Estándares Internacionales de Domótica

IECOR

TIPOS DE ESTÁNDARES O PROTOCOLOS

Estándares propietarios o cerrados: Son protocolos específicos de una marca en particular y que solo son usados por dicha marca. Pueden ser variantes de Protocolos Estándares.

Son protocolos cerrados de manera que solo el fabricante puede realizar mejoras y fabricar dispositivos que “hablen” el mismo idioma.

Esto protege los derechos del fabricante, pero limita la aparición de continuas evoluciones en los sistemas domóticos, con lo que, a medida que los sistemas con protocolo estándar se van desarrollando, van ganando cuota de mercado a los sistemas de protocolo propietario.

Otro problema que tienen es la vida útil del sistema domótico, ya que un sistema propietario que depende en gran medida de la vida de la empresa y de la política que siga, si la empresa desaparece, el sistema desaparece y las instalaciones se quedan sin soporte ni recambios.

Estándares abiertos: Son protocolos definidos entre varias compañías con el fin de unificar criterios.

Son abiertos (open systems), es decir, que no existen patentes sobre el protocolo, de manera que cualquier fabricante puede desarrollar aplicaciones y productos que lleven implícito el protocolo de comunicación.

En un sistema estándar, si una empresa desaparece o deja de sacar productos al mercado, no afecta demasiado ya que hay otros productos en el mercado que cubren ese hueco.

Los protocolos estándar para aplicaciones domóticas más extendidos en la actualidad son: KNX, Lonworks y X10.

Desde los inicios de la domótica hubo una carrera constante por parte de los fabricantes y agrupaciones de empresas del sector por establecer estándares de fabricación, en la actualidad solo dos lograron permanecer en el tiempo e imponerse a nivel mundial, los cuales son, el KNX de Konnex Association y el LonWorks de LonMark Association.

A continuación se presenta una breve reseña de los estándares de domótica que fueron apareciendo con el correr del tiempo.

EHS

El estándar EHS (European Home System) fue otro de los intentos que la industria europea (año 1984) procuró, auspiciada por la Comisión Europea, al crear una tecnología que permitiera la implantación de la domótica en el mercado residencial de forma masiva. El resultado fue la especificación del EHS en el año 1992. Estuvo basada en una topología de niveles OSI (Open Standard Interconnection), y se especificaron los niveles: físico, de enlace de datos, de red y de aplicación.
Desde su inicio estuvieron involucrados los fabricantes europeos más importantes de electrodomésticos de línea marrón y blanca, las empresas eléctricas, las operadoras de telecomunicaciones y los fabricantes de equipamiento eléctrico. La idea… crear un protocolo abierto que permitiera cubrir las necesidades de interconexión de los productos de todos estos fabricantes y proveedores de servicios.
Tal y como fue pensado, el objetivo de la EHS fue cubrir las necesidades de automatización de la mayoría de las viviendas europeas cuyos propietarios no podían permitirse el lujo de usar sistemas más potentes pero también más caros como LonWorks, EIB o BatiBUS, debido fundamentalmente a la mano de obra especializada que exigía su instalación.
El EHS viene a cubrir, por prestaciones y objetivos, la parcela que tienen el CEBus norteamericano y el HBS japonés y rebasa las prestaciones del X-10 que tanta difusión ha conseguido en EEUU.

EHSA

La EHS Association (EHSA) fue la encargada de emprender y llevar a cabo diversas iniciativas para aumentar el uso de esta tecnología en las viviendas europeas. Además se ocupó de la evolución y mejora tecnológica del EHS y de asegurar la compatibilidad total entre fabricantes de productos con interface EHS.

BatiBUS

Este protocolo de domótica está totalmente abierto, esto es, al contrario de los que sucede con el protocolo LonTalk de la tecnología LonWorks, el protocolo del BatiBUS lo puede implementar cualquier empresa interesada en introducirlo en su cartera de productos.
A nivel de acceso, este protocolo usa la técnica CSMA-CA, (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) similar a Ethernet pero con resolución positiva de las colisiones. Esto es, si dos dispositivos intentan acceder al mismo tiempo al bus ambos detectan que se está produciendo una colisión, pero sólo el que tiene más prioridad continua transmitiendo, el otro deja de poner señal en el bus. Esta técnica es muy similar a la usada en el bus europeo EIB y también en el bus del sector del automóvil llamado CAN (Controller Area Network).
La filosofía es que todos los dispositivos BatiBUS escuchen lo que ha enviado cualquier otro, todos procesan la información recibida, pero sólo aquellos que hayan sido programados para ello, filtrarán la trama y la subirán a la aplicación empotrada en cada dispositivo.
Al igual que los dispositivos X-10, todos los dispositivos BatiBUS disponen de unos microinterruptores circulares o miniteclados que permiten asignar una dirección física y lógica que identifican unívocamente a cada dispositivo conectado al bus.

EIB

El European Installation Bus o EIB es un sistema domótico desarrollado bajo los auspicios de la Unión Europea con el objetivo de contrarrestar las importaciones de productos similares que se estaban produciendo desde el mercado japonés y el norteamericano, paises donde estas tecnologías se encontraban desarrolladas.
El objetivo era crear un estándar europeo, con el suficiente número de fabricantes, instaladores y usuarios, que permita comunicar a todos los dispositivos de una instalación eléctrica como: contadores, equipos de climatización, de custodia y seguridad, de gestión energética y electrodomésticos.
El EIB está basado en la estructura de niveles OSI y tiene una arquitectura descentralizada. Este estándar europeo define una relación extremo a extremo entre dispositivos que permite distribuir la inteligencia entre los sensores y los actuadores instalados en la vivienda.

EIBA

La EIB Association (EIBA) es una agrupación de 113 empresas europeas, líderes en el mercado eléctrico, que se unieron en 1990 para impulsar el uso e implantación del sistema domótico EIB.
La EIBA tiene su sede en Bruselas y todos sus miembros cubren el 80 % de la demanda de equipamiento eléctrico en Europa. Las tareas principales de esta asociación son:

• Fijar las directrices técnicas para el sistema y los productos EIB, así como establecer los procedimientos de ensayo y certificación de calidad.
• Distribuye el conocimiento y las experiencias de las empresas que trabajan sobre el EIB.
• Encarga a laboratorios de ensayo las pertinentes pruebas de calidad.
• Concede a los productos EIB y a los fabricantes de estos una licencia de marca EIB con la que se pueden distribuir los productos.
• Colabora activamente con otros organismos europeos o internacionales en todas las fases de la normalización y adapta el sistema EIB a las normas vigentes.
• Lidera el proceso de convergencia (ver Konnex Association en este mismo apartado) de los tres buses europeos de más amplia difusión como son el propio EIB, el BatiBUS y el EHS.

Según la EIBA hay unos 10 millones de dispositivos EIB instalados por todo el mundo, unas 70.000 instalaciones, una gama de 4.500 productos diferentes, 113 empresas asociadas a la EIBA, y 70.000 instaladores cualificados.

KNX
KNX es la iniciativa de tres asociaciones europeas unidas para crear un único estándar europeo para la automatización de las viviendas y oficinas:

• EIBA, (European Installation Bus Association).
• BatiBUS Club International.
• EHSA (European Home System Association).

Los objetivos de esta iniciativa, con el nombre de “Convergencia”, son:

• Crear un único estándar para la domótica e inmótica que cubra todas las necesidades y requisitos de las instalaciones profesionales y residenciales del ámbito europeo.
• Aumentar la presencia de estos bus domóticos en áreas como la climatización o HVAC (heating, ventilation, and air conditioning).
• Mejorar las prestaciones de los diversos medios físicos de comunicación sobre todo en la tecnología de radiofrecuencia.
• Introducir nuevos modos de funcionamiento que permitan aplicar una filosofía Plug&Play a muchos de los dispositivos típicos de una vivienda.
• Contactar con empresas proveedoras de servicios como las empresas de telecomunicaciones y las empresas eléctricas, con el objeto de potenciar las instalaciones de telegestión técnica de las viviendas.

En resumen, se trata de, partiendo de los sistemas EIB, EHS y BatiBUS, crear un único estándar europeo que sea capaz de competir en calidad, prestaciones y precios con otros sistemas norteamericanos como el LonWorks o CEBus.
Actualmente la asociación Konnex concluyó las especificaciones del nuevo estándar el cual es compatible con los productos EIB instalados. Se puede afirmar que el nuevo estándar tiene lo mejor del EIB, del EHS y del BatiBUS, lo que aumenta considerablemente la oferta de productos para el mercado residencial el cual ha sido, hasta la fecha, la asignatura pendiente de este tipo de tecnologías.

La versión 1.0 contempla tres modos de funcionamiento:

1. S.mode (System mode): en esta configuración el sistema usa la misma filosofía que el EIB actual, esto es, los diversos dispositivos o nodos de la red son instalados y configurados por profesionales con ayuda del software de aplicación especialmente diseñada para este propósito.
2. E.mode (Easy mode): en esta configuración sencilla los dispositivos son programados en fábrica para realizar una función concreta. Aún así deben ser configurados algunos detalles en la instalación, ya sea con el uso de un controlador central (como una pasarela residencial o similar) o mediante unos microinterruptores alojados en el mismo dispositivo (similar a muchos dispositivos X-10 que hay en el mercado).
3. A.mode (Automatic mode): en esta configuración automática, con una filosofía Plug&Play, ni el instalador, ni el usuario final tienen que configurar el dispositivo. Este modo está especialmente indicado para ser usado en electrodomésticos, equipos de entretenimiento (consolas, set-top boxes, HiFi, etc.) y proveedores de servicios.

De forma coloquial ¿qué nos aportan estos tres modos?

• S.mode: está especialmente pensado para su uso en instalaciones como oficinas, industrias, hoteles, etc. Sólo los instaladores profesionales tendrán acceso a este tipo de material y a las herramientas de desarrollo. Los dispositivos S.mode sólo podrán ser comprados a través de distribuidores eléctricos especializados.
• E.mode: cualquier electricista sin formación en manejo de herramientas informáticas o cualquier usuario final autodidacta, podrán conseguir dispositivos E.mode en ferreterías o almacenes de productos eléctricos. Aunque la funcionalidad de estos productos está limitada (viene establecida de fábrica), la ventaja de este modo es que se configuran en un instante seleccionando, en unos microinterruptores, las opciones ofrecidas con una pequeña guía de usuario. Para los que conozcan el popular X-10 de amplio uso en EE.UU, los dispositivos E.mode aplican la misma filosofía.
• A.mode: es el objetivo al que tienden muchos productos informáticos y de uso cotidiano. Con la filosofía Plug&Play, el usuario final no tiene que preocuparse de leer complicados manuales de instalación o perderse en un mar de referencias o especificaciones. Tan pronto como conecte un dispositivo A.mode a la red este se registrará en las bases de datos de todos los dispositivos activos en ese momento en la instalación o vivienda y pondrá a disposición de los demás sus recursos (procesador, memoria, entradas/salidas, etc.). Es la misma filosofía que la iniciativa de Sun Microsystems con el Jini o de Microsoft con el Universal Plug&Play. Son los fabricantes de electrodomésticos y de pasarelas residenciales, así como los proveedores de servicios (empresas de telecomunicaciones, eléctricas, ISPs), los más interesados en este tipo de productos ya que permitirán ofrecer nuevos servicios a sus clientes de forma rápida y sin necesidad de complicadas instalaciones.

Respecto al nivel físico el nuevo estándar funcionar sobre:

• Par trenzado (TP1): aprovechando la norma EIB equivalente.
• Par trenzado (TP0): aprovechando la norma BatiBUS equivalente (actualmente en desuso).
• Ondas Portadoras (PL100): aprovechando la norma EIB equivalente.
• Ondas Portadoras (PL132): aprovechando la norma EHS equivalente (actualmente en desuso).
• Ethernet: aprovechando la norma EIB.net.
• Radiofrecuencia: aprovechando la norma EIB.RF

X10
X-10 es uno de los protocolos más antiguos que se están usando en aplicaciones domóticas. Fue diseñado en Escocia entre los años 1976 y 1978 con el objetivo de transmitir datos por las líneas de baja tensión a muy baja velocidad (60 bps en EEUU y 50 bps en Europa) y muy bajos costos. Al usar las líneas de eléctricas de la vivienda, no es necesario tender nuevos cables para conectar dispositivos.
El protocolo X-10, en sí, no es propietario, es decir, cualquier fabricante puede producir dispositivos X-10 y ofrecerlos en su catálogo, eso sí, está obligado a usar los circuitos del fabricante escocés que diseño esta tecnología. Aunque, al contrario de lo que sucede con la firma Echelon y su Neuron Chip que implementa LonWorks, los circuitos integrados que implementan el X-10 tienen un royalty muy bajo (casi simbólico).
Gracias a su madurez (más de 20 años en el mercado) y a la tecnología empleada, los productos X-10 tienen un precio muy competitivo, de forma que son líderes en el mercado norteamericano residencial y de pequeñas empresas (instalaciones realizadas por los usuarios finales o electricistas sin conocimientos de automatización).
Se puede afirmar que el X-10 es ahora mismo la tecnología más asequible para realizar una instalación domótica no muy compleja. Habrá que esperar a que aparezcan los primeros productos E.mode (easy mode) del protocolo KNX en Europa para comprobar si el X-10 tendrá competencia real, por precio y prestaciones, en el mercado europeo.

LonWorks
Echelon presentó la tecnología LonWorks en el año 1992, desde entonces multitud de empresas vienen usando esta tecnología para implementar redes de control distribuidas y de automatización. Es un protocolo diseñado para cubrir los requisitos de la mayoría de las aplicaciones de control: edificios de oficinas, hoteles, transporte, industrias, monitorización de contadores de energía, street-lighting, viviendas, etc. Actualmente hay más de 100 millones de dispositivos instalados por todo el mundo.

El protocolo LonWorks se encuentra homologado por las distintas normas Europeas (EN-14908), de Estados Unidos (EIA-709-1) y Chinas (GB/Z20177-2006) así como por el estándar europeo de electrodomésticos CEDEC AIS. Además se ha impuesto dentro de la asociación de petroleros como estándar para el control y comunicación de la red de gasolineras (IFSF) y es ampliamente utilizado en el control de viviendas y edificios, el control industrial, el control de transporte ferroviario, naval y aeroespacial, la monitorización remota de contadores y el street-lighting. La utilización de LonWorks por más de 1000 fabricantes y el éxito que ha tenido en instalaciones, en las que impera la fiabilidad y robustez, se debe a que desde su origen ofrece una solución con arquitectura descentralizada, extremo-a-extremo (peer to peer), que permite distribuir la inteligencia entre los sensores y los actuadores instalados en la vivienda y que cubre desde el nivel físico al nivel de aplicación de la mayoría de los proyectos de redes de control.

Su arquitectura es un sistema abierto a cualquier fabricante que quiera usar esta tecnología, sin depender de sistemas propietarios, permitiendo reducir los costes y aumentar la flexibilidad de la aplicación.
Aunque Echelon fue el promotor de la tecnología en la actualidad la asociación que toma las decisiones sobre normalización y certificación es LonMark Internacional.

Conceptos Básicos sobre LonWorks.

Cualquier dispositivo LonWorks, o nodo, está basado en un microcontrolador llamado Neuron Chip que actualmente fabrican Toshiba y Cypress. El diseño inicial del Neuron Chip y el protocolo LonTalk fueron desarrollados por Echelon en el año 1990. Actualmente toda la información para implementar LonWorks en otro chip esta publicada en medios oficiales pero al estar la familia Neuron Chips adaptada y dimensionada exclusivamente para este objetivo los fabricantes que eligen otras opciones son muy escasos (chips sobredimensionados encarecerán los equipos).

Del Neuron Chip podemos destacar:

• Tiene un identificador único, el Neuron ID, que permite direccionar cualquier nodo de forma unívoca dentro de una red de control LonWorks. Este identificador, con 48 bits de ancho, se graba en la memoria EEPROM durante la fabricación del circuito.
• Tiene un modelo de comunicaciones que es independiente del medio físico sobre el que funciona, esto es, los datos pueden transmitirse sobre cables de par trenzado, ondas portadoras, fibra óptica, radiofrecuencia y cable coaxial, entre otros.
• El firmware que implementa el protocolo LonTalk, proporciona servicios de transporte y routing extremo-a-extremo. Está incluido un sistema operativo que ejecuta y planifica la aplicación distribuida y que maneja las estructuras de datos que intercambian los nodos.

Estos circuitos se comunican entre sí enviándose telegramas que contienen la dirección de destino, información para el routing, datos de control, así como los datos de la aplicación del usuario y un checksum como código detector de errores. Todos los intercambios de datos se inician en un Neuron Chip y se supervisan en el resto de los circuitos de la red. Un telegrama puede tener hasta 229 octetos de información neta para la aplicación distribuida.

Los datos pueden tener dos formatos, un mensaje explícito o una variable de red. Los mensajes explícitos son la forma más sencilla de intercambiar datos entre dos aplicaciones residentes en dos Neuron Chips del mismo segmento LonWorks. Por el contrario, las variables de red proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automático de datos distribuidos en un segmento LonWorks. Aunque son menos flexibles que los mensajes explícitos, las variables de red evitan que el programador de la aplicación distribuida esté pendiente de los detalles de las comunicaciones.

LonMark

Es la asociación formada por los distintos fabricantes que utilizan la tecnología LonWorks, se encarga de definir los perfiles necesarios para que los equipos sean completamente interoperables entre varios fabricantes, por ejemplo, se define que la temperatura se expresará en grados centígrados y con dos decimales.

CEBus
En 1984 varios miembros de la EIA norteamericana (Electronics Industry Association) llegaron a la conclusión de la necesidad de un bus domótico que aportara más funciones que las que aportaban sistemas de aquella época (ON, OFF, DIMMER xx, ALL OFF, etc.). Especificaron y desarrollaron un estándar llamado CEBus (Consumer Electronic Bus). En 1992 fue presentada la primera especificación. Se trata de un protocolo, para entornos distribuidos de control, que está definido en un conjunto de documentos (en total unas 1000 páginas). Como es una especificación abierta cualquier empresa puede conseguir estos documentos y fabricar productos que implementen este estándar. En Europa, una iniciativa similar en prestaciones, teniendo en cuenta el mercado al que va dirigido, es el protocolo EHS (European Home System).

CIC

La CIC (CEBus Industry Council) es una asociación de diferentes fabricantes de software y hardware que certifican que los nuevos productos CEBus que se lancen al mercado cumplan toda la especificación. Una vez que el producto pase todos los ensayos, el fabricante paga una tasa y es autorizado a poner el logo CEBus en ese producto.

BACnet
El BACnet es un protocolo norteamericano para la automatización de viviendas y redes de control que fue desarrollado bajo el patrocinio de una asociación norteamericana de fabricantes e instaladores de equipos de calefacción y aire acondicionado. El principal objetivo, a finales de los años ochenta, era la de crear un protocolo abierto (no propietario) que permitiera interconectar los sistemas de aire acondicionado y calefacción de las viviendas y edificios con el único propósito de realizar una gestión energética inteligente de la vivienda. Se definió un protocolo que implementaba la arquitectura OSI de niveles y se decidió empezar usando, como soporte de nivel físico, la tecnología RS-485 (similar al RS-232 pero sobre un par trenzado y transmisión diferencial de la señal, para hacer más inmune esta a las interferencias electromagnéticas). Incluso a principios de los años 90, cuando apareció el protocolo LonTalk usado en LonWorks, esta asociación se planteó su inclusión como parte del protocolo BACnet, a pesar que Echelon demostró que no pensaba ceder los derechos de patente ni dejar de cobrar royalties por los chips que implementan el LonWorks. Todo ello iba en contra de las bases fundacionales del grupo de trabajo BACnet como protocolo abierto.
La parte más interesante de este protocolo es el esfuerzo que han realizado para definir un conjunto de reglas HW y SW que permiten comunicar dos dispositivos, independientemente si estos usan protocolos como el EIB, el BatiBUS, el EHS, el LonTalk, TCP/IP, etc.
El BACnet no quiere cerrarse a un nivel físico o a un protocolo de nivel 3 concreto, realmente lo que pretende definir es la forma en que se representan las funciones que puede hacer cada dispositivo llamadas “objetos”, cada una con sus propiedades concretas. Existen objetos como entradas/salidas analógicas, digitales, bucles de control (PID, etc.) entre otros. Algunas propiedades son obligatorias otras son opcionales, pero la que siempre se debe configurar es la dirección o identificador de dispositivo el cual permite localizar a este dentro de una instalación compleja BACnet. Actualmente existe incluso una iniciativa en Europa para la estandarización del BACnet como herramienta para el diseño, gestión e interconexión de múltiples redes de control distribuido.

DMX
DMX512, a menudo abreviado como DMX (Digital MultipleX), es un protocolo electrónico utilizado en luminotecnia para gestión y control de iluminación espectacular permitiendo la comunicación entre los equipos de control de luces y las propias fuentes de luz.
Desarrollado por la Comisión de Ingeniería de USITT, el estándar comenzó en 1986, con posteriores revisiones en 1990 que dieron paso al USITT DMX512/1990. ESTA tomó el control del estándar en 1998 y empezó el proceso de revisión.
El nuevo estándar, conocido oficialmente como “Entertainment Technology – USITT DMX512-A – Asynchronous Serial Digital Data Transmission Standard for Controlling Lighting Equipment and Accessories”, fue aprobado por ANSI en noviembre del 2004.
El actual estándar es también conocido como “E1.11, USITT DMX512-A”, o solo “DMX512-A”, y es mantenido por la ESTA.
DMX aparece como la solución al problema de la incompatibilidad que existía entre marcas por la utilización de protocolos propietarios, lo cual obligaba a tener un control de manejo por cada marca de luces que se tenía.
DMX fue originalmente pensado para usarlo en controladores de enlace y dimmers de diferentes fabricantes, un protocolo que sería usado como último recurso después de probar otros métodos más en propiedad, no GNU. Sin embargo, pronto se convirtió en el protocolo preferido no sólo para controladores de enlace y dimmers, sino también para controlar aparatos de iluminación como scanners, cabezas móviles y dispositivos de efectos especiales como máquinas de humo.
Como DMX512 es un sistema de transmisión de datos poco fiable, no debe ser usado para controlar Pirotecnia, para esta tarea se usa a veces controladores MIDI.

Estándares Internacionales de Domótica