Todo el mundo habla del
hogar digital, conectado o domótico, pero pocos hablan de los distintos
protocolos utilizados para crearlo.
La elección del protocolo para tu instalación domótica determinará
qué dispositivos compatibles con este protocolo puedes utilizar, por
eso será lo primero que deberás elegir si decides domotizar una vivienda o
edificio.
Los protocolos más conocidos son Bluetooth y WiFi, pero la domótica también se comunica a través de
KNX, X10, Lonworks, ZigBee o Z-Wave, como
veremos a continuación.
Índice de Contenidos:
-
¿Qué son los Protocolos de Comunicación?
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Protocolos Abiertos y Cerrados
-
¿Qué debe especificar un Protocolo?
-
Protocolos Específicos Para Domótica
-
La Estandarización de los Protocolos
Los protocolos son
reglas de comunicación que se agrupan para
permitir el flujo de información entre dispositivos.
Podemos decir que es el equivalente al lenguaje de comunicación usado por 2
personas para entenderse, pero para dispositivos.
Cuando hablamos de dispositivos en domótica hablamos de los sensores,
actuadores, alarmas, elementos de salida, etc, es decir, todo lo aparatos
que podemos poner en una instalación domótica tanto para viviendas como
edificios o en la industria.
Si queremos que 2, 3, 4 o el número que sea de dispositivos se comuniquen,
tiene que ser a través del mismo protocolo, y los todos
tienen que ser capaces
de entender ese protocolo, de otra forma no podrán comunicarse.
Es similar a si una persona habla inglés y otra aleman, no se entenderán,
pero si las 2 personas saben español, usando ese idioma ahora si podrán
entenderse e intercambiarse información.
Está claro que esas 2 personas utilizarán el Español cuando quieran
comunicarse, pero eso no significa que no existan muchos más lenguajes.
Resumiendo:
Tanto los sensores, como los detectores, actuadores o cualquier dispositivo
utilizado en domótica
intercambian información empleando una reglas que se
agrupan todas ellas en un protocolo.
Normalmente estas reglas o protocolos están normalizadas y pueden ser
públicas, es decir cualquiera puede ver cómo se comunican los equipos y por
eso se llaman protocolos abiertos.
También pueden ser protocolos cerrados o privados, es decir, si quieres saber cómo se
comunican, tienes que comprar dicha información.
Los sistemas domóticos con protocolos abiertos son sistemas
que utilizan protocolos que están disponibles gratuitamente para todos.
Se podría decir que muchos dispositivos diferentes hablan el mismo lenguaje.
La ventaja de los sistemas abiertos radica en el diseño flexible de los
componentes del dispositivo.
Los dispositivos de diferentes fabricantes pueden comunicarse entre sí y
pueden controlarse a través de una plataforma.
Esto significa una gran facilidad de instalación para el usuario final,
siendo esto un factor crucial para el éxito de la inmersión de la domótica
en las viviendas como algo cotidiano.
Por un lado, el usuario tiene cierta libertad en la selección de
dispositivos, sin embargo, por otro lado, pueden surgir problemas en
la comunicación entre el módulo de control y el dispositivo individual, ya
que estos no provienen de una sola fuente y pueden no estar coordinados de
manera óptima entre sí.
Los sistemas domóticos con protocolos cerrados son, a su
vez, sistemas que usan protocolos secretos y privados, es decir, que solo se
pueden usar en ciertos aparatos.
A menudo son desarrollados y utilizados por una sola empresa.
Estos sistemas a menudo
no son compatibles con dispositivos de otros
fabricantes.
Se podría decir aquí que los dispositivos de diferentes fabricantes hablan
diferentes idiomas y no se entienden entre sí.
Ten en cuenta que si optas por un sistema cerrado,
estarás limitado
a la hora de elegir los dispositivos.
Pero también es verdad que los protocolos utilizados están coordinados de
manera óptima, por lo que
siempre se comunican y funcionan
perfectamente entre sí porque provienen del mismo fabricante.
Los protocolos son necesarios para la comunicación eficaz y deben incluir lo
siguiente:
- Cómo se identificará el emisor y el receptor del mensaje.
- El Idioma y la gramática común utilizada
- La velocidad y el momento de entrega de la información
- Los requisitos de confirmación o acuse de recibo cuando el mensaje llega o
no llega.
- Cómo se codifican los mensajes
- Las opciones de entrega del mensaje
- El formato y encapsulamiento del mensaje
- La sincronización del mensaje
- El tamaño del mensaje
Además, sobre todo en domótica, debe explicar como mínimo:
- De qué forma se pondrán las direcciones de los dispositivos dentro de la
instalación.
- Si el destinatario debe enviar un acuse de recibo cuando le llega la
información al que se la envió, o no es necesario.
- El número de intentos que debe reenviar los datos si no le llegan al
destinatario.
- Qué mecanismos utiliza para detectar posibles errores.
Además, algo muy importante en los protocolos domóticos es
la seguridad,
no olvidemos que estamos transmitiendo información privada de casas e
industrias, y con una buena seguridad en el protocolo evitaremos situaciones
indeseadas.
Primero veamos un poco de historia de los primeros protocolos domóticos,
algunos actualmente obsoletos, y luego veremos los que se utilizan
actualmente.
La mejor forma de entender donde estamos es saber de dónde venimos.
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 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, Siemens, 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 este
protocolo también es conocido como
KNX-EIB.
A día de hoy, KNX es el único protocolo certificado
libre que existe especializado en la
domótica y el más utilizado.
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
Puedes ver cómo funciona este protocolo, uno de los más usados en la
domótica en el siguiente enlace:
El sistema KNX.
Pero
tenemos otros protocolos en uso a día de hoy, siendo
los más importantes y usados son
LonWorks, ZigBee y X10.
WiFi: Lo primero que podemos pensar es utilizar
dispositivos controlados por WiFi y es cierto que a veces Wi-Fi se usa para
comunicarse con dispositivos que pueden funcionar de manera autónoma sin la
ayuda de una red inteligente, pero
Wi-Fi no es adecuado para
sistemas de automatización complejos.
Cada dispositivo que enganchamos a nuestra red WiFi, nos consume datos y
hace que esta funcione más lenta de forma general.
Tiene cierta latencia y la cobertura se convierte en un requisito esencial y
todos sabemos que no traspasa muy bien las paredes.
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 expresidente 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 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
dispositivo que permite transmitir y recibir.
Z-Wave: es un protocolo inalámbrico patentado para la
automatización del hogar diseñado para los requisitos de bajo consumo y bajo
ancho de banda del Internet de las cosas.
Es un protocolo inalámbrico patentado y privado pero con más de mil
dispositivos y más de cien empresas que fabrican productos compatibles
Z-Wave es actualmente el estándar de comunicación inalámbrica más
utilizado.
Utiliza el estándar de radio IEEE 802.15.4 PHY y redes de malla para
aumentar el alcance y la estabilidad de la red.
A diferencia de Bluetooth y ZigBee, que funcionan en la banda de 2,4 GHz,
Z-Wave funciona en la banda de frecuencia de 868 MHz en Europa (banda de 915
MHz en Norteamérica).
Operando a frecuencias inferiores a 1 GHz, Z-Wave tiene una señal robusta
que es impenetrable para las redes Bluetooth o WiFi.
Con la frecuencia más baja, Z-Wave también tiene un alcance que es hasta
tres veces mayor que, por ejemplo, ZigBee.
La topología de red Z-Wave es una red de malla donde cada nodo actúa como un
repetidor que aumenta el alcance.
Esto asegura la funcionalidad de la red incluso si falla un nodo.
Cada red Z-Wave tiene al menos un controlador, generalmente un concentrador
conectado a Wi-Fi , que emite comandos a través de la red y actúa
periódicamente como una puerta de enlace a Internet.
Debido a que es un protocolo propietario, todos los fabricantes que producen
dispositivos Z-Wave deben usar el chip SoC con licencia de Sigma Designs.
La mayoría de los diseños se pueden implementar directamente en el chip de
radio utilizando el enfoque SoC.
Esto evita el uso de una MCU externa, lo que simplifica enormemente el
desarrollo de hardware.
El software se desarrolla utilizando un SDK estándar de Sigma.
Los nuevos SoC de la serie Z-Wave 500 ofrecen un mayor alcance de hasta 150
metros, un 50 % más de duración de la batería y un 250 % más de ancho de
banda.
Al mismo tiempo, son compatibles con dispositivos de todas las generaciones
Z-Wave.
Para recibir el logotipo de Z-Wave, los productos deben estar certificados
después del desarrollo.
Aunque los precios son ligeramente más altos debido al sistema cerrado, los
productos Z-Wave son fáciles y completamente interoperables.
La tecnología de señalización robusta y sin interfaz de Z-Wave, así como su
excelente interoperabilidad con más de mil productos Z-Wave en el mercado,
la convierten en una buena opción para equipos IoT en domótica.
El problema con el
hogar digital o inteligente radica muchas veces en la variedad de
protocolos diferentes existentes en el mercado.
Por ejemplo, aquellos que fueron ideados por un determinado fabricantes con
el objetivo de excluir a otros fabricantes.
Una empresa desarrolla su propio protocolo de comunicación junto con una
gama de dispositivos.
Si un cliente ahora decide trabajar con dispositivos de este fabricante,
está enganchado al fabricante porque los dispositivos de otros fabricantes
no funcionan con este protocolo.
Este es, por supuesto, un concepto de los primeros días de la lealtad del
cliente y hoy en día solo ya no funciona, ya que los clientes de hoy quieren
seleccionar sus dispositivos domésticos inteligentes en función de la
funcionalidad y la apariencia, y además esperan que funcionen con
dispositivos de otros fabricantes.
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