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La tecnología inalámbrica en malla, la seguridad mejorada y la utilización reducida de radiofrecuencia son solo algunos de los avances que han hecho que la conectividad inalámbrica sea más atractiva en los sistemas de automatización de edificios (BAS).
Le pedimos a los principales expertos en este campo que nos brindaran sus explicaciones sobre las preguntas más frecuentes, así como comentarios sobre algunos aspectos interesantes de la nueva tecnología. A la conversación asistieron:
Tom Munson – Diseñador registrado de distribución de comunicaciones (RCDD), jefe del Centro de Ingeniería para Arquitectura de TLC (Orlando, Florida, EE. UU.);
Jay Hendrix – gerente de SBT Wireless (Buffalo Grove, Illinois, EE. UU.);
Terry Hoffman – Johnson Controls (Milwaukee, EE. UU.);
John John Ruiz es gerente del programa BAS inalámbrico para Johnson Controls (Milwaukee, EE. UU.); EE. UU.); Jon Williamson es gerente de marketing de TAC North (Andover, MA, EE. UU.).
CSE: ¿Cuáles son las principales ventajas de utilizar tecnologías inalámbricas?
Munson: Una ventaja importante de este tipo de tecnologías es la capacidad de instalar dispositivos en condiciones difíciles, especialmente en edificios existentes o en ubicaciones remotas. Además, las ventajas incluyen la movilidad de dichos dispositivos y la capacidad de instalarlos rápidamente, así como la reducción de los costos generales al reducir la necesidad de cableado.
Hoffman:Por supuesto, uno de los beneficios es el potencial de ahorro al eliminar la necesidad de tender cables entre sensores y controladores, pero creo que las principales ventajas de utilizar tecnologías inalámbricas siguen siendo la flexibilidad y la facilidad de ampliar los sistemas.
Las empresas necesitan flexibilidad ahora más que nunca. Ellos (las empresas) en su conjunto deben cambiar a medida que cambian sus necesidades. Es precisamente este tipo de entorno el que favorece el desarrollo del uso de tecnologías inalámbricas, especialmente en el caso de instalar, por ejemplo, sensores en locales destinados al alquiler. Con la tecnología inalámbrica, instalar nuevos sensores, ya sea temporalmente (para diagnosticar problemas) o permanentemente (para ampliar un sistema existente), resulta mucho más fácil.
Hendrix:El uso de tecnología inalámbrica también significa que la disposición de los sensores se puede optimizar para garantizar que se coloquen en las ubicaciones más relevantes. En el pasado, el lugar donde se instalaban los sensores generalmente dependía de lo fácil que era cablearlos. Esto solía ser un problema en grandes espacios de oficinas compartidas divididas en celdas de trabajo separadas, pero ahora el uso de la tecnología inalámbrica no sólo hace posible mover fácilmente los sensores de un lugar a otro, sino que también permite el uso de más sensores, lo que aumenta la cantidad de datos. capacidades de recopilación del BAS.
Otra ventaja de utilizar tecnología inalámbrica es la facilidad de renovación del sistema. Ya no es necesario abrir paredes y techos para instalar cables y cableado nuevo. Esto es especialmente cierto cuando se utilizan dispositivos inalámbricos alimentados por baterías u otras fuentes de energía ya presentes, ya que elimina la necesidad de instalar nuevos cables de alimentación.
CSE: Cómo ha afectado el uso de la tecnología inalámbrica al procedimiento de instalación del equipo?
Hendrix:Creo que el uso de dispositivos inalámbricos facilita la coordinación entre diferentes sectores durante los trabajos de instalación. Por ejemplo, un sensor de habitación se puede instalar y poner en funcionamiento al final de un proyecto sin tener que coordinarse con otros proveedores en las distintas etapas del proyecto. Además, cuando se utilizan tecnologías inalámbricas, la reconstrucción es significativamente menos perjudicial para el trabajo de los inquilinos en los edificios.
El uso de tecnologías inalámbricas también facilita una transición gradual del uso de sistemas antiguos al uso de otros nuevos, lo que permite realizar dichos trabajos de acuerdo con el presupuesto y cronograma establecidos. A menudo, el cableado utilizado en sistemas antiguos no se puede utilizar en sistemas nuevos.
Por lo tanto, es necesario cambiarlo y modernizar el sistema en su totalidad en una sola etapa. Esto generalmente lleva al hecho de que el sistema antiguo debe ser completamente desmantelado e instalado el nuevo sistema al mismo tiempo.
Cuando se utilizan tecnologías inalámbricas, la «transferencia» de dispositivos al nuevo sistema se puede realizar gradualmente, sin afectando el funcionamiento de otros dispositivos conectados al antiguo sistema actual.
CSE: ¿Qué barreras aún persisten para el uso de tecnologías inalámbricas?
Hendrix:Un problema es el uso de baterías para muchos dispositivos inalámbricos, como los sensores (las baterías deben cambiarse muchas veces durante la vida útil de los dispositivos). Sin embargo, a medida que el consumo de energía de estos dispositivos disminuya, la tecnología de las baterías mejore y se desarrolle el uso de fuentes de energía alternativas como paneles solares y células térmicas, este problema disminuirá gradualmente.
Munson:Otro obstáculo es la falta de confianza en la confiabilidad de los sistemas creada por intrusiones externas maliciosas y por interferencias creadas por otros dispositivos eléctricos. Básicamente, los usuarios finales se preguntan: «¿Puedo considerar que este sistema es confiable y qué debo hacer si este sistema realmente falla?»
Ruiz :Éstas son las percepciones de los usuarios actuales y, dado el desarrollo de la tecnología, pueden considerarse obsoletas. En realidad, los sistemas inalámbricos diseñados correctamente son tan confiables y seguros como los que usan cables, y con la llegada de nuevas tecnologías como el cambio de frecuencia, las redes en malla y la extensión de señales, su implementación en redes inalámbricas como sistemas se vuelve aún más confiable y segura. .
Williamson:Como ocurre con cualquier tecnología nueva, la adopción de tecnologías inalámbricas aumenta a medida que se vuelven más probadas. Durante los últimos tres años, los fabricantes han dedicado importantes recursos de I+D a mejorar la confiabilidad y seguridad de las soluciones inalámbricas para satisfacer las expectativas de los usuarios. Esta tecnología ha alcanzado ahora un nivel de madurez en el que se pueden lograr los objetivos y las demandas de los clientes a un precio atractivo para una amplia gama de aplicaciones.
Hendrix:Sin embargo, sigue siendo cierto que el costo de la electrónica adicional requerida para crear redes inalámbricas aún excede el costo del trabajo de instalación eliminado mediante el uso de tecnología inalámbrica, pero esta cuestión cambia constantemente a medida que más y más dispositivos electrónicos comienzan a usar circuitos basados en un solo microcircuitos, cuyo coste cae rápidamente cada año.
Además, el problema hasta ahora es la falta de compatibilidad técnica entre los distintos dispositivos inalámbricos.
Para resolver este problema, es necesario seguir trabajando en el campo de la estandarización.
CSE: Hay argumentos a favor del uso de dispositivos inalámbricos en casi cualquier edificio, pero, sin embargo, ¿qué tipos de edificios son? ¿Más adecuado para el uso de tecnologías inalámbricas?
Hoffman:En términos generales, los dispositivos inalámbricos son naturalmente más adecuados para edificios donde el cableado es imposible o difícil. Los motivos para ello pueden variar desde motivos puramente estéticos hasta, por ejemplo, motivos generales de seguridad o salud. Además, la creación de redes inalámbricas está económicamente justificada en los casos en que, utilizando redes convencionales, el cableado tendría que pasar por zonas contaminadas o por zonas subterráneas inundadas de agua subterránea. Hay muchos ejemplos.
Williamson:Al diseñar cualquier proyecto, es necesario utilizar las mejores técnicas de planificación de redes inalámbricas que tengan en cuenta el impacto de diversos obstáculos físicos y materiales de construcción en el funcionamiento futuro. Hay cuatro tipos de edificios en los que el uso de soluciones inalámbricas resulta especialmente atractivo. Estos son: edificios urbanos, talleres limpios, edificios históricos y edificios alejados de sus vecinos más cercanos (incluidos edificios en los que es difícil tender cableado).
Por ejemplo, en talleres limpios es necesario mantener con precisión una presión y un microclima determinados, por lo que cualquier violación de la integridad de los límites del área de producción empeora las condiciones de trabajo en la misma. En los edificios históricos, es importante mantener la integridad de sus estructuras, lo que significa que los cables que contienen no siempre se pueden tender en línea recta. Por lo tanto, extender una red a una habitación adyacente puede requerir hasta mil pies de cable, mientras que la conexión inalámbrica puede tener sólo 10 pies de largo.
Además, zanjar cables hasta un edificio remoto y perforar paredes de ladrillo, hormigón o vidrio puede resultar difícil y costoso.
Hendrix: Oficinas, escuelas y universidades, además de la industria manufacturera y otros edificios industriales constituyen un amplio campo para el uso de soluciones inalámbricas.
Los edificios con espacios interiores y exteriores bastante abiertos pueden ser lugares ideales para la tecnología inalámbrica porque proporcionan una obstrucción mínima a las señales de RF.
Munson: También son candidatos ideales para el uso de tecnología inalámbrica. Las soluciones son edificios con un gran número de puestos de trabajo individuales. De hecho, monitorear el estado de las estaciones de trabajo individuales debería ser la principal motivación para usar tecnologías inalámbricas.
Sentirse cómodo y en control de su espacio personal puede aumentar los ingresos de una empresa al hacer que sus empleados se sientan felices y satisfechos.
CSE: Entonces, ¿cómo debería organizarse la infraestructura de construcción en el futuro para facilitar la construcción? ¿uso de tecnologías inalámbricas?
Ruiz:Es recomendable considerar la posibilidad de utilizar materiales radiotransparentes. Los sistemas inalámbricos generalmente funcionan mejor en entornos abiertos donde no hay interferencias ni absorción de señales de RF. En tales entornos, estas señales pueden viajar hasta 300 pies, lo que hace que la tecnología inalámbrica sea ideal para conectar sensores para medir la temperatura y controlar la humedad del aire interior.
Los controladores generalmente se ubican entre 30 y 60 pies de distancia de los sensores, detrás del placas de falso techo.
Los materiales porosos como tableros de partículas, placas de techo y bloques de cemento tienen un impacto menor en la propagación de señales de radio en sistemas inalámbricos que los metales y el concreto, en los que las señales de radio viajan menos de 100 pies.
Sorprendentemente, los conductos metálicos a veces contribuyen. a la propagación de señales inalámbricas, ya que actúan como guías de ondas que ayudan a que las señales pasen entre los controladores.
Williamson:Una tecnología desarrollada recientemente, la red de malla inalámbrica, tiene la ventaja de que no requiere ninguna infraestructura especial. Se basa en que cada uno de sus nodos contribuye a la construcción de una red inalámbrica confiable.
Las redes de malla inalámbricas se diferencian de las redes Ethernet inalámbricas, que se basan en una arquitectura radial a multipunto basada en la ubicación de los puntos de acceso. En las redes de malla inalámbricas, cada nodo está conectado a otros elementos de la red a través de múltiples rutas y conoce a todos sus vecinos inmediatos. Si uno de los nodos se desconecta de la red o si la ruta de comunicación utilizada está bloqueada, la red reconstruye automáticamente su estructura encontrando el siguiente nodo más cercano para reanudar la transmisión de mensajes. Dado que las redes de malla inalámbricas no requieren infraestructura, es fácil ver cuánto más barato es construirlas en comparación con las redes convencionales. Como resultado, el sistema de conexión en cadena para conectar elementos de red se está convirtiendo en una cosa del pasado.
Hendrix:De hecho, las redes en malla utilizan una topología en malla para crear múltiples rutas de comunicación redundantes, en las que cada nodo actúa simultáneamente como transmisor, receptor y enrutador. Las redes en malla pueden enrutar señales alrededor de obstáculos y cada nodo debe estar conectado a solo dos o tres nodos vecinos.
Williamson:De hecho, el estándar IEEE 802.15.4 utilizado para crear redes de malla inalámbricas permite soluciones inalámbricas mucho mejores para sistemas de comando y control que los estándares WiFi o Bluetooth. Las redes de malla inalámbricas son autoconstituidas y no requieren infraestructura especial, puntos de acceso o enrutadores, aunque a veces pueden necesitar incluir dispositivos de retransmisión.
CSE: ¿Cuáles son otros avances en este campo? ¿Se han logrado avances en tecnologías inalámbricas recientemente, con la excepción del desarrollo de redes de malla inalámbricas?
Hendrix:El consumo de energía de los dispositivos inalámbricos se reduce cada vez más, lo que permite que dichos dispositivos funcionen con baterías durante períodos de tiempo muy prolongados.
Hoffman:Una de las últimas tendencias es el uso de sistemas basados en tecnología de antenas distribuidas. Dichos sistemas garantizan la cobertura de todos los sistemas inalámbricos del edificio, incluidos teléfonos móviles, redes LAN inalámbricas, telefonía VoIP y BAS. También mejoran la seguridad porque las antenas pueden diseñarse para facilitar la recepción de señales dentro de un edificio y evitar que se propaguen al exterior.
Los desarrolladores de sistemas inalámbricos también están empezando a utilizar tecnologías de nivel militar. Por ejemplo, para reducir la interferencia, las redes inalámbricas utilizan tecnología de salto de frecuencia para seleccionar dinámicamente qué bandas de frecuencia utilizar. También utilizan transmisión de espectro ensanchado, que distribuye la señal por todo el rango de frecuencia utilizable. El equipo de radio también incorpora algoritmos de cifrado avanzados, lo que ayuda a aumentar la seguridad de las redes inalámbricas. Estas tecnologías se han utilizado durante mucho tiempo en radios militares y ahora su uso se ha vuelto económicamente viable en BAS inalámbricos.
CSE: ¿Cómo imagina el futuro de los sistemas inalámbricos dentro de 10 y 20 años?
Munson:Creo que todos los dispositivos admitirán la tecnología de direccionamiento IP inalámbrico con un ancho de canal mínimo de 1 Gigabaud.
Hendrix: Preveo que los dispositivos inalámbricos en un futuro próximo se convertirán en elementos baratos de infraestructura .
Su consumo de energía seguirá disminuyendo y funcionarán con fuentes o tecnologías de energía alternativas para recolectar energía del medio ambiente, lo que permitirá que dichos dispositivos funcionen prácticamente para siempre sin ningún mantenimiento. Se incorporarán componentes radioelectrónicos en todos los dispositivos.
Los sensores y dispositivos electrónicos serán aún más reducidos en tamaño respecto a los actuales, y se integrarán en todos los dispositivos que requieran seguimiento y control con el fin de garantizar su oportuno mantenimiento, así como mantener el confort y la seguridad en general. Los dispositivos de control BAS también harán uso de las infraestructuras inalámbricas más grandes que para entonces estarán establecidas en todas partes. Cada edificio contendrá su propio repositorio de información que podrá ser monitorizado y procesado online o de forma automática para optimizar la gestión, mejorar la eficiencia energética y garantizar el confort de las personas en ese edificio.
Ruiz : Esperamos que la evolución del BAS inalámbrico refleje, en términos de adopción de tecnología, lo que está sucediendo en el mercado de teléfonos móviles y WiFi.
Esto también permitirá sistemas de gestión y control más distribuidos y menos jerárquicos. Debido a su alto costo y baja confiabilidad, hasta mediados de la década de 1990, los teléfonos móviles ocupaban solo un nicho de mercado relativamente estrecho. A medida que la tecnología se desarrolló, su costo cayó y la confiabilidad aumentó, y el número de usuarios de teléfonos móviles comenzó a crecer. Hoy en día hay más de mil quinientos millones de usuarios inalámbricos en el mundo y la industria WiFi está creciendo a un ritmo igualmente rápido.
Además, otro fenómeno observado en la industria de las redes WiFi es que la instalación de equipos inalámbricos no necesariamente tiene que ser realizada por expertos.
La tecnología ha avanzado hasta el punto de que los equipos de redes inalámbricas pueden ser instalados por el propio usuario. usuario medio en tan solo un día. Se puede esperar lo mismo de BAS: dentro de los próximos 10 años, las redes inalámbricas se convertirán en la forma más común de crear BAS en edificios comerciales.
Con la creación de redes inalámbricas basadas en estándares como WiFi y ZigBee, la estructura jerárquica actual de BAS cambiará. Los dispositivos finales, como sensores y actuadores, serán más inteligentes y requerirán menos control. Estarán equipados con interfaces de usuario y sistemas integrados para generar mensajes de alerta, registrar gráficos y establecer horarios.
La integración entre diferentes sistemas también será más común.
Por ejemplo, un reloj registrador podrá transmitir información a los sistemas de iluminación, calefacción, ventilación y aire acondicionado sobre la presencia de personas en la habitación y, en consecuencia, una señal de acción.
Williamson :Con el tiempo, aumentará el número de sistemas que combinan tecnologías cableadas e inalámbricas. Así como las oficinas utilizan una combinación de puntos de conexión inalámbrica y puntos de acceso fijos para conectarse a redes Ethernet locales, los edificios seguirán teniendo algunos sistemas de control basados en tecnologías cableadas. Los dispositivos inalámbricos serán más comunes e incluirán una variedad de dispositivos periféricos: sensores de alarma de seguridad, sensores de temperatura, contactos de puertas y más.
Los protocolos abiertos como el protocolo BACnet de ASHRAE incluirán estándares inalámbricos como método de transferencia de datos opcional. Al estandarizar las tecnologías de comunicaciones inalámbricas con fines de monitoreo y control, será posible combinar productos de diferentes fabricantes en una única red en malla en función de su compatibilidad técnica mutua.
Elegir entre reducir los costos de instalación al crear redes en malla inalámbricas y Con la libertad de elección que ofrecen los protocolos abiertos, los propietarios de edificios avanzan hacia un futuro en el que podrán proporcionar edificios seguros y cómodos de manera económica, eficaz y sin esfuerzo.
Y en conclusión: la evolución de los estándares inalámbricos
Cualquier nueva tecnología crea el problema de su inclusión en las regulaciones y estándares existentes. Esta tarea suele recaer sobre los hombros de los creadores de códigos y las alianzas industriales, quienes se ven obligados a trabajar lo mejor que pueden, dejando de lado las preferencias personales y los intereses corporativos por el bien común de las personas que trabajan y viven en los edificios. /p>
“Desafortunadamente, las pequeñas disputas y el posicionamiento en el mercado a menudo obstaculizan el lanzamiento a tiempo de los productos adecuados. Los comités de desarrollo de estándares continúan luchando internamente sobre cuándo dejar de finalizar y ratificar los estándares que crean”, dice Tom Munson. “Cuando se trata de lo que está sucediendo en el mundo de los dispositivos inalámbricos, parece que el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y la Alianza ZigBee, un grupo de fabricantes de equipos de control que trabajan para promover el uso de redes inalámbricas basadas en una estándar abierto”.
Como lo expresa John Ruiz de Johnson Controls: “Los esfuerzos de IEEE por crear un estándar abierto para señales de radio de baja potencia y ancho de banda moderado llevaron al desarrollo de IEEE 802.15.4. Este estándar también fue utilizado por ZigBee Alliance como parte de la versión 1.0 del estándar ZigBee.
En la versión 1.1. El estándar ZigBee realiza adiciones destinadas a aumentar la confiabilidad y seguridad de las redes de radio agregando el uso de una arquitectura de red en malla y algoritmos de cifrado avanzados. Además, en la reunión de ASHRAE celebrada en enero de 2006, se formó un grupo de trabajo para determinar cómo se podría incluir el soporte ZigBee en el estándar de comunicaciones BACnet”.
El artículo se preparó basándose en materiales de Revista de consultoría Ingeniero de especificación
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