Comunicación presentada al I Congreso Edificios Inteligentes:
Autores
- Oscar Ciordia Escribano, Knowledge Development for Plastic Optic Fibres (KDPOF)
- Oscar Rechou Iglesias, Casacom Solutions AG
- Antonio San Juan Cambra, Casacom Solutions AG
Resumen
El hogar inteligente del futuro será un espacio de confort para el usuario que habrá que dotar con las tecnologías necesarias para su disfrute. Con las tecnologías gigabit FOP (Fibra Óptica Plástica) y digitalSTROM podemos convertir cualquier vivienda en un hogar digital HOY, de manera sencilla y económica y sin necesidad de obras utilizando las canalizaciones existentes.
Introducción
La necesidad de disponer de una red de banda ancha robusta en todo el hogar es una realidad ya percibida por los operadores de telecomunicaciones, instaladores, fabricantes de equipos y los propios usuarios finales. De una manera cada vez más alarmante se está percibiendo la necesidad de diferenciar la oferta de accesos a la red/nube para los hogares con la oferta de mayores velocidades, de las mejoras en las experiencias de usuario final.
Esto, a su vez, implica que el usuario pueda disfrutar del ancho de banda contratado independientemente de la configuración y número de dispositivos presentes en su hogar lo que obliga a disponer de una solución tecnológica para la red del hogar que sea inteligente y distinta a la actual que acaba en el router/Gateway de acceso.
Las tecnologías de comunicaciones hoy presentes para la interconexión de dispositivos dentro del hogar, como son WiFi y PLC, están llegando a su límite y no son capaces de ofrecer conexiones robustas para los anchos de banda demandados según las proyecciones de crecimiento de la demanda de ancho de banda.
Este artículo presenta la visión, cada vez más extendida, de una red de banda ancha del hogar que aprovecha lo mejor de dos mundos: las redes inalámbricas basadas en WiFi y una infraestructura cableada a través de los conductos eléctricos basada en fibra FOP.
Como ejemplo práctico de implementación de esta tecnología se mostrará la propuesta de la empresa Casacom que integra además la red troncal del hogar basada en Fibra Óptica Plástica (FOP) con otra red domótica con pequeños chips inteligentes y a través de la red eléctrica existente, permitiendo a cualquier vivienda, ya sea obra nueva o rehabilitación, convertirse en un hogar digital e inteligente sin necesidad de costosas obras. Esta solución permite, por ejemplo, el acceso a servicios de última generación como televisión de alta definición/3D, internet ultrarrápido, video llamadas HD, tele-asistencia así como a configuraciones de confort, seguridad, ocio y eficiencia energética.
Componentes de la solución
Para asegurar la transmisión fiable de estos datos digitales en el edificio y en el hogar es necesario disponer de una infraestructura de red óptima desde el punto de vista de prestaciones (velocidad, latencia y margen para crecimiento futuro) así como de la percepción del usuario (coste, robustez, facilidad de instalación y estética).
El concepto de red óptica FOP del hogar es una solución ya disponible, con capacidad de crecimiento futuro, sencilla de instalar y completa. El medio de transmisión utilizado es la fibra óptica de plástico (FOP) estándar y con varios años de uso en el automóvil y las comunicaciones industriales. La fibra FOP es robusta y no requiere de terminación para asegurar conexiones sencillas y rápidas. Puede instalarse por fuera de las paredes, entre moqueta o rodapié, o bien por su interior, compartiendo las canalizaciones eléctricas. En este último caso, cualquier enchufe o caja de distribución en el hogar se convierte en un acceso a la red troncal de fibra FOP del hogar o la pequeña oficina o despacho. La posibilidad de compartir canalizaciones con la red eléctrica ofrece unas posibilidades únicas de instalación a la hora de planificar una red de área local o troncal óptica segura y robusta en hogares y edificios nuevos o ya existentes. La reducción de costes de infraestructura gracias a la facilidad de instalación y a la no necesidad de personal cualificado son las grandes bazas de esta tecnología.
Estas ventajas no se pueden lograr con ninguna otra tecnología de red a día de hoy. Los sistemas de cableado basados en par de cobre trenzado (Cat5 o Cat6) son un paso importante hacia la futura red integrada del hogar al garantizar, como la FOP, acceso único al medio con ancho de banda garantizado. Sin embargo, en las instalaciones típicas actuales solo se montan un número limitado de puntos de acceso debido a que su coste de instalación es superior en comparación con un sistema basado en FOP. Además, gracias a que la fibra FOP está fabricada en un material no galvánico y completamente aislante, es la única que puede instalarse junto al cableado eléctrico, compartiendo sus canalizaciones y evitando por tanto nuevas instalaciones.
La red óptica del hogar va más allá de las instalaciones convencionales de redes del hogar basadas en tecnología inalámbrica (WiFi) o sobre la red eléctrica (PLC). Ofrece el beneficio de la distribución de servicios IP de una forma robusta y con anchos de banda y latencias garantizados a un número elevado de puntos de acceso en la vivienda o el edificio. Finalmente, y gracias a la combinación del cableado FOP (datos) con el cableado eléctrico (control), todos los flujos IP se pueden conectar entre si e integrar en una red del hogar.
Desde un punto de vista tecnológico la solución de conectividad para Hogar Inteligente está basada en una red troncal de Fibra Óptica Plástica de 2,2 mm, (velocidades de transmisión > 1Gb, sin conectores ‘conectorless’, fuerza de tracción = 150 N, radio de curvatura = 20mm y sin emisiones electromagnéticas), equipos de distribución de la señal (switches, convertidores, etc.) y rosetas de finalización empotrables en cajas de mecanismo universal con capacidad hasta 3 puertos RJ45 y un punto de acceso WiFI802.11x.
La parte domótica de la solución está basada en compactos chips inteligentes de baja tensión basados en el estándar digitalSTROM (DSID, www.digitalstrom.org), de distintos colores dependiendo del uso (iluminación, security, etc.). Estos chips se pueden instalar sin costes adicionales en cualquier dispositivo eléctrico/electrónico siendo controlados por un medidor central. El medidor permite la configuración de los chips y consolida toda la información que puede ser enviada gracias, a su servidor TCP/IP, a cualquier dispositivo con conexión a internet (pc’s, smartphones, tabletas, etc.). La comunicación entre los distintos chips y con el medidor central se realiza a través de pulsos de baja tensión, de una duración mínima, en el cruce por cero de la onda senoidal de la corriente eléctrica, lo que garantiza la robustez y fiabilidad de los datos.
Tecnología Gigabit FOP
Actualmente, las redes ópticas basadas en FOP utilizan el estándar de comunicaciones IEEE 802.3.u (Ethernet a 100 Mbps) e IP aunque ya están disponibles equipos que operan a velocidades superiores a 1 Gbps según el nuevo estándar alemán del VDE/DKE 0885-763-1 y europeo de ETSI TS 105 175-1-1 y CENELEC 50173-1-4.
Para la transmisión óptica a través de la fibra FOP la señal digital eléctrica es convertida a una señal óptica mediante dispositivos conversores de medios (media converters).
Los emisores de luz utilizan LEDs convencionales que operan en el rango visible (rojo) lo cual facilita la instalación evitando accidentes por radiación láser o electrocución.
La fibra FOP es barata, robusta, inmune a las interferencias y, al contrario de la fibra óptica convencional, puede instalarse y terminarse de una manera sencilla sin necesidad de herramientas ni formación especializada.
Para la construcción de una red de área local óptica en el hogar se usan switches Ethernet ópticos. Los puntos de acceso también actúan como nodos de enlace con el resto de la red facilitando con ello topologías tipo ‘Daisy chain’ y redes en árbol, malla, estrella, etc.
Los dispositivos comerciales actuales son capaces de lograr longitudes máximas de transmisión de 80 m sobre fibra FOP convencional a velocidades de 1 Gbps. En relación a las pérdidas por doblado de la fibra son del orden de 0,5 dB por doblez de radio 15 mm. La longitud típica del enlace del hogar en estas condiciones está alrededor de los 50m garantizando con ello instalaciones robustas, sencillas y baratas.
Actualmente existe un mercado bien establecido de proveedores de componentes, equipos y sistemas para la configuración de redes del hogar basadas en fibra FOP lo que garantiza la calidad, el coste y el servicio post venta para el cliente final. Como ya está ocurriendo en otros países del entorno, los instaladores de telecomunicaciones españoles tienen una gran oportunidad de negocio gracias, al incremento de hogares con acceso a banda ancha, la proliferación de dispositivos conectados en red y la tecnología de fibra FOP en el hogar.
Costes solución FOP
Como ejemplo de la ventaja de la solución de red del hogar basada en FOP frente a otras alternativas basadas en cobre o fibra de cristal se muestra una comparativa de costes de instalación para el caso en que la red FOP se establezca aprovechando las canalizaciones existentes para la red eléctrica del hogar.
En la figura se muestran tres alternativas de instalación basadas en cobre (CAT-5e en topología de bus y de estrella), FOP (topologías igualmente en bus y en estrella y fibra monomodo (SMF) y multimodo (MMF).
El gráfico muestra los distintos componentes del sistema (rojo para los conductos, amarillo para los cableados, negro para los dispositivos, azul conectores y en verde se muestran los conversores de medios).
El diagrama muestra cómo las soluciones basadas en FOP, aun precisando de conversores de medios en comparación con la tecnología de cobre, presenta un coste medio de instalación por habitación inferior gracias a la posibilidad de reutilizar los conductos eléctricos existentes.
Esta ventaja de la solución FOP frente a las basadas en cableados de cobre es aún más clara si se añaden a los costes de materiales los correspondientes a la instalación. Como se muestra en la figura siguiente, se compara el coste total (materiales + instalación) de tres configuraciones de cableado:
- Basada en cobre
- Basada en FOP
- Basada en FOP con dos puntos de acceso de datos por habitación:
Un análisis de costes de materiales e instalación muestra la ventaja de las soluciones basadas en FOP sobre las de cobre incluso con un mayor número de puntos de acceso por habitación:
Tecnología DigitalSTROM
La organización digitalSTROM fue fundada en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich (ETH) como una organización sin ánimo de lucro. El objetivo de la organización es establecer la tecnología digitalSTROM como un estándar para permitir la creación de redes de dispositivos eléctricos.
El núcleo de la tecnología digitalSTROM es el micro chip dS que, incorporado a cada dispositivo eléctrico de una vivienda, los convierte en dispositivos inteligentes.
La instalación se completa con un medidor dS para cada circuito eléctrico de la instalación que convertirá a todos los dispositivos en gestionables. La gestión permite la configuración de escenas de acuerdo a las preferencias del usuario. El servidor central actúa como un Gateway entre medidores dS y por tanto habilita la comunicación a través de los distintos circuitos eléctricos de la instalación. El servidor dS abre el campo de juego para muchas aplicaciones nuevas. Por ejemplo, es posible controlar el consumo de energía de todos los dispositivos individuales dentro de una casa completa, en tiempo casi real.
El servidor dS (DSS) también proporciona un servidor de web. Gracias al servidor es posible conectar los ‘dispositivos inteligentes’ a la red local FOP (Internet), permitiendo la comunicación bi-direccional con cualquier dispositivo. El software del servidor dS está disponible como código abierto (GPL, licencia dual) y proporciona una interfaz de servicio web SOAP, así como una interfaz de JSON basado en HTTP.
El uso de tecnologías estándar permite a los desarrolladores utilizar sus actuales conocimientos para crear nuevas aplicaciones como por ejemplo, el control de los electrodomésticos a través del teléfono móvil.