Embed Size (px)
Citation preview
1
Título: COMUNICACIONES EN EL ENTORNO DOMÉSTICO (DOMÓTICA) COMPARACIÓN KNX -‐ LONWORKS
Manuel Peña Alcaraz
Escuela Técnica Superior de Ingeniería-‐ICAI. Universidad Pontificia Comillas. Asignatura: Comunicaciones Industriales Avanzadas. Curso 2011-‐2012
RESUMEN
Este documento es el trabajo de la asignatura de Comunicaciones Industriales Avanzadas y es parte del segundo curso del Diploma de Comunicaciones Industriales. En dicho trabajo vamos a comparar el protocolo libre KNX con el protocolo LonWorks. Para ello lo primero que vamos a hacer será ponernos en situación viendo el concepto de protocolo y de domótica para luego ver los principales protocolos que existen hoy en día. Posteriormente veremos detalladamente dos de ellos –El protocolo libre KNX-‐EIB y el protocolo LonWorks-‐ para terminar viendo las diferencias principales que existen entre ellos.
1. Introducción
En este trabajo vamos a ir viendo los diferentes protocolos que se usan en la domótica, haciendo especial hincapié en el lenguaje LonWorks y KNX. Para ello veremos primero qué es un protocolo, para qué se usan y por qué son importantes, para luego entrar en la domótica, viendo por encima qué protocolos existen y cuales son los más usados. Por último veremos cómo funcionan los protocolos que son objetos de estudio en este trabajo –KNX y LonWorks-‐ viendo las principales diferencias que existen entre cada uno de ellos. 2. Descripción detallada de la tecnología. 2.1. Protocolos. Lo primero que nos preguntamos cuando empezamos un trabajo es qué es un protocolo. Los protocolos son reglas de comunicación que permiten el flujo de información entre equipos. Normalmente estas reglas están normalizadas y pueden ser públicas (cualquiera puede ver cómo se comunican los equipos y configurar sus dispositivos para que se comuniquen de la misma manera) o pueden ser privadas (si quieres saber cómo se comunican, tienes que comprar dicha información). En nuestro caso, tanto KNX como LonWorks son un protocolo abierto mientras que existen otro tipo de protocolos que son privados. En informática existen muchos protocolos diferentes, algunos de ellos muy conocidos por la gran mayoría de la población, como es el caso de TCP/IP, HTTP, FTP… y cada uno de ellos se podría entender como una lengua diferente, por lo que si dos equipos no usan el mismo protocolo para comunicarse, no se pueden entender. 2.2. ¿Por qué son importantes los protocolos y para qué se usan? Los protocolos son fundamentales para que exista una comunicación entre diferentes equipos o dispositivos. Por ejemplo entre un detector de movimiento y una CPU que procesa los datos y manda ordenes a una alarma para que suene. Esto sería imposible sin un protocolo de comunicación entre estos tres dispositivos. En la actualidad existe una multitud de protocolos y cada uno de ellos está especializado en una rama diferente. Esto es así porque cada uno se ajusta más al cometido para
2
el que ha sido diseñado. Como todos sabremos no son los mismos datos los que circulan por un coche (algunos precisan mucha velocidad de transmisión o respuesta como el ABS) y en otros no es tan influyente el tiempo (mensaje de voz en un tren) o incluso el tipo de datos que circulan, como es el caso de una cámara de seguridad y un indicador de marcha/paro. 2.3. Domótica En este trabajo vamos a hablar sobre protocolos de comunicación especializados en la domótica, por ello primero hemos de saber bien qué entendemos por domótica. La domótica es el conjunto de tecnologías aplicadas al control y la automatización inteligente de la vivienda, que permite una gestión eficiente del uso de la energía, además de aportar seguridad, confort, y comunicación entre el usuario y el sistema. Un sistema domótico es capaz de recoger información proveniente de unos sensores o entradas, procesarla y emitir órdenes a unos actuadores o salidas. El sistema puede acceder a redes exteriores de comunicación o información. La domótica contribuye a mejorar la calidad de vida del usuario:
• Facilitando el ahorro energético: gestiona inteligentemente la iluminación, climatización, agua caliente sanitaria, el riego, los electrodomésticos, etc., aprovechando mejor los recursos naturales, utilizando las tarifas horarias de menor coste, y reduce de esta manera la factura energética. Además, mediante la monitorización de consumos, se obtiene la información necesaria para modificar los hábitos y aumentar el ahorro y la eficiencia.
• Fomentando la accesibilidad: facilita el manejo de los elementos del hogar a las personas con discapacidades de la forma que más se ajuste a sus necesidades, además de ofrecer servicios de tele-asistencia para aquellos que lo necesiten.
• Aportando seguridad de personas, animales y bienes: controles de intrusión y alarmas técnicas que permiten detectar incendios, fugas de gas o inundaciones de agua, etc.
• Convirtiendo la vivienda en un hogar más confortable: gestión de electrodomésticos, climatización, ventilación, iluminación natural y artificial…
• Garantizando las comunicaciones: recepción de avisos de anomalías e información del funcionamiento de equipos e instalaciones, gestión remota del hogar, etc.
Tenemos que tener en cuenta el estado actual de la domótica: la sociedad en la que vivimos aprecia cada vez más la simplificación de muchas tareas del hogar y más si cabe cuando ésta lleva asociado un ahorro energético. Por ello afirmamos que el mercado de la domótica está en expansión. Una vez teniendo claro lo que entendemos como domótica, vamos a ver los protocolos que más se han especializado en este tipo de comunicación. 2.4. Historia de los protocolos de domótica
EIBA (European International Business Academy): se fundó en 1974. Es un protocolo abierto, que cubre aspectos de automatización de edificios, como luces, persianas, aire acondicionado, calefacción o alarmas por ejemplo. La fuente de alimentación puede venir por el medio de
comunicación (par trenzado o línea de corriente), aunque en algunos casos, como en radio frecuencia, es necesaria una línea de alimentación aparte.
BatiBUS: Dentro de los buses industriales en Europea se ha utilizado dentro del marco domótico el bus BatiBUS. Fue desarrollado por la empresa francesa Merlin. Se basa en la tecnología de par trenzado pudiendo transmitir hasta 4800 bps (comprobar). El sistema es centralizado, pudiendo controlar cada central hasta 500 puntos de control. El estándar se ha quedado obsoleto debido a sus limitaciones y actualmente se está intentando integrarlo junto a
3
los estándares EIB y EHS EHS (European Home System): El EHS fue inicialmente propuesto por la empresa Trialog, y posteriormente adoptado por la EHSA. Esta es un consorcio abierto que pretende impulsar a la industria Europea dentro del campo de la domótica. Dentro de los miembros del consorcio destacan las empresas: Bosch Telecom, Deutsche Telekom, France Telecom, Siemmens, Philips, HoneyWell , Caba, Home Automation Association e Instituto Tecnológico Aragones. Las especificaciones del bus están disponibles para red eléctrica (2400 bps) y par trenzado de baja velocidad (48Kbps), ambas con variantes
del CSMA para regular el acceso al medio. La red se entiende como un conjunto de segmentos que comparten en el mismo medio y unidos mediante routers. Se tienen tres niveles de direccionamiento (a nivel de enlace, de red y de aplicación). Cada segmento puede tener hasta 256 dispositivos, mientras que todo el sistema permite hasta 1012. El control es distribuido y orientado a comandos. Aunque se han desarrollado varios proyectos ESPRIT utilizando el EHS, las aplicaciones y productos existentes en el mercado son escasos.
Konnex: La asociación nace en 1999 como la iniciativa de tres organizaciones, que ya llevaban años en el mercado europeo, aunque con tecnologías bien diferentes, así como objetivos y ámbitos de actuación complementarios. Estas organizaciones son las tres anteriormente vistas: EIBA, BatiBUS y EHS. En la actualidad, la organización que más ha realizado para
conseguir un protocolo común ha sido EIB, por lo que el protocolo es también conocido como KNX-‐EIB. A día de hoy, KNX es el único protocolo certificado libre que existe especializado en la domótica. Los objetivos de KNX-‐EIB son los siguientes:
1. Crear un único estándar para la domótica e inmótica (domótica en el ámbito industrial o grandes edificios) de ámbito europeo.
2. Aumentar la presencia de estos buses domóticos en áreas como la climatización o HVAC.
3. Mejorar las prestaciones de los diversos medios físicos de comunicación sobretodo de radiofrecuencia.
4. Introducir nuevos modos de funcionamiento que permitan aplicar una filosofía Plug&Play a muchos de dispositivos.
5. Contactar con empresas proveedoras de servicios, como las de telecomunicaciones y las eléctricas con el objeto de potenciar las instalaciones de tele-‐gestión técnica de las viviendas o domótica
Más adelante veremos detenidamente cómo funciona este protocolo, uno de los más usados en la domótica.
LonWorks: el protocolo LonWorks fue creado a raíz de una conversación entre Mike Markkula (representante y ex presidente de Apple) y John Sculley (su sustituto en Apple y ex presidente de Pepsi Cola). LonWorks es un estándar
propietario desarrollado por la empresa Echelon. El estándar ha sido ratificado por la organización ANSI como oficial en Octubre de 1999. El estándar LonWorks se basa en el esquema propuesto por LON (Local Operating Network). Este consiste en un conjunto de dispositivos inteligentes, o nodos, que se conectan mediante uno o más medios físicos y que se comunican utilizando un protocolo común. Por inteligente se entiende que cada nodo es
4
autónomo y proactivo, de forma que puede ser programado para enviar mensajes a cualquier otro nodo como resultado de cumplirse ciertas condiciones, o llevar a cabo ciertas acciones en respuesta a los mensajes recibidos. Un nodo LON se puede ver como un objeto que responde a varias entradas y que produce unas salidas. El funcionamiento completo de la red surge de las distintas interconexiones entre cada uno de los nodos. Mientras que la función desarrollada por uno de los nodos puede ser muy simple, la interacción entre todos puede dar lugar a implementar aplicaciones complejas. Uno de los beneficios inmediatos de LON es que un pequeño número de nodos pueden realizar un gran número de distintas funciones dependiendo de cómo estén interconectados.
Zigbee: Así se llama a un conjunto de protocolos de alto nivel de comunicación inalámbrica para su utilización con radiodifusión digital de bajo consumo, basada en el estándar IEEE 302.14. Su objetivo son aplicaciones que requieren
comunicaciones seguras con baja tasa de envío (maximizando la vida de sus baterías). A pesar de que su objetivo es la domótica, en la actualidad el mayor problema que presenta es que no está optimizado para transmitir gran cantidad de datos -‐como por ejemplo el vídeo de una cámara de seguridad-‐ por lo que cuando se usa dicho protocolo, se hace sólo en parte de la instalación. Pese a esto, gracias a su bajo consumo, su fácil instalación y su topología en red de mallas, hace que cada vez cobre más fuerza en el ámbito domótico.
X10: X10 es un protocolo de comunicación que permite controlar aparatos eléctricos a través de la instalación de red eléctrica. El estándar surgió hace 20 años como parte de los experimentos realizados por la empresa Picosystem y lleva más de quince funcionando a nivel comercial. La transmisión de una señal binaria en X10 se realiza mediante ráfagas de 120 kHz superpuestas en los cruces por cero de la señal de la red eléctrica. La ausencia de ráfaga significa un cero lógico. En un principio, se
distinguen dos tipos de dispositivos X10, los transmisores (transmitters), los receptores (receivers). Los transmisores envían comandos X10 codificados como una señal de baja intensidad que se superpone a la señal de la red. Se pueden enviar mensajes hasta 256 dispositivos en una misma red. Cada uno de los receptores tiene una dirección. Estos son capaces de demodular la señal y si corresponde con su dirección actuar en consecuencia. Varios receptores pueden tener la misma dirección de tal forma que se puede actuar sobre ellos a la vez. Como los receptores no responden a los transmisores no es posible saber el estado, por ejemplo no se puede preguntar si una luz está o no encendida. Para poder preguntar el estado se han introducido un tercer tipo de dispositivos que permite transmitir y recibir. Una cosa que no hemos de olvidar nunca es la seguridad que nos ofrecen los diferentes protocolos, ya que estamos hablando de domotizar casas e industrias y ello precisa seguridad a la hora de transmitir los datos para evitar situaciones no deseadas. 2.5. Cómo funciona el protocolo KNX en comparación con el LonWorks.
o Medio físico de comunicación. Los medios de comunicación que usa el protocolo KNX son los siguientes:
• Par trenzado (TP1): aprovechando la norma EIB equivalente. • Par trenzado (TP0): aprovechando la norma Batibus equivalente.
5
• 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
La elección de un medio de transmisión u otro dependerá del tipo de edificio y de las instalaciones con las que éste cuente. Así, si el edificio es de nueva construcción el par trenzado es quizás el medio más óptimo, mientras que si el edificio está ya construido es posible que interese más el uso de la línea de potencia o radiofrecuencias.
o ¿Cómo transmiten los datos el protocolo KNX? En el sistema KNX la transmisión de las señales se hace a través de un cable o bus al que están conectados todos los dispositivos. El bus permite que todos los componentes de las instalaciones domóticas estén intercomunicados entre sí, de esta forma, es posible que cualquier componente de órdenes a cualquier otro, independientemente de la distancia entre ellos y su ubicación. Para interconectar los dispositivos del bus en cada línea se permite cualquier tipo de topología: árbol, estrella, bus o anillo. Solamente no se permitirá cerrar anillos entre líneas situadas topológicamente en diferentes áreas. KNX define una red jerarquizada en la cual la unidad mínima será la línea. Una línea puede tener conectada un total de 64 dispositivos como máximo. Esto depende de la carga máxima soportada por la fuente de alimentación situada en cada una de ellas. Esto se puede observar en el esquema de la figura (Fig. 1). En una línea se han de cumplir las siguientes restricciones:
• Se disponga como mínimo de una fuente de alimentación. • No supere los 1000 metros la longitud total de la instalación. • Entre un dispositivo y la fuente de alimentación no ha de haber más de 350 metros. • Entre los distintos elementos de la línea no pueden superarse los 750 metros. • Haya una separación mínima entre las fuentes de alimentación de 200 metros.
Figura 1. Conexión dispositivos en KNX.
En el sistema EIB la línea es la célula fundamental. Uniendo varias líneas obtendremos un área. El área está formada por una línea principal o maestra desde la cual pueden salir hasta
6
15 líneas secundarias o esclavas. Si dijimos que podíamos tener un total de 64 dispositivos por línea, esto supone un total de 960 dispositivos por área. Las líneas secundarias o esclavas se conectan a la maestra a través de un elemento llamado acoplador de línea. Conviene señalar que a cada línea hay que dotarla de su propia fuente de alimentación y se han de cumplir las restricciones de diseño señaladas. En la siguiente figura (Fig. 2), se muestra la configuración de un área.
Figura 2. Configuración de un área en KNX.
De la misma forma, podríamos unir hasta 15 áreas mediante una línea principal. Ésta se denominará “backbone”, de esta forma, el número máximo de dispositivos que podremos gestionar será 14400. Cada área se conecta al “backbone” a través de acopladores de área. A pesar de todo esto, por medio de repetidores se podrían insertar hasta 256 dispositivos por línea, lo que nos haría un total de 57600 aparatos conectados. En la siguiente figura (Fig. 3), podemos ver un esquema de esto.
7
Figura 3. Conexión con áreas y líneas.
o Formato de las tramas. Una vez visto cómo se estructura, vamos a ver cómo se envían los datos el protocolo KNX. En el sistema KNX, los datos se transmiten en modo simétrico. Además, usa transmisión diferencial que, junto con la simetría de los conductores, asegura que el ruido afectará por igual a ambos. Las señales utilizadas serán binarias y se transmitirán en banda base. Un “1” lógico se representará con la ausencia de paso de señal, mientras que el “0” lógico se representará con un impulso negativo-‐positivo. En la siguiente figura (Fig. 4), se representa esta codificación.
Figura 4. Transmisión de un uno y un cero lógico en KNX.
Éste se ayuda de telegramas. Para esto no influye el medio físico en el cual se transmita. Como podemos ver en la figura (Fig. 5) lo primero que hace un dispositivo es esperar un tiempo
8
hasta que el medio por el que va a transmitir esté libre, y una vez que esté libre espera un tiempo también para comprobar que nadie ha empezado a enviar datos. Si esto se cumple, empezaría con la transmisión de su telegrama –luego veremos de qué está compuesto este telegrama-‐ y una vez terminado este envío, se espera un tiempo hasta que los dispositivos a los que se les ha enviado la información nos confirman que han recibido bien este paquete. La velocidad de transferencia máxima del bus es de 9600 bps.
Figura 5. Transmisión de datos en KNX.
Aparte, cada byte de datos (8 bits) se agrupan formando caracteres o palabras, que además de estos datos se componen de otros bits como se puede observar en la figura (Fig. 6):
• ST: es un bit de inicio, que indica el comienzo de una nueva palabra • P: es el llamado bit de paridad, trabaja con paridad par y completa la suma de los bits
de datos, para trabajar con dicha paridad • SP: es un bit de parada, e indica que la palabra o carácter ha terminado • Pausa: después del bit de parada se espera un tiempo de pausa equivalente a dos bits
para continuar con la próxima palabra
Figura 6. Transmisión de un carácter.
Estos caracteres van dentro de un paquete de datos, que está formado por los siguientes campos (Fig. 7)
Figura 7. Paquete de datos.
El byte de control indica la prioridad del mensaje y el inicio del mismo. Tanto la dirección del emisor como la del destinatario siguen un formato determinado que explicaremos a continuación, añadiendo un bit más en la dirección del destinatario que indica si se trata de una dirección física o de una dirección de grupo. El contador se utiliza para funciones de enrutamiento, contando el número de saltos que ha dado el paquete. El último byte CRC se utiliza para comprobar que los anteriores han sido transmitidos correctamente
o Direccionamiento de la información La dirección física se utiliza para identificar de manera unívoca el componente de bus, describiendo su localización dentro de la topología (zona, línea y componente) dedicando los
9
cuatro primeros bits a la zona (15 zonas), los cuatro siguientes a la línea (15 líneas) y los ocho últimos a los componentes (256 componentes). Esto vemos que concuerda con el número máximo de dispositivos que podemos tener en un protocolo KNX, que calculamos anteriormente. En caso de que esta dirección sea de grupo, la forma de crearla es diferente, y se puede hacer con dos o tres subgrupos. Los subgrupos pueden ser, por ejemplo, los siguientes: Grupos principales: bombillas, persianas, aire acondicionado… Grupo intermedio: primera planta, segunda planta… Grupo secundario: oficinas, dormitorio… Para ello destinamos 4 bits al grupo principal y dependiendo de si tenemos grupo intermedio o no, 3 bits para el intermedio y 8 para el secundario o directamente 11 para el secundario. El último bit hemos dicho que era para indicar si era de grupo o dirección física. Esto lo podemos ver mejor en la figura siguiente (Fig. 8).
Figura 8. Dirección con tres subgrupos (izquierda) y con dos subgrupos (derecha).
las direcciones de grupo son básicas para el funcionamiento del sistema ya que permiten relacionar sensores con actuadores. Además, estará permitido relacionar elementos de distintas áreas y distintas líneas, siempre y cuando se cumplan ciertas restricciones.
• Los sensores sólo pueden tener asociada una dirección de grupo. • Varios actuadores pueden tener asociada una misma dirección de grupo. Cada vez que
dicha dirección sea direccionada, se activarán todos los actuadores asociados a ella, respondiendo todos ellos al mismo telegrama.
• Los actuadores pueden estar asociados a varias direcciones de grupos, es decir, un actuador puede estar asociado a uno o más de un sensor.
El funcionamiento será el siguiente: el emisor envía un telegrama al bus. Este telegrama llega a todos los dispositivos, lo cuales leen el campo dirección de grupo y sólo los que posean dicha dirección responden de la forma oportuna.
o Intercambio de datos. Una vez los dispositivos se pueden interconectar (transmitiendo datos de unos a otros con las direcciones físicas y los telegramas que hemos visto), sólo hace falta que se entiendan entre ellos. Para ello, es preciso que se comuniquen en el mismo “lenguaje”. Existen diferentes tipos de variables para transmitir los datos y están todas definidas dentro del EIS (EIB Interworking Standard). En la siguiente tabla (Tabla 1) podemos ver un fragmento del mismo con las variables más usadas.
10
Tabla 1. Variables del protocolo de comunicación KNX.
o Ventajas y desventajas del sistema KNX
Las principales ventajas y desventajas con las que cuenta el sistema KNX son las siguientes: ü Gran flexibilidad, tanto en tamaño de la vivienda (es apto tanto para grandes
edificaciones como para pequeñas viviendas) como en ampliaciones que permite el sistema (gran ventaja en edificios funcionales, donde las necesidades y requerimientos cambian constantemente.
ü Posibilidad de usar dispositivos de distintos fabricantes. ü Proyecto e instalación sencilla. ü En el sistema KNX, el bus va paralelo a la red eléctrica. De esta forma se consigue:
• Reducir el riesgo de incendio en la vivienda. • Reducir el coste de la instalación cuando el bus y la línea se lanzan a la vez. • Facilita una posible ampliación del sistema.
ü Permite una mayor tasa de transmisión al tener un bus específico para transmitir los datos.
ü Será especialmente interesante para edificios de nueva construcción, ya que el costo que supone el lanzar un cableado específico es sobrepasado con creces por las ventajas que posibilita el tener un bus dedicado.
ü Es menos sensible a las perturbaciones que se puedan producir en la red por efecto electromagnético.
ü Intercomunicación con otros sistemas de gestión de edificios. ü Conexión a ordenadores para planificación y mantenimiento, así, como con redes de
telecomunicación. ü Facilidad para la planificación de las áreas de gestión del edificio, control, medidas de
seguridad y sistemas de alarma.
Χ Presenta un elevado precio ya que los elementos de control necesitan de elementos adicionales para comunicarse con el sistema. El coste de los dispositivos también es alto, debido a que todos ellos tienen incorporados funcionalidades para hacer de éste un sistema distribuido.
11
Χ El poco grado en que se reduce el cableado. La mayoría de elementos que colocamos en el sistema necesitan de una alimentación mayor. Ésta alimentación coincide con la normalizada (220 V en corriente alterna), frente al rango de 15 a 30 V en corriente continua que suministra el bus. Es decir, se necesitará de la red eléctrica con lo que el trazado del bus será similar al de ésta.
Χ En edificios ya construidos tiene peores prestaciones estéticas que el sistema X10, pues necesita de un cableado extra que, si se oculta, supone un incremento sustancial en el coste (bastante más que si los cableados, eléctrico y de bus EIB se trazan a la vez). Si se opta por la utilización de dispositivos de radiofrecuencia, evidentemente estos son de un coste mayor que los aparatos normales.
o Medio físico de comunicación.
Para LonWorks, los medios de comunicación utilizados son: • Par trenzado (el medio más común de comunicación) a una velocidad de 78 kbps y una
frecuencia extendida de 1,25 Mbps. • Par trenzado (teléfono) existiendo tres protocolos diferentes dentro de éste: TAC
Xenta 901, que funciona a 9,6 kbps, Echelon SLTA-‐10, que trabaja a 56 kbps y por último CTI Network Combiner, a 56 kbps.
• Ethernet a través del protocolo de comunicación TCP/IP. • Línea de conducción eléctrica, a 4,8 kbps, y pudiendo elegir entre dos fabricantes
diferentes, IBM y Arigo. • Radiofrecuencia, que funciona a 4,8 kbps y puede ser de UltraCom DataW o de Milab. • Fibra óptica a 1,25 Mbps de Raytheon • Infrarojo, a 78kbps de Elpas.
Esto se puede observar más detenidamente en la siguiente tabla (Tabla 2).
Tabla 2. Tabla sobre medios de comunicación en LonWorks.
12
Por lo que vemos, comprobamos que ambas usan casi los mismos medios, aunque LonWorks cuenta con más medios de comunicación y alguno de ellos más rápidos que los de KNX, como es el caso de la fibra óptica. Esto además podría ser interesante en el caso de integrar más componentes en el mismo cable (internet, domótica, teléfono…)
o ¿Cómo transmiten los datos el protocolo LonWorks? Básicamente existen 3 tipos de mensajes de servicio de entrega. Esto permite la compensación entre la fiabilidad, eficiencia y seguridad, este tipo de mensajes son los siguientes:
• Mensaje de reconocimiento (Acknowledged): proporciona reconocimiento por parte de los dos dispositivos, este mensaje de reconocimiento es enviado a un grupo de dispositivos (hasta 64) y se espera respuesta de cada uno de ellos. Si no llega respuesta o el tiempo de espera expira el dispositivo que envía el mensaje vuelve a enviar la petición.
• Mensaje de repetición: Es un mensaje que se envía de manera repetida a un dispositivo o a un grupo de ellos. Generalmente, se usa en el caso de que no se haya recibido varias veces la contestación al mensaje de reconocimiento, para no incurrir en retardo esperando repuesta.
• Mensaje de no-‐reconocimiento (unacknowledged): Lo causa cada mensaje de reconocimiento a un dispositivo o grupo de dispositivos, no se espera ningún tipo de respuesta.
• Servicio de autentificación: Permite al receptor de un mensaje que determina si el emisor de ese mensaje está autorizado a emitir ese mensaje. De esta manera se previenen accesos no autorizados a dispositivos.
El paquete de datos que se envía por el medio de comunicación sigue la siguiente estructura que podemos ver aquí abajo (Fig. 9).
Figura 9. Paquete de datos en LonWorks.
o Direccionamiento de la información
El algoritmo de direccionamiento define qué paquetes son enrutados desde el dispositivo de origen hasta uno o más de uno de destino. Así, el mensaje puede ser direccionado a un dispositivos a varios dispositivos o a todos los dispositivos. Para poder direccionar los dispositivos LonWorks dispone de cuatro tipos de direcciones:
• Dirección física: Cada nodo dispone de una única dirección física de 48 bits llamada Neuron ID. Esta ID se asigna a cada nodo en el momento de fabricación.
• Dirección de dispositivo: LonWorks asigna esta dirección cuando un dispositivo es instalado en una red determinada. Esta dirección consta a su vez de tres direcciones
13
más: dirección de dominio de subred y de nodo. De esta manera se pueden instalar hasta 32.385 dispositivos en un mismo dominio, ya que cada domino puede contener hasta 255 subredes y cada subred hasta 127 dispositivos.
• Dirección de grupo: Un grupo es una colección de dispositivos (hasta 64) que no se encuentran integrados en un dominio. Este tipo de direccionamiento marca la localización física del dispositivo dentro de la red.
• Dirección de difusión (broadcast): identifica todos los dispositivos de una subred o todos los dispositivos que no pertenecen a un dominio. Este tipo de dispositivos son la manera más eficiente para comunicar un grupo de dispositivos.
Cada paquete que transmite LonWorks tiene en el dos direcciones, la del dispositivo de origen (source address) y la del dispositivo de destino (destination address), además de contener la dirección física, la de dispositivo, la de grupo o la de difusión. De esta manera si se excede el número máximo de dispositivos por dominio o se desea separar un grupo de dispositivos porque no existe interoperación entre ellos, se pueden crear 2 o más sistemas de LonWorks independientes que coexistan en un mismo canal físico.
o Intercambio de datos. La configuración es el proceso de sintonizar un nodo para una red específica. Para los datos de configuración de la aplicación, los nodos pueden usar:
• Las variables de configuración de red (SNVTs). -‐ La conexión de las variables de Red se llama “binding” y se almacena en la
EEPROM del Neuron. -‐ La información del “binding” se almacena en la Tabla de Dirección, y se
modifica con una herramienta de Gestión de Redes. • Los parámetros de configuración estándar (SCPTs).
-‐ Son almacenados en un fichero del nodo, manejados por la herramienta de instalación, utilizando el protocolo de transferencia de archivos LonTalk.
-‐ Definen el comportamiento de un dispositivo: Un set point, por ejemplo. -‐ Contiene los datos de configuración del dispositivo, el objeto de LonMark y las
variables de red • Hay SNVT para muchos propósitos, por ejemplo en medida de temperatura, consumo
energía, corriente, velocidad, etc. Todos estos son tipos de variables. • Solo las SNVTs del mismo tipo se pueden conectar. • Una SNVT se define por la unidad, rango y resolución. Ejemplo: SNVT_Amp, la unidad
es el Amperio, su rango va de –3276,8 a 3276,7; y su precisión de 0,1 (estos valores no se definen, lo hace la Herramienta).
• Todas las SNVTs se encuentran en la lista SNVT Master List, que se puede ver en la www.lonmark.org. Nuevas SNVTs se añaden continuamente
• La terminología para salidas: nvo (network variable output); para entradas nvi, (network variable input), y a continuación se añaden palabras referentes a la naturaleza de la variable, por ejemplo: nvo_roomtemp.
Las SNVT pueden ser simples (envían un valor), estructuradas (envían múltiples valores en la misma SNVT) o enumeradas, cuando el valor tiene una interpretación que define un estado. En la tabla de abajo (Tabla 3) se puede ver un ejemplo de variables SNVTs que existen en el protocolo LonWorks.
14
Tabla 3. Variables usadas en el protocolo de comunicación en LonWorks.
o Ventajas y desventajas del sistema LonWorks
Ventajas del estándar LonWorks son las siguientes: ü Escalabilidad de la red. ü Alta robustez del protocolo. ü Gran apoyo por parte de los fabricantes. ü Futuro asegurado. ü Sistema abierto y libre competencia. ü Transporte sobre Ethernet. ü Muy utilizado en la domótica industrial.
Χ Precio: resulta muy caro este protocolo para domotizar una casa. Χ Se trata de un estándar americano al que actuaciones europeas pueden perjudicar. Χ Pocas ofertas de productos en España. Χ Menos usado en la domótica de casas.
2.6. Comparativa Por lo tanto, para nuestra comparativa de protocolos de domótica, vemos que depende en gran medida del proyecto que tengamos entre mano. Si lo que queremos es domotizar un edificio que ya está construido, lo más cómodo sería decantarse por el protocolo X10, ya que no requiere una instalación de cable adicional, mientras que si quisiéramos instalar el protocolo KNX o LonWorks, deberíamos hacer obra en la casa o dejar los cables por fuera (que no quedaría muy estético). Sin embargo, en nuevas construcciones la comparativa con X10 se hace más complicada, pues KNX y LonWorks son más competitivos en éste ámbito. Dependiendo de la magnitud del proyecto, nos puede interesar uno u otro. En proyectos de automatización de inmótica e incluso grandes proyectos de domótica nos podría interesar usar el protocolo LonWorks, teniendo en cuenta que es un estándar americano y no europeo como lo es el KNX. Pese a todo, en este tipo de proyectos es más conocido el protocolo LonWorks y por ello funciona mejor. Si por el contrario, nuestro objetivo es domotizar nuestra vivienda de nueva construcción, se recomendaría emplear el protocolo KNX. Esto es debido a que es un protocolo potente –aunque caro-‐ y estandarizado a nivel europeo. En cuanto a los medios de transmisión, KNX y LonWorks son muy parecidos, por lo que apenas hay diferencias entre ellos. Lo que sí que cambia es la estructura que tienen las diferentes instalaciones y la comunicación que mantienen. Esto tiene su lógica ya que son dos protocolos de comunicación diferentes. Aun así, existe cierta similitud en los tipos de variables con las que trabajan (variables de fechas, de tiempo, de temperatura, de estado…) aunque la forma de empaquetarlo para su envío es diferente.
15
4. Conclusiones A modo de resumen de éste trabajo, hemos estado viendo los diferentes protocolos que existen en la actualidad para la domotización. Para un estudio más exhaustivo, nos hemos decidido centrar en dos protocolos diferentes. El protocolo X10, que sería otro de los más usados en la domótica no lo hemos estudiado tan a fondo pues es de los mejores que existe para viviendas ya construidas, mientras que si queremos domotizar una vivienda en construcción, este protocolo se usa mucho menos, ya que KNX y LonWorks ofrecen más ventajas y están más desarrollados. En cuanto a los dos protocolos de comunicación fundamentales, tenemos que ver el tipo de proyecto que vamos a realizar para así elegir uno u otro. En proyectos de automatización de inmótica e incluso grandes proyectos de domótica nos podría interesar usar el protocolo LonWorks, teniendo en cuenta que es un estándar americano y no europeo como lo es el KNX. Pese a todo, en este tipo de proyectos es más conocido el protocolo LonWorks y por ello funciona mejor. Si por el contrario, nuestro objetivo es domotizar nuestra vivienda de nueva construcción, se recomendaría emplear el protocolo KNX. Esto es debido a que es un protocolo potente –aunque caro-‐ y estandarizado a nivel europeo. En cuanto a los medios de transmisión, KNX y LonWorks son muy parecidos, por lo que apenas hay diferencias entre ellos. Lo que sí que cambia es la estructura que tienen las diferentes instalaciones y la comunicación que mantienen. Esto tiene su lógica ya que son dos protocolos de comunicación diferentes. Aun así, existe cierta similitud en los tipos de variables con las que trabajan (variables de fechas, de tiempo, de temperatura, de estado…) aunque la forma de empaquetarlo para su envío es diferente. En cuanto al futuro de esta tecnología, vemos que es grande: la domótica está en auge –en las casas de nueva construcción es un extra que cada vez más gente está dispuesta a pagar-‐ ya que no es una gran inversión para el ahorro –tanto económico como temporal-‐ que supone dicha tecnología. Una vez sabemos que la domótica está en auge, vemos que estos protocolos serán los que lleven la iniciativa, pues el protocolo X10, aunque es muy usado, no tiene tanto futuro como KNX o LonWorks, que son los protocolos más seguros y mucho más usados. Referencias [1] Wikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_comunicaciones. Última consulta 23/04/2012. [2] Wikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_(inform%C3%A1tica). Última consulta 23/04/2012. [3] Wikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/BatiBUS. Última consulta 23/04/2012. [4] Wikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/ZigBee. Última consulta 24/04/2012. [5] Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/X10_(industry_standard). Última consulta 24/04/2012. [6] Asociación Española de domótica. http://www.cedom.es/que-‐es-‐domotica.php. Última consulta 23/04/2012. [7] Jaec Technology Hieroglyphs. http://www.jaec.info/Home%20Automation/Protocols-‐buses-‐house/Eib-‐Protocol/eib-‐protocol.php. Última consulta 24/04/2012. [8] Universidad Autónoma de Madrid. http://odisea.ii.uam.es/esp/recursos/. Última consulta 25/04/2012. [9] F. X. Cano Palazón, J. A. Soria Pérez. Implementación de sistemas domóticos basado en el estándar de Lonworks. Proyecto Fin de Carrera, UPC (Universidad Politécnica de Cataluña). [10] A. Martínez Tàrraga, C. Muñoz Porcar. Instalación domótica sobre un proyecto ICT para un edificio de viviendas residenciales. Proyecto Fin de Carrera, UPC (Universidad Politécnica de Cataluña). [11] Automatización Integral de Edificios. Sistema LonWorks. Apuntes, E. P. S. Ingeniería de Gijón (Universidad de Oviedo). [12] Automatización Integral de Edificios. Estándar KNX-‐EIB. Apuntes, E. P. S. Ingeniería de Gijón (Universidad de Oviedo). [13] A. Kell, P. Colebrook. Open Systems for Homes and Buildings: Comparing LonWorks and KNX. i&i limited.
