Comunicación presentada al II Congreso Edificios Inteligentes:
Autores
- Francisco de Borja Ortiz de la Orden, Analista, everis Spain SLU
- Juan Carlos Egido Mayordomo, Jefe de Proyecto-Coordinador, everis Spain SLU
- Santiago Miguel Valero Alonso, Jefe de Proyecto-Responsable diseminación, everis Spain SLU
- Christophe Joubert, Jefe de proyecto – Coordinador I+D+i, Prodevelop
- Vicente Sanjaime, Analista-Programador de soluciones espaciales, Prodevelop
- Ignacio Mansanet Benavent, Técnico asociado a proyectos, Universitat Politècnica de València (UPV)
- Joan Fons Cors, Profesor, Universitat Politècnica de València (UPV)
Resumen
La automatización de los edificios presenta los problemas conocidos de integración de nuevas tecnologías con instalaciones preexistentes. Esto provoca (1) un sobrecoste, por la replicación de componentes y (2) una dificultad de integración de los sistemas. En este contexto, el proyecto Europeo ITEA BaaS (Building as a Service) provee una plataforma que da respuesta a los retos identificados mediante la generalización de los sistemas, permitiendo además la integración de los sistemas legados con las novedades del mercado. Así mismo, se presenta una solución basada en BaaS, que se ha implantado en un entorno real, y ha permitido que se desarrollen por encima de ella servicios de valor añadido. Todo ello abre un nuevo nicho de negocio a las empresas.
Problemática actual – Introducción
Gestión de edificios y tecnologías implantadas
El contexto de la automatización en edificios y su gestión sufre a día de hoy una separación de disciplinas y carece de los métodos de integración entre todas las fuentes de información que se encuentran disponibles. La automatización de los edificios llamados inteligentes sigue presentando los problemas conocidos de integración de diferentes tecnologías e instalaciones preexistentes con las de nueva aparición. Este problema causa que, en muchas ocasiones, se opte por realizar diferentes instalaciones para distintos componentes de la automatización (i.e.: iluminación, climatización, etc.) lo que causa tanto (1) un sobrecoste dado que muchas partes tienen que ser replicadas y (2) una dificultad de integración de los sistemas. Actualmente las tecnologías implantadas en edificios como los estándares KNX, X10, etc. u otros sistemas y tecnologías propietarias, no permiten la interacción e integración con otros sistemas. Es por ello que lo que se obtiene no es una automatización de un edificio sino un conjunto de subsistemas disjuntos entre sí y de muy difícil o imposible interacción.
IoT (Internet of Things) y sistemas legados
Las tecnologías enunciadas en el punto anterior controlan cada uno de los sistemas legados instalados en los edificios en función de cómo están implementados. Cada uno de dichos sistemas se gobierna por separado y no permite, en muchas de las ocasiones, el intercambio de datos con otros sistemas y ni siquiera exponer los datos de una manera “pública” para dar cabida a una interacción abierta y libre. En ese punto se observa un déficit de integración y más teniendo en mente el paradigma IoT y cómo los datos de cada uno de los dispositivos pueden ser aprovechados para dotar de mayor información a los usuarios o sistemas.
Descripción de la solución BAAS (Building as a Service)
Tratando de dar solución a los problemas descritos anteriormente, en el proyecto Europeo BaaS (ITEA 3 · Project · 12011 BaaS) se ha realizado un exhaustivo trabajo para definir una arquitectura (Butzin et. al, 2014) que permita la integración de soluciones tanto actuales como legadas en una misma plataforma.
Arquitectura Baas
Esta arquitectura define una manera común que baraja las fases tanto de diseño, como de implementación, implantación, explotación y mantenimiento de sistemas de automatización para edificios siguiendo un enfoque orientado a servicios.
En la Figura 1 se puede observar el Modelo de Dominio que define la arquitectura propuesta en BaaS. En la que destacan varios aspectos novedosos, como la descripción semántica de los datos (BaaS Data y Data Point Físicos y Virtuales) así como de las interfaces para el intercambio de información o los propios servicios. Otro aspecto importante es cómo se consigue integrar los dispositivos legados a través de un Gateway, consiguiendo así ponerlos al mismo nivel que los dispositivos BaaS.
Solución implementada
Siguiendo los principios arquitectónicos definidos en el marco del proyecto, para el demostrador Español se ha implementado una plataforma que cumple con estos principios. Esta arquitectura ha sido implementada teniendo como base OSGi (Open Services Gateway Initiative) y Java7. Se ha tratado de explotar todas las capacidades de partición en componentes y orientación a servicios que brinda OSGi para cumplimentar los requisitos que sostienen la definición arquitectónica de BaaS.
Así por ejemplo, cada uno de los conceptos de la arquitectura se plasman en la plataforma como Servicios registrados en OSGi y que por tanto pueden ser accedidos de manera dinámica, permitiendo así la aparición / desaparición y la conexión / desconexión de componentes en tiempo de ejecución.
Así pues, cada uno de los componentes cumple con un ciclo de vida (Figura 2) que provoca que dichos componentes transiten por distintos estados referentes a su disponibilidad, en función de si sus requisitos son o no satisfechos por el resto de componentes de la plataforma en un momento dado. Este ciclo de vida es gestionado por unos componentes especiales de la plataforma llamados Platform Component Manager. En la solución propuesta, se ha implementado un gestor por cada tipo de componente distinto de la plataforma. Cada uno de estos gestores se encargará exclusivamente del ciclo de vida de “sus” componentes sin tener en cuenta las consecuencias de su activación / desactivación. Cabe tener en cuenta que cada cambio en el estado de un componentes puede provocar una reacción en cadena que afecte a otros componentes dependientes de este primero y viceversa. Las dependencias gestionadas por los gestores son las que se han definido a nivel conceptual en el modelo de dominio.
La plataforma que se ha implementado en el consorcio español ofrece a los servicios superiores un conjunto de servicios REST que permiten interactuar con la plataforma de una manera fácil y cómoda. La sintaxis de los servicios se basa en la definición propuesta a nivel de arquitectura, utilizando los DataPoint Types como base de la interacción. Además se ha implementado un registro que permite consultar los Servicios y Dispositivos registrados en la plataforma así como sus datos y estado. Para interactuar con los dispositivos, se ha implementado el BaaS Gateway particular capaz de interactuar de la manera definida por el modelo de dominio, con la instalación física basada en dispositivos ZigBee. Concretamente se ha diseñado una plataforma que da soporte a distintos tipos de sensores como Termómetros, Higrómetros, Luxómetros, etc. así como interactuar con luces tanto binarias como graduables.
Servicios de valor añadido – Negocio de terceros
Una vez que el diseño e implementación de una plataforma orientada a servicios como BaaS (Butzin et. al, 2015) permite dar respuesta a las problemáticas identificadas anteriormente, ahora es el turno de la definición de los servicios que terceros pueden desarrollar en distintos ámbitos del negocio. Al hablar de servicios, estos pueden ser divididos en dos tipos: (1) los Servicios de Valor Añadido (SVA) que harán uso de (2) los Servicios Básicos (SB) de la plataforma BaaS en el dominio de los Sistemas de Automatización de Edificios (BAS – Building Automation Systems). Todo ello, crea un ecosistema encaminado hacia la generación, utilización e integración de servicios de una manera sencilla gracias a un mecanismo estandarizado que abstrae la capa técnica y enfoca la gestión hacia modelos más sencillos y reutilizables.
Descripción genérica de funcionamiento
Por un lado, los SB son servicios basados en las funcionalidades que proveen los sistemas pre-existentes (sensores y actuadores) ya instalados en los edificios. Por otro lado, los SVA son servicios IoT avanzados totalmente aplicados a negocio que podrían ser desarrollados por terceros, simplemente teniendo en cuenta los requisitos de aplicaciones de alto nivel y la integración con la Plataforma BaaS. Con este hecho se logra independizar totalmente la integración técnica con las tecnologías legadas que implementan los sistemas heredados en los edificios. Para la comunicación entre la Plataforma BaaS y los dispositivos propietarios finales son necesarios adaptadores ad-hoc para los protocolos de comunicación utilizados, e.g. Zigbee o BACnet. Todo el proceso de interacción queda reflejado en la Figura 3.
Servicios definidos para el demostrador
Con el objetivo de dotar al demostrador del proyecto con el conjunto de servicios necesarios para su exhibición, se han definido SB y SVA específicos tal y como se muestra en la Tabla 1. El demostrador español del proyecto se desarrolla en un Centro Municipal de la ciudad de Valencia cedido a tal efecto por el Ayuntamiento. En el siguiente capítulo se describe con más detalle dicho piloto en el que están instalados todos los componentes en un entorno real.
Demostrador – Caso Práctico
A raíz del proyecto BaaS, el Ayuntamiento de Valencia con el apoyo de la Concejalía de Juventud, de los Servicios Centrales Técnicos y de la Fundación InnDEA Valencia y junto a everis, Prodevelop y la Universitat Politècnica de València (UPV), inició una colaboración para realizar diferentes mejoras, entre ellas a nivel energético y de satisfacción de los usuarios, en el edificio que constituye el Centro Municipal de Juventud y Servicios Sociales del barrio de Patraix. El objetivo era transformar el centro en un “edificio inteligente” para que, en función de las necesidades de cada momento, el edificio se configurase en base a ciertos criterios ya fueran externos (tiempo atmosférico) o internos (eficiencia energética, valores medidos por los sensores legados u opiniones de los usuarios). Este plan se integra dentro de la “Estrategia Smart City”, que pretende desarrollar Valencia como una Ciudad Inteligente.
El objetivo del demostrador era aprovechar las capacidades domóticas del edificio, es decir, los sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de una vivienda como la iluminación, la ventilación o el control de presencia. Esta tecnología permite al edificio configurar las características que hay que programar para cada evento que se celebre en el centro. De esta forma, el edificio tiene a su disposición servicios que le permiten configurar las condiciones idóneas para el público siendo capaz de reproducirlas de forma automática.
La transformación del Centro Municipal en un “edificio inteligente” se inició con la instalación de unos novedosos dispositivos que controlan de forma automática la iluminación del edificio municipal así como sensores que ofrecen diferentes medidas.
En concreto, las labores realizadas consistieron en la instalación de una serie de dispositivos que usan el estándar Zigbee, una tecnología de comunicaciones inalámbrica muy extendida y orientada a la domótica, que son capaces de gestionar de forma automática y autónoma la iluminación del edificio, además de obtener valores de temperatura/humedad, presencia y luminancia, según el tipo de actividad realizada en cada sala.
Como parte del demostrador, se contemplaron tres escenarios de uso: 1) la reserva inteligente de salas; 2) el mantenimiento de las salas; 3) la auto-configuración de salas en base a opiniones.
- Los usuarios o el responsable de la 4ª planta (Juventud) del edificio situado en el barrio de Patraix suelen reservar salas para un perfil específico (yoga, proyección, reunión, estudio, etc.). Entonces, la plataforma BaaS proporciona una configuración automática de la sala sobre los sistemas legados teniendo en cuenta las opiniones anteriores del usuario y otra información relevante (sensores de humedad/temperatura/luminosidad, tiempo exterior, etc.).
- El Facility Manager de la 4ª planta del edificio de Patraix puede gestionar las reservas, las salas, la planta y el edificio además de las opiniones de los usuarios a través de una aplicación de mantenimiento. El sistema permite obtener un estado general del edificio, en concreto de la 4ª planta, para facilitar las tareas del responsable y los técnicos de mantenimiento. La información de los distintos sensores y actuadores está accesible mediante el visualizador 3D en tiempo real, y la configuración de una sala (luminosidad) puede ser cambiada directamente desde el visualizador (Gaston et. al, 2015).
- Los usuarios pueden, mediante sus dispositivos móviles, proporcionar su opinión sobre la iluminación al sistema al acabar una reserva que hayan hecho. Pueden dar su opinión sobre las luces e indicar comentarios generales para cada reserva. El sistema ajustará la intensidad de luz en futuros eventos de forma inteligente teniendo en cuenta dichas opiniones. Por tanto, este concepto de “inteligencia ambiental” (Weiser, Mark, 1991) aplicado a la edificación e involucrando a los ciudadanos, redunda en una gestión más eficiente de las salas a distintos niveles e incrementa el grado de satisfacción de los usuarios.
Conclusiones
Se ha presentado una solución para la automatización de edificios inteligentes basada en servicios, que permite la integración de diferentes tecnologías y sistemas legados de una manera estructurada (basado en una arquitectura de referencia), lo que acelera el proceso global de integración. Además, la infraestructura presentada permite ofrecer un conjunto de Servicios de Valor Añadido (SVA) que hacen el manejo y mantenimiento de los edificios más eficiente. Con respecto a las integraciones de nuevas tecnologías, en el futuro los nuevos protocolos de comunicación para automatización y control de redes en edificios podrán ser incluidos dentro de la solución, poniendo en evidencia la escalabilidad y extensibilidad de la plataforma BaaS. En términos de aplicabilidad de la solución, el catálogo de SVA podría abarcar distintos ámbitos del negocio como serían: eficiencia energética, mejora de la experiencia de usuario, seguridad, ambientación de espacios y evacuación de personas, entre otros e incluso un conjunto de los mismos.
Referencias
- http://www.bacnet.org/ (30 de julio 2015)
- http://baas-itea2.eu/ (30 de julio 2015)
- (Butzin et. al, 2015) Butzin, B. Inst. of Appl. Microelectron. & Comput., Univ. of Rostock, Rostock, Germany & Golatowski, F., Niedermeier, C., Vicari, N., Wuchner, E, 2015. IEEE Xplore
- (Butzin et. al, 2014) Butzin, B.; Golatowski, F.; Niedermeier, C.; Vicari, N.; Wuchner, E., «A model based development approach for building automation systems,» Emerging Technology and Factory Automation (ETFA), 2014 IEEE , vol., no., pp.1,6, 16-19 Sept. 2014
- (Gaston et. al, 2015) Gaston, D.; Joubert, C.; Montesinos, M., “3D Web Visualization for Real-Time Maintenance of Smart Buildings”, ERCIM News (101), April 2015
- https://itea3.org/project/baas.html (30 de julio 2015)
- (Weiser, Mark, 1991) Weiser, M. «The computer for the 21st century». Scientific American, vol no. 265, pp. 66-75. Sept. 1991.
- http://www.osgi.org (30 de julio de 2015)
- http://www.zigbee.org/zigbeealliance/ (30 de julio 2015)