Protocolo de Domótica FireWire IEEE 1394 y Zigbee

Todo proceso de control inteligente necesita de un sistema integro de comunicación para llevar a cabo su labor principal. En Domótica dichos procesos se denominan protocolos y pueden ser de varios tipos de acuerdo a la calidad y confort que ofrezcan. A continuación se estudiará los Protocolos de mayor eficiencia implementados en la actualidad para la automatización de las casas del futuro.

Abstract— Every process of intelligent control need a complete system of communication to carry out the mate duty. In Domotic these process are called Protocols and can have many different qualities according to their quality and comfort to they offered as. The following is study the Protocols process more employed due to their efficient nowadays for automate the future homes.

Index Terms— Domotic, Network Wiring, Protocols, Environment Automation.

Introducción

Domótica es el proceso de controlar automáticamente artefactos e instalaciones eléctricas en el hogar por medio de una red de intercomunicación. La Domótica brinda seguridad y comodidad por medio de sistemas de control electrónicos adaptados a las redes internas de la casa o mediante nuevas redes de comunicación implementadas para ese uso específico. [1, 2, 3, 20]

Figura 1. Domótica en la vivienda [3]

La condición necesaria para considerar automática una casa es contener sistemas integrados e interactivos. [3, 8]

Figura 2. Definición teórica de Domótica mediante la disponibilidad de un bus doméstico multimedia [3]

Al utilizar sistemas de control de alta tecnología la domótica trabaja con protocolos que son los procesos de comunicación entre los controladores y los electrodomésticos a través de sus diferentes redes multimedia de comunicación.[2, 4, 20]

Figura 3. Funciones básica en las Instalaciones Domóticas [3,7]

Protocolos de Comunicación

Protocolo es el lenguaje empleado por los diferentes procesos de control para comunicarse con los artefactos a manipular. Comanda todos aquellos aparatos eléctricos o que se puedan manejar mediante procesos electrónicos instalados en la casa. Se muestra a continuación un cuadro característico de los principales protocolos. El protocolo es el lenguaje del sistema, mediante éste se comunican todos los dispositivos de la red domótica [5, 7, 9]

Figura 4. Principales características de las Tecnologías de Redes Domésticas [3, 7]

Ahora se detalla los protocolos de más alta tecnología y de mayor eficiencia y adaptación.

1.1 FireWire IEEE 1394

Diseñado por Apple Computer fue aprobado como IEEE 1394 en 1995. Es un enlace multimedia serie desarrollado para la conexión fácil y única de los equipos electrónicos de consumo. Ha sido modificado tres veces consiguiendo un aumento de velocidad de transmisión desde los 400 Mbps hasta 3.2Gbps. [3]

Cuadro 1. Velocidades de Transmisión de IEEE 1394 [3]

Se caracterizan por su adaptación a las redes de cableado como STP (Short Twisted Paid), STPb, GOF (Fibra Óptica de Cristal), POF (Fibra Óptica de Plástico), y manguera UTP categoría 5. [7, 13,19]

Sus rangos de alcance van desde los 4.5m hasta 100m dependiendo de la red cableada utilizada como se describe en la tabla 2.

Cuadro 2. Medios de Transmisión IEEE 1394b [3, 7,8]

FireWire IEEE trabaja con una tecnología serial que le permite conectar en forma de nodos varios puertos que actuaran como repetidores en cadena. [3, 4,14]

Se puede conectar por cada bus de datos hasta 63 dispositivos teniendo en total hasta 64.000 nodos en un sistema completo que admite 1024 subsistemas. [3,6,7]

Figura 5. Protocolo FireWire IEEE 1394 [13,18]

Éste tipo de Protocolo se basa más en las interconexiones de dispositivos, de su interacción por medio de buses de datos conectados de forma serial, compartiendo órdenes digitales del control. [7, 11,17]

1.2 Zigbee

Pertenece a la categoría de protocolos inalámbricos de mayor uso para recintos cerrados a los cuales se les necesita automatizar. Estos sistemas se basan en procesos micro-electromecánicos y comunicaciones inalámbricas por medio de sensores de bajo alcance. [18,23]

Sus principales características son: [23]

• Redes con varios nodos.

• Bajos Consumo.

• Tasa de transmisión de datos relativamente baja.

Debido a la carencia de redes inalámbricas para los protocolos domóticos se crea la alianza Zigbee, defiendo un estándar global para las redes inalámbricas de sensores. Zigbee define un conjunto de protocolos de alto nivel para redes inalámbricas de mínimo costo. [6, 10,23]

1.2.1 Arquitectura y Protocolo

Zigbee es capaz de tener conexión con 64000 dispositivos en una misma red inalámbricas, incluyendo estándares para el cuidado de la salud como Zigbee Health Care, Domótica: Zigbee Home Automation, Inmótica: Zigbee Building Automation, Consumo energético inteligente: Zigbee Smart Energy, servicios de telecomunicación: Zigbee Telecom Service, y servicios de consumo de productos: Zigbee Retail Service. [8,23]

Hay dos denominaciones existentes de Zigbee que ofrecen procesos de control: [2, 16, 18,23]

• Zigbee: Soporta cientos de nodos en una misma red instalada.

• Zigbee PRO: Empleada por desarrolladores de aplicaciones, permitiendo montar redes con miles de dispositivos.

Figura 6. Especificación Zigbee 2007

Figura 7. Protocolos de Zigbee [13,22]

Zigbee se basa en tres tipos de red: [2, 7,11]

• Red tipo Estrella, donde el controlador se sitúa en el centro.

• Red tipo Árbol: el controlador representa la raíz del árbol.

• Red tipo Malla: por lo menos uno de los nodos deberá tener más de dos conexiones.

Todas estas conexiones de Zigbee tienen una característica muy importante que es el bajo consumo de potencia al poner a los '' nodos esclavos '' en modo ''dormido'' reaccionando a una señal de comprobación durante una fracción de segundos, esta transición dura aproximadamente 15 ms y es cuando realmente transmite. [3, 14,19]

2 Análisis

En la actualidad el usuario busca una mayor comodidad y a bajo costo con toda la eficiencia posible, es por eso que se han desarrollado estos protocolos domóticos que brindan calidad y confort mediante métodos actualizados y a un precio accesible.

Al Tener implementaciones del estilo FireWire IEEE 1394 se logra un fácil control debido a que casi todos los dispositivos ordenadores tienen integrados puertos FireWire utilizados para la comunicación y control de este proceso automatizado, emitiendo a un radio de alcance muy grande de acuerdo con su tipo de conexión.

Zigbee al tener implementaciones de varios protocolos normalizados y ser uno de los más grandes en implementaciones de sensores infrarrojos permite un control muy amplio y eficiente de los dispositivos en el hogar debido a sus diferentes aplicaciones de fines específicos.

Conclusiones

Los Procesos de Domótica fueron creados con el fin de dar comodidad, seguridad y confort en las viviendas, pasando luego a mayores inmobiliarios como edificios conocidos hoy como Edificios inteligentes o Smart Buildings, los cuales son de última tecnología.

Los protocolos de comunicación domótica e inmótica creados para el control de manera inalámbricas han revolucionado el medio de la automatización ya que gracias al uso de pequeños dispositivos electrónicos interconectados logran una mayor eficiencia con un menor consumo y de calidad superior que los primeros protocolos existentes.

Los protocolos inalámbricos tienen en desventaja el nivel de alcance cuando se trata de largas distancias, debido a que decae la señal y las velocidades de transmisión de datos puede llegar a ser muy baja.

Para controlar las pérdidas en la señal de recepción y lograr también una eficiencia al ahorro de potencia algunos protocolos utilizan los nodos, que son puntos de interconexiones por donde circulan los pulsos de señal por un corto tiempo suficiente para transmitir una orden y emitirla al dispositivo controlado.

Estos sistemas de comunicaciones integran procesos electrónicos con programación, implementando de esta manera lenguajes de control eficientes que se transportan por redes, buses, por vía Bluetooth y Wifi.

Referencias

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[3] S.Junestrand, X. Passaret, D. Vázquez, Domótica y hogar Digital, Thompson Paraninfo, Madrid España, 2005.

[4] W. Harke, Domótica para Viviendas y Edificios, Marcombo, Barcelona, 2010.

[5] Kenneth Wacks, Ph.D., Home systems standards: Achievements and Challenges. IEEE Communications Magazine, April 2002.

[6] Benjamin E. Henty. A Brief Tutorial on the PHY and MAC layers of the IEEE 802.11b Standard. July 2001.

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[8] L. Molina, J. Ruiz, Instalaciones Automatizadas en Viviendas y Edificios, Mc Graw-Hill, Creaciones Copyright.

[9] V. Fernández, E. Ruz, El Hogar Digital, Creaciones Copyright, 2002.

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[11] N. Oliva Alonzo, Redes de Comunicaciones Industriales, UNED, Madrid, 2013.

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[14] M. A. S. Camacho, "Diseño de una vivienda unifamiliar domótica." Copyright Ediciones, 2005.

[15] Black y Decker, La Guía completa sobre Instalaciones Eléctricas, Paraninfo, 2011.

[16] R. Millán, Consultoría Estratégica en Tecnología de la Información y la Comunicación, Publicado en PC World nº 200, IDG Communications S.A., 2003

[17] All prices are in GBP. Copyright 2015 UK Automation Retail Ltd | VAT Number: GB 874 6763 72

[18] C. Hernández Agero, J. Moreno Gil, P.L.C. Sistema de Corrientes Portadoras (X-10), Madrid, 1999.

[19] J. Rivas, Manual Ilustrado para la Instalación Domótica, Paraninfo, Madrid, ESPAÑA, 2009

[20] E. Sierra, Del Hogar Digital a la Casa Red, Licencia Creative Commons, 2008.

[21] S. Gallardo, Configuración de Instalaciones Domóticas y Automáticas, Paraninfo, Madrid, ESPAÑA, 2013

[22] C. Romero, F. Vázquez. Domótica e Inmótica. Viviendas Inteligentes. Editorial Ra-Ma

[23] J. M. Escaño, A. Nuevo. Domótica para ingenieros. Paraninfo.

Vinicio Fernando Llanos Fernando, nació el 23 de mayo de 1993, realizó sus estudios secundarios en el Instituto Tecnológico Superior El Oro, obtuvo el título de bachiller Técnico en Instalaciones, Equipos y máquinas Eléctricas, cursa sus estudios Superiores de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Politécnica salesiana.

Milton Patricio Sancho Taday; nació el 20 de Julio de 1992, realizó sus estudios secundarios en el Colegio Técnico Industrial Ricaurte, obteniendo el título de Bachiller Técnico Industrial Especialización: En Instalaciones, Equipos y Maquinas Eléctricas. Actualmente cursa sus estudios superiores de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Politécnica Salesiana sede Cuenca.

Autor:

Vinicio Fernando Llanos Fajardo,

Milton Patricio Sancho Taday,

Universidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca Electrónica Analógica II