Protocolos de control

Lonworks

Echelon presentó la tecnología LonWorks en el año 1992, desde entonces multitud de empresas viene usando esta tecnología para implementar redes de control distribuidas y automatización. Aunque está diseñada para cubrir los requisitos de la mayoría de las aplicaciones de control, sólo ha tenido éxito de implantación en edificios de oficinas, hoteles o industrias. Pero, debido a su coste, los dispositivos Lonworks no han tenido una implantación masiva en los hogares, sobretodo porque existían otras tecnologías de prestaciones similares mucho más baratas.

El éxito que ha tenido Lonworks en instalaciones profesionales, en las que importa mucho más la fiabilidad y robustez que el precio, se debe a que desde su origen ofrece una solución con arquitectura descentralizada, extremo-a-extremo, que permite distribuir la inteligencia entre los sensores y los actuadores instalados en la vivienda y que cubre desde el nivel físico al nivel de aplicación de la mayoría de los proyectos de redes de control.

Según Echelon, su arquitectura es un sistema abierto a cualquier fabricante que quiera usar esta tecnología sin depender de sistemas propietarios, que permite reducir los costes y aumentar la flexibilidad de la aplicación de control distribuida. Aunque Echelon usa el concepto de "sistema abierto", como veremos posteriormente, realmente no es una tecnología que pueda implementarse si no es con un circuito integrado registrado por Echelon.

Conceptos Básicos sobre Lonworks

Cualquier dispositivo Lonworks, o nodo, está basado en un microcontrolador especial llamado Neuron Chip. Tanto este circuito integrado como el firmware que implementa el protocolo LonTalk fueron desarollados por Echelon en el año 1990.

Del Neuron Chip podemos destacar:

Tiene un identificador único, el Neuron ID, que permite direccionar cualquier nodo de forma unívoca dentro de una red de control Lonworks. Este identificador, con 48 bits de ancho, se graba en la memoria EEPROM durante la fabricación del circuito.

Tiene un modelo de comunicaciones que es independiente del medio físico sobre el que funciona, esto es, los datos pueden transmitirse sobre cables de par trenzado, ondas portadoras, fibra óptica, radiofrecuencia y cable coaxial, entre otros.

El firmware que implementa el protocolo LonTalk, proporciona servicios de transporte y routing extremo-a-extremo. Está incluido un sistema operativo que ejecuta y planifica la aplicación distribuida y que maneja las estructuras de datos que se intercambian los nodos.

Estos circuitos se comunican entre sí enviándose telegramas que contienen la dirección de destino, información para el routing, datos de control así como los datos de la aplicación del usuario y un checksum como código detector de errores. Todos los intercambios de datos se inician en un Neuron Chip y se supervisan en el resto de los circuitos de la red. Un telegrama puede tener hasta 229 octetos de información neta para la aplicación distribuida.

Los datos pueden tener dos formatos, desde un mensaje explícito o una variable de red. Los mensajes explícitos son la forma más sencilla de intercambiar datos entre dos aplicaciones residentes en dos Neuron Chips del mismo segmento Lonworks. Por el contrario, las variables de red proporcionan un modelo estructurado para el intercambio automático de datos distribuidos en un segmento Lonworks. Aunque son menos flexibles que los mensajes explícitos, las variables de red evitan que el programador de la aplicación distribuida esté pendiente de los detalles de las comunicaciones.

Respecto a los fabricantes, Echelon sólo ha concedido licencia a tres fabricantes de semiconductores, los cuales además tienen que pagar un royalty por cada circuito fabricado. Además, el diseño del Neuron Chip permanece secreto y supuestamente, ningún otro fabricante, además de estos tres, puede fabricar dicho producto. Por estos motivos, al no existir competencia real y estar la producción controlada por Echelon, los precios no se han reducido tanto como para permitir que los nodos Lonworks puedan tener un precio realmente competitivo en aplicaciones residenciales. Por lo tanto, aunque Echelon se empeñe en decir que es una sistema abierto, la realidad viene demostrando que no es cierto.

Medio Físico

El Neuron Chip proporciona un puerto específico de cinco pines que puede ser configurado para actuar como interface de diversos transceivers de línea y funcionar a diferentes velocidades binarias. Lonworks puede funcionar sobre RS-485 opto-aislado, acoplado a un cable coaxial o de pares trenzados con un transformador, sobre corrientes portadoras, fibra óptica e incluso radio.

El transceiver es el encargado de adaptar las señales del Neuron Chip a los niveles que necesita cada medio físico. En la tabla siguiente se resumen las características más importantes de cinco modelos muy usados actualmente.

Trans- ceiver	Medio Físico	Vel- ocidad binaria	Topo- logía de red	Distancia máxima	NºNodos	Otros
PLT-22	Ondas Porta_ doras	5,4 Kbps	Cualquiera en redes de baja tensión o par trenzado sin alimen- tación	Depende de la atenuación entre emisor y receptor y del ruido en la línea	Depende de la atenuación entre emisor y receptor y del ruido en la línea	Compatible con PLT-20 y PLT-21
FTT-10A	Par Trenzado	78 Kbps	Bus, estrella o lazo. Cualquier combina- ción	500 metros, hasta 2700 metros con doble bus e impe- dancias de carga en los extremos	64	Compatible con FTT-10 y LPT10
LPT-10	Par Trenzado	78 Kbps	Bus, estrella o lazo. Cualquier combina- ción	500 metros, hasta 2700 metros con doble bus e impe- dancias de carga en los extremos	32, 64, 128 en función del consumo	Capaz de tele- alimentar nodos por el mismo par trenzado
TPT/XF-78	Par Trenzado	78 Kbps	Bus	1400 metros	64	Ø Aislado con trans- formador
TPT/XF-1250	Par Trenzado	1,25 Mbps	Bus	130 metros	64	Ø Aislado con trans- formador

Compatibilidad LonMark

LonMark es una asociación de fabricantes que desarrollan productos o servicios basados en redes de control Lonworks. Esta asociación especifica y publica las recomendaciones e implementaciones que mejor se adaptan a cada uno de los dispositivos típicos de las redes de control, para ello se basan en objetos y perfiles funcionales.

Los objetos LonMark forman las variables que se intercambia la red de control a nivel de aplicación (nivel 7 de la torre OSI). Estos objetos describen los formatos de los datos que se intercambian los nodos y la semántica que se usa para relacionarlos con otros objetos de la aplicación distribuida. Hay tres objetos que son básicos, el actuador, el sensor y el controlador.

Los perfiles funcionales detallan en profundidad el interface de la aplicación distribuida con la red Lonworks (variables de red y las propiedades de configuración) y el comportamiento que tendrán las funciones implementadas.

Hay que recalcar que los perfiles funcionales estandarizan las funciones no los productos de forma que permite que diversos fabricantes ofrezcan el mismo producto a nivel funcional pero desde el punto de vista hardware no tenga nada que ver un diseño con otro. Lo perfiles LonMark aseguran la compatibilidad total entre productos Lonworks.

Para no limitar el conjunto de funciones u objetos que un fabricante puede embarcar en un nodo Lonworks, los perfiles funcionales se especifican con un conjunto de objetos o funciones obligatorias además de un conjunto opcional de las mismas. En este punto se debe indicar que aunque existen cientos de productos Lonworks no todos tienen la certificación LonMark.

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