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SIMPOSIO DE TELECOMUNICACIONES
UNIVERSIDAD DE LOS ANDESMÉRIDA – VENEZUELA27 DE ABRIL DE 2007
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PLATAFORMA DE TELECOMUNICACIONES EN EDIFICIOS INTELIGENTES
ESTADO DE ARTEIng. Pedro José Calderón Baca
Universidad de San Martín de PorresLima - Perú
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BUILDING IT
EDIFICIO INTELIGENTE
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Cuando se trata de definir, evaluar o certificar un
“BUILDING IT” a veces, se confunde lo que es
AUTOMATIZACIÓN con INTELIGENCIA.
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Es la habilidad de un dispositivo para adaptarse a los cambios del
medio utilizando óptimamente sus recursos con el fin de solucionar un
problema dado.Es la facultad de conocer y
entender.Es la destreza para la ejecución de
una acción.
AUTOMATIZACIÓN
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Es la habilidad del sistema de reconocer a las personas y de brindarles los servicios que han sido diseñados para esa
persona en particular.
INTELIGENCIA
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¿CUÁL ES LA FINALIDAD DEL BUILDING IT?
Ambiente comfortableEficiente en su operación
Seguridad humana (life safety)Seguridad material (security)
Ahorro de energía
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BUILDING MANAGEMENT
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SECURITY AND LIFE SAFETY
SEGURIDAD MATERIAL Y SEGURIDAD HUMANA
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COMPUTING AND COMMUNICATIONS
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¿QUÉ ES LO QUE DESEAMOS CONTROLAR, ADMINISTRAR,
GERENCIAR?
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¿CÓMO ADMINISTRAMOS ESTOS SITEMAS?
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CADA UNO DE LOS SISTEMAS QUE HEMOS VISTO TIENEN SUS
PROPIOS SENSORES O DISPOSITIVOS DE ADQUISICIÓN
DE DATOS, CUYA LABOR ES MONITOREAR EL ESTADO EN QUE
SE ENCUENTRAN, EN CADA MOMENTO, CADA UNO DE ELLOS.
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CADA UNO DE ESTOS DISPOSITIVOS DE
ADQUISICIÓN DE DATOS HABLA SU PROPIO LENGUAJE,
POR LO TANTO DEBEMOS INTEGRAR TODOS ESTOS
SISTEMA EN UN SOLO SISTEMA
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INTEGRACIÓN DE SISTEMASELEMENTOS DE LA
INTEGRACIÓN DE SISTEMAS:
•DISPOSITIVOS DE CAMPO•CONTROLADORES O
PANELES•TERMINALES DE OPERACIÓN
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SensoresControladores
Terminales
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ADQUISICIÓN DE DATOS
DISPOSITIVOS DE CAMPO
SENSORIZACIÓN
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Remota
Portable
Local
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Hemos visto que estos dispositivos de campo son los
ojos, oídos, nariz y piel del edificio inteligente los cuales
proveen la información necesaria para ejecutar el
control automatizado, centralizado del edificio.
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Hay dos tipos de dispositivos de campo:Inteligentes.
No inteligentes.
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CONTROLADORES
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LOS CONTROLADORES SON LOS EQUIPOS QUE RECIBEN LOS DIFERENTES TIPOS DE
SEÑALES DE LOS SENSORES Y LAS CONVIERTEN A UN SOLO TIPO DE SEÑAL COMPATIBLE CON LAS REDES ETHERNET
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TERMINALES DE OPERACIÓN
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•Software de integración y manejo del sistema completo.•Software de mantenimiento
de funciones.•Integración vía LAN/WAN de
estaciones de operación.•Control remotos de edificios.
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PROTOCOLOS DE INTEGRACIÓN
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TIPOS DE LENGUAJE DE LOS SENSORES.
Vía duplicidad de componentes de campo, en
paralelo o puentes.Vía señales eléctricas 0-10V;
0-5V; 4-20mA; 0-50 Ohms.Vía protocolos de
comunicación digital.
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BACnet: (Building Automation andControls Network).
EIB: (European Installation Bus).CEBus: (Conmsumer Electronics
Bus).LonTalk: (Local Operating
Network, Echelon Corporation).
PROTOCOLOS DE INTEGRACIÓN
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BACnet
Building Automation andControls Network
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•Trabaja en los niveles de application, network, data link y
physical layer, de los niveles OSI (open system
interconnection). Trabaja con Ethernet, ARCnet, LonTalk,
Point-to-Point, Master-slave/token-passing.
BACnet Building Automation andControls Network
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•Este protocolo ha sido diseñado para ser aplicable a
cualquier función de automatización de edificio.
BACnet Building Automation andControls Network
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•El uso de este protocolo ha sido casi exclusivamente aplicado al
control de HVAC(heating,ventilating, and air-
conditioning), no desarrollado para control de fuego, control de acceso,
iluminación u otro BAS (buildingautomation system).
BACnet Building Automation andControls Network
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EIB
European Installation Bus
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•Estándar desarrollado por Siemens.Esta basado en el protocolo
CSMA/CA (carrier sense multipleaccess/collision detection) para
comunicación serial u usando un bus común lo cual reduce el
cableado usando dispositivos en cadena o puente.
EIB European Installation Bus
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Puede usar cable UTP, infrarrojo, líneas eléctricas, radio frecuencia. Emplea multicast communication. Un simple mensaje puede activar
dozenas o aun cientos de funciones en una red EIB.
EIB European Installation Bus
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CEBus
Consumer Electronics Bus
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•Desarrollado por EIA (ElectronicsIndustries Alliance) para LANs y
redes de automatización en casas y residencias.
CEBus (Consumer ElectronicsBus)
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•Usa arquitectura abierta y trabaja sobre líneas eléctricas, cable UTP, fibra óptica, coaxial,
infrarrojo, radio frecuencia.
CEBus (Consumer ElectronicsBus)
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LonTalk
Local Operating Network, Echelon Corporation)
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•LonTalk es un protocolo desarrollado por Echelon
Corporation para el control de interoperabilidad de las redes usando tecnología LonWorks.
LonTalk Local Operating Network, Echelon Corporation)
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•LonWorks es usado para redes de control distribuida que consiste de dispositivos
inteligentes conectados en conjunto usando cualquier tipo de media: líneas elctricas, cable
UTP, fibra óptica, coaxial, inalámbrico.
LonTalk Local OperatingNetwork, Echelon Corporation
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Cada dispositivo de la red LonWorks contiene su propio
microrocesador, llamado Neuronchip para emitir señales de
comunicaciónes y su procesamiento.
LonTalk Local Operating Network, Echelon Corporation
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Este protocolo usa las 7 capas de OSI dando una completa
plataforma de interconexión. Los dispositivos LonTalk de
diferentes fabricantes pueden NO hablar uno con otro, a menos que
hayan sido fabricados bajo el programa LonMark.
LonTalk Local Operating Network, Echelon Corporation
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•LonTalk es un protocolo abiertoy es totalmente compatible con el
estándar ANSI/ASHARAE 135 BACnet y el ANSI/EIA 709.1-A
Control Network Protocol.
LonTalk Local Operating Network, Echelon Corporation
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Su uso se adapta para edificios, industrias y casas y lo realiza a
través de redes basadas en internet ó IP-BASED.
Contola todas funciones de automatización por ejemplo HVAC, controles de acceso, control de iluminación, etc.
LonTalk Local Operating Network, Echelon Corporation
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HONEYWELLJHONSON CONTROL
SIEMENSANDOVER CONTROLS
LANDIS & STAEFACSI CONTROL SYSTEM
INTERNATIONALSIEBE (antes BARNER
COLLMAN)
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PLATAFORMA DE COMUNICACIÓN INALÁMBRICA
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IEEE 802.15 WPAN™ Task Group 4 (TG4)
ZigBee
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The IEEE 802.15 TG4 was charteredto investigate a low data rate solutionwith multi-month to multi-year battery
life and very low complexity. It isoperating in an unlicensed,
international frequencyband. Potential applications are sensors, interactive toys, smart
badges, remote controls, and homeautomation.
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ZigBee is a wireless technologydeveloped as an open global standardto address the unique needs of low-
cost, low-power, wireless sensor networks.
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The standard takes full advantage ofthe IEEE 802.15.4 physical radio
specification and operates in unlicensed bands worldwide at thefollowing frequencies: 2.400–2.484
GHz, 902-928 MHz and 868.0–868.6 MHz.
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The 802.15.4 specification wasdeveloped at the Institute of Electrical
and Electronics Engineers (IEEE). The specification is a packet-based
radio protocol that meets the needs oflow-cost, battery-operated devices.
The protocol allows devices tointercommunicate and be powered by
batteries that last years instead ofhours.
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The ZigBee protocol carries allthe benefits of the 802.15.4
protocol with added networkingfunctionality.
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The ZigBee Protocol
The ZigBee protocol was engineeredby the ZigBee Alliance, a non-profit
consortium of leading semiconductor manufacturers, technology providers,
OEMs and end-users worldwide.
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The protocol was designed to provideOEMs and integrators with an easy-
to-use wireless data solutioncharacterized by low-power
consumption, support for multiplenetwork structures and secure
connections.
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The ZigBee Advantage
The ZigBee protocol was designedto carry data through the hostile RF environments that routinely exist in
commercial and industrial applications.
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ZigBee protocol features:
Low duty cycle - Provides long battery life
Low latencySupport for multiple network
topologies: Static, dynamic, star andmesh
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Direct Sequence Spread Spectrum(DSSS)
Up to 65,000 nodes on a network128-bit AES encryption – Provides
secure connections between devices Collision avoidance
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Link quality indicationClear channel assessment
Retries and acknowledgementsSupport for guaranteed time slots
and packet freshness
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Secure Connections
The ZigBee specification provides a security toolbox approach toensuring reliable and secure
networks. Access control lists, packet freshness timers and 128-bit
encryption based on the NIST Certified Advanced EncryptionStandard (AES) help protect
transmitted data.
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ZigBee Applications
ZigBee enables broad-baseddeployment of wireless networks with
low-cost, low-power solutions.
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It provides the ability to run for yearson inexpensive batteries for a host of
monitoring applications: Lightingcontrols, AMR (Automatic Meter
Reading), smoke and CO detectors, wireless telemetry, HVAC control,
heating control, home security, Environmental controls, drapery and
shade controls, etc.
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Standard ZigBee® 802.15.4
Wi-Fi™802.11b
Bluetooth™
802.15.1 Transmission Range(meters)
1 – 100* 1 - 100 1 – 10
BatteryLife (days)
100 –1,000
0.5 – 5.0 1 - 7
NetworkSize (# of
nodes
> 64,000 32 7
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Standard ZigBee® 802.15.4
Wi-Fi™802.11b
Bluetooth™
802.15.1 Application Monitoring
& ControlWeb, Email, Video
Cable Replaceme
ntStack Size
(KB)4 – 32 1,000 250
Throughputkb/s)
20 – 250 11,000 720
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Mesh Networks
A key component of the ZigBee protocolis the ability to support mesh networks.
In a mesh network, nodes are interconnected with other nodes so that
at least two pathways connect eachnode.
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Connections between nodes are dynamically updated and optimized in difficult conditions. In some cases, a partial mesh network is established
with some of the nodes onlyconnected to one other node.
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Mesh networks are decentralized in nature; each node is self-routing and
able to connect to other nodes as needed. The characteristics of meshtopology and ad-hoc routing provide
greater stability in changing conditionsor failure at single nodes.
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Performance
Power Output:
XBee: 1mW (0 dBm) XBee-PRO: 60 mW (18 dBm)*, 100 mW EIRP*
Indoor/Urban Range:
XBee: up to 100' (30m) XBee-PRO: up to 300' (100m)
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Outdoor/RF Line-of-sight Range:
XBee: up to 300' (100m) XBee-PRO: up to 1 mile (1.6km) RF
Data Rate:250 Kbps
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Interface Data Rate: up to 115.2 Kbps
Operating Frequency: 2.4 GHz
Receiver Sensitivity:
XBee: -92 dBmXBee-PRO: -100 dBm
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Networking
Spread Spectrum Type: DSSS (Direct Sequence SpreadSpectrum)
Networking Topology: Peer-to-peer, point-to-point & point-to-multipoint
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Error Handling: Retries & acknowledgements
Filtration Options: PAN ID, channeland addresses
Channel Capacity:
XBee: 16 ChannelsXBee-PRO: 12 Channels
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Addressing:65,000 networkaddresses available for eachchannel
Encryption:128-bit AES (comingsoon)
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Power
Supply Voltage:2.8 - 3.4 V
Transmit Current:
XBee: 45 mA (@ 3.3 V) XBee-PRO: 270 mA (@ 3.3 V)
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Receive Current:
XBee: 50 mA @ 3.3 V XBee-PRO: 55 mA (@ 3.3 V)
Power-down Sleep Current:<10 µA
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General
Frequency Band:
2.4000 - 2.4835 GHz
Serial Data Interface:
3V CMOS UART - No configurationrequired
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Physical Properties
Size:
XBee: 0.960" x 1.087" (2.438cm x 2.761cm), XBee-PRO: 0.960" x 1.297" (2.438cm x 3.294 m)
Weight:XBee: 0.10 oz. (3g) XBee-PRO: 0.14 oz. (4g)
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Weight:
XBee: 0.10 oz. (3g) XBee-PRO: 0.14 oz. (4g)
Antenna Options:
U.FL RF connector, chip antenna, or whip antenna
Operating Temperature:
-40 to 85° C (industrial)
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Certifications:
FCC:
XBee: OUR-XBEE XBee-PRO: OUR-XBEEPRO
IC:
XBee: 4214A-XBEE XBee-PRO: 4214A-XBEEPRO
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