REDES SATELITALES

REDES SATELITALES

Un satélite puede definirse como un repetidor radioeléctrico ubicado en el espacio, que recibe señales generadas en la tierra, las amplifica y las vuelve a enviar a la tierra, ya sea al mismo punto donde se origino la señal u otro punto distinto.

Una red satelital consiste de un transponder (dispositivo receptor-transmisor), una estación basada en tierra que controlar su funcionamiento y una redde usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisión y recepción del tráfico de comunicaciones, a través del sistema de satélite.

CARACTERISTICAS DE LAS REDES SATELITALES

· Las transmisiones son realizadas a altas velocidades en Giga Hertz.

· Son muy costosas, por lo que su uso se ve limitado a grandes empresas y países

· Rompen las distancias y el tiempo.

ELEMENTOS DE LAS REDES SATELITALES

· Transponders

Es un dispositivo que realiza la función de recepción y transmisión. Las señales recibidas son amplificadas antes de ser retransmitidas a la tierra. Para evitar interferencias les cambia la frecuencia.

· Estaciones terrenas

Las estaciones terrenas controlan la recepción con el satélite y desde el satélite, regula la interconexión entre terminales, administra los canales de salida, codifica los datos y controla la velocidad de transferencia.

Consta de 3 componentes:

· Estación receptora: Recibe toda la información generada en la estación transmisora y retransmitida por el satélite.

· Antena: Debe captar la radiación del satélite y concentrarla en un foco donde esta ubicado el alimentador. Una antena de calidad debe ignorar las interferencias y los ruidos en la mayor medida posible.

Estos satélites están equipados con antenas receptoras y con antenas transmisoras. Por medio de ajustes en los patrones de radiación de las antenas pueden generarse cubrimientos globales, cubrimiento a solo un país (satélites domésticos), o conmutar entre una gran variedad de direcciones.

· Estación emisora: Esta compuesta por el transmisor y la antena de emisión.

La potencia emitida es alta para que la señal del satélite sea buena. Esta señal debe ser captada por la antena receptora. Para cubrir el trayecto ascendente envía la información al satélite con la modulación y portadora adecuada.

Como medio de transmisión físico se utilizan medios no guiados, principalmente el aire. Se utilizan señales de microondas para la transmisión por satélite, estas son unidireccionales, sensibles a la atenuación producida por la lluvia, pueden ser de baja o de alta frecuencia y se ubican en el orden de los 100 MHz hasta los 10 GHz.

CLASIFICACION DE LAS TRANSMISIONES SATELITALES

Las transmisiones de satélite se clasifican como bus o carga útil. La de bus incluye mecanismos de control que apoyan la operación de carga útil. La de carga útil es la información del usuario que será transportada a través del sistema.

En el caso de radiodifusión directa de televisión vía satélite el servicio que se da es de tipo unidireccional por lo que normalmente se requiere una estación transmisora única, que emite los programas hacia el satélite, y varias estaciones terrenas de recepción solamente, que toman las señales provenientes del satélite. Existen otros tipos de servicios que son bidireccionales donde las estaciones terrenas son de transmisión y de recepción.

Uno de los requisitos más importantes del sistema es conseguir que las estaciones sean lo más económicas posibles para que puedan ser accesibles a un gran numero de usuarios, lo que se consigue utilizando antenas de diámetro chico y transmisores de baja potencia. Sin embargo hay que destacar que es la economía de escala (en aquellas aplicaciones que lo permiten) el factor determinante para la reducción de los costos.

Modelos de enlace del sistema satelital

Esencialmente, un sistema satelital consiste de tres secciones básicas: una subida, un transponder satelital y una bajada.

o Modelo de subida

El principal componente dentro de la sección de subida, de un sistema satelital, es el transmisor de la estación terrena. Un típico transmisor de la estación terrena consiste de un modulador de IF, un convertidor de microondas de IF a RF, un amplificador de alta potencia (HPA) y algún medio para limitar la banda del espectro de salida (un filtro pasa-banda de salida).

El modulador de IF convierte las señales de banda base de entrada a una frecuencia intermedia modulada e FM, en PSK o en QAM. El convertidor (mezclador y filtro pasa-banda) convierte la IF a una frecuencia de portadora de RF apropiada. El HPA proporciona una sensibilidad de entrada adecuada y potencia de salida para propagar la señal al transponder del satélite. Los HPA comúnmente usados son klystons y tubos de onda progresiva.

Modelo de subida del satélite.

o Transponder

Un típico transponer satelital consta de un dispositivo para limitar la banda de entrada (BPF), un amplificador de bajo ruido de entrada (LNA), un translador de frecuencia, un amplificador de potencia de bajo nivel y un filtro pasa-bandas de salida.

El transponder es un repetidor de RF a RF. Otras configuraciones de transponder son los repetidores de IF, y de banda base, semejantes a los utilizados en los repetidores de microondas.

El BPF de entrada limita el ruido total aplicado a la entrada del LNA (un dispositivo normalmente utilizado como LNA, es un diodo túnel).

La salida del LNA alimenta un translador de frecuencia (un oscilador de desplazamiento y un BPF), que se encarga de convertir la frecuencia de subida de banda alta a una frecuencia de bajada de banda baja.

El amplificador de potencia de bajo nivel, que es comúnmente un tubo de ondas progresivas (TWT), amplifica la señal de RF para su posterior transmisión por medio de la bajada a los receptores de la estación terrena.

También pueden utilizarse amplificadores de estado sólido (SSP), los cuales en la actualidad, permiten obtener un mejor nivel de linealidad que los TWT.

La potencia que pueden generar los SSP, tiene un máximo de alrededor de los 50 Watts, mientras que los TWT pueden alcanzar potencias del orden de los 200 Watts.

Transponder del satélite.

o Modelo de bajada

Un receptor de estación terrena incluye un BPF de entrada, un LNA y un convertidor de RF a IF. El BPF limita la potencia del ruido de entrada al LNA. El LNA es un dispositivo altamente sensible, con poco ruido, tal como un amplificador de diodo túnel o un amplificador parametrico. El convertidor de RF a IF es una combinación de filtro mezcador/pasa-bandas que convierte la señal de RF a una frecuencia de IF.Satélites orbitales

Los satélites orbitales o también llamados no sincronos, giran alrededor de la Tierra en un patrón elíptico o circular de baja altitud. Si el satélite esta girando en la misma dirección que la rotación de la Tierra y a una velocidad angula superior que la de la Tierra, la órbita se llama órbita progrado. Si el satélite esta girando en la dirección opuesta a la rotación de la Tierra, o en la misma dirección, pero a una velocidad angular menor a la de la Tierra, la órbita se llama órbita retrograda.

De esta manera, los satélites no sincronos esta alejándose continuamente o cayendo a tierra y no permanecen estacionarios en relación a ningún punto en particular de la Tierra. Por lo tanto los satélites no sincronos se tiene que usar cuando están disponibles, lo cual puede ser un corto periodo de tiempo, como 15 minutos por órbita.

Otra desventaja de los satélites orbitales es la necesidad de equipo complicado y costoso para rastreo en las estaciones terrestres. Cada estación terrestre debe localizar el satélite conforme esta disponible en cada órbita y después unir sus antenas al satélite y localizarlo cuando pasa por arriba. Una gran ventaja de los satélites orbitales es que los motores de propulsión no se requieren a bordo de los satélites para mantenerlos en sus órbitas respectivas.

Otros parámetros característicos de los satélites orbitales, son el apogeo y perigeo. El apogeo es la distancia más lejana, de la Tierra, que un satélite orbital alcanza, el perigeo es la distancia mínima; la línea colateral, es la línea que une al perigeo con el apogeo, en el centro de la Tierra.

Se observa en la imagen a continuación, que la órbita del satélite la cual es altamente elíptica, con un apogeo de aproximadamente 40000 km y un perigeo de aproximadamente 1000 km.

Satélites geoestacionarios

Los satélites geoestacionarios o geosincronos son satélites que giran en un patrón circular, con una velocidad angular igual a la de la Tierra. Por lo tanto permanecen en una posición fija con respecto a un punto específico en la Tierra. Una ventaja obvia es que están disponibles para todas las estaciones de la Tierra, dentro de su sombra, el 100% de las veces.

La sombra de un satélite incluye a todas las estaciones de la Tierra que tienen un camino visible a el y están dentro del patrón de radiación de las antenas del satélite. Una desventaja obvia es que a bordo, requieren de dispositivos de propulsión sofisticados y pesados para mantenerlos fijos en una órbita. El tiempo de órbita de un satélite geoesincrono es de 24 h, igual que la Tierra.

o Parámetros típicos de la órbita geoestacionaria.

Es posible calcular algunos parámetros típicos de la órbita geoestacionaria, tales como la altura del satélite, o la velocidad del mismo, partiendo de lasleyes básicas de la Física.

Como es sabido un satélite geoestacionario tiene un periodo de rotación igual al de la Tierra, por lo tanto deberemos saber con exactitud dicho periodo de rotación. Para ello se considera el día sidereo, que es el tiempo de rotación de la Tierra medido con respecto a una estrella lejana y que difiere del día solar o medido con respecto al sol.

La duración de este día sidereo es de 23h 56 min. 4.1seg, y es el tiempo que se utiliza para los cálculos.

Fuerzas sobre el Satélite.

Existen tres trayectos que un satélite puede tomar, conforme gira alrededor de la Tierra:

1. Cuando el satélite gira en una órbita arriba del ecuador, se llama órbita ecuatorial.

2. Cuando el satélite gira en una órbita que lo lleva arriba de los polos norte y sur, se llama órbita polar.

3. Cualquier otro trayecto orbital se llama órbita inclinada.

Un nodo ascendente, es el punto en donde la órbita cruza el plano ecuatorial de sur a norte; un nodo descendente, es el punto donde la órbita cruza el plano ecuatorial de norte a sur. La línea que une a los nodos ascendentes y descendentes por el centro de la Tierra, se llama línea de nodos.

LATITUD-LONGITUD

Como primera medida para describir el paso de un satélite en órbita, se debe designar un punto de observación o un punto de referencia. Este punto podrá tratarse de un lugar distante, tal como una estrella, o un punto en la superficie de la tierra, o también el centro de la Tierra, que a su vez el centro de gravedad del cuerpo principal.

En caso de tomar como lugar de observación un punto en la superficie de la Tierra, deberemos estar en condiciones de localizar dicho punto mediante algún método.

Este método de localización es a través del meridiano. Estas líneas conforman un cuadriculado sobre la superficie de la Tierra. Las líneas verticales se denominan Longitud y las líneas horizontales se denominan Latitud.

Las líneas de Longitud se extienden desde el Polo Norte al Polo Sur, es decir que son círculos iguales al contorno de la Tierra que se interceptan en los polos. Se ha definido por convención, como primer meridiano o Longitud cero grados, al meridiano que pasa por la ciudad de Greenwich, tomando el nombre de dicha ciudad.

En total son 360 líneas, lo que equivale a 18 círculos completos. De esta manera se componen los 360 grados de Longitud, partiendo desde la línea de Longitud 0⁰ hacia el Este.

Las líneas de Latitud están conformadas por 180 círculos paralelos y horizontales, siendo el círculo mayor el ubicado en la línea del Ecuador denominada Latitud cero grados.

De esta forman existen 90⁰ hacia el hemisferio Norte, denominados Latitud Positiva y 90⁰ hacia el hemisferio Sur, denominados Latitud Negativa.

Por lo tanto mediante la intersección de las coordenadas de Latitud y Longitud podremos localizar un punto que este sobre la superficie de la Tierra.

En cuanto a un satélite, este se encuentra en el espacio, y su posición puede ser estimada con una Latitud, una Longitud y una altura. Dicha altura estará referida a un punto sobre la Tierra que es la intersección de la recta que une al satélite con el centro de la Tierra y la superficie terrestre.

ANGULOS DE VISTA

Para orientar una antena desde una estación terrena hacia un satélite, es necesario conocer el ángulo de elevación y azimut. Estos se llaman ángulos de vista.

Angulo de elevación

El ángulo de elevación es el ángulo formado entre la dirección de viaje de una onda radiada desde una antena de estación terrena y la horizontal, o el ángulo de la antena de la estación terrena entre el satélite y la horizontal. Entre más pequeño sea el ángulo de elevación, mayor será la distancia que una onda propagada debe pasar por la atmósfera de la Tierra. Como cualquier onda propagada a través de la atmósfera de la Tierra, sufre absorción y, también, puede contaminarse severamente por el ruido. De esta forma, si el ángulo de elevación es demasiado pequeño y la distancia de la onda que esta dentro de la atmósfera de la Tierra es demasiado larga, la onda puede deteriorarse hasta el grado que proporcione una transmisión inadecuada. Generalmente, 5º es considerado como el mínimo ángulo de elevación aceptable.

Azimut

Azimut se define como el ángulo de apuntamiento horizontal de una antena. Se toma como referencia el Norte como cero grados, y si continuamos girando en el sentido de las agujas del reloj, hacia el Este, llegaremos a los 90⁰ de Azimut.

Hacia el Sur tendremos los 180⁰ de Azimut, hacia el Oeste los 270⁰ y por ultimo llegaremos al punto inicial donde los 360⁰ coinciden con los 0⁰ del Norte.

El ángulo de elevación y el azimut, dependen ambos, de la latitud de la estación terrena, así como el satélite en órbita.

CLASIFICACIONES DE LOS SATELITES

Hay dos clasificaciones principales para los satélites de comunicaciones: hiladores (spinners) y satélites estabilizadores de tres ejes.

Los satélites spinners, utilizan el movimiento angular de su cuerpo giratorio para proporcionar una estabilidad de giro.

Con un estabilizador de tres ejes, el cuerpo permanece fijo en relación a la superficie de la Tierra, mientras que el subsistema interno proporciona una estabilización de giro.

Los satélites geosincronos deben compartir un espacio y espectro de frecuencia limitados, dentro de un arco especifico en una órbita geoestacionaria. A cada satélite de comunicación se asigna una longitud en el arco geoestacionario, aproximadamente a 36000 km, arriba del ecuador. La posición en la ranura depende de la banda de frecuencia de comunicación utilizada. Los satélites trabajando, en o casi la misma frecuencia, deben estar lo suficientemente separados en el espacio para evitar interferir uno con otro. Hay un limite realista del numero de estructuras satelitales que pueden estar estacionadas, en un área especifica del espacio.

La separación espacial requerida depende de las siguientes variables:

1. Ancho de haz y radiación del lóbulo lateral de la estación terrena y antenas del satélite.

2. Frecuencia de la portadora de RF.

3. Técnica de codificación o de modulación usada.

4. Limites aceptables de interferencia.

5. Potencia de la portadora de transmisión.

Generalmente se requieren 3 a 6º de separación espacial dependiendo de las variables establecidas anteriormente.

Separación espacial de satélites en una órbita geosincrona.

Las frecuencias de portadora, más comunes, usadas para las comunicaciones por satélite, son las bandas 6/4 y 14/12 GHz. El primer numero es la frecuencia de subida (ascendente, estación terrena a transponder) y el segundo numero es la frecuencia de bajada(descendente, transponder a estación terrena). Entre mas alta sea la frecuencia de la portadora, más pequeño es el diámetro requerido de la antena para una ganancia especifica.

La mayoría de los satélites domésticos utilizan la banda de 6/4 GHZ, esta banda también se usa extensamente para los sistemas de microondas terrestres, por lo que se debe tener cuidado cuando se diseña una red satelital para evitar interferencias con los enlaces de microondas establecidas. Ciertas posiciones en la órbita geosincrona tienen más demanda que otras.

CONCLUSION

El primer tema desarrollado en este trabajo son los modelos de enlace del sistema satelital; en cuanto a esto podemos decir que tanto en el enlace ascendente como en el enlace descendente las perdidas que sufren las ondas radiadas, que son proporcionales a la inversa del cuadrado de la distancia, son muy grandes, además en las frecuencias que están por encima de los 10 GHz se añaden las perdidas provocadas por la lluvia.

En el enlace ascendente, es posible colocar en las estaciones terrenas transmisores con mucha potencia, y antenas de gran tamaño para tener una mayor ganancia, todo esto, aunque es posible resulta en un incremento de los costos.

Pero la situación se complica mucho mas en el enlace descendente, ya que la potencia del transmisor esta limitada por la energía que pueda generar el satélite, la cual no es mucha, también, el tamaño de la antena esta limitado por la zona de servicio que deba cubrirse y además por el costo que implicaría transportarla. Esto hace que las señales recibidas de los satélites, en la tierra, sean extremadamente débiles, es por ello que se le debe dar fundamental importancia a la ganancia de la antena, la eficiencia del transmisor, la figura de ruido del receptor y el tipo de modulación y técnica de acceso.

Cuando se analizo el transponder del satélite vimos que este consistía básicamente de un amplificador de bajo ruido, un convertidor o traslator de frecuencia y por ultimo un amplificador de potencia. El inconveniente con el transponder surge cuando se utiliza la técnica de Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA), donde es usual que existan numerosas portadoras por transponder, lo cual si bien mejora la conectividad y el acceso múltiple, por otro lado tiene el inconveniente de que genera ruido de intermodulacion en el amplificador del transponder, lo que obliga a que este trabaje en condiciones de bajo rendimiento de potencia (debe trabajar en una zona lineal).

Con el Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA), en cada instante solo esta presente una portadora, por lo que no existen problemas de intermodulacion y se puede hacer trabajar al amplificador del transponder en saturación, obteniéndose un máximo de rendimiento. El inconveniente de esta técnica de acceso es que requiere una temporizacion estricta y una gran capacidad de almacenamiento y procesamiento de la señal.

Otro elemento critico son los amplificadores de bajo ruido (LNA) presentes tanto en el satélite (para el enlace ascendente) como en las estaciones terrenas (para el enlace descendente). La importancia de los mismos, radica en el hecho de que debido a las grandes distancias, las señales recibidas son muy débiles, por lo tanto es necesario que el primer elemento que entra en contacto con dichas señales posea un ruido interno mucho menor que la señal recibida para que no se degrade la calidad. En consecuencia, debido a las potencias extremadamente pequeñas de las señales recibidas, normalmente un LNA esta físicamente situado en el punto de alimentación de la antena.

Otro de los temas desarrollados son las Orbitas de los Satélites, de acuerdo a ellas, teníamos los satélites orbitales o no sincronos que giran alrededor de la Tierra en un patrón elíptico o circular de baja altitud, y los satélites geoestacionarios o geosincronos que giran alrededor de la Tierra con un patrón circular, y una velocidad angular igual a la de la Tierra.

Los satélites geoestacionarios tienen la ventaja de permanecen fijos con respecto a un punto especifico de la Tierra, por lo tanto para comunicarse con ellos las antenas de las estaciones terrestres estarán estáticas, porque no necesitan seguir al satélite, en consecuencia podrán ser sencillas y económicas.

Otras de las ventajas en el caso de los satélites geoestacionarios de alta altitud es que pueden cubrir un área de la tierra mucho mayor que sus contrapartes orbitales de baja altitud, sin embargo estas altitudes superiores introducen tiempos de retardo de propagación más largos y además se requieren mayores potencias de transmisión como así también receptores más sensibles.

Cabe destacar que la tendencia en la evolución de los satélites de telecomunicaciones es hacia el uso de terminales de recepción pequeños y de bajo costo para poder permitir el acceso al sistema de una mayor cantidad de usuarios. Estos requerimientos se pueden llevar adelante mediante el uso detécnicas de procesamiento de señales que permitan la codificación y control de errores de los datos enviados por los usuarios, también mediante elempleo de antenas multihaz, con haces spot de gran ganancia.

Estas técnicas son usadas en los sistemas globales de comunicaciones por satélite, donde se ha preferido la utilización de conjuntos de satélites en órbitas bajas, en lugar de emplear satélites en órbitas geoestacionarias.

Domotica

CONCEPTO TECNOLÓGICO

En Francia, muy amantes de adaptar términos propios a las nuevas disciplinas, se acuñó la palabra "Domotique", contracción de las palabras "domo" e "informatique". De hecho, la enciclopedia Larousse define el término domótica como: "el concepto de vivienda que integra todos los automatismos en materia de seguridad, gestión de la energía, comunicaciones, etc.". Es decir, el objetivo es asegurar al usuario de la vivienda un aumento del confort, de la seguridad, del ahorro energético y de las facilidades de comunicación.

Domótica es el término "científico" que se utiliza para denominar la parte de la tecnología (electrónica e informática), que integra el control y supervisión de los elementos existentes en un edificio de oficinas o en uno de viviendas o simplemente en cualquier hogar. También, un término muy familiar para todos es el de "edificio inteligente" que aunque viene a referirse a la misma cosa, normalmente tendemos a aplicarlo más al ámbito de los grandes bloques de oficinas, bancos, universidades y edificios industriales.

El concepto Domótica se refiere a la "Automatización y Control" (apagar / encender, abrir / cerrar y regular) de los sistemas domesticos como la iluminación, climatización, persianas y toldos, puertas y ventanas, cerraduras, riego, electrodomésticos, suministro de agua, suministro de gas, suministro de electricidad, etc.

• Confort.- Los empleados que se sienten confortables realizan sus labores mucho mejor, teniendo niveles de iluminación adecuados y una reproducción excelente de los colores, hacen que los espacios se vean más atractivos y más naturales.
• Ambiente.- Con la ayuda de la iluminación puede cambiar la ambientación de un área de oficinas. Puede ser usado para producir una respuesta emocional en el trabajador. Los empleados, clientes y visitantes son sujetos sensibles que pueden ser influenciados por la iluminación en diferentes ambientes de oficinas.

Ahorro de Energía.- En el diseño de iluminación se debe considerar la localización de productos que demanden la menor cantidad de energía eléctrica y ofrezcan los niveles de iluminación recomendados. Aunque algunas veces el costo inicial de estos productos es más elevado que los productos convencionales, el costo de operación y mantenimiento es mucho menor.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DOMÓTICO

Para poder clasificar técnicamente un sistema de automatización de viviendas, es necesario tener claros una serie de conceptos técnicos, como son: tipo de arquitectura, medio de transmisión, velocidad de transmisión y protocolo de comunicaciones.

Tipo de Arquitectura

La arquitectura de un sistema domótico, como la de cualquier sistema de control, especifica el modo en que los diferentes elementos de control del sistema se van a ubicar. Existen dos arquitecturas básicas: la arquitectura centralizada y la distribuida.

Arquitectura centralizada: Es aquella en la que los elementos a controlar y supervisar (sensores, luces, válvulas, etc.) han de cablearse hasta el sistema de control de la vivienda (PC o similar). El sistema de control es el corazón de la vivienda, en cuya falta todo deja de funcionar, y su instalación no es compatible con la instalación eléctrica convencional en cuanto que en la fase de construcción hay que elegir esta topología de cableado.

Arquitectura distribuida: Es aquella en la que el elemento de control se sitúa próximo al elemento a controlar. Hay sistemas que son de arquitectura distribuida en cuanto a la capacidad de proceso, pero no lo son en cuanto a la ubicación física de los diferentes elementos de control y viceversa, sistemas que son de arquitectura distribuida en cuanto a su capacidad para ubicar elementos de control físicamente distribuidos, pero no en cuanto a los procesos de control, que son ejecutados en uno o varios procesadores físicamente centralizados.

En los sistemas de arquitectura distribuida que utilizan como medio de transmisión el cable, existe un concepto a tener en cuenta que es la topología de la red de comunicaciones. La topología de la red se define como la distribución física de los elementos de control respecto al medio de comunicación (cable).

Cada elemento del sistema tiene su propia capacidad de proceso y puede ser ubicado en cualquier parte de la vivienda. Esta característica proporciona al instalador domótico una libertad de diseño que le posibilita adaptarse a las características físicas de cada vivienda en particular.

Medio de Transmisión

En todo sistema domótico con arquitectura distribuida, los diferentes elementos de control deben intercambiar información unos con otros a través de un soporte físico (par trenzado, línea de potencia o red eléctrica, radio, infrarrojos, etc.).

A continuación enumeramos los siguientes tipos de medios:

1) Líneas de distribución de energía eléctrica. (Corrientes portadoras)

Si bien no es el medio más adecuado para la transmisión de datos, si es una alternativa a tener en cuenta para las comunicaciones domesticas dado el bajo coste que implica su uso, dado que se trata de una instalación existente por lo que es nulo el coste de la instalación, y además muy fácil el conexionado

Para aquellos casos en los que las necesidades del sistema no impongan requerimientos muy exigentes en cuanto a la velocidad de transmisión, la línea de distribución de energía eléctrica puede ser suficiente como soporte de dicha transmisión.

2) Soportes metálicos

La infraestructura de las redes de comunicación actuales, tanto públicas como privadas, tiene en un porcentaje muy elevado, cables metálicos de cobre como soporte de transmisión de las señales eléctricas que procesa.

En general se pueden distinguir dos tipos de cables metálicos:

a ) Par metálico

Los cables formados por varios conductores de cobre pueden dar soporte a un amplio rango de aplicaciones en el entorno domestico.
Este tipo de cables pueden transportar voz, datos y alimentación de corriente continua.

Los denominados cables de pares están formados por cualquier combinación de los tipos de conductores que a continuación se detallan:

1.- Cables formados por un solo conductor con un aislamiento exterior plástico, como los utilizados para la transmisión de las señales telefónicas.

2.- Par de cables, cada uno de los cables esta formado por un arrollamiento helicoidal de varios hilos de cobre. (Por ejemplo, los utilizados para la distribución de señales de audio.).

3.- Par apantallado, formado por dos hilos recubiertos por un trenzado conductor en forma de malla cuya misión consiste en aislar las señales que circulan por los cables de las interferencias electromagnéticas exteriores. (Por ejemplo, los utilizados para la distribución de sonido alta fidelidad o datos).

4.- Par trenzado, esta formado por dos hilos de cobre recubiertos cada uno por un trenzado en forma de malla. El trenzado es un medio para hacer frente a las interferencias electromagnéticas. (Por ejemplo, los utilizados para interconexión de ordenadores).

b ) Coaxial

Un par coaxial es un circuito físico asimétrico, constituido por un conductor filiforme que ocupa el eje longitudinal del otro conductor en forma de tubo, manteniéndose la separación entre ambos mediante un dieléctrico apropiado.

Este tipo de cables permite el transporte de las señales de video y señales de datos a alta velocidad. Dentro del ámbito de la vivienda, el cable coaxial puede ser utilizado como soporte de transmisión para:
- Señales de teledifusión que provienen de las antenas (red de distribución de las señales de TV y FM).

- Señales procedentes de las redes de TV por cable. - Señales de control y datos a media y baja velocidad.

3) Fibra óptica

La fibra óptica es el resultado de combinar dos disciplinas no relacionadas, como son la tecnología de semiconductores (que proporciona los materiales necesarios para las fuentes y los detectores de luz), y la tecnología de guiado de ondas ópticas (que proporciona el medio de transmisión, el cable de fibra óptica).

La fibra óptica esta constituida por un material dieléctrico transparente, conductor de luz, compuesto por un núcleo con un índice de refracción menor que el del revestimiento, que envuelve a dicho núcleo. Estos dos elementos forman una guía para que la luz se desplace por la fibra. La luz transportada es generalmente infrarroja, y por lo tanto no es visible por el ojo humano.

A continuación se detallan sus ventajas e inconvenientes:

- Fiabilidad en la transferencia de datos.
- Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencias.

- Alta seguridad en la transmisión de datos.

- Distancia entre los puntos de la instalación limitada, en el entorno doméstico estos problemas no existen.

- Elevado coste de los cables y las conexiones.

- Transferencia de gran cantidad de datos:

Conexión sin hilos

a) Infrarrojos

El uso de mandos a distancia basados en transmisión por infrarrojos esta ampliamente extendida en el mercado residencial para telecomandar equipos de Audio y Vídeo.

La comunicación se realiza entre un diodo emisor que emite una luz en la banda de IR, sobre la que se superpone una señal, convenientemente modulada con la información de control, y un fotodiodo receptor cuya misión consiste en extraer de la señal recibida la información de control.

Los controladores de equipos domésticos basados en la transmisión de ondas en la banda de los infrarrojos presentan gran comodidad y flexibilidad y admiten un gran número de aplicaciones.

Al tratarse de un medio de transmisión óptico es inmune a las radiaciones electromagnéticas producidas por los equipos domésticos o por los demás medios de transmisión (coaxial, cables pares, red de distribución de energía eléctrica, etc.). Sin embargo, habrá que tomar precauciones en el caso de las interferencias electromagnéticas que pueden afectar a los extremos del medio.

b) Radiofrecuencias

La introducción de las radiofrecuencias como soporte de transmisión en la vivienda ha venido precedida por la proliferación de los teléfonos inalámbricos y sencillos telemandos.

Este medio de transmisión puede parecer, en principio, idóneo para el control a distancia de los sistemas domóticos, dada la gran flexibilidad que supone su uso. Sin embargo, resulta particularmente sensible a las perturbaciones electromagnéticas producidas, tanto por los medios de transmisión, como por los equipos domésticos.

Las ventajas e inconvenientes de los sistemas basados en transmisión por radiofrecuencias, son:

• Alta sensibilidad a las interferencias.
• Fácil interceptación de las comunicaciones.
• Dificultas para la integración de las funciones de control y comunicación, en su modalidad de transmisión analógica.

Protocolo de comunicaciones

Una vez establecido el soporte físico y la velocidad de comunicaciones, un sistema domótico se caracteriza por el protocolo de comunicaciones que utiliza, que no es otra cosa que el idioma o formato de los mensajes que los diferentes elementos de control del sistema deben utilizar para entenderse unos con otros y que puedan intercambiar su información de una manera coherente. Dentro de los protocolos existentes, se puede realizar una primera clasificación atendiendo a su estandarización:

1. Protocolos estándar. Los protocolos estándar son los que de alguna manera son utilizados ampliamente por diferentes empresas y estas fabrican productos que son compatibles entre sí, como son el X-10, el EHS, el EIB y el BatiBus
2. Protocolos propietarios. Son aquellos que, desarrollados por una empresa, solo son capaces de comunicarse entre sí.

Preinstalación domótica

La preinstalación domótica es la posibilidad de dejar preparada una vivienda para que, con el menor número de actuaciones, se le pueda instalar el sistema domótico en el momento en que el usuario lo demande. Para que un sistema pueda ofrecer una verdadera preinstalación domótica en una vivienda, ha de ser compatible con la instalación eléctrica actual, de tal manera que el usuario pueda, en la fase de construcción, elegir la preinstalación domótica y la instalación eléctrica convencional y con posterioridad, realizar cualquier tipo de automatización de su vivienda.

Descripción del tipo de nodos

Una red domótica de arquitectura distribuida está compuesta por una serie de nodos que se conectan unos con otro a través del bus de comunicaciones, el cual lleva dos hilos para datos y dos para la alimentación. Así tenemos;

1. Nodos de control estándar: son los encargados de controlar los parámetros de cada estancia. Cada uno soporta dos circuitos independientes de conmutación y dos entradas extra para sensores. La funcionalidad del nodo depende del programa que se cargue en el nodo.
2. Nodos de supervisión: son nodos dedicados a realizar la interfaz con el usuario. Cada función que el usuario necesita para supervisar y controlar el sistema está implementada en el correspondiente nodo. De esta manera, el usuario puede elegir para su vivienda las funciones que considere necesarias.
3. Nodos exteriores: se agrupan aquellos que siendo de uso dedicado se instalan en el exterior de la vivienda. Dentro de ellos podemos destacar el nodo de sirena exterior y el nodo medidor de luz exterior.
4. Nodos de comunicaciones: estos son nodos dedicados específicamente a soportar la red de comunicaciones de la vivienda. Routers o pasarelas.

Unidad de alimentación

La unidad de alimentación es la encargada de suministrar energía (220V/50 Hz) a los diferentes elementos activos de la red domótica (sensores, nodos, electroválvulas, etc.). La unidad de alimentación incorpora una batería (para vigilancia de intrusión) con autonomía suficiente para varias horas de ausencia de suministro eléctrico. Opcionalmente se puede suministrar la unidad de alimentación redundante para casos en los que se requiere una alta fiabilidad.

Características de la vivienda inteligente

A partir de un análisis global del concepto, se pueden determinar unos rasgos generales propios y comunes a los distintos sistemas de una vivienda inteligente que son los que la caracterizan como tal. El uso de estos sistemas tiene implicaciones que se pueden dividir en inmediatas, en cuanto a que son las que se producen por el mero hecho de habitar en una vivienda inteligente, y a más largo plazo, ya que trascienden el individuo para afectar al entorno social a través de nuevos modelos de uso.

Estas características generales, junto con las consecuencias inmediatas emanadas de su uso, son las siguientes:

Control remoto desde dentro de la vivienda: a través de un esquema de comunicación con los distintos equipos (mando a distancia, bus de comunicación, etc.). Reduce la necesidad de moverse dentro de la vivienda, este hecho puede ser particularmente importante en el caso de personas de la tercera edad o discapacitadas.

Control remoto desde fuera de la vivienda: presupone un cambio en los horarios en los que se realizan las tareas domésticas (por ejemplo: la posibilidad de que el usuario pueda activar la cocina desde el exterior de su vivienda, implica que previamente ha de preparar los alimentos) y como consecuencia permite al usuario un mejor aprovechamiento de su tiempo.

Programabilidad: el hecho de que los sistemas de la vivienda se pueden programar ya sea para que realicen ciertas funciones con sólo tocar un botón o que las lleven a cabo en función de otras condiciones del entorno (hora, temperatura interior o exterior, etc.) produce un aumento del confort y un ahorro de tiempo.

Acceso a servicios externos: servicios de acceso a Internet, telecompra, etc. Para ciertos colectivos estos servicios pueden ser de gran utilidad (por ejemplo, unidades familiares donde ambos cónyuges trabajan) ya que producen un ahorro de tiempo.

El uso de las TIC (Tecnologías de la Información y las Comunicaciones) en la vivienda genera nuevas aplicaciones y tendencias basadas en la capacidad de proceso de información y en la integración y comunicación entre los equipos e instalaciones. Así concebida, una vivienda inteligente puede ofrecer una amplia gama de aplicaciones en áreas tales como:

1. Seguridad
2. Gestión de la energía
3. Automatización de tareas domésticas
4. Formación, cultura y entretenimiento
5. Monitorización de salud
6. Comunicación con servidores externos
7. Ocio y entretenimiento
8. Operación y mantenimiento de las instalaciones, etc.

La definición de vivienda domótica o inteligente presenta múltiples versiones y matices. También aquí son diversos los términos utilizados en distintas lenguas: "casa inteligente" (smart house), automatización de viviendas (home automation), domótica (domotique), sistemas domésticos (home systems), etc.

De una manera general, un sistema domótico dispondrá de una red de comunicación que permite la interconexión de una serie de equipos a fin de obtener información sobre el entorno doméstico y, basándose en ésta, realizar unas determinadas acciones sobre dicho entorno.

Los elementos de campo (detectores, censores, captadores, actuadotes, etc.), transmitirán las señales a una unidad central inteligente que tratará y elaborará la información recibida. En función de dicha información y de una determinada programación, la unidad central actuará sobre determinados circuitos de potencia relacionados con las señales recogidas por los elementos de campo correspondientes.

En este sentido, una vivienda domótica se puede definir como: "aquella vivienda en la que existen agrupaciones automatizadas de equipos, normalmente asociados por funciones, que disponen de la capacidad de comunicarse interactivamente entre sí de un bus doméstico multimedia que las integra".

Objetivos:

Los objetivos o finalidad de un edificio inteligente, son los siguientes:

Arquitectónicos

1. Satisfacer las necesidades presentes y futuras de los ocupantes, propietarios y operadores del edificio.
2. La flexibilidad, tanto en la estructura como en los sistemas y servicios.
3. El diseño arquitectónico adecuado y correcto.
4. La funcionalidad del edificio.
5. La modularidad de la estructura e instalaciones del edificio.
6. Mayor confort para el usuario.
7. La no interrupción del trabajo de terceros en los cambios o modificaciones.
8. El incremento de la seguridad.
9. El incremento de la estimulación en el trabajo.
10. La humanización de la oficina.

Tecnológicos

1. La disponibilidad de medios técnicos avanzados de telecomunicaciones.
2. La automatización de las instalaciones.
3. La integración de servicios

Ambientales

1. La creación de un edificio saludable.
2. El ahorro energético.
3. El cuidado del medio ambiente.

Económicos

1. La reducción de los altos costos de operación y mantenimiento.
2. Beneficios económicos para la cartera del cliente.
3. Incremento de la vida útil del edificio.
4. La posibilidad de cobrar precios más altos por la renta o venta de espacios.
5. La relación costo-beneficio.
6. El incremento del prestigio de la compañía.