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HomePlug y ZigBee

Protocolos por ondas portadoras y vía radio que eviten la instalación de "nuevos cables" para la dómotica.

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El sector de la automatización viviendas contarán con dos nuevas tecnologías que aumentarán las posibilidades de desarrollar nuevos productos y sistemas domóticos inalámbricos. Por un lado, a principios de marzo de este año, la alianza de empresas HomePlug - que nació para apoyar el desarrollo de una especificación para la transmisión de datos en banda ancha por la instalación eléctrica de la vivienda - publicó la noticia que van a trabajar en el desarrollo de una especificación de transmisión de datos por ondas portadoras (powerline communications) para aplicaciones de control y automatización (bajas velocidades y bajas latencias). Por otro, la alianza de empresas ZigBee presentó el pasado diciembre la especificación v1.0 del protocolo radio para transmisión de datos a baja velocidad para aplicaciones de automatización de viviendas y edificios, fábricas y otras aplicaciones de monitorización en diferentes sectores.

HomePlug “Control”

La alianza de empresas HomePlug nació en el año 2000 con el impulso mayoritario de empresas norteamericanas. Su objetivo inicial era crear una especificación para el intercambio de datos a altas velocidades entre dispositivos de una vivienda (PCs, set-top boxes, videoconsolas, etc) usando la instalación eléctrica de la vivienda. Como resultado nació la especificación HomePlug 1.0 capaz de alcanzar los 14 Mbps, basada principalmente en una tecnología que la empresa Intellon había desarrollado previamente.

En aquellos años se auguraba un gran futuro para esta tecnología, ya que permitía crear una red de datos con velocidades más que razonables usando la propia red eléctrica de la vivienda, por lo que se evitaban tener que instalar nuevos cables en esta. Pero la tecnología WiFi, basada en los estándares IEEE 802.11, desbarató las previsiones iniciales de la alianza HomePlug, de forma que su versión 1.0 ha tenido poca penetración en el mercado.

Con objeto de mejorar las prestaciones y poder competir con WiFi surgió la idea de revisar la especificación inicial y desarrollar la HomePlug AV (AV, de Audio-Video) con mejores prestaciones de velocidad y tiempos de respuesta de forma que se pudiera intercambiar datos en streaming para aplicaciones multimedia. A día de hoy, esta versión no está terminada, aunque tanto Intellon como la empresa española DS2, han presentado chipsets que permiten intercambiar datos a 200 Mbps. Ambas empresas, que son miembros de la alianza HomePlug, aseguran que estos circuitos integrados serán compatibles con la versión AV de la alianza, cuando se de por concluida la especificación.

Por último, crearon la iniciativa HomePlug BPL, la cual tiene como objetivo definir un estándar para la tecnología que proporciona conexión permanente a Internet a los usuarios, usando la infraestructura de suministro de la empresas eléctricas (redes de media y baja tensión).

La nueva iniciativa para sistemas de control de la alianza HomePlug tiene como objetivo definir una tecnología optimizada en prestaciones y coste para el intercambio de pequeños paquetes de comandos y control entre dispositivos –típicos de los sistemas de domótica-, usando la propia instalación eléctrica de la vivienda. La alianza seguirá un esquema similar al que se usó para “escoger” la tecnología HomePlug 1.0. Se definirán unos criterios de funcionalidad, robustez y prestaciones que se espera de esa versión, para luego convocar a las empresas miembro a demostrar sus tecnologías. Se escogerá la que más se aproxime a la especificación acordada.

Como conclusión hay que comentar que esta tecnología tendrá que competir en un mercado muy saturado y maduro para el intercambio de comandos de control por las redes eléctricas.

Por un lado, la tecnología X-10 cuenta con diversidad de productos a unos precios muy razonables, lo cual cubre una buena parte del mercado de domótica en aplicaciones de complejidad baja/media. Por otro, la tecnología Lonworks de Echelon está siendo usada por diversidad de fabricantes e integradores como solución de comunicaciones para sus productos domóticos. Esta puede funcionar sobre diferentes medios de transmisión, entre los que se encuentra las ondas portadoras. Además, en Europa no hay que olvidar que también el estándar Konnex (formado a partir de la convergencia de otros estándares como EIB, Batibus y EHS) también cuenta con una versión de ondas portadoras para el intercambio de datos usando la red eléctrica de la vivienda.

Hay que recordar que un conjunto de empresas, entre las que se encontraban los gigantes como Microsoft y General Electric, intentaron crear en el año 2000 el “estándar” SCP (Simple Control Protocol) para aplicaciones de control y domótica. Se trataba de, partiendo de los conocimientos dados por el protocolo CEBus de intercambio de datos por ondas portadoras, crear un estándar “de facto” de mercado usado masivamente por los fabricantes de material eléctrico/electrónico como General Electric que fuera integrado fácilmente y de forma nativa en los sistemas operativos de Microsoft y empresas de software afines a este grupo. Fue un silencioso fracaso del que no se volvió a tener noticias dos años después.

Veremos en que queda la nueva iniciativa HomePlug para sistemas de control y con que velocidad avanza dicha especificación. Suponemos que en el mejor de los casos, los primeros productos compatibles con esta versión tardarán dos años en llegar al mercado norteamericano.

ZigBee

ZigBee es una nueva tecnología inalámbrica de corto alcance y bajo consumo que tiene su origen en la antigua alianza HomeRF. A esta iniciativa de la conocía con nombres como: PURLnet, RF-Lite, Firefly, y HomeRF Lite, finalmente se escogió el término ZigBee. El origen del nombre es oscuro, pero la idea vino de una colmena de abejas pululando alrededor de su panal y comunicándose entre ellas lo cual, como veremos luego, representa el concepto de Mesh Network.

Zigbee pretende ser la base sobre la que crear productos y sistemas para diversidad de sectores como la domótica (automatización en viviendas), la inmótica (automatización en edificios), la automatización en fábricas y en otros sectores con necesidad de usar diversidad de sensores repartidos en un área acotada.

De la diversidad de miembros que forman parte de esta alianza, destacan empresas como Invensys, Mitsubishi, Philips y Motorola que trabajan para crear dispositivos de domótica, automatización de edificios (inmótica), control industrial, periféricos de PC y sensores médicos.

Empresas que han desarrollado el ZigBee han formado el “ZigBee Working Group” el cual también participa en el grupo de trabajo 4 del comité de estandarización IEEE 802.15. Este grupo está enfocado en el desarrollo de especificaciones de para productos WPAN (Wireless Personal Area Network) en las bandas de frecuencia de uso sin licencia. De esta manera, el ZigBee está ratificado como estándar el IEEE, al igual que por ejemplo la tecnología Bluetooth (IEEE 802.15.1).

El estándar IEEE 802.15.4 tiene como objetivo especificar los niveles físicos y de acceso al medio (MAC) de redes inalámbricas con dispositivos de muy bajo consumo y baja velocidad. Colaboran con el ZigBee Working Group con el objetivo de publicar un único estándar. La tecnología ZigBee será la responsable de implementar las funciones de la aplicación del dispositivo en cuestión, de la gestión de la red y la seguridad.

El pasado mes de diciembre la alianza presentó la versión 1.0 ZigBee, la cual ya está siendo ofrecida por algunos fabricantes de semiconductores a terceros, para que desarrollen los dispositivos “domóticos”. Ahora mismo hay plataformas certificadas de fabricantes como Chipcon, Freescale (antigua Motorola Semiconductors), CompXs Inc. y Ember Corporation. Está previsto que a finales del 2005 salgan al mercado los primeros productos o dispositivos domóticos basados en el protocolo ZigBee.

Con velocidades comprendidas entre 20 kB/s y 250 kB/s y rangos de 10 m a 75 m, ZigBee puede funcionar en las bandas de 2,4 GHz, 868 MHz y 915 MHz, aunque la mayoría de fabricantes optarán por la primera ya que puede ser usada en todo el mundo, mientras que las dos últimas sólo se pueden usar en Europa y EEUU, respectivamente.

Una red ZigBee puede estar formada por 65.000 nodos, agrupados en subredes de hasta 255 nodos, los cuales tienen la mayor parte del tiempo el transceiver ZigBee dormido con objeto de reducir el consumo al mínimo. El objetivo es que un sensor equipado con tecnología ZigBee pueda ser alimentado con dos pilas AA durante al menos 6 meses y hasta 2 años, aunque en la práctiva se ha verificado que se podrán conseguir más de 5 años de duración de batería en aplicaciones de domótica y seguridad.

Hay tres topologías: estrella, árbol y en red mallada (mesh network). Siempre hay un nodo de red que asume el papel de coordinador central encargado de centralizar la adquisición y las rutas de comunicación entre dispositivos. Además, si se aplica el concepto de Mesh Network, pueden existir coordinadores o routers, alimentados permanentemente en espera de recibir/repetir las tramas de los dispositivos o sensores. Ambos dispositivos son del tipo FFD (Full Functionality Device), debido a que exigen empotrar la mayoría de primitivas definidas por el stack ZigBee.

Los dispositivos que harán la función de sensores, termostatos o mandos a distancia serán de funcionalidad reducida (RFD, Reduced Functionality Device), y serán alimentados por baterías o pilas.

Sin lugar a dudas, una de las mayores aportaciones del ZigBee y el que mayor interés está despertando a las empresas desarrolladoras de productos, es el concepto de red nodal o mesh network por el que cualquier dispositivo ZigBee puede conectarse con otro dispositivo usando a varios de sus compañeros como repetidores. A este se le conoce como enrutado “multi-salto”, primero hace llegar la información al nodo ZigBee vecino, el cual puede además ser coordinador de la red, para así llegar al nodo destino, pasando por todos los que sean necesarios. De esta manera cualquier nodo ZigBee puede hacer llegar los datos a cualquier parte de la red inalámbrica siempre y cuando todos los dispositivos tengan un vecino dentro de su rango de cobertura.

La aplicación del concepto de Mesh Networks, hará viable muchas aplicaciones de domótica vía radio en viviendas construidas, allí donde las tecnologías radio de generaciones anteriores estaban limitadas en cuanto a la cobertura o alcance entre dispositivos. Gracias a esto la instalación y puesta en marcha de dispositivos de domótica en cualquier vivienda será una tarea muy sencilla e independiente de la tipología y tamaño de esta.

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