tesis doctoral domotica

8/12/2019 Tesis Doctoral Domotica

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UNIVERSIDADPOLITCNICADECARTAGENA

DepartamentodeTecnologaElectrnica

DESARROLLODESISTEMASDOMTICOSUTILIZANDOUNENFOQUEDIRIGIDOPOR

MODELOS

TESISDOCTORAL

ManuelJimnezBuenda

IngenieroenAutomticayElectrnicaIndustrial

Directores

Dr.D.PedroSnchezPalma

Dr.D.AndrsIborraGarca

2009


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Daratodoloques,porlamitaddeloqueignoro.Descartes.

Lossabiosbuscansabidura,losnecioscreenhaberlaencontrado.NapolenBonaparte.


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Agradecimientos

Es imposible recordara todas laspersonasquehanaportadovoluntariao involuntariamente sugranitoomontaadearenaalarealizacindeestetrabajo,peroserainjustononombraralosquehantenidounaparticipacindirectaymuyimportante.

Enprimerlugar,mimssinceroagradecimientoamisdirectoresPedroSnchezPalmayAndrsIborra Garca (mucho ms que mis directores de Tesis), sin su confianza, apoyopersonaly

profesional, empuje constantey dedicacin no habra sido capaz de de llevar a cabo estaTesisDoctoral. Gracias PedroyAndrs.Asimismo quiero agradecer aAndrs la oportunidad deintegrarme en elGrupode InvestigacinDivisindeSistemas e IngenieraElectrnica (DSIE).Graciasalagestinycoordinacinquerealiza,elGrupoDSIEesunexcelenteentornodetrabajo.

AtodoslosmiembrosdelGrupodeInvestigacinDSIEquehanaportadosucolaboracinenesteyotrosproyectos relacionados.Quierodar especialmente lasgraciasPaquiRosique,con laquehecolaboradoestrechamenteparadesarrollarestaTesisyquerecogeeltestigoparacontinuarconeltrabajo realizado.nimo,queyaquedamenoscaminopor recorrer.TambinquieroagradeceraCristinaVicenteChicoteyDiegoAlonsoCceres sus consejosy aportaciones desde su amplia

experienciaenelmetamundo,yaJosAlfonsoVerasucolaboracinennumerososproyectosenelcampodeladomtica.

A NatxoMatasMaestro, Carlos Fernndez Valdivielsoy PatxiArregui de la UniversidadPblicadeNavarra,porsusaportacionesycolaboracinenmisiniciosconladomtica,allporelao2000.

Yafueradelmbitoacadmico,quieroagradeceramifamiliayamigossupresenciayapoyosinpedir nada a cambio durante estos aos. Gracias Eva, por tu entrega desinteresada y porcomprenderladedicacinqueesteTrabajodeTesisharequerido.

Yfinalmente,graciasati,lector,sincuyapresenciaestocareceradeimportancia.


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Resumen

Esta Tesis Doctoral contina la lnea de investigacin en el desarrollo de sistemasreactivos iniciadaporelGrupode InvestigacinDSIEde laUniversidadPolitcnicadeCartagenahacediezaos,ypartede los resultadosdeotraTesisanterior,en laquesedesarrollelmetamodelodecomponentesV3Studiopararecogerconceptosdesistemasreactivos. En trabajosprevios sehautilizado estemetamodelo de componentes en losdominios de la robtica, la visin artificial y las redes inalmbricas de sensores y

actuadoresparaobtenermodelosindependientesdelaplataformadeejecucinyfacilitarlaconfluenciaeintegracindediferentesdominios.

Eneste trabajo secompletan lasaportacionesanterioresproponiendounametodologaparaeldesarrollodeaplicacionesenelcampodeladomtica,undominiodelossistemasreactivos que integra numerosos servicios y sistemas relacionados con la gestin deviviendas y edificios. En el desarrollo de los sistemas domticos se ven involucradasdiversas materias como la automatizacin, tecnologas de la informacin, gestin deredesolaprogramacindemicroprocesadores.Enlaactualidad,elprocesodediseoenel campo de la domtica es similar al empleado en otros sistemas reactivos que

interactanconelentorno.Entodosellosesnecesarialaintervencindeunespecialistadeldominioquetieneunaampliaexperienciaenlaplataformasobrelaqueserealizarlaimplementacin.Adems,enlamayoradeloscasos,eldiseoserealizaprcticamentedesdeceroyserequiereungranesfuerzoparalageneracindelcdigoenellenguajedeprogramacinquesevayaautilizar,conduciendoasolucionesamedidaqueraravezsonreutilizadas.Estosyotrosmuchosproblemasplanteanlanecesidaddeunamejoraenelenfoqueutilizadoenelprocesodedesarrollo.

Para solucionar los problemas asociados al proceso tradicional de desarrollo deaplicaciones domticas, en esta Tesis se ha desarrollado (1) un lenguaje especfico del

dominio domtico para recoger los requisitos de las aplicaciones con un alto nivel deabstraccin; (2) un metamodelo para darle soporte y las restricciones necesarias paragarantizar la coherencia de los modelos y (3) una metodologa que utiliza de formaconjuntaelparadigmadedesarrollodirigidopormodelosyel lenguajeespecficodedominio.Paraello,seharealizadounapropuestapara lageneracindecdigoen laplataformaKNX/EIB y se han definido las reglas de transformacin necesarias para hacerevolucionar los modelos entre los diferentes niveles de abstraccin con el objetivo deobtenerelcdigoejecutable.Comodemostracindelaviabilidaddelenfoqueseincluyeun casode estudio en el que se recogen los requisitos mediante el lenguaje especficopropuesto.


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Summary

ThisThesiscontinuestheresearch line in thedevelopmentofreactivesystems initiatedbytheDSIEresearchgroupoftheTechnicalUniversityofCartagenatenyearsagoandstarts from the results of a previous Thesis, in which a component metamodel, calledV3Studio,wasdesignedtocollecttherequirementsofreactivesystems.Thismetamodelisintended (1) tobeapointofconfluence forreactivesystemsand (2) toobtainplatformindependentmodels. Ithasbeenpreviouslyused in thedomainsof robotics,computer

visionandwirelesssensorandactuatornetworks.

ThepresentThesiscompletespreviouscontributionsproposinganewmethodologyandanassociatedenvironmenttoprovidefullsupportforthecycleofsoftwaredevelopmentforhomeautomation systems.Thedevelopmentofhomeautomation systems involvesareas such as information technology, automation, network management andmicroprocessors programming. At present, the design process in home automation issimilar to theoneemployed inother reactivesystems. Inallof themadomainexpert,with a widebackground in the implementation platform, is required. Furthermore inmostofcasesthedesignisstartedfromscratchandtheefforttoobtaintheprogramming

codeishigh,dealingtocustomsolutionswhicharerarelyreused.Theseandmanyotherproblemsraisetheneedforanewapproachtoimprovethedevelopmentprocess.

To solve the problems associated with the traditional development process in homeautomation thisThesisproposes (1)adomain specific language for thehomeautomationdomaintocollectapplicationrequisiteswithahighabstractionlevel;(2)ametamodeltosupport the language and restrictions to guarantee well formed models and (3) amethodology which combines the newlyModelDriven Engineering paradigm togetherwiththedomainspecificlanguage.Toachievethesegoalsacodegenerationapproachforthe KNX/EIB platform hasbeen proposed and the required transformation rules have

been

defined.

These

rules

are

used

to

transform

models

from

the

highest

abstraction

level

totheintermediatecomponentmodeland,later,toplatformmodelsinordertoproduceexecutablecode.Finallyacasestudyexamplehasbeenproposedtovalidatethelanguageandthemethodology.


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ndice General

1 PLANTEAMIENTO Y OBJETIVOS...................................................................... ........................1

1.1 MOTIVACIN ...............................................................................................................................2 1.2 ENTORNO DE DESARROLLO DE LA TESIS......................................................................................3 1.3 OBJETIVOS ...................................................................................................................................4 1.4 ESTRUCTURA DE LA TESIS ...........................................................................................................6

2 SISTEMAS DOMTICOS...............................................................................................................9

2.1 INTRODUCCIN ..........................................................................................................................10 2.2 TIPOS DE APLICACIONES DE LA DOMTICA ...............................................................................11

2.2.1 Gestin Energtica y Recursos ...................................................... .......................................122.2.2 Confort..................................................................................................................................13 2.2.3 Seguridad..............................................................................................................................14 2.2.4 Comunicaciones....................................................................................................................15

2.3 TECNOLOGA EN SISTEMAS DOMTICOS....................................................................................17 2.3.1 Componentes ........................................................................................................................172.3.2 Soportes de Transmisin.......................................................................................................172.3.3 Arquitecturas ............................................................... .........................................................20

2.4 NORMALIZACIN .......................................................................................................................23 2.4.1 Organismos de Normalizacin .............................................................................................232.4.2 Normativa y Disposiciones Legales........................................... ...........................................25

2.5 TECNOLOGAS EXISTENTES........................................................................................................27 2.5.1 CEBus........................................................... ................................................................... .....292.5.2 X10................................ ............................................................... .........................................302.5.3 Lonworks .................................................................................................................. ............342.5.4 EHS........................ ............................................................... ................................................382.5.5 KNX/EIB................................................................ ...............................................................422.5.6 Convergencia de Sistemas .................................................................... ................................49

2.6 EVOLUCIN DE LA DOMTICA EN EL MERCADO ESPAOL ........................................................52 2.6.1 Evolucin y Mercado Potencial.................. ...................................................................... ....522.6.2 El Mercado Actual............................... ................................................................ .................53

2.7 CONCLUSIONES Y APORTACIONES A LA TESIS ...........................................................................55 3 DESARROLLO DIRIGIDO POR MODELOS (MDE) ...............................................................59

3.1 MOTIVACIN .............................................................................................................................60 3.2 MODELADO DE SISTEMAS ..........................................................................................................63

3.2.1 Definicin de Modelo ...........................................................................................................633.2.2 Modelos y Sistemas.......................................................... .....................................................643.2.3 El concepto de Metamodelo.................................................................................. ................67

3.3 DESARROLLO DE SOFTWARE DIRIGIDO POR MODELOS (MDE)..................................................69 3.3.1 Introduccin....................................................................... ...................................................693.3.2 Beneficios Esperados........................................................... .................................................703.3.3 Definicin Revisada de Modelo y Conformidad. Meta-metamodelos...................................713.3.4 Transformaciones de Modelos..............................................................................................72

3.4 MDA.LA PROPUESTA MDEDEL OMG.....................................................................................75


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ndice General

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3.4.1 Meta-Object Facility (MOF) ................................................................... ............................. 783.4.2 XMI...................................... ................................................................ ................................. 783.4.3 OCL........................................................... ................................................................ ...........793.4.4 QVT ............................................................. ................................................................ .........80

3.5 TECNOLOGA PARA SOPORTAR MDE.........................................................................................81

3.6 APLICACIN DE MDEA SISTEMAS REACTIVOS .........................................................................84 3.7 CONCLUSIONES Y APORTACIONES A LA TESIS ...........................................................................89

4 LENGUAJE ESPECFICO DE DOMINIO..................................................................................91

4.1 LENGUAJES ESPECFICOS DE DOMINIO ......................................................................................92 4.2 ELEMENTOS QUE CONFORMAN LA DEFINICIN DE UN LENGUAJE .............................................97

4.2.1 Lenguajes y Metamodelos ............................................................. ....................................... 984.2.2 Sintaxis Abstracta.................................................................................................................994.2.3 Sintaxis Concreta ...............................................................................................................1014.2.4 Semntica ............................................................ ............................................................... 102

4.3 DSLS EXISTENTES EN DOMTICA ...........................................................................................106 4.3.1 DSLs Independientes de Plataforma Basados en MDA...................................................... 1074.3.2 DSLs Especficos de Plataforma ........................................................................... ............. 109

4.4 UN DSLPARA DOMTICA .......................................................................................................111 4.4.1 Identificacin de Conceptos ....................................................... ........................................ 1124.4.2 Sintaxis Abstracta. Metamodelo de Soporte al DSL...........................................................1174.4.3 Sintaxis Concreta ...............................................................................................................125

4.5 SOPORTE AL DSLEN UN MARCO DE GESTIN DE MODELOS ...................................................127 4.5.1 Herramienta Desarrollada...................................................................... ........................... 130

4.6 SEMNTICA .............................................................................................................................131 4.7 CONCLUSIONES Y APORTACIONES A LA TESIS .........................................................................132

5 DESARROLLO DE SISTEMAS DOMTICOS DIRIGIDO POR MODELOS .................... 133

5.1 PROCESO DE DESARROLLO ACTUAL DE SISTEMAS DOMTICOS ..............................................134 5.2 METODOLOGA PROPUESTA.....................................................................................................137

5.2.1 Nivel Independiente de la Computacin (CIM)................................................ .................. 1385.2.2 Nivel Independiente de la Plataforma (PIM) .................................................................. ...1395.2.3 Nivel Especfico de la Plataforma (PSM)........................................................................... 142

5.3 NIVEL ESPECFICO DE PLATAFORMA (PSM).TECNOLOGA KNX/EIB .................................... 1435.3.1 Conceptos del Dominio KNX/EIB ......................................................................................1445.3.2 Enfoque Propuesto para la Generacin de Cdigo............................................................ 1465.3.3 Un Metamodelo para KNX/EIB..........................................................................................149

5.4 TRANSFORMACIONES CIMPIMPSM................................................................................152 5.4.1 Transformaciones CIM PIM............................................................................................1545.4.2 Transformaciones PIM PSM para la Plataforma KNX/EIB............................................166

5.5 CONCLUSIONES Y APORTACIONES A LA TESIS .........................................................................169

6 CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS ....................................................... .................... 171

6.1 CONCLUSIONES .......................................................................................................................172 6.2 APORTACIONES .......................................................................................................................173 6.3 DIVULGACIN DE RESULTADOS ..............................................................................................175 6.4 TRABAJOS FUTUROS ................................................................................................................177

A CASO DE ESTUDIO.....................................................................................................................179

A.1 INTRODUCCIN........................................................................................................................180 A.2 ELEMENTOS DE INTERACCIN CON EL SISTEMA ......................................................................180 A.3 RESUMEN DE SERVICIOS..........................................................................................................182 A.4 DIAGRAMA DE CASOS DE USO .................................................................................................183

A.4.1 Casos de Uso para el Usuario .................................................................... ................... 184A.4.2 Casos de Uso para el Administrador .................................................................. ........... 189

A.5 DESARROLLO DEL CASO DE ESTUDIO CON EL DSL..................................................................192 A.5.1 Gestin de la Iluminacin................................................................. ............................. 192A.5.2 Control de Motorizaciones.............................................................................................193


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ndice General

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A.5.3 Gestin de la Seguridad ........................................................................ .........................193A.5.4 Gestin de la Climatizacin ......................................................... ..................................194A.5.5 Escenas.......................................... ..................................................................... ............195

B EJEMPLO DE TRANSFORMACIONES ENTRE NIVELES CIM - PIM..............................197

B.1 DESCRIPCIN DE LAS TRANSFORMACIONES.............................................................................198 BIBLIOGRAFA....................................................... .................................................................. ...........209


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ndice de Figuras

FIGURA 2-1.APLICACIONES DE LA DOMTICA. ....................................................... .................................... 12FIGURA 2-2.EJEMPLOS DE AUTOMATIZACIN EN UNA VIVIENDA [KONNEX 08]..........................................13 FIGURA 2-3.FUNCIONES DE SEGURIDAD. ...................................................... .............................................. 14FIGURA 2-4.REDES DEL HOGAR [LIBRO BLANCO 03]..................................................................................16 FIGURA 2-5.BANDAS DE FRECUENCIA PLC[EN50065-B-C-D].ADAPTADO DE [KLAUS 01].....................18

FIGURA 2-6.EJEMPLO DE ARQUITECTURA CENTRALIZADA EN SISTEMA DOMTICO. ...................................21FIGURA 2-7.EJEMPLO DE ARQUITECTURA DISTRIBUIDA EN SISTEMA DOMTICO. .......................................22FIGURA 2-8.SISTEMAS DOMTICOS EN FUNCIN DEL TAMAO DE LA INSTALACIN...................................27 FIGURA 2-9.EJEMPLO DE UNA INSTALACIN X10.......................................................................................31 FIGURA 2-10.MENSAJE DE DATOS X10.......................................................................................................31 FIGURA 2-11.CICLOS PARA TRANSMISIN COMPLETA EN X10....................................................................32 FIGURA 2-12.COMPONENTES EN UN SISTEMA X10[X1008]. ............................................................... ......33FIGURA 2-13.TOPOLOGAS UTILIZABLES EN LONWORKS............................................................................35 FIGURA 2-14.DOMINIO LONTALK. ............................................................... .............................................. 36FIGURA 2-15.FORMATO DE LA TRAMAS LONWORKS. ........................................................ ......................... 37FIGURA 2-16.ASOCIACIN DE VARIABLES DE RED......................................................................................38 FIGURA 2-17.CAPAS DEL MODELO OSIIMPLEMENTADAS EN EHS. ....................................................... .....39FIGURA 2-18.ESQUEMA DE COMUNICACIN ENTRE ELEMENTOS EHS. ....................................................... 40

FIGURA 2-19.INTEGRACIN DE DISTINTAS SUBREDES EN UNA RED EHS. ...................................................41FIGURA 2-20.ESTRUCTURA DE LAS TRAMAS EHS. ........................................................... .......................... 42FIGURA 2-21.ESQUEMA GENERAL DE UNA INSTALACIN KNX/EIB...........................................................44 FIGURA 2-22.CODIFICACIN DE DATOS EN KNX/EIB. .................................................................. .............44FIGURA 2-23.ARQUITECTURA DE UNA RED KNX/EIB................................................................................45 FIGURA 2-24.EJEMPLO DE DIRECCIONAMIENTO DE DISPOSITIVOS KNX/EIB..............................................46 FIGURA 2-25.DIRECCIONES DE GRUPO EN KNX/EIB..................................................................................47 FIGURA 2-26.EJEMPLO DE ASIGNACIN DE DIRECCIONES Y DE OBJETOS DE APLICACIN EN KNX/EIB......47FIGURA 2-27.FORMATO DE LOS TELEGRAMAS KNX/EIB...........................................................................47 FIGURA 2-28.MEDIOS FSICOS EN EL ENTORNO KNX. ..................................................... ........................... 51FIGURA 2-29.EVOLUCIN EXPERIMENTADA POR LA DOMTICA HASTA 2008.FUENTE:TELEFNICA

I+D.......................................................................................................................................52 FIGURA 2-30.DISTRIBUCIN DE LA DEMANDA POR REAS EN 2007[MINT 08]...........................................54 FIGURA 2-31.DEMANDA DE DOMTICA SEGN EL TIPO DE OBRA [MERCAHOME 04]..................................54FIGURA 2-32.PORCENTAJE DE DEMANDA EN 2007SEGN LA ARQUITECTURA DE LOS SISTEMAS

DOMTICOS [MINT 08]..........................................................................................................55 FIGURA 3-1.EVOLUCIN DE LA INGENIERA DEL SOFTWARE,ADAPTADA DE [BZIVIN 05C]. ......................61FIGURA 3-2.NOCIONES BSICAS EN LAS TECNOLOGAS DE OBJETOS Y MODELOS. ......................................62FIGURA 3-3.DIFERENTES MODELOS O VISTAS DEL CUERPO HUMANO..........................................................65 FIGURA 3-4.MODELADO MEDIANTE MAPAS................................................................................................65 FIGURA 3-5.TCNICAS DE EXTRACCIN DEPENDIENDO DE LA NATURALEZA DEL SISTEMA.IDEA

EXTRADA DE [BZIVIN 05C].................................................................................................66 FIGURA 3-6.RELACIONES ENTRE MODELOS Y SISTEMAS ESTTICOS Y DINMICOS [BZIVIN 05A]..............67FIGURA 3-7.RELACIN DE CONFORMIDAD ENTRE MODELO (MAPA)Y METAMODELO (LEYENDA)...............68FIGURA 3-8.CUADRO DE MAGRITTE "CECI N'EST PAS UNE PIPE"[BZIVIN 05A].........................................69


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ndice de Figuras

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FIGURA 3-9.RELACIN ENTRE MODELOS.(A)MULTIGRAFOS DIRIGIDOS PARA MODELO Y METAMODELOY ASOCIACIONES DE ELEMENTOS ().(B)RELACIN DE CONFORMIDAD.(C)TIPOS DEMODELOS.(EXTRADO DE [BZIVIN 05A])........................................................ .................... 72

FIGURA 3-10.TRANSFORMACIN DE MODELOS (EXTRADO DE [BZIVIN 05A]). ......................................... 73FIGURA 3-11.CAPAS EN MDA............................... ................................................................ ..................... 76

FIGURA 3-12.NIVELES DE MODELADO EN LAS FAMILIAS CIM,PIMY PSM...............................................77FIGURA 3-13.HERRAMIENTA V3STUDIO PARA NIVEL PIM.EXTRADO DE [ALONSO 08B]. ......................... 85FIGURA 3-14.APLICACIN DE MDAAL DESARROLLO DE WSAN.EXTRADO DE [LOSILLA 07B]............... 86FIGURA 3-15.PROPUESTA DE LNEAS DE PRODUCTO-MDAPARA SISTEMAS DOMTICOS [VOELTER 07]....87FIGURA 3-16.METODOLOGA PROPUESTA EN [MUOZ 07][CETINA 07]. .................................................... 88FIGURA 4-1.EJEMPLOS DE DSLDESARROLLADOS SEGN LOS CUATRO ENFOQUES. ................................... 95FIGURA 4-2.METAMODELO PARA APLICACIONES DOMTICAS Y EJEMPLO DE MODELO CON TREEEDITOR

PROPUESTOS POR M.VOELTER.EXTRADO DE [VOELTER 07]. ........................................... 108FIGURA 4-3.MODELO DE SERVICIOS,INTERACCIN Y ESTRUCTURAL PARA SISTEMAS DOMTICOS

PROPUESTO POR J.MUOZ.FUENTE [MUOZ 06].......................................................... ..... 108FIGURA 4-4.CAPTURA DE LA HERRAMIENTAENGINEERING TOOL SOFTWARE(ETS)PARA LA

TECNOLOGA KNX/EIB.................. ..................................................................... ............... 109FIGURA 4-5.CAPTURA DE LA HERRAMIENTALONMAKERPARA LA TECNOLOGA LONWORKS................... 111FIGURA 4-6.PROYECCIN DEL CATLOGO DE UNIDADES FUNCIONALES:ELEMENTOS PASIVOS. .............. 115FIGURA 4-7.PROYECCIN DEL CATLOGO DE UNIDADES FUNCIONALES:CONTROLADORES. ................... 116FIGURA 4-8.ENLACES ENTRE UNIDADES FUNCIONALES. ......................................................... .................. 117FIGURA 4-9.EJEMPLO DE ESCENA. .......................................................... .................................................. 117FIGURA 4-10.METAMODELO PARA EL DSL. ...................................................................... ....................... 119FIGURA 4-11.DEPENDENCIAS ENTRE LAS HERRAMIENTAS DE MODELADO (GMF,EMF,GEF,Y

PLATAFORMA ECLIPSE).FUENTE:[GMF08]. ...................................................... ............... 129FIGURA 4-12.FLUJO PARA LA CREACIN DE UN DSLGRFICO CON GMF.FUENTE:[GMF08]................ 129FIGURA 4-13.CAPTURA DE LA HERRAMIENTA PARA CREACIN DE APLICACIONES CON EL DSL............... 131FIGURA 5-1.HERRAMIENTAS ETS(ENGINEERING TOOL SOFTWARE)Y LONMAKER PARA LAS

TECNOLOGAS KONNEX Y LONWORKS,RESPECTIVAMENTE. ............................................... 135FIGURA 5-2.METODOLOGA PROPUESTA. .......................................................... ....................................... 138FIGURA 5-3.ESQUEMA DEL METAMODELO DE V3STUDIO.FUENTE:[ALONSO 08A].................................. 142FIGURA 5-4.EJEMPLO DE CONCEPTOS DEL DOMINIO KNX/EIB. ............................................................... 144FIGURA 5-5.MODELO DE LA RED KNX.FUENTE:[KNX04]. ............................................................... .... 147FIGURA 5-6.PROGRAMACIN DEL EJEMPLO DE LA FIGURA 5-4CON ETS................................................. 147FIGURA 5-7.ARQUITECTURA SOFTWARE DE ETS.FUENTE:[KNX04]........................... .......................... 149FIGURA 5-8.EDITOR DE MACROS PARA ETS. .................................................................. .......................... 149FIGURA 5-9.MODELO DE OBJETOS DEL DOMINO PARA PROYECTOS KNX/EIB. ....................................... 150FIGURA 5-10.METAMODELO DE NIVEL PSMPARA KNX/EIB................................................................. . 151FIGURA 5-11.HERRAMIENTA AGGPARA TRANSFORMACIN DE GRAFOS.............................................. ... 154FIGURA 5-12.REGLA DE TRANSFORMACIN STDFUNIT2COMPONENT. .....................................................156FIGURA 5-13.REGLA DE TRANSFORMACIN CUSTOMFUNIT2COMPONENT. ..............................................157FIGURA 5-14.REGLA DE TRANSFORMACINRSERVICE2PIS. ............................................................. ....... 157FIGURA 5-15.REGLA DE TRANSFORMACINISERVICE2PIS. .............................................................. ....... 158FIGURA 5-16.REGLA DE TRANSFORMACINARGUMENT2SERVICEPARAM. ................................................ 158FIGURA 5-17.REGLA DE TRANSFORMACINARGTSTR2SERVICEPARAM. ................................................... 158FIGURA 5-18.REGLA DE TRANSFORMACINARGTNUM2SERVICEPARAM. ................................................. 159FIGURA 5-19.REGLA DE TRANSFORMACINARGTBOOL2SERVICEPARAM. ................................................ 159FIGURA 5-20.REGLA DE TRANSFORMACINARGTENUM2SERVICEPARAM. ............................................... 159FIGURA 5-21.REGLA DE TRANSFORMACINARGTENUMITEM2SERVICEPARAM......................................... 160FIGURA 5-22.REGLA DE TRANSFORMACINPARAM2COMPPARAM. .......................................................... 160FIGURA 5-23.REGLA DE TRANSFORMACINPARAMTSTR2COMPPARAM. .................................................. 160FIGURA 5-24.REGLA DE TRANSFORMACINPARAMNUMBER2COMPPARAM............................... ............... 161FIGURA 5-25.REGLA DE TRANSFORMACINPARAMBOOL2COMPPARAM. ................................................. 161FIGURA 5-26.REGLA DE TRANSFORMACINPARAMENUM2COMPPARAM............................................... ... 161FIGURA 5-27.REGLA DE TRANSFORMACINPARAMENUMITEMS2COMPPARAM. .......................................162FIGURA 5-28.REGLA DE TRANSFORMACINPARAMENUMSELITEM2COMPPARAM. ................................... 162FIGURA 5-29.REGLA DE TRANSFORMACINFUNITLINK2PORTLINK.................... ..................................... 162FIGURA 5-30.EJEMPLO DE APLICACIN DE LAS TRANSFORMACIONES CIM-PIM.DSLY MODELO CIM. 164


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ndice de Figuras

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FIGURA 5-31.EJEMPLO DE APLICACIN DE LAS TRANSFORMACIONES CIM-PIM.MODELOS CIMYPIM. .................................................................... ............................................................... 165

FIGURA 5-32.MECANISMO DE TRANSFORMACIN PIMPSMY MODELO DE CONFIGURACIN. ..............166FIGURA 5-33.METAMODELO DE CONFIGURACIN PARA LAS TRANSFORMACIONES PIM(PARTE

IZQUIERDA)A PSM(PARTE DERECHA)................................................................................167 FIGURA 5-34.METAMODELO DE NIVEL PSMPARA KNX/EIBMODIFICADO CON SOPORTE PARA SLOTS. ..167FIGURA A-1.PLANO DE LA SALA DE JUNTAS CON ELEMENTOS DE INTERACCIN CON EL SISTEMA

DOMTICO. ....................................................... ................................................................ ..181FIGURA A-2.ALGUNOS DISPOSITIVOS COMERCIALES INSTALADOS EN LA SALA DE JUNTAS. .....................181FIGURA A-3.DIAGRAMA DE CASOS DE USO PARA EL ACTOR USUARIO. ..................................................... 183FIGURA A-4.DIAGRAMA DE CASOS DE USO PARA EL ACTOR ADMINISTRADOR..........................................184 FIGURA A-5.MODELO DE ILUMINACIN CON EL DSL...............................................................................192 FIGURA A-6.MODELO DE CONTROL DE MOTORIZACIONES CON EL DSL. .................................................. 193FIGURA A-7.MODELO DE SEGURIDAD CON EL DSL..................................................................................194 FIGURA A-8.MODELO DE CLIMATIZACIN CON EL DSL. .................................................................. ........195FIGURA A-9.MODELO DE ESCENAS CON EL DSL. ................................................................... .................. 195FIGURA B-1.MODELO INICIAL DE NIVEL CIM...........................................................................................199 FIGURA B-2.MODELOS TRAS APLICAR LA REGLA 1A.STDFU2COMPONENT...............................................200 FIGURA B-3.MODELOS TRAS APLICAR LA REGLA:2A.RSERVICE2PIS........................................................201 FIGURA B-4.MODELOS TRAS APLICAR LA REGLA 2B.ISERVICE2PIS..........................................................202 FIGURA B-5.MODELOS TRAS APLICAR LA REGLA 3.ARGUMENT2SERVICEPARAM. .....................................203FIGURA B-6.MODELOS TRAS APLICAR LA REGLA 3C.ARGTBOOL2SERVICEPARAM. ...................................204FIGURA B-7.MODELOS TRAS APLICAR LA REGLA 4.PARAM2COMPPARAM. ...............................................205FIGURA B-8.MODELOS TRAS APLICAR LAS REGLAS 4D.PARAMENUM2COMPPARAM,

4E.PARAMENUMITEMS2COMPPARAMY 4F.PARAMENUMSELITEM2COMPPARAM..................206FIGURA B-9.MODELOS TRAS APLICAR LA REGLA 5.FUNITLINK2PORTLINK..............................................207


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ndice de Tablas

TABLA 2-1.USO DE LAS BANDAS DE FRECUENCIA PLC[EN50065-B-C-D][KLAUS 01]. ...........................18TABLA 2-2.ORGANISMOS DE NORMALIZACIN DE INTERS EN ESPAA POR SECTOR Y MBITO DE

APLICACIN. ........................................................ ................................................................ ....23TABLA 2-3.NORMAS Y DISPOSICIONES LEGALES RELACIONADAS CON LA DOMTICA.................................25 TABLA 2-4.PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS EN LONWORKS Y EQUIVALENTE OSI. .....................................35

TABLA 2-5.CARACTERSTICAS DE LA TRANSMISIN SOBRE PAR TRENZADO...............................................35 TABLA 2-6.CARACTERSTICAS DE LOS DIFERENTES MEDIOS DE TRANSMISIN EN EHS..............................39 TABLA 2-7.TIPOS EIS(EIBINTERWORKING STANDARD)...........................................................................48 TABLA 3-1.PROBLEMAS RELATIVOS AL DESARROLLO DE SISTEMAS REACTIVOS.APORTACIONES DE

MDA. ...................................................... ................................................................ ................84TABLA 4-1.LENGUAJES ESPECFICOS DE DOMINIO DE USO HABITUAL [MERNIK 05]....................................92 TABLA 4-2.NIVELES PARA EVALUAR LA CALIDAD DEL METAMODELO DE UN LENGUAJE [CLARK 08].........99TABLA 4-3.DEFINICIN DE LA UNIDAD FUNCIONAL SWITCHINGIN. ........................................................ ..114TABLA 4-4.DEFINICIN DE LA UNIDAD FUNCIONALPUSHBUTTON. ......................................................... ..120TABLA 4-5.DEFINICIN DE LA SINTAXIS CONCRETA (GRFICA)PARA EL DSLDEL CATLOGO. ...............126TABLA 4-6.DEFINICIN DE LA SINTAXIS CONCRETA PARA EL DSLDE DESARROLLO DE APLICACIONES. ..127TABLA 5-1.REGLAS DE TRANSFORMACIN CIM-PIMEXPRESADAS EN LENGUAJE NATURAL...................155TABLA 5-2.REGLAS DE TRANSFORMACIN PIM-PSMMS REPRESENTATIVAS EXPRESADAS EN

LENGUAJE NATURAL. ...................................................... .......................................................168


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1

1 Planteamiento y Objetivos

Estecaptuloexpone,enprimerlugar,lamotivacinquehallevadoaldesarrollodeestetrabajodeTesisjuntoconlosobjetivosquesepersiguen.Ensegundolugarsepresenta la estructura de esta memoria, describiendo de manera concisa elcontenido.

1C A P I T U L O


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Captulo 1

2

1.1 Motivacin

LossistemasreactivoshandespertadounespecialintersenlaIngenieradelSoftware

porsualtacomplejidadeinteraccinconelentornofsicoquelesrodea.Esporelloquesehaceespecialmentedifcildesarrollar softwarede calidadydemaneraeficienteenestos mbitos. Entre los sistemas reactivos se pueden enumerar sectores de laingeniera tan variados como la robtica, la visin artificial, las redes de sensoresinalmbricos (WSAN) y la domtica. Para el desarrollo de estos sistemastradicionalmente se han utilizado criterios como la funcionalidad del sistema, laexperiencia previa del diseador y otros requisitos no funcionales como el costemximoasumible.Lamayor limitacindeesta formadeprocederes ladificultaddeconseguirartefactossoftwarereutilizables,prefiriendo,porreglageneral,unasolucineficiente y totalmente a medida, antes que disear soluciones ms generales para

facilitar su reutilizacin. Como consecuencia de esto, cada nuevo sistema debeconstruirseprcticamentedesdecero,aunquesulgicayestructuraseancasiidnticasa la de otros desarrollados previamente pero implementados sobre plataformasdiferentes. Por ello, la utilizacin de nuevos mtodos, tcnicas y herramientas de laIngenieradelSoftware1seplanteacomounanecesidadenestecampo.

Porotraparte,laaparicindeMDE(ModelDrivenEngineering)[Selic03]yenespecialde la propuesta MDA (Model Driven Architecture) [MDA 03] del OMG (ObjectManagementGroup) ha propiciado un nuevo impulso en la investigacin del uso delenguajesespecficosdedominio(DSLs)ylageneracinautomticadecdigo.

EnMDEelobjetivoprincipalesconstruirsoftwareapartirdemodelos,desplazandoaselusotradicionaldelcdigofuentecomoprotagonistaprincipaldelosprocesosdedesarrollo. En este contexto, los lenguajes especficos de dominio toman un papelimportante como lenguajes de modelado que permiten describir el sistema de unaformafcileintuitiva.

Los DSLs aportan conceptos de un dominio de aplicacin y permiten identificarprimitivasdealtonivelalrecogerconocimientodeexpertoseneldominio[Czarnecki05].Aunquesehanutilizadoampliamenteduranteaos,hasidorecientementecuando

se

ha

comenzado

a

realizar

un

estudio

sistemtico

de

ellos,

impulsado

por

el

planteamientode lametodologaMDE.En estenuevo contexto losDSLs facilitan eltrabajoenlasprimerasetapasdediseoy,adems,elenfoqueMDEayudaareducirelcostededesarrollodelosDSLs.Setrata,portanto,deunauninsinrgicaquepermitemejorarsignificativamenteelprocesodedesarrollodelsoftware.

1 A lo largo de esta memoria se hace uso de trminos y vocabulario de origen anglosajn (algunoscastellanizados) teniendo su justificacin en la amplia difusin de la lengua inglesa en las distintas reasde la ingeniera. En algunos casos, existe el equivalente en castellano (por ejemplo, implantar en vez de

implementar). En otros, se adopta una palabra del castellano con un significado distinto al original(como instancia aceptado por la comunidad informtica como la traduccin de instance).


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Planteamiento y Objetivos

3

Graciasa estenuevo enfoque, sepuedeabordar la creacindeherramientaspara elcontrol y gestin de sistemas reactivos desde una perspectiva mucho ms eficaz,obteniendoherramientasms interoperablesy fcilesdemantenermediante tcnicasque incrementen el nivel de abstraccin. Un ejemplo de ello es el de los sistemas

domticos,uncasoparticulardesistemareactivocapazdeinteractuarconelentornoque le rodeaaportando serviciosdegestinenergtica, seguridad,comunicacionesyconfort,quedandotodosestosautomatismosintegradoscompletamenteenlavivienda,dotndoladeunaciertainteligenciaconelfindemejorarlavidacotidiana.

Estossistemassedesarrollanenlaactualidadcontcnicasdebajoniveldeabstracciny sin ninguna metodologa que permita recoger los requisitos del sistema de formaindependiente de la plataforma, por lo que se necesita un grado de especializacinmuyelevadoylareutilizacindelosartefactossoftwareempleadosesmnima.

Laespectacularpenetracinyprevisiblecrecimiento tantoennmerodedispositivoscomo en complejidad de estos sistemas ha agudizado la necesidad de disponer deherramientas y metodologas adecuadas para abordar el desarrollo de los sistemasdomticosdeunaformamseficiente.

En la actualidad prcticamente no existen lenguajes especficos en el campo de ladomtica que permitan una captura de requisitos con cierto nivel de abstraccin eindependencia de la plataforma. Se han encontrado algunas propuestasbasadas enMDA que utilizan lenguajes de modelado (UML) [Voelter 07][Muoz 07] pocointuitivos y alejados de los conceptos manejados por los expertos del dominio

domtico.

Las

otras

propuestas

encontradas

se

corresponden

con

herramientas

comercialesdependientesde laplataforma. Las ms conocidas sonETS (EngineeringToolSoftware)yLonMaker,quesonespecficasdelasplataformasKNX/EIByLonworks,respectivamente.

Porello,seestablececomopuntodepartidadeestetrabajolaaplicacindemtodosdeIngeniera del Software (MDE y DSLs) para solucionar los problemas asociados alprocesodediseoactualenelmbitodeladomtica.

1.2 Entorno de Desarrollo de la Tesis

La Tesis que aqu se expone se enmarca dentro de los trabajosrealizados por el Grupo de Investigacin Divisin de Sistemas eIngeniera Electrnica2 (DSIE) de la Universidad Politcnica deCartagena (UPCT). El DSIE naci en 1999 como Grupo deInvestigacin multidisciplinar e integra profesores e investigadoresdelosdepartamentosdeTecnologaElectrnica(DTE),Ingenierade

SistemasyAutomtica yTecnologasde la Informaciny las Comunicacionesde la

2http://www.dsie.upct.es


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Captulo 1

4

UPCT.ElDSIEdesarrollasulabordeinvestigacin,entreotras,enlassiguientesreasdetecnolgicasdentrodelmbitodelossistemasreactivos:

Sistemasdecontrolyrobticaparaaplicacionesindustriales.

Robotsdeservicio.

Sistemasdeinspeccinvisualautomatizados.

Tecnologaelectrnicapararobticayvisinartificial.

Redesdesensores(WirelessSensorNetworks).

Automatizacinenviviendasyedificios(Domtica).

EstaTesisDoctoralprofundizaenlaaplicacindenuevastcnicasdelaIngenieradelSoftware para la mejora en el proceso de desarrollo de sistemas reactivos de

automatizacinenviviendasyedificios(Domtica).EstalneafueabiertaporelDr.D.DiegoAlonsoCceres,queensuTesisDoctoral[Alonso08a]propusolautilizacindeMDEparaeldesarrollodesistemasreactivos,aunquesecentradoeneldominiodelosrobotsde servicio.Noobstante, la arquitecturade componentesdiseadapor elDr.AlonsosehaempleadoenelnivelindependientedeplataformadentrodelapropuestametodolgicarealizadaenestetrabajodeTesiscomosedetallarmsadelante.

Los trabajos que han posibilitado la consecucin de esta Tesis se enmarcan en elproyecto MEDWSA (Marco conceptual y tecnolgico para el desarrollo de software desistemas reactivos) de la Comisin Interministerial de Ciencia y Tecnologa (CICYT

TIN2006

15175

C05

02).

MEDWSA

es

uno

de

los

subproyectos

del

proyecto

coordinadoMETA (Models,Environments,Transformations andApplications),que sehavenidodesarrollandoentrelosaos20072009.ElobjetivodelproyectoMEDWSAesladefinicin de un marco conceptual y tecnolgico para el desarrollo de sistemasreactivosqueaprovechelasventajasdelastendenciasactualesdeldesarrollodirigidopormodelos.AlavistadelobjetodelapresenteTesisDoctoral,MEDWSAsuponeunmarcodetrabajoidealparafinalizarsudesarrolloyvalidarla.

1.3 Objetivos

El objetivo de esta Tesis es definir lasbases tericas y prcticas necesarias paraestablecer una nueva metodologa para abordar el ciclo de vida completo para eldiseodesistemasdomticossiguiendounenfoquedirigidopormodelos(MDE)juntocon la utilizacin de lenguajes especficos de dominio (DSLs) como soporte a ladefinicin de los requisitos de las aplicaciones. De forma ms especfica se puedenconcretarlosobjetivossiguientes:

Estudiar lascaractersticasyparticularidadesde lossistemasdomticoscomodominio singular dentro del mbito de los sistemas reactivos. Este estudiopermitir seleccionar de manera adecuada las plataformas tecnolgicas de

destinodentrodelprocesodedesarrollo.


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Revisarelenfoquemetodolgicobasadoeneldesarrollodirigidopormodelos(MDE) y, ms en concreto, la propuesta MDA del OMG. Utilizando esteenfoqueseseleccionarnlasherramientasdedesarrollodeentrelasdisponiblesen la actualidad para soportar su utilizacin en el mbito de los sistemas

reactivos.

Proponer un lenguaje especfico de dominio (DSL) que permita recoger losrequisitos de una aplicacin domtica de forma grfica e intuitiva para eldesarrollador a la vez que agilice el proceso de desarrollo de aplicaciones,facilitelaverificacinyaumenteelniveldeabstraccinen ladefinicinde losrequisitosdelsistema.Paraellosedefinir,porunlado,lasintaxisabstractadellenguajemedianteunmetamodeloylasrestriccionesnecesariasy,porotro,lasintaxis concreta (metfora grfica) mediante elementos apropiados para estedominio.

Establecer una metodologa que conjugue de manera sinrgica el lenguajeespecfico de dominio con la propuesta MDA del OMG para obtener cdigoejecutabledemaneraautomticaosemiautomticaparadiferentesplataformasapartirdelosrequisitosdefinidosenelDSL.Lacreacindeestametodologa,fundamentaleneldesarrollodelestetrabajodeTesis,implicalaconsecucindelossiguientesobjetivos:

Adoptaryadaptarunmodeloarquitectnicodecomponentescomonivelindependiente de la plataforma que permita la integracin con otrossistemasreactivosenelmbitodetrabajodelGrupodeInvestigacinDSIE.

Adoptarunmarco formalpara la representacinde las transformacionesentrelosdistintosnivelesconceptuales.

Establecer correspondencias entre conceptos del DSL y el modelo decomponentes independiente de plataforma, que se traducirn en ladefinicindetransformacionesautomatizadas.

Seleccionar conjunto de herramientas y estrategias que permitan lageneracin de cdigo especfico de plataforma. Para ello ser necesarioseleccionarplataformasobjetivoparavalidarlaviabilidaddelageneracindecdigoparaposteriormente extenderestas tcnicasaotras tecnologas

domticas.

Establecercorrespondenciasentreelmodelointermediodecomponentesylas soluciones especficasde fabricantede caraa lageneracinde cdigoejecutable.

Integrar todo el conocimiento anterior en un conjunto de herramientasunificadasquesedesarrollarnenestaTesisparadarsoporteautomticoaldesarrollodesistemasdomticosenelmarcoMDE.

Porltimo,yparavalidarlaaplicacindelenfoquepropuestoenestetrabajodeTesis, se desarrollar un caso de estudio utilizando el DSL creado para

aplicacionesdomticas.


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Captulo 1

6

1.4 Estructura de la Tesis

Esta memoria se ha dividido en un total de seis captulos. Adems, el documento

contiene dos anexos con informacin adicional y una ltima seccin en la que serecogen las citasbibliogrficas. La estructura detallada de la Tesis Doctoral es lasiguiente:

Captulo1:Introduccin

Enestecaptuloserealizaunabreve introduccinen laquepresenta lamotivacinyobjetivosperseguidoseneldesarrolloestaTesis.Asimismo,sehapresentadoelmarcodetrabajoenelqueseencuadraestainvestigacin.

Captulo2:SistemasDomticos

Estecaptulodescribeeldominiode trabajodeestaTesismediante ladescripcindelosaspectosmsimportantesdelossistemasdomticos.Ladomticaesuncampodelaautomatizaciny lascomunicacionesqueest tomandounprotagonismocrecienteen losltimosaos,y resulta imposible sucomprensin sinunestudiodetalladodesuscaractersticas

Captulo3:DesarrolloDirigidoporModelos(MDE)

Este captulo, fundamental para la comprensin de la metodologa subyacente al

desarrollo

de

esta

Tesis,

describe

el

enfoque

MDE

(Model

Driven

Engineering)

de

desarrollode softwaredirigidopormodelos,queutiliza losmodelos comoartefactoprincipalentodoelprocesodediseosoftware.MDEproporcionaunanuevateoradedesarrollo y una serie de herramientas que soportan su aplicacin con el fin deaumentarelniveldeabstraccinpara larealizacindelsoftwareyobtenerde formaautomtica o semiautomtica las diferentes representaciones del mismo y el cdigofinalejecutable.Adems,serevisaelestadodelartedelautilizacindelenfoqueMDEeneldesarrollodesistemasreactivos,prestandoespecialatencinasuaplicacinalossistemasdomticos.

Captulo4:LenguajeEspecficodeDominio

Elobjetivodeestecaptuloespresentarun lenguajeespecficoparaeldominiode ladomtica. Para ello se ha realizado un estudio detallado de las ventajas einconvenientesdelusodeDSLs,ascomodelosenfoquesquesepuedenutilizaralahoradeabordarsudiseoparauncampodeaplicacinconcreto.Adems,seestudianlosescasosDSLexistentesparaeldominiodeladomticaindicandosuscualidadesydeficiencias. Tambin se analizan y organizan aquellos aspectos y conceptos msrelevantesdeldominiodomticodecaraaladefinicindelDSL.SiguiendolafilosofaMDE,elDSLsehadefinidoconformeaunmetamodeloqueespecifica lasrelacionesentrelosconceptosdeldomino.Finalmenteserevisanlasherramientasutilizadaspara


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crearelDSLenunmarcodegestindemodelosbasadoen lapropuestaMDA,yelenfoqueutilizadoparaabordarladefinicindelasemntica.

Captulo5:DesarrollodeSistemasDomticosDirigidoporModelos

EnestecaptulosepresentaHAbitATION(developmentofHomeAutomationApplicaTIonsusingamOdeldriveNapproach),unametodologaparaabordarelciclodevidacompletode desarrollo de sistemas domticos siguiendo un enfoque dirigido por modelos(MDE),basndose en la propuesta MDA del OMG y en la utilizacin de lenguajesespecficosdedominio(DSLs)comosoporteparaladefinicindelosrequisitosdelasaplicaciones. Para ello se recoge la problemtica asociada al proceso tradicional dedesarrollopara sistemasdomticos, sepropone lametodologabasadaenMDAquesoluciona lasdeficienciasdetectadasyseprofundizaen lascaractersticaspropiasdeuna plataforma especfica como tecnologa para obtener una implementacin del

sistema.Asimismo sedescriben las transformacionesnecesariaspara,apartirde losmodelos creados con el DSL, obtener los modelos intermedios y se proponen lasherramientasyenfoqueparalaobtencindelcdigofinalespecficodeplataforma.

Captulo6:ConclusionesyTrabajosFuturos

EnesteltimocaptuloseresumenlasaportacionesrealizadasenestaTesisDoctoralylos resultados obtenidos. Adems se proponen las lneas de investigacin msinteresantesdecaraaconsolidaryampliareltrabajorealizado.

Anexo1:CasodeEstudio

Enesteanexoseexponeuncasodeestudioenelmbitodeladomticaconsistenteenlaautomatizacindeuna saladejuntaso reunionesutilizando elDSL.Este casodeestudiopermitedemostraryvalidarelfuncionamientodelDSLenunaaplicacinreal.

Anexo2:EjemplodeTransformacionesentreNivelesCIM PIM

Este anexo incluye un ejemplo completo donde sepresentande formadetallada lastransformacionesaplicadasparaobtenerelmodelodecomponentesintermedio(nivelPIM) a partir de un modelo sencillo creado con el DSL. De esta manera se puede

verificar

el

correcto

funcionamiento

de

las

transformaciones,

as

como

su

viabilidad.


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2 Sistemas Domticos

Enelpresentecaptulosehaceunarevisindelosaspectosmsimportantesdelossistemas domticos, cuyo desarrollo se ha definido como objetivo en elplanteamientodeestaTesisDoctoral.La domtica es un campo de la automatizaciny las comunicaciones que est

tomandounprotagonismocrecienteenlosltimosaos.Sloconociendoendetallela tecnologa y estndares existentes se puede tener una visin global de lacomplejidaddeestossistemasy, loqueesms importante,de lanecesidaddeunlenguajeespecficodeldominiodomtico.En elprimer apartado se define conmayorprecisin el significado del trminodomticayotrossimilares.Acontinuacinsedescribensusmbitosdeaplicacinyla domtica como disciplina integradora. En el tercer apartado se exponen loscomponentes y arquitecturas que caracterizan a las tecnologas utilizadas. Elapartadocuatrorevisalanormalizacinexistenteenlaactualidad,yenelsiguientese estudian las tecnologas comerciales ms extendidas, mostrando las

caractersticasmsrelevantesparapodercomprenderelprocesodedesarrolloconlasmismas.Finalmentesedaunaperspectivadelarpidaevolucindelmercadodeladomticahastalafechaylasprevisionesdeexpansinenelfuturo.

2


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Captulo 2

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2.1 Introduccin

En losltimosaos, las tecnologasde la informaciny lascomunicaciones se estn

integrandoenelhogarylavidacotidianaagranvelocidad[Ryan89][Hernndez97].Este proceso ha dado lugar a un nuevo tipo de sistemas reactivos: los sistemasdomticos.

Paralaaparicindeestanuevatecnologahansidofundamentalesvariosfactores:porunladoladisponibilidaddelelementobaseparaeldesarrollodelainformticaenlosltimostiempos(elmicroprocesador)yporotro,laconvergenciaentrelainformticaylastelecomunicaciones,juntoconlanecesidadcadavezmayordeinformacinatodoslosniveles[Tidd94].

Asimismo, en suevolucinha tenidounagran repercusin ladefinicinparaleladearquitecturasdecomunicacindedatosenelmbitode laautomatizacin industrial:losconocidosbusesdecampo,con losque lossistemasdomticospresentangrandessimilitudes. De hecho, es muy difcil establecer una separacin clara entre amboscampos,yaquelaliteraturaexistenteincluyeamuchosdelosprotocolospararedesdecontroldomticodentrodelasredesdeautomatizacinindustriales.

Desdeelpuntodevistaetimolgico,losorgenesdeltrminonosllevanaFrancia(unode los pases pioneros en Europa en este campo), donde se acu el trminoDomotiquecomocontraccindedomus(vivienda)yautomtica.Ennuestropas,eltrminodomticasedefinaen1988comoelconceptodeviviendaque integra todos los

automatismosenmateriadeseguridad,gestindelaenerga,comunicaciones,etc.[Larousse08].LadefinicindeViviendaDomticao Inteligentepresentamltiplesversionesymatices,y sondiversos los trminosutilizados endistintos idiomas: casa inteligente(smart home), automatizacin de viviendas (home automation), domtica (domotique),sistemasdomticos(homesystems),etc.Hastahoyseconocenmltiplesdefinicionesdedomtica,delasquecabedestacarlassiguientes:

Lanuevatecnologadelosautomatismosdemaniobra,gestinycontroldelosdiversos aparatos de una vivienda, que permiten aumentar el confort delusuario,suseguridadyelahorrodelconsumoenergtico.

La informtica aplicada a la vivienda. Agrupa el conjunto de sistemas deseguridadyde la regulacinde las tareasdomsticasdestinadasa facilitar lavidacotidianaautomatizandosusoperacionesyfunciones.

Conjunto de servicios de la vivienda garantizado por sistemas que realizanvariasfunciones,loscualespuedenestarconectadosentresyaredesinterioresy exterioresde comunicacin. Gracias a ello seobtieneunnotable ahorrodeenerga,unagestineficaztcnicadelavivienda,unabuenacomunicacinconelexterioryunaltoniveldeseguridad.

Peroquizsunade lasms completas es laque se recoge en [ITCBT51],quedice:

SistemasdeAutomatizacin,Gestinde laEnergaySeguridadparaViviendasyEdificios:


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Captulo 2

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Figura 2-1. Aplicaciones de la domtica.

Las fronteras entre estos cuatro objetivos son difusas y en muchos casos un mismodispositivo favorece el logro de varios objetivos a la vez, lo cual, por otra parte,economiza la instalacin. Es precisamente esta filosofa de integracin la que darealmente significado a la domtica, ya que de otro modo estaramos hablando deautomatizaciones independientes.Esdecir, la instalacindomticavamsallde lameraautomatizacindeunaviviendaoedificio,yaqueintegraelcontroldeunaseriedesistemasyelusoquesehacedeellos.

A continuacin se tratarn en detalle los aspectos ms importantes de estas cuatroreas de aplicacin bsicas. En la Figura 22 se muestran algunos ejemplos deelementosparacadaunadelasreas.

2.2.1Gestin Energtica y Recursos

La finalidad es satisfacer las necesidades del hogar minimizando el consumoenergtico.Enestecontrolsepuedendistinguirtresaspectosdiferenciados:

Regulacinconlaquesepuedaobtenerlaevolucindelconsumoenergticodelaviviendaoedificio.

Programacin para establecer distintos parmetros, como temperatura segnhorarios,dasdelasemana,mes,etc.

Optimizacinparaminimizarelconsumo.Elaprovechamientodelaenergayreduccin de su consumo es uno de los apartados ms importantes en lainstalacindeunsistemadomtico,puestoquerevierteamedioylargoplazoen suamortizacin,ademsdeestarmuy ligadosalconceptodeconfort.Lasaccionesdestinadasareducirelconsumoestnntimamenterelacionadasconlaintegracindetodoslosdispositivosdelaviviendaenelsistema.Estasaccionessondeltipo[Waks91]:

- Aprovechamientodelasfranjasdetarificacindevalleparahacertrabajaraquellosequiposquelopermitan(porejemplo,aprovechamientodetarifasnocturnasenfuncindelasnecesidadesprogramadas).


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Captulo 2

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Automatizacinderiegodejardines.

Aperturaautomticadepuertas.

Centralizacin y supervisin de todos los sistemas de la vivienda en

dispositivoscomopantallastctilesocentrosmultimedia.

Accionamiento automtico de distintos sistemas en funcin de datos delentorno,comolarecogidaautomticadetoldos,bajadadepersianasencasodetormentaoviento excesivo, encendidoautomticode luces enzonasdepaso(pasillos,escaleras),etc.

Informacindepresenciadecorreoenelbuzn.

2.2.3Seguridad

La seguridad es la funcin ms solicitada e instalada, aunque de manera

individualizada(nointegrada)ypuedeintegrarmltiplesaplicaciones(vaselaFigura23),sobretodosiseencuentraintegradadentrodeunsistemadomtico.Sedistinguendosreasbsicas:seguridaddepersonasyseguridaddebienes.

Figura 2-3. Funciones de seguridad.

Enlaseguridaddepersonasseincluyentareascomo:

Alumbrado automtico en zonas de riesgo por deteccin de presencia(escaleras,etc.)paraevitaraccidentesdomsticos.

Desactivacindeenchufesdecorrienteparaevitarcontactos.

Manipulacinadistanciadeinterruptoresenzonashmedas.

Emisin de avisos telefnicos a nmeros prefijados en caso de necesidad deayudaurgente.

Detectores de fugas de gas o de agua que cierren las vlvulas de paso a laviviendaenelcasodeproducirseescapes.

Seguridad de

Personas

SEGURIDAD

Aviso a Distancia

Seguridad de

Bienes

Deteccin Intrusos Alarmas TcnicasSimulacin de

Presencia


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Sistemas Domticos

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Alarmasdesalud.Enelcasodepersonasconnecesidadesespeciales(ancianos,personasdiscapacitadas) sedisponedepulsadorescuyaactivacingeneraunaviso a una central receptora, un familiar o un hospital para solicitar ayudasanitariaurgente.

Enloreferentealaseguridaddebienes,lasfuncionesprincipalesson:

Avisosadistancia.Enausenciadelusuarioseemitenavisosencasodealarma(bienacsticosotelefnicos).

Deteccin de intrusos. Incluye la instalacin de diversos sensores comosensoresvolumtricosparadeteccindepresencia,sensoresdehiperfrecuenciaparacristalesrotososensoresmagnticosparaaperturadepuertasyventanas.

Alarmas tcnicas. En este apartado son tpicas la deteccin de incendios,

deteccin

de

fugas

de

agua

y

gas

y

deteccin

de

cortes

de

suministro

elctrico.

Tambin se pueden realizar acciones correctivas (por ejemplo, si se detectaescapedegasentoncessedebecortarelsuministro).

2.2.4Comunicaciones

Enelreadecomunicacionesexistennumerosasposibilidadesenfuncindeltipodeinstalacin.Laaparicindenuevas tecnologasenelcampode lascomunicacionesyredesdetransmisindedatos,yelhechodequelossistemasdomticosavanzadossebasan en el empleo de estos tipos de redes, hacen de ste un campo frtil para lainvestigacinyeldesarrollodenuevasarquitecturasysistemasdeintegracin[Matas

99].

En la actualidad no existen soluciones integrales que abarquen todas las redes yprotocolosquepodemosencontrarenunaviviendaoedificio,sinoqueencontramosdiferentestecnologasquehande integrarseparaproporcionar losserviciosdeseados(vase laFigura24).Lasredesqueson internasa la instalacinsedenominanHAN(HomeAreaNetwork)ysondetrestipos:

Red domtica o de control de dispositivos de la vivienda, comoelectrodomsticos, puntos de luz, persianas, pulsadores, etc. Suelen utilizarprotocolosde redesdecontroldomticocomoKNX/EIB [KNX04],Lonworks[Byoug00],CEBus[EIA92],X10[X1008],etc.

ReddeDatos.TpicamenteredesdetipoEthernetcableadasoinalmbricas.

Redmultimedia,comolatelevisinporcableotelefona.

Debidoa laausenciade soluciones integradas sehacenecesario elusodepasarelasresidenciales, dispositivos capaces de interconectar las diferentes redes internas yexternasdelavivienda(vaselaFigura24).


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Captulo 2

16

Figura 2-4. Redes del hogar [Libro Blanco 03].

Entrelasposibilidadesdetelecomunicacinsegneltipodeedificio,destacan:

Sistemasde comunicacin en el interior:megafona,difusindeaudio/video,intercomunicadores,etc.

Sistemasdecomunicacinconelexterior:telefonabsica,videoconferencia,email,Internet,TVdigital,TVporcable,fax,radio,transferenciadedatos(X25,

ATM),etc.

Comunicaciones externas propias de la vivienda. Mensajes de alarma comofugasdegas,agua,etc.,ytelecontroldelsistemadomticoatravsdelalneatelefnicaoredesdereaextensa(Internet).

Deentretodasellas, lasquemayoraugeestnteniendoenlosltimosaos,desdeelpuntodevistadeaportacionesdeinvestigacineimplantacindenuevastecnologas,sonlasiniciativasdetelecontroldelsistemadomticodesdeelexterior.Enestesentidosepuedendestacartrabajoscomo:

Desarrollo de iniciativas abiertas para la implementacin de serviciosdomticosenpasarelasresidenciales[OSGi08].

Control de instalaciones domticas mediante protocolo TCP/IP utilizando ellenguajehtmloappletsdellenguajeJava,paralateleoperacinymonitorizacinde sistemas domticos en edificios [Ott 99][Nunes 00][Werthschult 01][Wernetges07][Acua08].

Control de instalaciones domticas mediante dispositivos mviles (telfonosmviles,PDA,etc.),medianteserviciodemensajescortos (SMS,ShortMessageService), protocolo de aplicaciones inalmbricas (WAP, Wireless Application

Protocol)

y

otras

tecnologas.


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Sistemas Domticos

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Aplicacindesistemasdeencriptacinyautentificacinenelaccesoremotoainstalaciones domticas a travsde Internet [Fernndez 01], para asegurar laprivacidadyseguridaddelosdatosenelaccesoatravsderedespblicas.

Aplicacin

de

tcnicas

de

Diseo

Para

Todos

(Design

for

all)

para

facilitar

la

interaccinconelentornodomsticodepersonasmayoresoconalgntipodediscapacidad[Vera00][Vera01].

2.3Tecnologa en Sistemas Domticos

SehadefinidolaRedDomticacomounainstalacininteligentecapazdeinteractuarcon el medio que le rodea. Esta red se compone de una serie de dispositivos quedetectan cambios de estado en las variables del entorno y los transmiten a otroselementos para que puedan actuar en consecuencia, en funcin de unas reglasestablecidasporelusuariodelsistema.Resultaportantoevidente,queparaellosernnecesarios una serie de dispositivos, interconectados por algn tipo de medio detransmisin,yorganizadossegnunaarquitecturaparalacomunicacinentreellos.

2.3.1Componentes

Loselementosquecomponenunsistemadomticoseclasificanenlossiguientestipos:

Sensores o dispositivos de entrada: captan cambios en determinadosparmetros fsicos del entorno y los convierten en seales elctricas que sonenviadasaloselementosdelcontrolparaquetomenlasdecisiones.

Controladores (o nodos): dispositivos capaces de recibir y procesarinformacin,ycomunicarseconotroscontroladoresodispositivos.

Actuadores: son dispositivos de salida capaces de recibir rdenes de uncontrolador y realizar una accin (encendido/apagado, subida/bajada de unapersiana,apertura/cierredeelectrovlvulas,etc.).

Dependiendo de la tecnologa o solucin utilizada hay equipos que son a la vezcontroladores, sensores y actuadores, o combinaciones de ellos. Por ejemplo, untermostatocontroladordeestancias (KNXoLonworks), incluye sensoresparamedir

temperatura,teclasylainteligencianecesariaparagenerarrdenesdecontrolsobrelosaparatosdeclimatizacin.Estehechoabreinfinitasposibilidadesalahoradecombinarfuncionalidady,enconsecuencia,repercutirenlasdecisionesqueseadoptenalahoradedefinirunlenguajeespecficodedominio(vaseelcaptulo4).

2.3.2Soportes de Transmisin

Elsoportedetransmisineselempleadoporlosdiferenteselementosdecontrolparaintercambiarinformacin.Acontinuacinsepresentanlosmediosfsicosutilizadosendomtica,quenodifierendelosutilizadosenredesdetransmisindedatos.


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Captulo 2

18

2.3.2.1 Lneas de Distribucin de Energa Elctrica (Corrientes Portadoras)

Esunadelasalternativasmsutilizadascuandosetratadeinstalacionesenviviendasyaconstruidasyaquealaprovechar lapropiaredelctricadebajatensinseevitael

problema

que

supone

la

instalacin

de

un

cableado

dedicado,

facilitando

as

enormementeelconexionadodelosdispositivos.

Noobstante,susdesventajassonnumerosas.Hayqueutilizarunainterfazelectrnicapara superponer la seal de datos de alta frecuencia a la de la red debaja tensin(230V/50HzenEspaa),loqueelevaconsiderablementeelcostedelosequipos.Existennumerosas fuentesde interferenciasdebidoa lapresenciadeunelevadonmerodearmnicos,yademshayquefiltrarlaslneasdelainstalacinelctricaparaevitarquelareddealtatensinafectealadebaja,loquetambinimplicauncosteadicional.

Tericamente, la impedancia de la red debaja tensin es del orden de los 50 a

100KHz entre fase y neutro, pero esta impedancia disminuye cuando aumenta elnmero de cargas conectadas, lo que provoca una degradacin importante de lassealesylimitalavelocidaddetransmisin.

Por lo tanto, el sistema de corrientes portadoras no es el ms aconsejable eninstalaciones domticas, aunque puede ser adecuado cuando las necesidades delsistema no impongan requerimientos muy exigentes en cuanto a la velocidad yfiabilidaddetransmisin.

Elespectrodelareddebajatensinestdivididoenvariaszonasconusosreservados

(vanseFigura25yTabla21),loquesuponeunalimitacinmsensuuso.

Figura 2-5. Bandas de frecuencia PLC [EN 50065BCD]. Adaptado de [Klaus 01]

Banda Rango frecuencia Uso

A 9-95KHzAsignado a empresas de suministro elctrico. En esta banda noes necesario ningn mtodo de acceso al medio (MAC).

B 95-125KHzLibre. Requiere MAC. Diseada para usarse en aplicaciones comointercomunicadores.

C 125-140KHz Libre. Requiere MAC.

D 140-148.5KHz No requiere MAC.

Tabla 2-1. Uso de las bandas de frecuencia PLC[EN 50065BCD][Klaus 01].

level limit 134 dBuV 120 dBuVfor private use

max level 122 dBuV

forutilityuseonly

B- C- D- bandfor

utilityuseonly

A-

accessprotocol

carrier

3 9 95 125 132 140 148.5

kHz

CSMA


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SistemastanpopularescomoX10[X1008],basadoencorrientesportadoras,tienenunavelocidaddetransmisinde5060bitsporsegundo(dependiendodelafrecuenciadelaredelctrica).Otrosprotocolosmsfiablesqueutilizancorrientesportadoras,comolaversinPL(PowerLine)deKNX/EIB,alcanzanvelocidadesde1200bitsporsegundo.

2.3.2.2 Soportes Metlicos

Sepuedendistinguirtrestipos:

Cables paralelos, como los utilizados tradicionalmente en telefona. Enaplicaciones domticas su uso se limita a la conexin de sensores acontroladoresoconexioneselctricasauxiliares.

Par trenzado.Talcomoocurrecon lasredesdecomunicacindedatos (comolasde tipoEthernet),eselmedio fsicomshabitualensistemasdecableado

dedicado

por

su

bajo

coste.

Cablecoaxial.Enviviendasseutilizafundamentalmenteparaladistribucindesealesdetelevisinyradio.

En sistemas domticos, el soporte ms empleado es el cable de par trenzado[Mercahome04],motivadofundamentalmenteporlaampliaofertadeproductosenlastecnologasmsimportantes(KonnexyLonworks),quebasansuofertadeproductosensusversionesconestetipodemediofsico.

2.3.2.3 Fibra ptica

En los ltimos aos, el empleo de la fibra ptica ha sido creciente en las redes decomunicacin de datos, motivado por sus excepcionales caractersticas: graninmunidadalruido,escasaatenuacinquepermitetransmisionesagrandesdistanciasyunanchodebandamuyelevado.

Enelmbitodelossistemasdomticassuusoesmuyescaso,motivadoporelelevadocostedelcableado la instalacinde la fibra.Suusose restringea la interconexindegrandes sistemas con cableado sobre par trenzado, en los niveles ms altos de latopologa.Noobstante,existenalgunosdiseosderedesdomticasempleandofibra,comolosrecogidosenlostrabajosdeinvestigacin[Arregui97][Kojima93][Muiz96].

2.3.2.4 Transmisin sin Hilos

Paralatransmisinsinhilosexistendosalternativas:infrarrojosyradiofrecuencia.

Infrarrojos

Estnmuyextendidospara la transmisinde informacinenel interiordeestanciasdesdedispositivosmviles,fundamentalmenteparaelcontroldeequiposdeaudioyvdeo.

Al tratarse de un medio de transmisin ptico, es inmune a radiaciones

electromagnticas, pero es necesaria visibilidad entre el emisor y el receptor. Existe


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adems un problema de normalizacin, ya que no existe compatibilidad entre losdistintosemisoresyreceptoresdediferentesfabricantes.

Estemedioseutilizaconmuchafrecuenciaenaplicacionesdomticascomosoportede

apoyoadeterminadasaplicaciones,como la integracindeequiposdeaudio/vdeooempleodemandosadistancia infrarrojosparaelcontroldedeterminadas funciones(encendidode luces, controlde persianas, llamadade escenas, etc.). Algunosde losestndaresexistentesdefinenelempleodeestemedio.

Radiofrecuencia

Elempleodelmedioinalmbricoparalacomunicacinentrelossensoresyactuadoresque constituyen una red domtica ha sido estudiado en diversos trabajos, bienmediante la adaptacin de un estndar existente como el francs Tldomotis

[Kauffman

00],

o

bien

a

travs

de

nuevas

propuestas

de

protocolos

y

sistemas

de

transmisin [Fujieda 00][Hakem 02][Tsang 03]. Asimismo, existen solucionescomerciales propietarias como Enocean [Enocean 08] y Hometronic de Honeywell[Honeywell02],perosucosteeselevadoylaimplantacinenelmercadomuyescasa.

Elempleodeestemediodetransmisin,queenprincipiopuedepareceridneoparalaimplantacindesistemasdomticosenviviendasconstruidas,sehavistofrenadoporsus inconvenientes: elevada sensibilidad a perturbaciones electromagnticasproducidas por los equipos domsticos, necesidad de sistemas de seguridad en latransmisinyescasoalcanceenlastransmisiones.

Se espera que la verdadera revolucin en el sector de la domtica inalmbrica seproduzca con la introduccin de las redes de sensores y actuadores inalmbricas(WSAN). Iniciativas como la especificacindel estndar IEEE 802.15.4 [Callaway02]para WSAN definen la automatizacin de viviendas como uno de sus principalesmbitosdeaplicacin.

2.3.3Arquitecturas

Laarquitecturadeunsistemadomticoespecificaelmodoenquesevanaconectarlosdistintoscomponentesdelainstalacin:sensores,actuadoresycontroladores.

Elempleodediferentesfilosofasdecableadoeinclusodistintostiposdered,hacequeexistan diferencias notables en parmetros como la complejidad del cableado,velocidaddetransmisin,vulnerabilidad,gestindelared,tasadefallos,etc.

Desdeelpuntodevistadedndereside la inteligenciadelsistemadomtico,existendostiposdistintosdesistemasdomticos:

SistemasCentralizados:Enestetipodesistemastodala informacinrelativaa ladeteccin y actuacin se tratan en un punto nico que es la unidad central. Elcontrolador centralizado recibe informacin de mltiples sensores y, una vez


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Figura 2-7. Ejemplo de arquitectura distribuida en sistema domtico.

Lasprincipalesventajasdelossistemasdistribuidosson:

- Altaflexibilidadyunagranfacilidadparareconfiguraciones.

- Escalabilidad.Suelenseradaptablesacualquiertamaodeinstalacinylasampliacionesresultansencillas.

- Posibilidad de tecnologas plug & play que simplifican mucho lasinstalaciones.

- Ahorrodecableadoen la instalacin, loquereduce loscostes,sobre todoeninstalacionesyproyectosagranescala.

Susinconvenientes:

- Mayorpreciodeloscomponentes,dadoelincrementodecomplejidadqueconllevan por la necesidad de incluir los protocolos y tcnicas dedireccionamientoutilizados.

- Necesidaddecompatibilidadentrelosequiposycomponentes.

- Ofertadeproductosrestringidaalprotocoloqueempleanparagarantizarlacompatibilidadentreellos.

Haysistemasquesondearquitecturadistribuidaencuantoalacapacidaddeproceso,peronolosonencuantoalaubicacindelosdiferenteselementosdecontrol,queseencuentran fsicamente centralizados.Tambinocurreal contrario,hay sistemasque

son de arquitectura distribuida en cuanto a que ubican los dispositivos de formadistribuida(porejemplodisponendemdulosdeentradasalidaremota),peroejecutanlos procesos de control en uno o varios procesadores fsicamente centralizados (losdenominadossistemasdescentralizados).

Hoyendahaybuenossistemascentralizadosydistribuidos,todosellosconelevadasprestaciones.Ambasarquitecturastienensusventajasysusinconvenientes, locual,apriori,noayudaadecidirculeslamejorsolucinparaunavivienda.

BUS

Acoplador

al BUS


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2.4Normalizacin

Unanormaesundocumentodeaplicacinvoluntariaquecontieneespecificaciones

tcnicas basadas en los resultados de la experiencia y el desarrollo tecnolgico[AENOR08].Alahoradeelaborarunanorma,debeexistirunconsensoentretodaslaspartesinteresadasenlaactividadobjetodelamisma.Adems,debeaprobarseporunOrganismo de Normalizacin reconocido. A pesar de esta no obligatoriedad,determinadas disposiciones legales, que s son de obligado cumplimiento, hacenreferenciaanormas,demodoqueaplicandoestasnormasseestardeacuerdoconloindicadopordichasdisposiciones.

2.4.1Organismos de Normalizacin

En la Tabla 22 se representan los distintos organismos de normalizacin,

distinguindoseporsumbitodeaplicacinyelsectorenelquetrabajan.Cadaunodeestosorganismosestformadopordistintosgruposdetrabajoqueagrupantemasenlosqueseelaboranlasnormasrelacionadas:

ISO: International Organization for Standardization [ISO 08] / IEC: InternationalElectrotechnicalCommission[IEC08].

La Comisin Electrotcnica Internacional est compuesta por 43 pases a nivelmundial. Se organiza en comits tcnicos (TC oJTC), subcomits (SC) y grupos detrabajo(WG).EldelJTC1englobaalasTecnologasdelaInformacin(JointISO/IEC

Technical

Committee

establecido

en

1987).

El

Subcomit

25

(SC25)

Interconexin

en

la

TecnologadelaInformacineselresponsabledelainterconexinenlatecnologadela informacin.Dentrode sucampodeaplicacinest lanormalizacinde sistemasmicroprocesadores, as como de interfaces, protocolos y medios de interconexinasociadosparaequiposde tecnologade la informacin,generalmenteparaentornoscomerciales y residenciales. Se excluye el desarrollo de normas para redes detelecomunicacioneseinterfacesaredesdecomunicacin.Dentrodeestesubcomit,elgrupode trabajo1SistemasElectrnicosdelHogar (WG1:HomeElectronicSystems)se encarga de los sistemas electrnicos en viviendas. Por lo tanto, la normalizacinrelativaa ladomtica se encuentra recogida en el comit1, subcomit25,grupode

trabajo

1

(JTC1/SC25/WG1).

General Elctrico Telecomunicac.

Internacional

Europeo

Nacional

Tabla 2-2. Organismos de normalizacin de inters en Espaa por sector y mbito deaplicacin.


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CEN:EuropeanCommitteeforStandardization[CEN08].

ElComitTcnico247AutomatizacindeEdificios,ControlesyGestindeEdificios,seencargade lanormalizacindeautomatizacindeedificios,controlesygestinde

edificiosyserviciosparaedificiosresidencialesynoresidenciales.

Estasnormas incluyendefiniciones,requisitos,funcionesymtodosdeensayode losproductos de automatizacin de edificios y sistemas para control automtico deinstalacionesdeserviciosenedificios.

Las medidas de integracin primarias incluyen interfaces de aplicacin, sistemas yserviciosparaasegurarunagestintcnicadeedificioseficienteencooperacinconlagestincomercialydeinfraestructurasdeledificio.

SeexcluyendesucampodeaplicacinlasreasdeautomatizacindeedificiosbajolaresponsabilidaddeotroscomitsdeCEN/CENELEC.

CENELEC:EuropeanCommitteeforElectrotechnicalStandardization[CENELEC08].

ElCENELECest formadopor18paseseuropeos,16de loscualesestndentrodelIEC.ElComitTcnico205(TC205)Sistemaselectrnicosparaviviendasyedificiosse encarga de preparar normas para todos los aspectos de sistemas electrnicosdomsticosyenedificiosenrelacinalasociedaddelainformacin.

Msendetalle,preparanormasparaasegurarlaintegracindeunespectroampliode

aplicaciones y aspectos de control y gestin de otras aplicaciones en y entorno aviviendas y edificios, incluyendo las pasarelas residenciales a diferentes medios detransmisin y redes pblicas, teniendo en cuenta todo lo relativo a compatibilidadelectromagntica(EMC,ElectromagneticCompatibility)yseguridadelctricayfuncional.

ElTC205nopreparanormasdeproductosinolosrequisitosdeactuacinnecesariosylos interfaces de hardware y software necesarios. Las normas debern especificarensayosdeconformidad.ElTC205 realiza el trabajoenestrechacooperacincon loscomitstcnicosrelevantesdeCENELEC,CENyETSI.

ITU:InternationalTelecommunicationUnion[ITU08].

ETSI:EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute[ETSI08].

AENOR:AsociacinEspaoladeNormalizacinyCertificacin[AENOR08].

En Espaa, AENOR es el organismo de normalizacin y est formado por ComitsTcnicosdeNormalizacinySubcomits.Estosgruposestn formadospor losentesinteresados (Administracin, empresas, universidades, etc.) y en ellos se elaboran ydiscuten los contenidos de las normas. La aportacin de Espaa hacia y desde losorganismos europeos e internacionales se realiza siemprea travsdeAENOR como

proposicinconsensuadadelpas.


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Existenotrosorganismosdenormalizacinnacionalesfueradelmbitoeuropeo,talescomo laEIA (ElectronicIndustriesAssociation)enEstadosUnidos,o laEIAJ(ElectronicIndustriesAssociationofJapan)enJapn,quesonlasencargadasdelanormalizacinenloscitadospases

2.4.2Normativa y Disposiciones Legales

Comosehadichoenladefinicin,unanormaesdeaplicacinvoluntariayportantosucumplimientonoesobligatorio,sonlasdisposicioneslegaleslasquesdefinenunaobligacinexpresadecumplimiento,queenalgunasocasionessedirigeaunaovariasnormas.

Podemoshacerunadistincinentrelasdisposicioneslegaleseuropeasylasnacionales.Lasprimerasde ellas son elaboradaspor laComisin europeaque laspublica en elDiarioOficialdelaUninEuropea(DOCE)ysufinltimoesarmonizarlasdiferentes

reglamentacionesnacionales.CadaunodelosestadosmiembrosdelaUEadaptaestasdisposicionesasulegislacin,yenelcasoconcretodeEspaa,lasdirectivasnacionalessepublicanenelBOEenformadeRealDecreto.

El marco normativo actual no dispone de directivas especficas para el sector de ladomticaquedebanaplicarseencualquier instalacin.Noobstante, lasdisposicioneslegales,yportantodeobligadocumplimiento,quetienenrelacinmsomenosdirectacon el sectoryquedeben considerarse a lahoradehablarde productosy sistemasdomticos,sedetallanenlaTabla23.

Normas Tcnicas Disposiciones Legales Serie de Normas EN 50090 Home and BuildingElectronic Systems (HBES) e ISO/IEC 14543Home Electronic Systems(HES) Architecture

Serie de Normas EN/ISO 16484 BuildingAutomation and Control Systems (BACS)

Serie de Normas EN 14908 Open DataCommunication in Building Automation

CWA 50487 SmartHouse Code of Practice EA 0026 Instalaciones de Sistemas Domticos en

Viviendas

Directivas europeas BT 2006/95/CE CEM 2004/108/CE

Reglamentacin Nacional CTE Reglamento de ICT REBT ITC-BT 51

Tabla 2-3. Normas y disposiciones legales relacionadas con la domtica.

Entre las normas tcnicas destacan las series de normas de los tres protocolos decomunicacin que estn normalizados por Organismos de Normalizacin, y cuyocdigoesaccesibleydelibreutilizacin:

SeriedeNormasEN50090HomeandBuildingElectronicSystems(HBES).NormasdelprotocoloKonnex,que engloba los tres protocolos europeospreviosBatibus,EHS y EIB, ybasa su funcionamiento en este ltimo. El protocolo Konnex seencuentrarecogidodesdeelao2007enlasnormasISO/IEC145433X.

SeriedeNormasEN/ISO16484BuildingAutomationandControlSystems(BACS),conlasnormasdelprotocoloBACNET.


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SeriedeNormasEN14908OpenDataCommunicationinBuildingAutomation,conlasnormasdelprotocoloLON(Lonworks).

Los dos documentos restantes que se han incluido en este apartado, no son

estrictamente normas tcnicas sino documentos de referencia, si bien el procesoseguidoparasuelaboracinesmuysimilaraldeunanorma:

CWA50487SmartHouseCodeofPractice.Documentoelaboradoa travsdeunareunin internacional del CENELEC con el objetivo de proporcionar una guaprcticaparaeldiseo,instalacinymantenimientodesistemasdomticos(smarthouse).

EA 0026 Instalaciones de Sistemas Domticos en Viviendas. Prescripcionesgeneralesdeinstalacinyevaluacin.DocumentoelaboradoporelSubcomitdenormalizacinSC205SistemasElectrnicosenViviendasyEdificiosenestrecha

colaboracinconelCEDOM(AsociacinEspaoladeDomtica),queestablecelosrequisitosmnimosquedebencumplirlasinstalacionesdomticasdeClaseIparasu correcto funcionamiento, as como las prescripciones generales para laevaluacindelaaptitudenviviendas.

Los aspectos que s son de obligado cumplimiento son los mencionados en lasdiferentesdirectivasyreglamentacionesquelesafectan:

Directivaseuropeas:

Directiva

2006/95/CE

de

Baja

Tensin.

Su

finalidad

es

la

de

garantizar

la

seguridadenelempleodecualquiermaterialelctrico.

Directiva89/336/CEEdeCompatibilidadElectromagntica.Cuyoobjetivo esgarantizarlaproteccindelosequiposylaspersonascontralosproblemasquepuedan causar las perturbaciones electromagnticas que provocan losdispositivoselctricosyelectrnicos.Estadisposicinquedarderogadaporlanuevadirectivaqueentrarenvigorel20dejuliode20092004/108/CE.

Reglamentacinnacional:

Cdigo

Tcnico

de

la

Edificacin

(CTE,

RD

314/2006).

Tras

entrar

en

vigor

el

29 demarzo de 2007, sus principales objetivos son asegurar la calidad en laedificacinypromoverlasostenibilidadeinnovacin.Entreotrosrequisitos,lanueva normativa obliga a que los edificios construidosbajo su aplicacin,cuentencon fuentesdeenergarenovablespara laobtencindeelectricidadyagua caliente. Aunque la domtica no es obligatoria en las construcciones,colaboraconelfindelCTEdeconseguiredificiosmseficientesdesdeelpuntodevistaenergtico,disminuyendoelconsumodeenerga.

Reglamentode InfraestructurasComunesdeTelecomunicaciones (ICT,RD401/2003).Estereglamentodebencumplirlotodaslasedificacionessujetasala

ley de la propiedad horizontal y establece las especificaciones tcnicas en


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Enviviendasconstruidasexistentanslodosalternativas,elempleodesistemascontransmisinporcorrientesportadorasobienporradiofrecuencia.La implantacindelossistemasporradiofrecuenciaesmuyescasa,debida,porunapartealaescasaofertacomercial,yporotraalosproblemasquesederivandesuuso(pocafiabilidad,alcance

limitado, etc.). La implantacin de los sistemas por corrientes portadoras es muchomayor, siendo el ms instalado el americano X10 de Home Systems, debido a suantigedadenelmercadoybajocoste,yelsistemaCADdeLegrandenEuropa.Sinembargo, existen versiones PL (Power Line o Corrientes Portadoras) de los sistemasKonnexyLonworks(esteltimounodelosmsfiablesyavanzadosdelmercado)queestntomandocadavezmsfuerza.

Enviviendasnuevaslaofertaesmuyextensa,consistemasquepermitencubrirtodaslas necesidades con topologas centralizadas o distribuidas y protocolos abiertos opropietarios. En viviendas pequeasmedianas con requerimientosbsicos son muy

frecuenteslossistemascentralizadospropietarios,comoIHS(InnovationHouseControl),queenEspaacomercializaSimnbajoladenominacindeSimonVIS.OtrossistemaspropietariossonSimonVOX (Simon),Sicov (ISDE ingeniera),Amigo(MerlinGerin),Microdelta(DeltaDore),Vivimat(Dinitel),Cardio(Secant)yunlargoetctera.

Cuando los requerimientos son ms exigentes y se trata de inmuebles de mayortamao, es cada vez ms frecuente el uso de sistemas de bus distribuidos,especialmente los normalizados Konnex y Lonworks, cuyo abaratamiento y granoferta de productos en los ltimos aos los est haciendo muy populares (vase elapartado2.6EvolucindelaDomticaenelMercadoEspaol).

Enelcasodelosedificioslasnecesidadessuelensermuchomscomplejasqueenunavivienda. En este mbito los sistemas debus aventajan a los dems en cuanto aprestaciones, aunque es an frecuente encontrar sistemas de control centralizadobasados en autmatas de gama alta cuando la relacin cableado/componentes lopermite. Hay que tener en cuenta que stos han sido los sistemas tradicionalmenteinstalados para la gestin tcnica de edificios, existentes antes de la aparicin detecnologasespecficasparaladomtica.

LossistemasdetipobusmsinstaladosenEuropasonBatibusdeMerlinGerin,EHS,yelsistemaKonnex/EIB(KNX/EIB).EnEstadosUnidos,elsistemadebusmspopularesLonworksdeEchelon,queenEuropaestpocoimplantado,aunquerecientementeseha recogidoennormasde laCENELEC.Otros sistemasaplicableseneste tipodeinstalacionessonCEBusde laEIA,EHSdeEHSA,SmartHousede laNAHB,yenelcasodelossistemasdecontrolcentralizadodegamaaltaautmatasdelosprincipalesfabricantescomoSiemens,Omron,SchneiderElectric,etc.

Por lo tanto, se puede concluir que las tecnologas domticas ms relevantes en laactualidad son,enelmercadoamericano,CEBus,X10yLonworks,yeneleuropeoKNX/EIB,BatibusyEHS.


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LossistemasEuropeosms importantes(Batibus,EIByEHS)sehanunidoformandoun consorcio para conseguir la compatibilid

tesis doctoral domotica

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