomar una decisión o hacerlo de manera propia en el menor tiempo posible.
Topología de Redes domóticas
La domótica es un campo de la tecnología inteligente que hace uso de las redes informáticas, es por eso que el funcionamiento de los diferentes sistemas se basa en una estructura, mapa o lógica de comunicación. Es decir, la ruta por dónde viaja la información y cómo esta interconectada.
La topología de red domótica, entonces, está conformada por nodos, los cuales definen el tipo de sistema domótico en cuestión.
Topología en Estrella
Partiendo desde un servidor central o cerebro, la información en este caso viajará a diferentes puntos o nodos de la red.
La computadora central se encarga de recibir y almacenar todos los datos que recibe de los controladores que la rodean.
En este sentido, estaríamos hablando de un sistema centralizado donde, si el servidor principal falla, la red domótica dejaría de funcionar.
En el caso contrario, si uno de los nodos no responde el resto de los sensores y/o actuadores, seguirían trabajando con normalidad.
Topología de Anillo
Este es un tipo de red donde no existe un servidor local, la información viaja a través de un cable común al cual los controladores están conectados formando un círculo o anillo.
En comparación a otras topologías, esta es bastante simple, ya que los datos circulan en un solo sentido, de manera que si un nodo falla el sistema colapsa.
En pocas palabras, es uno de los sistemas menos recomendables.
Topología de Bus
Este tipo de red domótica se caracteriza por funcionar a través de un único cable central o Bus de datos a través de cual se conectan en forma de ramificaciones todos los controladores del sistema.
La comunicación viaja de manera secuencial hacia los distintos nodos del sistema, pero siempre a través del cable central. Por tanto, si el Bus de datos no responde, el sistema deja de funcionar.
Tipos de protocolos utilizados en los sistemas domóticos
Sistemas domóticos cerrados o de propietarios
Estos son protocolos que pertenecen a una marca o a un fabricante específico y, por lo tanto, solo el productor puede realizar actualizaciones y crear equipos con el mismo lenguaje de programación.
Sistemas domóticos abiertos o estándar
A diferencia de los sistemas domóticos cerrados, el estándar es de carácter universal y, por lo tanto, son compatibles con diferentes dispositivos.
En este sentido, no existen patentes que protejan el código del protocolo y, por tanto, cualquier fabricante puede desarrollar mejoras.
Protocolo de domótica Z Wave
El protocolo de domótica Z-Wave es un sistema de comunicación inalámbrico que funciona a través de la comunicación RF.
Está hecho especialmente para utilizar herramientas de control, monitoreo y análisis de ambientes cerrados como viviendas o centros comerciales.
Este tipo de sistema domótico trabaja con tecnología de radiofrecuencia de baja potencia y soporta redes de malla.
Opera con banda sub-1 Ghz, protegiéndola de la interferencia de redes inalámbricas 2,4 Ghz; Wifi, Bluetooth, ZigBee, entre otras.
Se caracteriza por soportar velocidades de hasta 100 kbps y es compatible con IPv6.
Protocolo de domótica ZigBee
En comparación a otros protocolos implementados en la domótica casera, el ZigBee es un estándar.
Funciona con IEEE 802.15.4 para redes inalámbricas personales como Wireless Personal Area Network y WPAN.
Su principal objetivo es que los controladores que están conectados a la red domótica funcionen con un bajo tráfico de datos para incrementar la vida útil de las baterías.
La tecnología ZigBee posee un mejor desempeño a la hora de enviar información, gracias que posee rangos de alcance hasta los 80 metros.
Su capa MAC está diseñada para soportar más de 64.000 nodos de red siempre y cuando todos los sensores y/o actuadores tengan una dirección IEEE de 8bytes.
Otra de sus características más representativas es que trabaja con bandas libres ISM (Industrial, Scientific & Medical) de 2,4 Ghz, 868 Mhz y/o 915 Mhz.
Gracias a que el protocolo ZigBee posee un identificador de red único, pueden coexistir hasta 16.000 redes diferentes en un mismo canal de comunicación y cobertura.
Protocolo de domótica Modbus
En términos generales, el protocolo de domótica Modbus funciona mediante una relación Master-Slave, que traducido del inglés significaría Maestro-Esclavo.
La domótica en este caso es unilateral y recíproca. Para que un dispositivo funcione debe iniciar un mensaje y esperar que el otro equipo envíe una respuesta.
Por esta razón, se habla de un protocolo de solitud-respuesta, donde el Maestro es el principal responsable de iniciar cada actividad, normalmente a través de un interfaz HMI (humano/máquina) o sistema SCADA.
El Esclavo, por su parte, es un sensor o dispositivo que responde a través de un controlador PLC (controlador lógico programable) o PAC (controlador de automatización programable).
Cada una de las solicitudes y respuestas enviadas entre ambas partes es definida por las denominadas capas del protocolo.
Sin embargo, Modbus utiliza una base a serial, lo que significa que no puede ser divida en múltiples capas.
Y aunque su funcionamiento parezca algo contradictorio, lo cierto es que este protocolo domótico se vale de redes TCP/IP y UDP (User Datagrm Protocol) para separar el protocolo principal y poder definir la capa de red, la PDU (unidad de datos de protocolo) y finalmente controlar la unidad de datos de aplicación (ADU).
Protocolo de domótica BACnet
En comparación a cualquier otro método de transmisión de datos en red, el protocolo BACnet es uno de los más potentes del mercado.
Mayormente utilizado por edificios, comprende funciones de climatización, iluminación, seguridad y ahorro energético.
Creado por ASHRAE, desde el año 2003 funciona bajo el estándar abierto ISO 16484-5, desarrollado para la automatización de un edificio.
A diferencia de otros protocolos de domótica, este incluye servicios como Who-Is, I-am, Who-Has y I-Have generalmente usados para detectar objetos en habitaciones.
Del mismo modo, incorpora funciones como ventilación, refrigeración, iluminación, control de puertas y cámaras.
Protocolo de domótica KNX
El sistema KNX es un protocolo de red domótica que funciona a través del cableado Bus de datos, es un estándar abierto y especialmente diseñado para el control de casas.
Su tecnología de transmisión KNX comprende los sistemas de radio frecuencia, par trenzado, línea de fuerza, IP/Ethernet, entre otros.
Gracias al cable Bus se pueden conectar tanto sensores como actuadores y todas las funciones de cada uno de ellos pueden ser administradas a través de un sistema centralizado.
Suele utilizar dos 2 tipos de software; de gestión y de control.
- El primero de ellos se usa para configurar los equipos conectados y ejecutarlos bajo ETS, un programa que funciona a través de Windows.
- El software de control, por otro parte, ofrece un interfaz donde se puede visualizar el estado de cada sensor o controlador, registrar eventos, crear tareas, realizar diagnósticos, entre otras funciones.
Soporta tanto sistemas de transmisión inalámbricos como cableados; Ethernet (IP) Radiofrecuencia (RF) Par trenzado (TP) Corrientes portadoras (PL).
Protocolo de domótica LonWorks
Inspirada en el protocolo abierto LonTalk, LonWorks es una plataforma de comunicación domótica diseñada para la gestión y automatización de edificios.
Funciona a través de sensores y actuadores interconectados mediante tecnología LON (Local Operating Network), un entramado de controladores que permite intercambiar datos en tiempo real y ejecutar funciones de monitoreo y control sobre diferentes medios de transmisión.
Su principal característica es su Bus único, el cual gracias a la tecnología LON permite que diferentes controladores y sensores puedan coexistir a través de una sola red común.
Su sistema es muy versátil, es compatible con diferentes integradores, redes, fabricantes, sensores y sistemas.
Bajo la tecnología LonWorks todos estos controladores, actuadores y dispositivos pueden coexistir, es decir, las luces, el monitoreo, la climatización, la seguridad, equipos y demás medidores comparten la misma información a través de un detector de presencia.
Medios de transmisión utilizados por los sistemas domóticos
En los sistemas domóticos un medio de transmisión de datos es el canal o tecnología que permite la circulación de la información entre dos equipos electrónicos.
Dicho intercambio de datos se genera a través de un medio físico o mediante un espectro intangible, en cualquiera de los casos cada transmisor funciona de forma diferente.
Transmisión por corrientes portadoras
La transmisión por corrientes portadoras o tecnología X10 es un estándar de comunicación utilizado para transmitir datos entre dispositivos que forman parte de una red domótica en una vivienda que posee red eléctrica 220V y/o 110V.
La red de transmisión X10 funciona a través de los diferentes puntos de corriente eléctrica en casa. Originalmente permite controlar el sistema de iluminación a través de funciones como: encender, apagar, atenuar, iluminar todo o apagar todo.
Es comúnmente utilizada para conectar redes de comunicación doméstica como Internet y teléfono.
Generalmente emite una señal de baja frecuencia encriptada por debajo del voltaje eléctrico del entramado de cables.
Transmisión Cableada
Los medios de transmisión cableados o guidados están compuestos técnicamente por uno o varios cables que tienen como objetivo llevar información de un lugar a otro.
En este sentido, los cables utilizados dentro de una red de sistemas domóticos domótica atienden entre otros aspectos la velocidad, la distancia, la fiabilidad y el tipo de conductor.
Por esta razón, los medios de transmisión cableados más utilizados para crear sistemas de comunicación son:
- El cable coaxial, este tipo de alambre utiliza señales con un rango de frecuencia muy alto, posee un núcleo solido de cobre enfilado recubierto por materiales aislantes, una malla conductora y una envoltura de plástico.
- El Par trenzado, como su nombre lo indica, está compuesto por diferentes hilos de cobre conductores entramados entre sí formando un solo cable o conector. Un mayor número de cables corresponde a un mejor rendimiento. Actualmente existen de dos tipos: UTP (Unshield Twisted Pair) y STP (Shield Twisted Pair).
Transmisión por Fibra óptica
A diferencia de sus predecesores, la fibra óptica usa luz confinada en una fibra de vidrio para transmitir datos, de esta forma este cable logra enviar enormes cantidades de información en cuestión de segundos.
Dicha tecnología domótica funciona de dos formas diferentes de transmisión: Multi-modo y Mono-modo.
- El primer modo utiliza rayos de luz que viajan en forma constante a través de los diferentes cables de fibra de vidrio hasta llegar al receptor.
- El mono-modo, por otro lado, es fabricado con un diámetro de fibra más pequeño y por lo tanto utiliza una fuente de luz más enfocada y limitada.
En cualquier caso, ambos métodos de propagación de la luz continúan siendo muchos más veloces que los medios convencionales de transmisión de datos.
Transmisión inalámbrica
Los medios de transmisión inalámbrica o no guiada no son más que los canales de comunicación que utilizan un espectro o banda electromagnética para enviar datos de un extremo a otro.
En este sentido existen diferentes tecnologías para instalar domótica sin cables:
- Antena, utilizada durante décadas para enviar y recibir señales electromagnéticas. Es un dispositivo que utiliza la energía eléctrica como medio para enviar señales de un punto a otro.
- Bluetooth. Tecnología que funciona a través de enlaces vinculados de radiofrecuencia que facilitan la transmisión de datos en diferentes formatos entre dos dispositivos.
- WiFi. Es una tecnología que gracias a un modem permite que varios equipos electrónicos se conecten de manera simultánea y compartan información en tiempo real.
- Infrarrojo. A pesar de su desuso, funciona perfectamente para enlazar transmisores o sensores y obtener una red domótica más barata.
Fuentes:
Micasainteligente