Domótica

El término domótica proviene de la unión de las palabras domus (que significa casa en latín) y tica (de automática, palabra en griego, 'que funciona por sí sola'). Se entiende por domótica al conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar. Se podría definir como la integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto.

De una manera general, un sistema domótico dispondrá de una red de comunicación que permite la interconexión de una serie de equipos a fin de obtener información sobre el entorno doméstico y, basándose en ésta, realizar unas determinadas acciones sobre dicho entorno.

Los elementos de campo (detectores, sensores, captadores, actuadores, etc.), transmitirán las señales a una unidad central inteligente que tratará y elaborará la información recibida. En función de dicha información y de una determinada programación, la unidad central actuará sobre determinados circuitos de potencia relacionados con las señales recogidas por los elementos de campo correspondientes. 

Cortacésped automatizado

Los Dispositivos

La amplitud de una solución de domótica puede variar desde un único dispositivo, que realiza una sola acción, hasta amplios sistemas que controlan prácticamente todas las instalaciones dentro de la vivienda. Los distintos dispositivos de los sistemas de domótica se pueden clasificar en los siguientes grupos:

● Controlador – Los controladores son los dispositivos que gestionan el sistema según la programación y la información que reciben. Puede haber un controlador solo, o varios distribuidos por el sistema.

● Actuador – El actuador es un dispositivo capaz de ejecutar y/o recibir una orden del controlador y realizar una acción sobre un aparato o sistema (encendido/apagado, subida/bajada, apertura/cierre, etc.).

●  Sensor – El sensor es el dispositivo que monitoriza el entorno captando información que transmite al sistema (sensores de agua, gas, humo, temperatura, viento, humedad, lluvia, iluminación, etc.).

● Bus – Es bus es el medio de transmisión que transporta la información entre los distintos dispositivos por un cableado propio, por la redes de otros sistemas (red eléctrica, red telefónica, red de datos) o de forma inalámbrica.

● Interface – Los interfaces refiere a los dispositivos (pantallas, móvil, Internet, conectores) y los formatos (binario, audio) en que se muestra la información del sistema para los usuarios (u otros sistemas) y donde los mismos pueden interactuar con el sistema. 

Es preciso destacar que todos los dispositivos del sistema de domótica no tienen que estar físicamente separados, sino varias funcionalidades pueden estar combinadas en un equipo. Por ejemplo un equipo de Central de Domótica puede ser compuesto por un controlador, actuadores, sensores y varios interfaces. 

Características de la vivienda inteligente

● Control remoto desde dentro de la vivienda:    a través de un esquema de comunicación con los distintos equipos (mando a distancia, bus de comunicación, etc.). Reduce la necesidad de moverse dentro de la vivienda, este hecho puede ser particularmente importante en el caso de personas de la tercera edad o discapacitadas.

● Control remoto desde fuera de la vivienda:    presupone un cambio en los horarios en los que se realizan las tareas domésticas (por ejemplo: la posibilidad de que el usuario pueda activar la cocina desde el exterior de su vivienda, implica que previamente ha de preparar los alimentos) y como consecuencia permite al usuario un mejor aprovechamiento de su tiempo.

● Programabilidad:    el hecho de que los sistemas de la vivienda se pueden programar ya sea para que realicen ciertas funciones con sólo tocar un botón o que las lleven a cabo en función de otras condiciones del entorno (hora, temperatura interior o exterior, etc.) produce un aumento del confort y un ahorro de tiempo.

Cortacésped automatizado

● Acceso a servicios externos:    servicios de acceso a Internet, telecompra, etc. Para ciertos colectivos estos servicios pueden ser de gran utilidad (por ejemplo, unidades familiares donde ambos cónyuges trabajan) ya que producen un ahorro de tiempo. Ejemplo: Neveras  que detectan los productos que hay en su interior y hacen pedidos acorde con las cosas que se van utilizando.

Arquitectura

Desde el punto de vista de donde reside la inteligencia del sistema domótico, hay varias arquitecturas diferentes:

● Arquitectura Centralizada:    un controlador centralizado recibe información de múltiples sensores y, una vez procesada, genera las órdenes oportunas para los actuadores.

● Arquitectura Distribuida:    toda la inteligencia del sistema está distribuida por todos los módulos sean sensores o actuadores. Suele ser típico de los sistemas de cableado en bus, o redes inalámbricas.

● Arquitectura Descentralizada:     hay varios controladores, interconectados por un bus, que envía información entre ellos y a los actuadores e interfaces conectados a los controladores, según el programa, la configuración y la información que recibe de los sensores, sistemas interconectados y usuarios.

● Arquitectura mixta:    sistemas con arquitectura descentralizada en cuanto a que disponen de varios pequeños dispositivos capaces de adquirir y procesar la información de múltiples sensores y transmitirlos al resto de dispositivos distribuidos por la vivienda, p.ej. aquellos sistemas basados en Zigbee y totalmente inalámbricos.

Estándares

Hay muchos estándares en el mercado que varían según el tipo de tecnología utilizado y lo que se quiere conseguir. Nosotros vamos a estudiar dos en particular: KNX y LonWorks.

KNX / EIBSe trata de un protocolo de comunicaciones estándar, multimedio y abierto, Normalizado en Europa (no en América) cuyo ámbito actuación se reduce a viviendas y, en menor medida, edificios.

KNX es la resultante de unir otras tres tecnologías, BATIBUS, EIB y EHS, buscando obtener una resultante mas potente de lo mejor de cada una de ellas, aunque la base sobre la que se sustenta es EIB (European Installation Bus). Esta unión se produjo por la irrupción en Europa de LON (Local Operating Networks) o LonWorks que de la mano de ECHELON y diferentes fabricantes, fue poco a poco “comiéndole” mercado a las anteriores, mostrándose como un protocolo mas rápido, fiable y robusto.

Como decíamos, KNX es un protocolo multimedio, es decir, podremos transmitir las señales por cable dedicado (BUS), Power Line, RF (radiofrecuencia, aquí le gana la partida a LON) y en breve se espera a los infrarrojos.

Todos los dispositivos son inteligentes, no requieren de una unidad de control central. Esto permite una gran adaptación a todo tipo de instalaciones, tanto de gran tamaño como pequeñas.

En resumen, se trata de, partiendo de los sistemas EIB, EHS y Batibus, crear un único estándar europeo que sea capaz de competir en calidad, prestaciones y precios con otros sistemas norteamericanos como el Lonworks o CEBus.  Se puede afirmar que el nuevo estándar tendrá lo mejor del EIB, del EHS y del Batibus y que aumentará considerablemente la oferta de productos para el mercado residencial el cual ha sido, hasta la fecha, la asignatura pendiente de este tipo de tecnologías. 

En esta asociación participan empresas de la talla de Siemens, Schneider, ABB o Jung. Su objetivo primordial es la estandarización (EN 50090,ISO/IEC 14543) de los buses en el ámbito del hogar y los edificios (con miras a la domótica).

La herramienta de programación es única, y se denomina ETS (Engineering Tool Software).

Cosas que podemos hacer:

● Regulación de la iluminación

● Control de subida y bajada de persianas

● Regulación de la calefacción. Ventilación y climatización

● Gestión de cargas eléctricas

● Vigilancia y avisos

● Interfaces para sistemas de servicios y sistemas de control de edificios

Pudiéndolo utilizar en Oficinas, Hoteles,Escuelas, Polideportivos, Grandes superficies, Ayuntamientos, Viviendas 

Ventajas

● Interoperabilidad: Esto asegura que productos de diferentes fabricantes usados en diferentes aplicaciones se podrán comunicar entre ellos. Esto permite una gran flexibilidad a la hora de  ampliar o modificar las instalaciones.

● Alta calidad del producto: Al convertirse en un estándar todos los fabricantes están obligados a pasar una serie de tests y pruebas de calidad y compatibilidad. Tanto por entidades externas como del la propia asociación.

● Funcionalidades externas: A pesar de que el bus KNX ofrece soluciones para las aplicaciones más comunes, es altamente flexible y permite que cualquier fabricante cree nuevas interfaces de comunicación entre dispositivos.

● Compatibilidad: Es retro compatible con productos de la antigua EIB.

● Sin royalties: La asociación es abierta y y de plataforma independiente.

● Ahorro de dinero: Una vez superada la inversión inicial, un sistema KNX aporta un claro abaratamiento respecto a los sistemas tradicionales. Casi un 50%.

● Ahorro de tiempo: Enlazar todos los dispositivos de control sencillamente mediante un bus, reduce considerable el tiempo de diseño e instalación. Una única herramienta que es independiente de la aplicación y del fabricante llamada "Engineering Tool Software" (ETS) permiten el diseño, la implementación y la configuración de la instalación que posea productos certificados KNX. Debido a que la herramienta es independiente del fabricante, el integrador de sistemas podrá combinar en la instalación los productos de diferentes fabricantes en diferentes medios de comunicación (par trenzado, radio frecuencia, línea de fuerza y/o IP/Ethernet).

Instalación mínima

● Fuente de alimentación a 24V

● Sensores

● Actuadores

● Cable bus (único par trenzado) [veremos más adelante que no es la única opción]

Modos de funcionamiento

1. S.mode (System mode): la configuración de Sistema usa la misma filosofía que el EIB actual, esto es, los diversos dispositivos o nodos de la nueva instalación son instalados y configurados por profesionales con ayuda de la aplicación software especialmente diseñada para este propósito.

2. E.mode (Easy mode): en la configuración sencilla los dispositivos son programados en fábrica para realizar una función concreta. Aún así deben ser configurados algunos detalles en la instalación, ya sea con el uso de un controlador central (como una pasarela residencial o similar) o mediante unos microinterruptores alojados en el mismo dispositivo (similar a muchos dispositivos X­10 que hay en el mercado).

3. A.mode (Automatic mode): en la configuración automática, con una filosofía Plug&Play ni el instalador ni el usuario final tienen que configurar el dispositiv. Este modo está especialmente indicado para ser usado en electrodomésticos, equipos de entretenimiento (consolas, set­top boxes, HiFi, ...) y proveedores de servicios.

Visto de otra manera, ¿Qué aportan de nuevo estos modos?

● S.mode: está especialmente pensada para su uso en instalaciones como oficinas, industrias, hoteles, etc. Sólo los instaladores profesionales tendrán acceso a este tipo de material y a las herramientas de desarrollo. Los dispositivos S.mode sólo podrán ser comprados a través de distribuidores eléctricos especializados.

● E.mode: cualquier electricista sin formación en manejo de herramientas informáticas o cualquier usuario final un poco "manitas", podrán conseguir dispositivos E.mode en ferreterías, almacenes de productos eléctricos o tiendas de bricolaje. Aunque la funcionalidad de estos productos esta limitada (viene establecida de fábrica), la ventaja de este modo es que se configuran en un instante seleccionando en unos microinterruptores las opciones ofrecidas con una pequeña guía de usuario. Para los que conozcan el popular X­10 de amplio uso en EE.UU, comentar que los dispositivos E.mode aplican la misma filosofía.

● A.mode: es el objetivo al que tienden muchos productos informáticos y de uso cotidiano. Con la filosofía Plug&Play, el usuario final no tiene que preocuparse de leer complicados manuales de instalación o perderse en un mar de referencias o especificaciones. Tan pronto como conecte un dispositivo A.mode a la red este se registrará en las bases de datos de todos los dispositivos activos en ese momento en la instalación o vivienda y pondrá a disposición de los demás sus recursos (procesador, memoria, entradas/salidas, etc). Es la misma filosofía que la iniciativa de Sun Microsystems con el Jini o de Microsoft con el Universal Plug&Play. Este tipo de productos se vendrán en las "gasolineras" o en unos grandes almacenes. Son los fabricantes de electrodomésticos y de pasarelas residenciales, así como los proveedores de servicios (telecos, eléctricas, ISPs), los más interesados en este tipo de productos ya que permitirán ofrecer nuevos servicios a sus clientes de forma rápida y sin necesidad de complicadas instalaciones.

Nivel Físico

Respecto al nivel físico el nuevo estándar podrá funcionar sobre:

● Par trenzado (TP1): aprovechando la norma EIB equivalente.

● Par trenzado (TP0): aprovechando la norma Batibus equivalente.

● Ondas Portadoras (PL100): aprovechando la norma EIB equivalente.

● Ondas Portadoras (PL132): aprovechando la norma EHS equivalente.

● Ethernet: aprovechando la norma EIB.net.

● Radiofrecuencia: aprovechando la norma EIB.RF

● Infrarrojo: aprovechando la norma EIB.IR

EIB.TP (twisted pair): sobre par trenzado a Type 0 – 4800bps / Type 1 ­ 9600 bps. Además por estos dos hilos se suministra 24 Vdc para la telealimentación de los dispositivos EIB. Usa la técnica CSMA con arbitraje positivo del bus que evita las colisiones evitando así los reintentos y maximizando el ancho de banda disponible.

EIB.PL (Power Line): Corrientes portadoras sobre 230 Vac/50 Hz (powerline) a PL­110 – 110kHz – 1200bit/s  / PL­130 kHz – 130  ­ 2400 bit/s. Usa la modulación SFSK (Spread Frequency Shift Keying) similar a la FSK pero con las portadoras más separadas. La distancia máxima que se puede lograr sin repetidor es de 600 metros.

EIB.net (Ethernet): usando el estándar Ethernet a 10 Mbps (IEC 802­2). Sirve de backbone entre segmentos EIB además de permitir la transferencia de telegramas EIB a través del protocolo IP a viviendas o edificios remotos.

EIB.RF (RadioFrequency): Radiofrecuencia: usando varias portadoras, se consiguen distancias de hasta 300 metros en campo abierto. Para mayores distancias o edificios con múltiples estancias se pueden usar repetidores. 38.4 kbits/s.

EIB.IR (InfraRed): Infrarrojo: para el uso con mandos a distancia en salas o salones donde se pretenda controlar los dispositivos EIB instalados. En la práctica, sólo el par trenzado ha conseguido una implantación masiva mientras que los demás apenas han conseguido una presencia testimonial.

Topología de la red

Entendemos por topología a la estructura que adquiere la red de comunicaciones a través de la cual se comunican todos los componentes bus de la instalación.

La topología en KNX se divide principalmente en áreas y líneas básicamente. Un área alberga varias líneas y una línea alberga a su vez a segmentos de línea, siendo los segmentos de línea la unidad más pequeña en la topología KNX. Aunque, como normalmente en estos casos, tenemos un límite el cual no podemos sobrepasar en una instalación si queremos que todo funcione correctamente. Una línea consta de un máximo de 4 segmentos de línea y cada segmento de línea puede “acoger” a un máximo de 64 componentes bus. Como máximo cada área puede acoger a 15 líneas y el número máximo de áreas en la instalación puede ser de 15.

Haciendo unos cálculos rápidos; el número máximo de componentes bus en una instalación en esas 15 áreas y aprovechando al máximo el sistema bus es de 58.000 aparatos. Esta claro que dividiendo la instalación KNX en líneas y áreas, la funcionalidad del sistema se incrementa considerablemente haciendo posible utilizar KNX en grandes instalaciones. 

Gestionar la comunicación de todos los componentes de forma eficaz y diseñar las instalaciones correctamente requiere conocer KNX profundamente ya que como veis es un sistema complejo con una importante estructura de red y con un protocolo y procesos muy buen definidos en todos sus niveles y capas.

Distribución y componentes

Todos los componentes bus están distribuidos por la instalación. En la instalación existen unos componentes especiales llamados acopladores, los cuales funcionan de una manera u otra en función de su ubicación y del firmware que tengan embebido. Estos acopladores realizan la función de amplificadores o de filtros. No nos olvidemos de las fuentes de alimentación que también están enganchadas al bus, dando alimentación a los componentes bus, de hecho, el número real de componentes bus conectados dependen de las fuentes de alimentación seleccionadas y del consumo de cada aparato individual. Cada segmento de línea debe ser alimentado mediante una fuente de alimentación adecuada.

Cada componente bus puede intercambiar información con cualquier otro componente bus por medio de telegramas. Los acopladores pueden denominarse acopladores de línea o de área en función de si conexionan diferentes líneas (acopladores de línea) o diferentes áreas (acopladores de áreas). En estas conexiones el acoplador se diseñará en función de nuestras necesidades para que actúe como un simple amplificador o como un filtro. El aspecto del componente físico es el mismo, lo único que cambia es el software que lleva embebido. Es importante señalar que estos acopladores cuentan en el direccionamiento de los componentes como uno más, reduciendo el número de componentes máximo en función de los que tengamos que poner.

Acopladores y Amplificadores

El acoplador que funciona como amplificador lo único que hace (que no es poco) es amplificar los telegramas que le llegan por un extremo y pasarlos al otro amplificados. Se utilizan como expansión de esa línea o área para cubrir distancias entre componentes bastantes grandes, en concreto tenemos con cada acoplador funcionando como amplificador una longitud de cable adicional de 1.000 metros . Un acoplador que funciona como filtro sólo dejará pasar de un extremo a otro los telegramas que tenga en su tabla de filtros, usualmente, los telegramas que vayan dirigidos a algún componente que se encuentre fuera de la línea o área a la cual pertenece. Con esto evitamos tráfico de telegramas innecesarios en la instalación, evitando colisiones y posibles “colapsos” del sistema.

Adaptación a otros sistemas

Se puede conectar mediante un “gateway” a otros sistemas como: RDSI, SPS (FR), Internet y otras tecnologías de redes domóticas. 

Otros

Dispositivos

● Cada dispositivo que se conecta al bus se puede dividir en tres partes:

○ Unidad de acoplamiento al bus (BCU ­ Bus Coupling Unit)

○ Módulo de la aplicación (AM ­ Application Module)

○ Programa de la aplicación (AP ­ Application Program)

● El módulo BCU:

○ implementa la comunicación con el bus y mantiene el estado interno del dispositivo

○ Está dividido en dos partes:

■ El transmisor

■ El controlador es un microprocesador con un mapa de memoria formado por:

● ROM

● RAM

● EPROM

● El módulo de la aplicación (AM):

○ Se encarga de particularizar cada aplicación en concreto.

● El programa de la aplicación (AP):

○ Engloba toda la parte software del dispositivo, que será diferente para cada uno según la función que realicen.

● Los dispositivos pueden incluir los tres módulos o puede haber fabricantes que proporcionen módulos independientes

○ Para el caso de que el módulo BCU y el módulo AM que se adquieran por separado la conexión está normalizada mediante la Interfaz Externa y Física (PEI Physical External Inteface). 

El Software Estandarizado ETS

● ETS: Engineering Tool Software 

○ Permite la realización de instalaciones más manejables y más funcionales con menor coste. 

○ Permite una utilización flexible del edificio y de la instalación eléctrica. 

○ Tiene unidades de organización de fases de estudio, diseño, puesta en servicio, documentación, diagnóstico... 

● Funciones principales

○ Asignación de direcciones físicas

○ Programación/Parametrización del software de los sensores y actuadores

○ Asignación de direcciones de grupo

Pantalla Explotación

LONWORKS

LonWorks es una tecnología de control domótico de la compañía americana Echelon Corp (http://www.echelon.com). 

Al igual que KNX, LonWorks puede utilizar una gran variedad de medios de transmisión: aire, par trenzado, coaxial, fibra, o red eléctrica. Requiere la instalación de "nodos" a lo largo de la red que gestionan los distintos sensores y actuadores. La instalación y configuración de estos nodos debe ser realizada por profesionales utilizando las herramientas informáticas apropiadas (Lonmaker). 

LonWorks es una tecnología muy robusta y fiable por lo que está especialmente indicada para la automatización industrial, ámbito del que procede, aunque actualmente encaja perfectamente tanto en el control de edificios como en la propia automatización industrial orientada al hogar digital. 

Por medio de un Bus (cable) de comunicaciones que une todas las plantas de la vivienda, los módulos a él conectados comparten información unos con otros. La gran ventaja de este sistema es que queda abierto a la incorporación de nuevos elementos que se integren en la red, como pueden ser luces exteriores de jardín, riego automático, alarmas técnicas en calderas, etc, así como el hecho de disponer de un cableado virtual mediante el cual, en cualquier momento se puede reconfigurar la instalación para conseguir actuaciones y funcionalidades diferentes. 

Ejemplo de una posible implementación:

GLOSARIO DE TERMINOS

En este glosario introduciremos algunos términos familiares relacionados con Lonworks:   

• ECHELON Echelon Corporation es la compañía, con sede en Palo Alto, California, que inventó, vende y da soporte al sistema LonWorks 

• LONMARK Asociación no comercial fundada por Echelon con el fin de desarrollar estándares que sean independientes del fabricante. La asociación genera una serie de guías para conseguir aplicaciones Lonworks interoperables. 

• NEURON CHIP Microprocesador principal, presente en la mayoría de los productos LonWorks originalmente diseñado por Echelon y fabricado por Cypress Semiconductors,Motorola y Toshiba. 

• ANSI/EIA/CEA 709.1­B   Es un protocolo de control de redes en el que están implementadas las 7 capasdel modelo ISO OSI. Este protocolo está implementado en el microprocesador Neuron Chip y en los Smart Transaiver´s de Echelon como protocolo LonTalk de Echelon. Puede estar contenido en diferentes procesadores. 

• ANSI/EIA 709.1­A Se trata de una versión más potente del protocolo de control de redes ANSI/EIA 709.1 que permite más de 15 entradas de tablas de direcciones por dispositivo. 

• LON ( Local Operating Network )   Para explicar este término utilizaremos el termino por todos nosotros conocido LAN. La diferencia entre una LON y una LAN es que una LAN está diseñada para mover información que puede ser larga y complicada, mientras que en una LON la información que recorre la red es breve y concisa (órdenes, mensajes de estado y control, etc.). Si en la LAN prima la velocidad de transmisión, en una LON es más importante la verificación y la correcta transmisión de la señal. 

• LONMAKER  LonMaker es un paquete software que proporciona las herramientas necesarias para el diseño, instalación y mantenimiento de redes de control LonWorks. 

• LONWORKS ( Dispositivo )   Todo dispositivo ( hardware y software ) que ejecuta una aplicación y que se comunica con otros dispositivos mediante el protocolo Lontalk.Típicamente incluye un Neuron Chipo o un Smart Transaiver de Echelon. 

• LONWORKS ( Red )   El conjunto de dispositivos inteligentes que utilizan el protocolo ANSI/EIA/CEA 709.1 para comunicarse, sobre uno o más canales de comunicación. 

• LONWORKS ( Sistema )   Toda la familia de hardware y software que ofrece Echelon y que permite crear, desarrollar, instalar y mantener una red LonWorks.

INTRODUCION A LONTALK

Como hemos dicho, la tecnología LonWorks fue diseñada hace cerca de diez años por la Corporación Echelon como una plataforma universal para casi cualquier sistema de control. La tecnología, principalmente el protocolo y el medio de programación fueron diseñados para ocuparse de las idiosincracias y demandas de las redes de control. El protocolo LonTalk es una completa realización de todas las 7 capas del modelo de referencia 0SI y no tiene que estar sólo abarcado por EIA (EIA­709) sino también por cuerpos estándard (IEEE, ANSI, IFSF, ASHRAE, CEN, SEMI y AAR para mencionar algunos). 

El protocolo está abierto al uso de cualquiera en cualquier plataforma (programación) y procesador. Los Chips Neurona memorizan y gestionan la comunicaión entre dispositivos. Toshiba, Cypress semiconductor y Motorola los manufacturan y los venden por todo el mundo. 

Actualmente hay alrededor de 8.5 millones de mecanismos instalados por todo el mundo que llevan incorporado un Chip Neurona. Para más información sobre el protocolo referirse a www.echelon.com/products/Core/default.htm

LonTalk, viene definido por la norma ANSI/EIA 709.1 o Control Estándar de la Red ; es el corazón del sistema LonWorks. En Europa se ha normalizado bajo la EN 14908. El protocolo proporciona un conjunto de servicios de comunicación que permite que una aplicación implementada en un dispositivo envíe y reciba mensajes desde y hacia otros dispositivos de la red sin necesidad de conocer la topología de la misma, ningún nombre de otro elemento, o de las funciones de las que son capaces el resto de dispositivos que se encuentran conectados a la red. 

El protocolo LonWorks sigue el modelo de referencia para la interconexión de sistema abiertos (OSI) desarrollado en 1984 por la ISO. El modelo de la OSI es un modelo basado en capas en el cual cada capa tiene sus responsabilidades y provee de servicios a la capa superior e inferior para que la comunicación sea eficaz y posible. 

El modelo de la OSI presenta 7 capas y Lontalk, que deriva de ese modelo, también: FísicaEnlace de datos Red Transporte Sesión Presentación Aplicación 

En un modelo de transmisión de datos siempre se entiende que la transmisión de datos está encapsulada con información que gestiona cada una de las capas del modelo. Es decir existen una serie de encabezados que cada capa gestionará de una forma u otra para tomar una serie de decisiones protocolizadas para que la transmisión de los datos sea correcta. Al final del modelo, la capa superior recibirá los datos en sí correctamente y entonces la transmisión habrá sido un éxito. 

Por ejemplo las variables de red que ya hemos comentado en el portal, se encontrarían en la capa superior de aplicación mientras que los transceivers multimedio (los interfaces de conexión ente los cables del medio y los nodos) lógicamente se encontrarían en el modelo en la capa más inferior llamada capa física. 

Comentemos en general las diferentes capas de las que dispone Lontalk para en artículos venideros introducirnos en detalle en cada una de ellas. 

CAPA FÍSICA

La capa física, define la transmisión de bits en el canal de comunicaciones, siendo este un medio de transmisión físico de paquetes de datos.Todo dispositivo Lonworks se conecta a un canal físicamente por medio de un transceiver, que implementa la capa física del ANSI/EIA/CEA 709.1. La capa física asegura los niveles de tensión para que 1 bit transmitido por un nodo origen sea recibido como 1 bit por el nodo destino. Lontalk es independiente del medio y soporta múltiples protocolos de capa física. 

CAPA DE ENLACE

La capa de enlace define los métodos de acceso al medio y la codificación de datos para asegurar un uso eficiente del canal de comunicaciones. Los bits de la capa física conforman en la capa de enlace una trama (frame). Indica además cuando un nodo puede transmitir una trama y como la recibe el nodo destino y se detectan los errores de transmisión. Esta capa proporciona un mecanismo para asignar prioridad a los mensajes, de manera que los mensajes más importantes se entregan antes. También es la encargada de controlar el acceso al medio. Para acceder al medio, Lontalk define un algoritmo llamado p­persistent CSMA. Consiste en evitar las colisiones en el canal de comunicaciones haciendo una previsión de la carga que se va a soportar en el mismo. Para conseguirlo se aleatoriza el tiempo con que cada nodo intenta transmitir por la red. Este algoritmo de acceso al medio se utiliza en muchísimos protocolos y es uno de los más eficientes ya que no satura el bus de comunicaciones evitando sobrecargas y colisiones. Para terminar con esta capa diremos también que se encarga de “chequear” (CRC) los posibles errores que provengan de su capa inmediatamente superior, la de red. 

CAPA DE RED

La capa de red, indica como se han de ‘encaminar' los paquetes de mensajes desde un nodo fuente a un nodo destino. Esta capa define el nombre y dirección de los nodos para asegurar la correcta entrega de los datos. También indica como ‘encaminar' mensajes cuando los nodos se encuentran en distintos canales. 

Las capas 4 y 5, de transporte y sesión, son las encargadas de asegurar la fiabilidad en la entrega de los mensajes que contienen los paquetes. Las capas de transporte y sesión definen el tipo de servicio de los mensajes (con reconocimiento, sin reconocimiento, sin reconocimiento repetido, petición – respuesta). Además en ellas se implementa un mecanismo de autentificación y de detección de paquetes duplicados. 

Ya para terminar las últimas capas del modelo la de presentación y la de aplicación ofrecen a grandes rasgos los siguientes servicios: 

Propagación de variables de red Alias de variables de red Pasarela de mensajes generales Mensajes de gestión de red Mensajes de diagnóstico de red Transmisión de tramas externas

MEDIOS DE TRANSMISIÓN

En una red de control Lonworks la conexión física de un Neuron (la parte del dispositivo que se ‘engancha’ a la red) se realiza a través de los transceivers (transceptor), los cuales son unidades especiales de acoplamiento al medio. Debe su nombre a la capacidad que tiene para transmitir y recibir (transmitter receiver).

 Los medios de transmisión empleados:Par trenzado (Twisted Pair)Corrientes Portadoras (Power Line)Fibra ÓpticaCable CoaxialRadiofrecuencia

• Par Trenzado (Twisted Pair)Estabilidad, bajo coste y manejabilidadVelocidad Tx. Hasta 1.25MbpsAlta fiabilidad. Menos propenso a interrupciones

 

• Par Trenzado con LinkPowerSuministro de comunicaciones y alimentación a través del par trenzadoTerminación de red en F.A. (Fuente Alimentación)En caso de nodos de montaje superficiales se suministran con Link Power

 

• Corrientes Portadoras (Power Line)Medio de Tx. Red eléctrica (220V AC)Varios rangos de frecuenciaSin cableado adicional, ni preinstalaciónFlexibilidadResistente a interrupcionesVelocidad Tx. ~10 Kbps

• Fibra ÓpticaTx. Basada en el principio de reflexión de las ondas de luzElevadas velocidades de Tx.Robustez frente a interferencias electromagnéticasAlcanzan largas distancias. Fundamentalmente empleado en conexiones punto a punto con largas distancias

• Cable CoaxialVelocidad de Tx. MediaPropenso a interrupciones en las comunicacionesEspecial atención a la instalación del cable

• RadiofrecuenciaTx. Mediante ondas electromagnéticasFlexibilidad total de posicionamiento de los dispositivosNo requiere cableadoCoste elevadoAlta sensibilidad a las interferenciasVelocidad de Tx. ~5 KbpsDificultad en la estructura de redRango de alcance limitado

Dentro de cada uno de los medios comentados, existen diferentes tipos de cable a emplear, los cuales nos proporcionarán mayores o menores velocidades de acuerdo a la composición y aislamiento de los mismos respecto a agentes externos. Otros factores a tener en cuenta, son las topologías permitidas en cada uno de los ellos, ya que con cualquier medio, no es viable emplear cualquier topología. Entre las topologías, mencionar la tipo Bus, Libre, y en Anillo.

TOPOLOGÍA DE LA RED

• RS­485

Topología en Bus. El cable empleado puede ser apantallado o sin apantallar, los cuales han de poseer 2 terminadores en los extremos cuando estos se encuentran al final de la red. Esta filosofía de distribución de la red se emplea principalmente para formar el backbone (columna vertebral) de una red. Debido entre otros factores a su elevada velocidad de Tx. de 1.25Mbps.

 • FTT/LPT

FTT –Free Topology Transceiver­ y los LPT –Link Power Transceiver­ son totalmente compatibles entre sí, brindándonos una gran flexibilidad a la hora de proyectar una configuración de la red. Estas nos permiten optar entre una topología en estrella, bus o anillo. Estas configuraciones no suelen establecerse de manera rígida, sino que nos permiten mezclarse entre ellas obteniendo mayor flexibilidad en nuestra configuración de red. FTT/PLT se emplean para formar la red en su ‘ultima milla’. La velocidad de Tx. se halla en los 78 Kbps.

• PLT22. Red mediante Línea Portadora

Velocidad de Tx. es<10Kbps. Empleada en la formación de la red en su ‘última milla’. Nos permite emplear topología libre, ya que como podemos observar su comunicación se realiza a través de la instalación del cable eléctrico de la vivienda, ofreciéndonos ubicuidad en todas las estancias en las cuales dispongamos de puntos de luz. No requiere de terminadores de red.

 

• Lon IP. Ethernet

Como imaginamos, una estructura de red, la cual emplea el medio físico de una red Ethernet, obtendremos unas tasas de transferencia muy elevadas con respecto al resto. Empleada normalmente como backbone de la red. Y como una red Ethernet más nos permite una topología libre.

 • Fibra Óptica.

No empleada habitualmente, debido a sus altos costes, su empleo se reduce prácticamente a la interconexión de edificios con unas distancias consideradas. Su velocidad de Tx. ronda los 1.25 Mbps, empleando una topología Bus, ya que la conexión entre distintos segmentos de red se hace complicado debido a la naturaleza de la tecnología de la fibra óptica.

 Como podemos observar, tanto por la flexibilidad y como en diseño posible en una red Lon son muy elevadas, con lo que podemos acometer cualquier tipo de instalación sin ningún inconveniente, siempre disponiendo de una gran versatilidad en todos sus aspectos. Es por ello que la elección de un sistema Lonworks para nuestros proyectos será siempre una opción a tener muy en cuenta.

VENTAJAS

­Robusta y fiable ­Ideal para entornos industriales ­Gran variedad de medios de transmision ­Mayor rango de aplicaciones ­Mayor velocidad de tranmsion ­Protocolo seguro ­Buen autoinstalador pero es mejor que el EIB porque utiliza el mismo protocolo para instalar que para mantener o configurar. ­La herramienta de desarrollo (NodeBuilder) tiene tiempos de desarrollo mas cortos aunque la variedad de dispositivos sea mayor. ­Bueno en lo relacionado con el mundo de internet 

DESVENTAJAS

­Utiliza un bus de cuatro hilos ­Poco estandarizado ­Problemas con comunicaciones Wireless ­Dificultad de integrar soluciones de otros fabricantes ­Más introducida en el mercado estadounidense ­Peor diseño en los productos