La invención que se describe es un sistema integral de control, seguridad y domótica en edificios inteligentes. El campo de aplicación de Ia presente invención es, principalmente, el de los sistemas de automatización y control a distancia, y más particularmente el hardware, software y métodos para Ia implementación de sistemas de automatización en viviendas o sistemas domóticos. Sin embargo, sus características permiten su utilización en otros ámbitos, como es el industrial.

Estado de Ia técnica

Cuando se habla de automatización en vivienda o domótica, en primer lugar se piensa generalmente en un conjunto de dispositivos caros que automatizan muchos de los elementos de una vivienda y Ia hacen inteligente, sin ser necesariamente indispensables. Sin embargo, esta situación ha cambiado recientemente y en Ia actualidad el conjunto de tecnologías y servicios que puede proporcionar Ia domótica puede hacer cambiar Ia forma de ver estos sistemas de automatización. Las soluciones iniciales, que encendían las luces en función de Ia presencia de los habitantes, han dado paso a sistemas domóticos capaces de controlar Ia mayoría de electrodomésticos y monitorizar el estado de Ia casa. Los principales campos de aplicación donde Ia domótica puede aplicarse en una vivienda son Ia seguridad, multimedia, ayuda en tareas domésticas, control ambiental y de ahorro energético, y control de Ia red. Además, los clientes potenciales de estos sistemas suelen ser trabajadores que necesitan ahorrar tiempo, personas de Ia tercera edad que necesitan asistencia, y usuarios que trabajan desde casa y quieren un control remoto en su hogar. De esta forma, el número de servicios ofrecidos y Ia gran variedad de clientes, hacen de Ia adaptación de las soluciones comerciales a los requerimientos concretos de los usuarios un reto para las compañías del sector. Esta adaptación debe tener en cuenta además Ia utilidad del sistema en el entorno objetivo. La frontera entre un sistema que ayuda a los habitantes con las tareas diarias y un sistema que realiza acciones automáticas no deseadas es, algunas veces, estrecha.

Mientras tanto, el mercado domótico está sufriendo una guerra de estándares y especificaciones que viene desde principios de Ia década de 1990. Los protocolos de interconexión usados, que especifican cómo se comunican los electrodomésticos, módulos de automatización y pasarela residencial, han estado cambiando continuamente durante años. Hoy en día el estado de los protocolos de domótica, al menos en Europa, es más estable, y EIB (European Installation Bus) se establece como Ia especificación más usada. Un problema similar ha aparecido recientemente en las comunicaciones inalámbricas para redes en el hogar, debido a los continuos avances. Aparte de las soluciones iniciales basadas en radio UHF (433 y 868 MHz) y las más recientes basadas en Bluetooth, están emergiendo nuevas tecnologías con el objetivo de cubrir los requerimientos de las comunicaciones inalámbricas en soluciones de automatización de Ia vivienda. Zigbee y Z-Wave están actualmente luchando por convertirse en referencias en redes del hogar para los sistemas domóticos futuros, y simbolizan Ia batalla continua entre tecnologías en campo de Ia domótica.

La investigación en Ia domótica ha estado fuertemente ligada a este mercado inestable. Los sistemas domóticos tienen en cuenta Ia demanda de los usuarios y las últimas tecnologías para desplegar sistemas horizontales para automatización del hogar. Esta simbiosis entre Ia investigación y el mercado de consumo ha dado como resultado trabajos que están demasiado centrados en las tecnologías, trabajos donde el prototipo implementa parcialmente el sistema diseñado (generalmente Ia unidad de automatización, que centraliza el control de Ia casa), o trabajos que solo incluyen una descripción del modelo lógico usado. Obviamente el coste de desarrollo de estos sistemas es un inconveniente para Ia comunidad que investiga en el campo de Ia domótica. Teniendo en cuenta todo ello, en Ia presente invención se ha puesto especial atención en elementos como Ia posibilidad de ampliación por módulos y Ia gestión remota a través de Internet. Es útil remarcar Ia carencia de protocolos de comunicación de alto nivel que permitan Ia implementación de servicios de valor añadido mediante el acceso al módulo principal de automatización. También es de destacar el tratamiento insuficiente de Ia seguridad en las comunicaciones IP en Ia mayoría de soluciones actuales. La inteligencia ambiental está por otro lado, entrando en Ia campo del hogar, y conceptos como "conciencia" y "ubicuidad" están siendo aplicados sobre tecnologías de automatización domóticas y proporcionando a las viviendas inteligencia. Se conoce en el estado de Ia técnica diversas configuraciones sobre sistemas domóticos y sus conexiones, pudiendo citar, entre otras, las descritas en los documentos ES 2 297 514 T3, ES 2 263 439 T3 y ES 2 255 835 B1.

Descripción de Ia invención La invención que se describe se refiere a un sistema integral de control, seguridad y domótica para edificios inteligentes. Su característica más destacable consiste en tener una arquitectura compuesta de:

- un módulo de automatización (HAM), como elemento principal del sistema, que incluye al menos una base de datos principal de configuración, - diversos paneles de control, que hacen de interfaz con el usuario,

- una pasarela residencial local, para realizar Ia comunicación con el exterior del edificio,

- diversos módulos CAN de control, para un control distribuido de dispositivos y luces, - una pasarela residencial remota, que permite realizar Ia gestión remota del sistema,

- un centro de control de alarmas, para Ia recepción y gestión de alarmas,

- una aplicación de configuración e instalación a través de un ordenador conectado al sistema a través de Internet,

- una aplicación de administración que permite hacer de interfaz desde un ordenador conectado a Internet, de manera que una red de comunicaciones LAN enlaza el módulo de automatización, los diversos paneles de control y Ia pasarela residencial local; los diversos módulos CAN de entrada/salida enlazan con el módulo de automatización a través de un bus CAN, y Ia pasarela residencial remota y el centro de control de alarmas se conectan a través de Internet con los distintos elementos del edificio, y dicho centro de control de alarmas se conecta, además, mediante PSTN con el módulo de automatización (HAM). A su vez, el mencionado módulo de automatización (HAM) está formado por:

- una tarjeta principal de procesado (MPU) basada en un microcontrolador, y equipada con capacidades básicas de entrada/salida a través de puertos serie y paralelo, I2C, SPI y Ethernet,

- una tarjeta de comunicaciones que da conectividad celular, telefónica, de bus CAN y Zigbee al sistema,

- una tarjeta de expansión base, dotada de entradas y salidas analógicas y digitales al sistema,

- una fuente de alimentación y batería, en caso de falta de suministro en Ia red eléctrica, - módulos de expansiones laterales, para disponer de un mayor número de entradas y salidas,

- y opcionalmente un interfaz gráfico, tipo LCD táctil a color, o bien teclado y pantalla alfanumérica, y los módulos CAN remotos están formados por: - un conjunto de entradas analógicas y digitales,

- un conjunto de salidas, que permiten controlar Ia regulación de Ia intensidad para sistemas de iluminación,

- un conjunto de entradas donde se conectan pulsadores simples para poder actuar sobre las salidas anteriores (encender, apagar y regular), y los paneles de control están formados por:

- una tarjeta principal de procesado MPU, y

- un dispositivo táctil gráfico a color, tipo LCD, de manera que todo el sistema permite una actualización y mantenimiento de forma remota, a través de Internet por un operador del sistema, y admite varias configuraciones y tipos de sistemas de interacción, bien a través de los paneles de control o desde cualquier ordenador que emplee Ia aplicación de administración sita en

Ia pasarela residencial local y/o pasarela residencial remota.

Una de las principales características del módulo de automatización (HAM) es que puede: - conectarse a los distintos elementos del edificio simultáneamente a través de los buses domóticos X10 y EIB, realizar conexiones a través de bus CAN, inalámbricas mediante Zigbee o directamente a las entradas y salidas de las distintas expansiones del módulo de automatización (HAM) o de los módulos entrada/salida CAN, y,

- actuar, a Ia vez, como un dispositivo EIB ofreciendo a los elementos conectados al bus EIB (pantallas táctiles, teclados, sensores) pleno control del resto de elementos del edificio, cualquiera que sea Ia tecnología de las mencionadas de estos elementos (X10, ZigBee). La comunicación entre el módulo de automatización (HAM) y el centro de control de alarmas puede realizarse simultáneamente por los siguientes medios:

- a través de acceso WAN IP por medios cableados, es decir, mediante una conexión Ethernet, soportando por tanto entre otros Ia conexión a cable- modem, líneas ADSL o ISDN, - a través de acceso IP en redes de telefonía celular (sistemas GPRS/UTMS),

- a través de mensajes SMS dentro de redes GSM,

- usando Ia infraestructura de telefonía fija PSTN, y se pueden realizar estrategias combinando estas vías, existiendo, además, una comunicación simultánea e ininterrumpida por IP para verificar que el sistema de alarma está armado y funciona correctamente.

Otras características del módulo de automatización (HAM) y su correspondiente arquitectura son:

- es ampliable y configurable remotamente, de manera que con una configuración mínima formada por el módulo de automatización (HAM) el sistema ya puede trabajar con toda Ia funcionalidad,

- puede crecer de forma centralizada según el tamaño del edificio a controlar a través de Ia tarjeta de expansión base y tarjetas de expansiones laterales y, al mismo tiempo, también puede crecer de forma descentralizada a través de los dispositivos conectados a los distintos buses posibles, - y todas las ampliaciones son configurables remotamente.

El sistema integral de control, seguridad y domótica para edificios inteligentes emplea una estrategia distribuida al almacenar los datos de configuración y estado de los aparatos (base de datos de configuración), de manera que en los equipos remotos (pasarela residencial local, pasarela residencial remota y paneles de control) se mantienen réplicas de Ia información guardada en el módulo de automatización (HAM), siendo aquéllas actualizadas sólo cuando se detectan cambios, Io que reduce el número de accesos directos al módulo de automatización (HAM) así como el tiempo de respuesta y, al mismo tiempo, supone una redundancia de Ia información del sistema. Un protocolo de comunicaciones SHAP (Superior Home Automation Protocol), que utiliza UDP como capa de transporte, conecta el módulo de automatización (HAM) con las distintos dispositivos locales y remotos, siguiendo una estrategia de ventana deslizante para asegurar el control de flujo de datos.

En el sistema, los paneles de control envían mensajes de control al módulo de automatización (HAM) usando el protocolo SHAP, de manera que los paneles de control anotan cualquier cambio de estado de un dispositivo cuando recibe Ia confirmación del módulo de automatización (HAM).

La distribución de Ia información en los equipos remotos se realiza en dos fases diferenciadas: - fase de sincronización, que coincide con el arranque del equipo remoto o con

Ia detección de perdida de conexión en Ia red LAN, donde los datos de configuración y estado de los aparatos son inválidos y se requiere una actualización completa de los mismos; esto provoca un tráfico de paquetes de consulta generados por el equipo remoto y dirigidos al módulo de automatización (HAM), con Ia intención actualizar toda su información, y.

- fase de refresco, que permite tener actualizados el estado de los aparatos si algún equipo remoto o el módulo de automatización (HAM) realiza algún cambio en los datos, de manera que el proceso de refresco de datos está centralizado por el modulo de automatización (HAM) que se encarga de actualizar el/los equipo/s remoto/s que Io necesiten.

La estrategia de refresco de datos que se sigue es Ia siguiente:

- un equipo remoto modifica el estado de un aparato, - se notifica Ia modificación al módulo de automatización (HAM),

- el módulo de automatización (HAM) notifica el cambio de estado en el resto de equipos remotos, de manera que para los paneles de control Ia notificación es enviada por difusión a Ia red (broadcast), mientras que para Ia pasarela residencial local y Ia pasarela residencial remota, Ia notificación se realiza de forma individual (unicast).

El protocolo SHAP realiza una aproximación basada en criptografía simétrica, de manera que mediante un algoritmo SHA-2 (Secure Hash Algorithm) se calcula un resumen de Ia carga de todos los paquetes, y el valor resultante es encriptado conjuntamente con Ia cabecera mediante AES (Advanced Encryption Standard), usando una clave simétrica compartida entre las entidades del sistema, completándose el mensaje con un código de redundancia cíclica (CRC) del paquete completo.

Igualmente, el protocolo SHAP se extiende para Ia tarea concreta de envío de alertas a una receptora de alarmas IP de forma que, como paso previo al envío de las mismas, se realiza una negociación en Ia que se determina el formato que se empleará para encapsular las alertas en los paquetes que se vayan a enviar después; de esta manera, el módulo de automatización (HAM) propone una lista de formatos con los que es compatible y, en Ia respuesta, es el centro de control de alarmas el que decide cuál de ellos se empleará, en base al esquema de prioridades que tenga predefinido.

Descripción de los dibujos

Se acompaña a Ia presente memoria descriptiva, como parte integrante de Ia misma, un conjunto de dibujos en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha presentado Io siguiente:

La figura número 1 muestra Ia arquitectura general del sistema con todos los módulos que integra.

La figura número 2 muestra el esqueleto del hardware del sistema con todas las tarjetas que Io integran, tanto en el módulo de automatización como en los paneles de control y módulos CAN remotos.

La figura número 3 muestra una representación completa de Ia unidad de automatización; en Ia parte inferior se ve Ia tapa con Ia versión de pantalla LCD táctil, y en Ia parte superior se aprecian las tarjetas de Ia unidad de automatización a Ia izquierda, y Ia batería, fuente de alimentación a Ia derecha, junto con el módulo transceiver XI O y el EIB.

Las siguientes referencias numéricas hacen mención a los diversos dispositivos que aparecen descritos en relación con Ia invención:

1 - Módulo de automatización (HAM) del edificio.

2 - Panel de control. 3 - Pasarela residencial local. 4 - Cámaras IP. 5 - Módulos CAN.

6 - Sensores.

7 - Electrodomésticos. 8 - Zigbee.

9 - Bus EIB. 10 - Bus X10.

1 1 - BUS CAN.

12 - Red LAN. 13 - Pasarela residencial remota. 14 - Centro de control de alarmas.

15 - Receptora de alarmas PSTN.

16 - Receptora de alarmas celular.

17 - Receptora de alarmas WAN. 18 - Ordenador.

19 - Teléfono móvil.

20 - Internet.

21 - Tarjeta principal de procesado MPU.

22 - Tarjeta de Comunicaciones. 23 - Tarjeta expansión base.

24 - Tarjeta de expansiones laterales. 25 - Pantalla LCD táctil.

26 - Bus de expansión E/S (entrada/salida).

27 - Transceiver EIB. 28 - Transceiver X10.

29 - Fuente de alimentación.

30 - Batería.

31 - Dispositivos domóticos.

32 - Protocolo SHAP. 33 - Base de datos del sistema.

34 - Aplicación de instalación y configuración.

35 - Aplicación de administración.

Descripción de una forma preferente de realización de Ia invención La invención consiste en una arquitectura de control compuesta por un conjunto de dispositivos interconectados, destinados al control domótico y automatización de edificios, con una serie de requerimientos de conectividad y funcionalidad que Ie confieren utilidad en el campo de seguridad, confort, ocio y accesibilidad en edificaciones. El sistema descrito explora el potencial de automatización en viviendas en el mercado actual, evitando una fuerte dependencia con las tecnologías existentes, considerando experiencias previas y proponiendo servicios innovadores, gracias al análisis, diseño e implementación de un arquitectura completa para control domótico dentro de un entorno mixto industrial y académico. El sistema está pensado para una amplia difusión en el sector domótico y de automatización en edificios, Io que implica numerosas posibilidades de configuración según Ia topología de cada caso concreto.

Además, el sistema está pensado para un usuario final no experto (mercado de consumo), con Io que el mantenimiento es el mínimo posible, pudiéndose hacer un diagnóstico, ampliación y actualización de funcionalidades del sistema remotamente, sin intervención del usuario.

Las principales aplicaciones del sistema integral de control, seguridad y domótica en edificios inteligentes son las siguientes: • Control de electrodomésticos.

• Utilización de diversos protocolos de comunicación domóticos.

• Control centralizado en el módulo de automatización.

• Gestión del sistema desde dentro del hogar a través de pantallas táctiles intuitivas. • Diseño tolerante a fallos mediante réplicación de Ia base de datos de configuración.

• Servicios de valor añadido en pasarelas residenciales local y remota.

• Administración y monitorización del sistema mediante software en 3D, a través de una conexión a Internet. • Programación remota del módulo de automatización.

• Servicios de seguridad a través de varios posibles receptores de alarmas conectados a través de distintas tecnologías de red pública (WAN, GPRS/UMTS, PSTN).

• Flexibilidad, debido a que el sistema puede adaptarse a soluciones específicas, eligiendo las prestaciones deseadas. Casi todos los elementos de Ia arquitectura son opcionales.

La Figura 1 muestra Ia arquitectura del sistema de automatización. Como puede verse, Ia arquitectura está dividida en el sistema instalado en Ia vivienda y las conexiones con diversos elementos remotos. Aunque el diagrama incluye todos los posibles elementos en una solución completa de automatización de edificios, el sistema es completamente modular. Además, es importante remarcar cómo Ia naturaleza genérica del sistema permite no sólo aplicar esta arquitectura de automatización a viviendas, sino también en otros ámbitos como oficinas, colegios, centros comerciales, resorts, y en general, cualquier otro dominio donde Ia domótica tiene cabida.

Como se ha mencionado, casi todos los elementos de Ia arquitectura pueden considerarse opcionales, proporcionando una arquitectura flexible y modular. La red dentro de Ia vivienda está centralizada en una solución embebida proporcionada por un módulo de automatización. Éste es capaz de trabajar con las especificaciones domóticas más comunes, como X10, EIB y ZigBee, para conectar con sensores, actuadores, dispositivos y electrodomésticos instalados en Ia vivienda. Por otra parte, se usa un protocolo basado en UDP sobre Ia red IP para conectar el resto de elementos con el módulo de automatización. Para proporcionar un control sencillo e intuitivo, distintos paneles de control pueden distribuirse por Ia vivienda. Además, las pasarelas residenciales, local y remota, proporcionan capacidades de administración y monitorización a los usuarios y compañías de seguridad, respectivamente. Se ha diseñado un sistema de seguridad robusto para permitir a las compañías contratadas recibir mensajes de alarma mediante distintas tecnologías. El componente principal de Ia arquitectura es el módulo de automatización de

Ia vivienda (1 ) o HAM (Home Automation Module). Este elemento es el núcleo del sistema y está conectado con todos los electrodomésticos (7), sensores (6) y dispositivos domóticos (31 ) (persianas, luces, etc). De esta forma, este módulo de automatización HAM (1 ) centraliza Ia inteligencia del edificio, porque contiene Ia configuración utilizada para controlar todos los dispositivos instalados. Una base de datos local (33) guarda en una memoria no volátil las acciones que tienen que ser ejecutadas de acuerdo a condiciones programadas o basadas en lecturas de sensores (6).

El módulo de automatización HAM (1 ) puede incluir además un interfaz de usuario. No obstante, pueden instalarse paneles de control (2) en distintos lugares, que sirven de interfaz de usuario para controlar las partes de Ia casa o del edificio definidas en cada caso. Por ejemplo, en un edificio de oficinas, cada planta puede tener un panel de control (2) para configurar Ia temperatura adecuada, cerrar persianas o especificar Ia intensidad de las luces de forma independiente (por ejemplo, por planta).

La pasarela residencial local (3) del edificio ofrece servicios de valor añadido de monitorización y administración del sistema. Esta pasarela (3) está comunicada con el módulo de automatización HAM (1 ) vía una red de comunicaciones LAN (12), dejando las labores de comunicación con dispositivos domóticos (31 ), sensores (6) y electrodomésticos (7) a dicho módulo de automatización HAM (1 ). Algunas soluciones del estado de Ia técnica conocido dejan estas tareas directamente a las pasarelas residenciales basadas en PC, pero esto no se considera una estrategia adecuada. La solución embebida utilizada en el módulo de automatización HAM (1 ) ofrece una arquitectura tolerante a fallos, más apropiado para asegurar el correcto funcionamiento de los dispositivos del hogar en todo momento. En Ia arquitectura presentada, Ia pasarela residencial local (3), basada en un PC embebido, es utilizada para ofrecer servicios extra a los habitantes de Ia vivienda, y realizar las tareas de red de Ia capa de transporte a Ia de aplicaciones en una pila OSI. En Ia pasarela residencial local (3) se utiliza el middleware OSGi (Open Services Gateway initiative) para gestionar el ciclo de vida de los servicios que cubren estas características. De esta forma, un servicio que implementa el protocolo UDP diseñado para conectar con Ia unidad de automatización, posibilita el desarrollo de otras aplicaciones, y el servicio HTTP ofrecido por OSGi es usado por una aplicación web para proporcionar capacidades de administración local/remota a través de un interfaz 3D (aplicación de administración (35)). El usuario podría, por ejemplo, acceder a Ia red de Ia vivienda desde el trabajo, bajo un proceso previo de autenticación por supuesto. Adicionalmente el sistema ofrece como alternativa más simple el control remoto vía SMS mediante teléfono móvil (19), en el caso de que no se disponga de conexión a Internet (20).

La mayoría de esfuerzos previos para diseñar nuevos protocolos de interconexión en domótica han estado dirigidos a tímidas propuestas de comunicación entre un controlador domótico y electrodomésticos. El sistema descrito en Ia presente invención, por el contrario, apuesta por las especificaciones soportadas actualmente en Ia conexión entre el módulo de automatización y los dispositivos, y propone un novedoso protocolo de comunicaciones que conecta los módulos principales de Ia arquitectura vía IP.

El módulo de automatización HAM (1 ) soporta varios controladores de red para conectar con los distintos dispositivos del edificio. Complementando a esto, dispone de entradas y salidas analógicas y digitales en su expansión base (23) y las distintas expansiones laterales (24) que se pueden anexar. Además, a través de un bus CAN (1 1 ) (Control Área Network) es posible utilizar entradas y salidas remotas en estructuras con una aproximación más distribuida. Los módulos CAN (5) diseñados para esta arquitectura incorporan un conjunto de entradas analógicas y digitales, un conjunto de salidas, que controlan relés u otros dispositivos (como potenciómetros) que permiten controlar Ia regulación de Ia intensidad para sistemas de iluminación, y un conjunto de entradas donde se conectan pulsadores simples para poder actuar sobre las salidas anteriores. Se ofrece además conectividad a través de bus X10 (10) sobre Ia red eléctrica, pensando en instalaciones domóticas de bajo coste, mientras que un bus EIB (9) ofrece una solución potente para una conexión con dispositivos de mayor capacidad de control. Finalmente, ZigBee (8) puede usarse para evitar el cableado en edificios o viviendas ya construidas.

Como ya se ha señalado, se usa una red de comunicaciones LAN (12) en el edificio para conectar todos los paneles de control (2), Ia pasarela residencial local (3) y el módulo de automatización HAM (1 ). Este último mantiene una base de datos principal de configuración (33), pero cada panel de control (2) y Ia pasarela residencial local (3) incluyen una réplica local para evitar Ia sobrecarga de Ia red. La tecnología LAN utilizada puede ser Ethernet, y el estándar 802.1 1 i para instalaciones donde sean preferibles las comunicaciones inalámbricas.

La red LAN (12) del edificio se conecta a Internet (20) mediante una de las distintas tecnologías disponibles hoy en día. Una conexión ADSL, ISDN o cable- modem podría ser suficiente para proporcionar monitorización y control remoto, y ofrecer un sistema de seguridad básico.

El protocolo SHAP (32) (Superior Home Automation Protocol) es un protocolo de comunicaciones basado en UDP, usado para conectar los principales componentes del sistema domótico sobre Ia red IP. Este protocolo conecta el módulo de automatización HAM (1 ) con las entidades locales y remotas siguiendo una estrategia de ventana deslizante para asegurar el control de flujo de datos.

Unos mensajes de control se envían desde los paneles de control (2) al módulo de automatización HAM (1 ) usando el protocolo SHAP (32). Los paneles de control (2) anotan cualquier cambio de estado de un dispositivo cuando recibe Ia confirmación del módulo de automatización HAM (1 ). Esta técnica asegura Ia consistencia porque cada panel de control (2) guarda una copia local reducida de Ia base de datos (33) que contiene el estado de cada dispositivo controlado. Las comunicaciones entre Ia pasarela residencial local (3), Ia pasarela residencial remota (13) y el módulo de automatización HAM (1 ) siguen Ia misma estrategia. La base de datos (33) almacenada en Ia pasarela residencial remota (13) es solo una parte del estado completo de Ia vivienda porque su función es solo relativa a Ia parte de seguridad. Sin embargo, Ia base de datos (33) mantenida en Ia pasarela residencial local (3) es una copia completa de Ia guardada en Ia memoria no volátil de el módulo de automatización HAM (1 ), porque el software de administración ofrece un control completo de Ia vivienda.

La distribución de Ia información en los equipos remotos se realiza en dos fases diferenciadas:

- Fase de sincronización: coincide con el arranque del equipo remoto o con Ia detección de perdida de conexión en Ia red LAN (12), donde se supone que los datos de configuración y estado de los aparatos son inválidos y se requiere una actualización completa de los mismos. Esta fase provoca un tráfico de paquetes de consulta generados por el equipo remoto y dirigidos al módulo de automatización HAM (1 ), con Ia intención actualizar toda su información. - Fase de refresco: permite tener actualizados el estado de los aparatos si algún equipo remoto o el módulo de automatización HAM (1 ) realiza algún cambio en los datos. Todo el proceso de refresco de datos es centralizado por el modulo de automatización HAM (1 ) que se encarga de actualizar el/los equipos remotos que Io necesiten. La estrategia de refresco de datos que se sigue es Ia siguiente:

- Un equipo remoto modifica el estado de un aparato.

- Se notifica Ia modificación al módulo de automatización HAM (1 ).

- El módulo de automatización HAM (1 ) notifica el cambio de estado en el resto de equipos remotos. Para los paneles de control (2), dado que pueden existir un número variable de estos, Ia notificación es enviada por difusión a Ia red (broadcast), con Io que se evita sobrecarga de procesamiento. En cambio, en el caso de Ia pasarela residencial local (3) y Ia pasarela residencial remota (13), Ia notificación se realiza de forma individual (unicast). Con esta estrategia de distribución se consigue que cada equipo remoto mantenga en todo momento una copia actualizada de los datos del sistema mientras esté en funcionamiento.

El protocolo SHAP (32) incluye además un conjunto de mensajes usados para programar de forma remota el código del módulo de automatización HAM (1 ) y los paneles de control (2). Se ha desarrollado un software para llevar a cabo esta tarea, que permite a personal especializado actualizar de forma local o remota el firmware del módulo de automatización HAM (1 ).

Obviamente, se han considerado los riesgos de seguridad que implican un protocolo de control domótico diseñado sobre Ia pila UDP/IP. El acceso a Ia red de Ia vivienda desde el exterior (Internet, (20)) tiene diversas implicaciones de seguridad relativas a Ia confidencialidad, autenticidad, autorización e integridad. En este sentido, con Ia intención de amortizar estos peligros, el protocolo SHAP (32) apuesta por una aproximación basada en criptografía simétrica. Mediante SHA-2 (Secure Hash Algorithm) se calcula un resumen de Ia carga de todos los paquetes, y el valor resultante es encriptado conjuntamente con Ia cabecera mediante AES (Advanced Encryption Standard), usando una clave simétrica compartida entre las entidades del sistema. El mensaje se completa con un CRC (Código de Redundancia Cíclica) del paquete completo. El resumen SHA asegura Ia integridad de Ia carga, y Ia encriptación AES proporciona autenticidad de Ia información transmitida, porque Ia sincronización entre en emisor y el receptor (incluido en Ia cabecera) es oculta. La confidencialidad no es directamente ofrecida por Ia carga del paquete, porque se asume que los propios paquetes encapsulados deben soportar encriptación si es necesario. Encriptar los mensajes del mapa de memoria en una operación de escritura del módulo de automatización HAM (1 ) es innecesario, por ejemplo, ya que Ia decodificación de todos los mensajes retrasaría el proceso demasiado. Los mensajes de alarma, por otro lado, pueden ofrecer encriptación por ellos mismos. A nivel de servicio, se ofrece confidencialidad por medio de un acceso seguro HTTPS. De Ia misma forma, el control de acceso implementado en Ia aplicación de administración 3D (35) ofrece autenticación en el acceso al sistema.

Debido a Ia relevancia de los servicios de seguridad en los actuales sistemas de domótica en el hogar, se ha incluido un sistema de seguridad integral en Ia arquitectura del sistema. Sensores (6) locales conectados al módulo de automatización HAM (1 ), como pueden ser presencia, ruido y sensores de apertura de puertas, se usan como entradas del sistema de seguridad. Como puede verse en Ia Figura 1 , hay varias entidades llamadas "receptoras de alarmas": Ia receptora de alarmas PSTN (15), Ia receptora de alarmas celular (16), y Ia receptora de alarmas WAN (17); todas ellas están ubicadas en un centro de control de alarmas (14), que están a cargo de recibir los eventos de seguridad de los edificios. Estas receptoras de alarmas (15), (16), (17), son entidades lógicas (software) que se ejecutan sobre servidores localizados en el centro de control de alarmas (14) de Ia compañía de seguridad involucrada.

Como se ha indicado, hay varios tipos de receptoras de alarma. El más común es el que conecta con un edificio a través de Internet (20) usando una conexión por cable. Sin embargo, el sistema ofrece Ia posibilidad de conectar el módulo de automatización HAM (1 ) con Ia central usando red celular (CN) o Ia red de teléfono (PSTN). La solución basada en el uso de red celular requiere un modem en el módulo de automatización HAM (1 ), de forma que el operador de Ia red ofrece una conexión directa a Internet (20). Las receptoras de alarma WAN (17), basadas en una conexión a Internet (20) por cable, o las de red celular (16), reciben notificaciones de seguridad mediante mensajes específicos del protocolo SHAP (32). En el caso de usar una conexión de red telefónica (PSTN), se usa una codificación basada en tonos para enviar los eventos de seguridad. Estas tres aproximaciones pueden, sin embargo, combinarse, e incluso varios del mismo tipo puede incluirse para ofrecer una fiabilidad mejorada. Los eventos de alarma son simultáneamente notificados a través de todas las receptoras de alarmas (15), (16), (17). Además, se sigue una estrategia de comunicación periódica continua entre las receptoras (15), (16), (17) y el módulo de automatización HAM (1 ). Este mecanismo previene que un atacante pueda bloquear los canales de seguridad. Todas las notificaciones de seguridad recibidas por las receptoras de alarmas son reenviadas al centro de control de alarmas (14) de Ia compañía de seguridad involucrada, donde se utiliza un software para procesar todos los eventos. Los mensajes de alarma usan el estándar Contact ID; sin embargo, el sistema está preparado para soportar otros tipos de formato como 4+2. Para Ia tarea concreta de envío de alertas a una receptora de alarmas IP (16), (17) el protocolo SHAP (32) se extiende de forma que, como paso previo al envío de las mismas, se realiza una negociación en Ia que se determina el formato que se empleará para encapsular las alertas en los paquetes que se vayan a enviar después. En este caso, el módulo de automatización HAM (1 ) propone una lista de formatos con los que es compatible y, en Ia respuesta, es Ia central Ia que decide cuál de ellos se empleará, en base al esquema de prioridades que tenga predefinido. Cada uno de los formatos que se soportan está representado por un número o versión, y Ia lista de las versiones soportadas es total o parcialmente conocida tanto por el módulo de automatización HAM (1 ) como por las receptoras IP (16), (17). El caso común es que se tengan diversos módulos de automatización HAM (1 ), soportando cada uno una versión distinta, mientras que las receptoras IP (16), (17) son compatibles con varias versiones para asegurar Ia compatibilidad tanto con módulos de automatización (HAM) (1 ) más antiguos como con otros instalados posteriormente, sin tener Ia necesidad de reprogramar los más antiguos para garantizar que puedan seguir enviando alertas a las receptoras IP (16), (17). Algunas veces, los edificios automatizados están incluidos en un dominio tipo urbanización donde se ofrece un servicio de seguridad. En este caso, el sistema ofrece Ia posibilidad de aplicar una estrategia de monitorización y seguridad sobre este conjunto de viviendas desde el centro local de control donde opera el personal de seguridad. La pasarela residencial remota (13) se usa en el sistema con este propósito. Un caso típico donde incluir este elemento es el servicio de seguridad local ofrecido en un complejo residencial (véase Ia figura 1 ). La pasarela residencial remota (13) se usa en esta configuración para recibir los eventos de seguridad de los edificios. Esto podría ser una opción preferible en dominios administrativos pequeños o medianos. La pasarela residencial remota (13) contiene una versión modificada del software instalado en Ia paralelas residenciales locales (3), de ahí que sea capaz de conectar con los módulos de automatización HAM (1 ) individuales de cada edificio. De esta manera, incluye un interfaz que permite al personal de seguridad centralizar los eventos de seguridad de todas las casas controladas. La pasarela residencial remota (13) también guarda una copia local reducida de Ia base de datos (33) que contiene el estado de cada dispositivo controlado. Algunas veces, Ia pasarela residencial remota (13) podría estar localizada en Ia misma red LAN (12) que los edificios controlados. En Ia Figura 1 se muestra el caso más general.

Las distintas entidades de Ia arquitectura, sistema integral de control, seguridad y domótica, se presentan a continuación en detalle.

El módulo de automatización

El módulo de automatización HAM (1 ) está basado en Ia arquitectura hardware SIROCO (System for Integral ContROI and COmunication). Los diferentes módulos que componen Ia unidad pueden verse en Ia Figura 2. SIROCO es un sistema modular altamente adaptable y compatible con Ia regulación actual en seguridad (EN-50131 y EN-50136). Sistemas similares a menudo apuestan por arquitecturas más simples y menos flexibles; por el contrario, SIROCO da Ia opción de instalar una solución de bajo coste o bien sistemas más completos expandiendo el hardware base con los módulos requeridos.

El corazón del sistema es un microcontrolador de 32-bit basado en Ia arquitectura ARM. Una tarjeta principal de procesado (21 ) MPU (Main Processor Unit) está equipada con capacidades básicas de entrada/salida a través de puertos serie y paralelo, I2C, SPI, y una conexión Ethernet. La tarjeta de procesado MPU (21 ) es Ia base tanto del módulo de automatización HAM (1 ) como de los paneles de control (2). El módulo de automatización HAM (1 ) también puede extenderse a través de más tarjetas que Ie dan mayor capacidad de entrada/salida y comunicaciones. Las comunicaciones específicas para domótica son proporcionadas por los transceivers X10 (28) y EIB (27). El interfaz de usuario es una pantalla táctil (25), tipo LCD a color de 5,6". Existe una versión de interfaz de usuario de bajo coste formado por un LCD alfanumérico y un teclado de 16 botones. La tarjeta de procesado MPU (21 ) se extiende con dos tarjetas adicionales: Ia tarjeta de expansión base (23) y Ia tarjeta de comunicaciones (22).

La tarjeta de expansión base (23) proporciona un interfaz de entrada/salida directo para sensores (6), electrodomésticos (7) y dispositivos domóticos (31 ) a controlar. SIROCO está diseñado como un sistema de automatización distribuido por medio de sus diferentes buses, pero además soporta un gran número de conexiones centralizadas en el módulo de control. Aparte de Ia expansión base, incluida en Ia unidad central, es posible añadir hasta 16 tarjetas adicionales llamadas tarjetas o módulos de expansiones laterales (24) a través del bus de expansión entrada / salida E/S (26), que aumenta Ia conectividad directa de Ia unidad central. Con esta configuración, se pueden abordar esquemas de control complejos.

La tarjeta de comunicaciones (22) está equipada con un interfaz radio ZigBee (8), para comunicación con sensores inalámbricos, y una conexión cableada de bus CAN (1 1 ). Se han desarrollado módulos CAN (5) de pequeño tamaño que disponen de dimmers y entradas/salidas remotas adicionales para proporcionar conectividad con un amplio rango de dispositivos domóticos (31 ) (luces, persianas, etc.). El bus CAN (11 ) se ofrece como una alternativa al bus EIB (9) para casos en los que se requiere un canal de comunicaciones cableado más flexible con sensores remotos no necesariamente compatibles con EIB. Aparte del canal de interfaz Ethernet proporcionado por Ia tarjeta principal (21 ) MPU, Ia tarjeta de comunicaciones (22) incluye un modem celular (GSM/GPRS/UMTS) y un interfaz telefónico DTMF (Dual- Tone Multi-Frequency), principalmente orientado al envío de eventos de seguridad a las receptoras de alarmas. La Figura 3 muestra el módulo de automatización HAM (1 ) en Ia versión que incluye Ia pantalla táctil (25) como interfaz de usuario (véase Ia disposición inferior). La tarjeta de procesado MPU (21 ) queda visible en Ia parte superior de Ia circuitería, y Ia expansión base de entradas y salidas se encuentra bajo ésta. La tarjeta de comunicaciones (22) se conecta sobre Ia tarjeta principal (21 ) MPU, y está cableada con los módulos transceivers X-10 (28) y EIB (27). El módulo de automatización HAM (1 ) dispone de fuente de alimentación (29) y batería (30) para evitar fallos de alimentación del sistema.

Paneles de Control El sistema cuenta con paneles de control (2) adicionales, basados en Ia misma arquitectura hardware SIROCO. Estos paneles garantizan un interfaz de usuario familiar, equivalente al ofrecido por el módulo de automatización HAM (1 ) dotado con pantalla táctil (25). Los paneles de control (2) ofrecen a los usuarios gestionar los dispositivos automatizados locales a su entorno (luces, persianas, electrodomésticos, climatización, etc.), y Ia correlación entre eventos y acciones asociadas. Adicionalmente es posible programar acciones periódicas o específicas. Los paneles de control (2), sin embargo, no pueden acceder directamente a Ia configuración general del sistema, guardada en el módulo de automatización HAM (1 ). El protocolo SHAP (32) se utiliza para enviar comandos al módulo de automatización HAM (1 ), como se ha descrito previamente. Se pueden definir acciones de control más complejas a través de Ia aplicación de administración, accesible a través de Ia red IP.

Los usuarios pueden definir perfiles de configuración en los paneles de control. De esta forma, un conjunto de estados de los dispositivos, y acciones a ser llevadas a cabo bajo ciertas condiciones, pueden salvarse usando nombre familiares como "En el trabajo" o "Dormir".

La alarma de Ia casa puede armarse/desarmarse a través de un panel de control (2) previamente definido. Sin embargo, cualquier panel puede usarse para activar las alarmas de pánico, seguridad e incendio en cualquier instante. Además, cuando Ia alarma es activada por el módulo de automatización HAM (1 ) (debido a lectura de sensores), los paneles de control avisan a los usuarios con señales acústicas y luminosas.

Software de Configuración e Instalación

La aplicación de configuración e instalación (34) permite al personal especializado el acceso local o remoto a Ia configuración de Ia vivienda a través de un ordenador (18) con una conexión IP con el módulo de automatización HAM (1 ). La aplicación utiliza un acceso UDP/IP vía el protocolo SHAP (32), o bien una conexión directa vía serie con el módulo de automatización HAM (1 ).

El software permite al instalador configurar las diferentes particiones y zonas del sistema de seguridad, establecer los dispositivos conectados al sistema, y definir los canales de comunicaciones permitidos desde el exterior a Ia vivienda. Toda esta información se guarda en Ia base de datos (33) del módulo de automatización HAM (1 ). El interfaz de usuario permite establecer perfiles de operación iniciales y acciones a ser ejecutadas bajo ciertos eventos detectados por los sensores. Con el objetivo de hacer más sencilla Ia configuración de las viviendas, Ia aplicación ofrece al usuario configuraciones predefinidas que pueden usarse como punto de partida. Todas las configuraciones pueden además ser salvadas para su posterior uso en otras viviendas.

Aparte de Ia utilización del software para Ia modificación de Ia configuración general de Ia vivienda, Ia aplicación puede usarse para monitorización de las comunicaciones. El tráfico a través de las redes X10 (10), EIB (9) y los paquetes UDP enviados y recibidos por el módulo de automatización HAM (1 ) pueden ser analizados con esta herramienta.

Pasarela Residencial. Aplicación de administración local/remota del sistema Adicionalmente a los paneles de control (2) y Ia pantalla opcional (25) en el módulo de automatización HAM (1 ), una aplicación de administración (35) ofrece a los usuarios capacidades de monitorización y control local y remoto desde cualquier ordenador (18) conectado a Internet (20). Como ya ha sido explicado, Ia aplicación está localizada en un servidor HTTP en Ia pasarela residencial local (3). Ésta incluye un programa basado en tecnología Flash, que se descarga desde el servidor y ofrece una visión extendida de Ia casa completa.

El usuario, empleando esta aplicación de administración (35), tiene una visión tridimensional (3D) de Ia casa y puede manejar el sistema de automatización como si estuviera en Ia vivienda. Varias cámaras IP (4) instaladas en Ia vivienda pueden usarse para ofrecer una visión en tiempo real de los lugares deseados de Ia vivienda.

Una variante de esta aplicación está disponible para Ia pasarela residencial remota (13), en lugares donde se pueden ofrecer servicios de seguridad local. Por medio de este software, el personal de seguridad en urbanizaciones y resorts puede monitorizar todas las casas automatizadas. Esta versión de Ia aplicación centraliza Ia recepción de alarmas de las casas, e incluye características básicas para controlar ciertos dispositivos, tal como las luces del hall, sensores de seguridad y alarmas audibles. Tal esquema reduce el precio del despliegue del sistema en instalaciones de bajo coste, ya que las tareas de monitorización se dejan al personal de seguridad, y las pasarelas residenciales locales no son necesarias.